CN101655327A - 相向双流热能交换回收技术 - Google Patents

Abstract

一种把含热液体(或含热气体)中的热能几近完全交换回收的技术方法。它利用热、冷液体(或热、冷气体，或热气体、冷液体，或热液体、冷气体)在管道里相向流动过程中，逐级温差的传导交换，最终将含热液体(或含热气体)中的热能几近完全交换回收，循环利用，达到节能目的。

Description

相向双流热能交换回收技术

所属技术领域

本发明涉及节能领域，是一种热能交换回收技术。利用该技术可将含热液体(例如废弃热水)、含热气体(例如废弃热气)中的热能几近全部交换回收，循环使用，达到节能目的。

技术背景

目前含热液体(例如废弃热水)、含热气体(例如废弃热气)中的热能随水、随气流失，是能源浪费。有些地方虽进行了再利用，但使用范围有限，且不具有热能回收意义。

发明内容

为了使普遍存在的含热液体(例如废弃热水)、含热气体(例如废弃热气)中的热能简便易行地得到回收，本发明提供一种热能回收方法，其热能回收率可达最高值。

本发明的技术方案(以对废弃热水热能的交换回收为例)是：(1)自然流速式：1、在一内直径为47毫米，管壁厚度为5毫米的不易传热的高强度的塑钢大圆管内置7根等长度、等口径、等间距传热性强的不锈钢小圆管(注：传热性强的耐腐蚀的圆形、矩形金属管均可)做为散热管道(1小圆管在大圆管中心部分，即与大圆管为同心圆，其余6根小圆管均匀分布在大圆管所余空间位置)。每根散热管(小圆管，下同)内直径为12毫米，管壁厚度为0.5毫米，各散热管间用厚度为0.5毫米传热性强的不锈钢片(注：传热性强的耐腐蚀的金属片均可)纵向连接(既起支撑架作用，又增强了散热效果)。散热管道与大圆管等长，长度均为3000米。散热管道为废弃热水流管道，大圆管内所余空间为冷水(自来水)通道。大圆管外敷保温层。大圆管道盘状螺旋成竖立圆柱体竖立。圆柱体外加敷保温层。2、散热管道上端入口设废弃热水进口，下端出口为废水流出口；大圆管下端设(冷)自来水进口、上端为(已热)自来水出口。废弃水出口和自来水进口处均安装流量计和控制闸阀。(2)控制流速式：1、在一内直径为152毫米，管壁厚度为10毫米的不易传热的高强度的塑钢大圆内置95根等长度、等口径、等间距传热性强的不锈钢小圆管(注：传热性强的耐腐蚀的圆形、矩形金属管均可)做为散热管道(1小圆管在大圆管中心部分，即与大圆管为同心圆，其余94根小圆管均匀分布在大圆管所余空间位置)。每根散热管(小圆管，下同)内直径为10毫米，管壁厚度为1毫米，长度与大圆管等长，均为10米。散热管两端固定在对应孔位上。散热管道为废弃热水流管道，大圆管所余空间为冷水(自来水)通道。大圆管外敷保温层。大圆管道竖立。2、散热管道上端入口设废弃热水进口，下端出口为废水流出口；大圆管下端设(冷)自来水进口，上端为(已热)自来水出口。废弃水出口和自来水进口处均安装流量计和控制闸阀。

