CN102798300A - 腰鼓流道式污水换热器 - Google Patents

Abstract

本发明给出一种腰鼓流道式污水换热器，它的结构包括：箱体、污水流道和清水流道。污水流道和清水流道在箱体内上下相间设置，污水和清水通过间壁换热，有两种间壁：凸间壁和凹间壁。污水流道包括：污水进口、凸间壁、凹间壁、污水连管和污水出口；污水流道的左右为平板的外壁，顶板为凸间壁，底板为凹间壁，污水流道的横切面为中间粗，两端细的粗腰鼓形；清水流道包括：清水进口、凸间壁、凹间壁、清水连管和清水出口；清水流道的左右为平板的外壁，顶板为凹间壁，底板为凸间壁，清水流道的横切面为中间细，两端粗的细腰鼓形。本发明的优点是：它适用于污水换热，污水流道内部通畅，流道强度高，换热效果好，制造成本低。

Description

腰鼓流道式污水换热器

技术领域

本发明涉及热交换设备，特别是涉及腰鼓流道式污水换热器。

背景技术

利用城市污水作为冷热源对建筑进行采暖空调，可以直接减少其他短缺能源的消耗，同时还可以达到废物利用的目的，是资源再生利用、发展循环经济、建设节约型社会、友好环境的重要措施。

污水源热泵依靠热泵机组内部制冷剂的物态循环变化，冬季从污水中吸收热量经热泵机组升温后对建筑供热，夏季通过热泵机组把建筑物中的热量传递给污水从而实现供冷。污水替代了冷却塔，具有高效节能、绿色环保、安全可靠、一机多用等突出优点。

利用污水源热泵实现城市废热的回收利用，变废为宝，是新型的可再生清洁能源利用技术，符合可持续发展、建设资源节约型、环境友好型社会的要求。在扩大城市污水利用范围、拓展城市污水治理效益方面具有深远意义。

解决包括污水在内的恶劣水质，对换热设备及管路的堵塞与结垢，实现持续和稳定地换热，是一个世界性技术难题。

利用污水作为热泵冷热源的技术关键在于：实现污水的高效连续换热。

通常的做法是在污水换热器之前，设置污水过滤装置。但是，如果污水过滤装置的过滤网的网眼太小，污水过滤装置也将很快被堵塞。

所以，在污水换热器前设置的污水过滤装置，其过滤网不可能很细，这样一来，如果污水换热器的流道比较窄，污水换热器又无法避免堵塞。

现在的通行做法是，污水换热器采用宽大的流道，用钢板焊成。为了防止污水积垢和堵塞，污水流道的板面，不能通过加拉筋，或局部轧制变形的方法来增加强度，因此，污水换热器的换热板都采用厚重的铁板制作。

所说的污水换热器，一般都是污水与清水进行热交换。尽管清水侧不能堵塞，可以设加强筋，但考虑简化加工量，清水侧也希望不设或少设加强筋。

由于污水和清水的性质有很大差异，污水侧很容易堵塞，容易积垢，污水侧对流换热系数小，所以，在换热器设计上应该有所反映。或者说，污水侧的流道，应该和清水侧不同。遗憾的是，目前的实际应用的污水换热器，大都没能充分考虑污水性质的影响。以至于，目前的污水换热器，普遍存在三个问题：

1，污水流道堵塞；

2，污水换热器传热性能很快下降；

3，污水流道腐蚀，穿孔，泄漏。

上述有关污水换热器的背景技术，在以下专著中有详细描述：

1、赵军，戴传山主编，地源热泵技术与建筑节能应用，北京：中国建筑工业出版社，2009。

2、(美)沙拉，塞库利克著，程林译，换热器设计技术，北京：机械工业出版社，2010。

发明内容

本发明给出腰鼓流道式污水换热器。

它的结构包括：箱体、污水流道和清水流道。污水和清水分别在流道内多流程地水平流动，污水流道和清水流道在箱体内上下相间设置，其中间是共同的间壁，污水和清水通过间壁换热，其特征在于：

(1)所述间壁是中心向上突起的凸间壁；

(2)所述间壁是中心向下凹陷的凹间壁。

所述箱体，它包括腰鼓流道式污水换热器的外壁和底座，呈矩形，箱体用碳钢板做成；箱体内部是污水流道和清水流道，箱体外表面上，有污水进口、污水连管、污水出口、清水进口、清水连管和清水出口。

所述污水流道，它包括：污水进口、凸间壁、凹间壁、污水连管和污水出口；污水流道的左右为平板的外壁，污水流道的顶板为凸间壁，污水流道的底板为凹间壁，污水流道的横切面为中间粗，两端细的粗腰鼓形；污水从箱体上方的污水进口进入，沿着水平的污水流道流动，通过流道末端开口，进入污水连管，跨过一个清水流道，进入下一个水平的反方向的污水流道，在换热器内多次往返流动，到达最下部的污水流道，最后到达箱体下方的污水出口，污水流道用碳钢板做成。

所述清水流道，它包括：清水进口、凸间壁、凹间壁、清水连管和清水出口；清水流道的左右为平板的外壁，清水流道的顶板为凹间壁，清水流道的底板为凸间壁，清水流道的横切面为中间细，两端粗的细腰鼓形；清水从箱体下方的清水进口进入，沿着水平的清水流道流动，通过流道末端侧面开口，进入清水连管，跨过一个污水流道，进入下一个水平的反方向的清水流道，在换热器内多次往返流动，到达最上部的清水流道，最后到达箱体上方的清水出口，清水流道用碳钢板做成。

本发明的优点是：

1，它适用于污水换热，污水流道内部通畅，无阻挡，无死角，不易诸塞；

2，当污水中的杂质在污水流道中沉淀，杂质向弧形的凹间壁的中心线滑