上述各类数据仅是本发明构思技术方案的个案，或者说一种参数，尤其是管道长度，要实现本发明热能回收率可达最高值的目标，既可以在废弃热水在散热管道里自然水流速度状态下用适宜的管道长度(技术方案中的硬件机械长度)来实现(自然流速式)，也可以在管道长度短于要求长度时，用人为调控水流速度使热、冷水在管道内有适宜的热传导交换时间(技术方案中的软件操作方法)来实现(控制流速式)；即便是技术方案中的硬件机械(管道)长度，也因从废弃热水的温度到自来水自然水温之间的温差的不同、单根散热管的粗细程度即同一大圆管内置散热管根数的多少、散热管壁的厚薄、自然水流速度(在不同水压、不同粗细散热管以及不同材质的散热管中自然水流速度是不同的)、以及散热管材质的散热性能等诸种因素的差异有所不同，甚至悬殊甚大。因此做为“方法”，其技术方案(以对废弃热水中热能的交换回收为例)的一般表述是：1、在一不易传热的塑钢大圆管内置若干根等长度、等口径、等间距的传热性强的不锈钢小圆管(注：传热性强的耐腐蚀的圆形、矩形金属管均可)做为散热管道，散热管(小圆管，下同)间用传热性强的不锈钢片(注：传热性强的耐腐蚀的金属片均可)纵向连接(既起支撑架作用又能加强了散热效果)。散热管道全部小圆管横截内圆总面积与大圆管内剩余横截面积相等(或近于相等)。散热管道与大圆管长度相等。散热管道是废弃热水流通道，大圆管所余空间为冷水(自来水)通道。大圆管口径依据废弃热水流量制定、长度(指废弃热水在散热管内在自然下流速度状态下热、冷水在管道里热传导交换后获得热能回收率最高值时的长度即技术方案中的硬件机械长度)以达到预期效果(废弃热水经散热管散热后流出时的温度与此时自来水进入大圆管时的自然水温相同；自来水流经管道沿途吸热到达出水口流出时的温度与此时废弃热水进口处的废弃热水温度相同)为适宜长度。该长度可用简单实验获得：按技术方案要求装置一高于预估所需长度的管道，在管道上每间隔一些距离将温度显示装置值入管道中的自来水中，当温度显示与废弃热水进入口处的废弃热水温度相同时，该处的管道长度即为适宜长度。应当指出，本发明的技术方案包括硬件机械装置和软件操作方法两部分，它们是相辅相成的。即使硬件机械(管道)长度未达到所需长度，也可以用软件操作方法即调节控制闸阀人为减缓管道内水流速度使热、冷水在管道内有适宜的热传导交换时间来达到热能回收率最高值的目标。即便就硬件机械装置而言，管道长度也因从废弃热水的温度到自来水自然水温之间的温差的不同、单根散热管的粗细程度即同一大圆管内散热管根数的多少、散热管壁的厚度、自然水流速度(在不同水压、不同粗细散热管以及不同材质散热管中废弃热水的水流速度是不同的)、以及散热管材质的散热性能等诸种因素的差异而有所不同，甚至悬殊巨大。因此这里没有给出管道长度的具体结论性数据，而只给出获得适宜长度的“方法”。大圆管外敷保温层。大圆管道竖立，管道较长时，可以盘状螺旋成竖立圆柱体。圆柱体外加敷保温层。2、散热管道上端入口设废弃热水进口、下端出口为废水流出口；大圆管下端设(冷)自来水进口、上端为(已热)自来水出口。废弃水出口和冷自来水进口处均安装流量计和控制闸阀。

(1)当管道长度符合要求长度时：废弃热水由散热管上端废弃热水进口进入，自然向下流动，并不停将热量通过散热管道传导给大圆管中的自来水，自身温度不断下降，最后由底部出口流出时，水温与自来水进入口的自来水自然水温相同；冷自来水由大圆管下端的冷水进口进入，在自来水压力下向上流动，沿途不停吸收散热管传导来的热量，温度不断上升。调节自来水控制闸阀使自来水流速与向下流动的废弃热水流速相同，自来水最后由上端出口流出时，水温已与此时废弃热水进口处的废弃热水温度相同。将此回收热水送入保温贮水罐备用或直接使用。

(2)当管道长度短于所需要求长度时：废弃热水由散热管上端热水进口进入，自然向下流动，并不停将热量通过管壁传导给大圆管中的自来水，自身温度不断下降，调节废弃热水控制闸阀减缓废弃热水流速，延长其在散热管道中的散热时间，使其最后由底部出口流出时，水温与此时自来水进入口的自来水自然水温相同；冷自来水由大圆管下端的冷自来水进口进入，在自来水压力下向上流动，沿途不停吸收散热管传导来的热量，温度不断上升，调节自来水控制闸阀，使自来水水流速度与向下流动的废弃热水流速相同，自来水最后由上端出水口流出时，水温已与此时废弃热水进入口的废弃热水温度相同。将此回收热水送入保温贮水罐备用或直接使用。

本发明的有益效果是：1、热、冷水在高度保温的管道内以同等流速、同等流量相同流动，不停交换热量均衡温度，只要管道长度适宜，或者使水流速度适宜，使热、冷水在管道内有适宜的热传导交换时间，理论上可以认为，进入管道中的废弃热水的热能可以全部交换回收到大圆管的自来水中。装置简单，回收热水与废弃水等量(或接近等量)，节水又便于实际使用。2、回收的热水热能利用后，可以再回收，再利用，无限循环(理论上可以这么认为)。

只要在前述装置(注：装置材质应因不同气体、不同液体而异，以耐腐蚀、耐高温、耐高压为度)的大圆管上端出口处和下端进口处安装气压调控器；散热管下端出口连接另置的排气囱(注：囱高以废气通畅排出和对环境影响最小为宜)即可对含热气体中的热能进行交换回收(详见实施例3)

具体实施方式

实施例1：凡是有废弃热水排放的地方，均可采取本发明所提供的技术进行热能回收：将管道安装在废弃热水排放口下方，使散热管上端进水口低于热水排放水位，以便废弃热水能自动流进散热管(注意使散热管内充满流动水，勿使空气杂物掺杂进入)；接通管道下端冷水进口的自来水。(1)当管道长度符合要求长度(废弃热水经散热管散热后流出时的水温与此时自来水进入大圆管时的自然水温相同；冷自来水流经管道沿途吸热到达出水口流出时的温度与此时废弃热水进口处的废弃热水温度相同)，调节自来水入水口闸阀按照废弃热水流量制定相等自来水流量。自来水流经管道沿途吸热最后由上端流出成热水后，或直接使用，或送入保温贮水罐备用。(2)当管道长度不达所需长度即废弃热水从散热管道下端出口流出时的温度高于此时自来水进入口的自来水自然水温，应调节废弃水出口闸阀，减缓废弃热水在散热管道内的流速，延长热、冷水在管道内的热传导交换时间，使废弃热水经散热管道散热后流出时的水温与此时自来水进入大圆管时的自然水温相同；调节自来水入水口闸阀按照废弃水流量制定相等自来水流量。自来水流经管道沿途吸热最后由上端出口流出成热水后，或直接使用，或送入保温贮水罐备用。

实施例2：对酱油、饮料等液体进行加温灭菌作业，再将其中热能进行回收：在前述技术方案装置基础上，再置一液体加热器(加热器应能自动显示液体温度，并在设定的温度范围自动运行：当液体温度低于设定温度时自动进行加热；当液体温度高于设定温度时自动停止加热)，将其液体进口与大圆管道上端已热液体出口(已热自来水出口，下同)连通；其液体出口与散热管道上端达标温度液体进口(废弃热水进口，下同)连通，使液体在大圆管道一液体加热器一散热管道间封闭流动。整座装置安放在需加温液体贮罐水位下端一定距离，以便有足够压力使液体能在管道里自然通畅流动为宜。将需加温液体由高处注入连通大圆管道下端冷液体进口(冷自来水进口)的管道，该液体进入大圆管自然向上流动，从大圆管上端出口流出又进入连通的加热器，经加热器自动进行加热(此时液体温度显然低于加热器设定温度，故加热器自动开启工作)升温至灭菌所需温度(事先已设定加热温度)后自然流进散热管道上端达标温度液体进口，在散热管中向下流动过程中被散热管将其热能传导交换给大圆管中需加温液体，自身温度不断下降，最后由下端出口流出时已成自然温度下的制成品；同时，需加温的冷液体连续不断进入大圆管，在向上流动过程中沿途不断吸收散热管传导来的热量，温度持续上升，最后流至大圆管上端出口时，液体温度已与要求温度(加热器所设定温度)相同。这里要指出，理论上如此说，但实践上尽管大圆管道有高度保温措施，但总是有一些热量损耗的，因此当流出的液体温度低于要求温度，该液体流经加热器时会被自动加热升温至所需温度，以确保灭菌效果。该达标液体流出加热器接着流进散热管道，将自身高温热能经散热管传导给大圆管中需加温液体，最后从散热管道下端出口流出成制成品。如此，热能交换回收循环不断。

基本操作参见实施例1。

实施例3：对含热气体(以废弃热气为例)中热能的交换回收：将管道安装在废弃热气排放口上方，以散热管下端出气口高于废弃热气产生位置为宜。(1)以水为热介质：将废弃热气通入散热管上端进口，把自来水从管道下端进口接入。热气经散热管将热能传导交换到自来水中，若进入散热管的废弃热气温度等于或小于100℃，调节自来水流量，使自来水在上端出口流出时的温度与此时进入散热管上端进口的废弃热气温度相同。流出的热水直接使用或送入保温贮水罐备用。若进入散热管的废弃热气温度大于100℃，1、适当加大自来水流量，以便获得100℃热水使用。2、应节制自来水流量，使水在管道内沸腾成蒸气，并调节气压控制阀，以温度(蒸气出口处的温度与此时从散热管进口进入时的废弃热气温度相同)定气压，获得的高温气体随意使用。(2)以气体为热介质：将废弃热气从散热管上端进口通入，冷气体从大圆管道下端进口送入，调节气压控制器，以管道上端出口处流出的气体温度与此时进入散热管进口处的废弃热气温度相同定气压，通过热、冷气流在相向流动过程中传导交换热量，获得与进入散热管进口时的废弃热气相同温度的同质或异质热气体循环使用。同质热介质气体可调控使其同气压、同流速、同流量，以便获得与废弃热气等量的热气体，便于使用。

Claims (1)

1. 相向双流热能交换回收技术，在一保温的满足要求长度的不易传热的大圆管内装置若干等间距、等口径、与大圆管等长的传热性强的小圆管做为散热管道，其特征是：散热管道全部小圆管横截内圆总面积与保温大圆管内剩余横截面积相等(或近于相等)，大圆管道竖立，使热、冷液体(或热、冷气体)在管道里以同等流速(注：非同质热介质不一定要求)、同等流量(注：非同质热介质不一定要求)相向流动——含热液体(或含热气体)在散热管道中由上部向下部流动；冷液体(或冷气体)在保温管道中从下部向上部流动，利用相向流动过程中存在的梯级温差的传导，从而使热能逐级传导交换，最终达到最大热能交换、回收的效果。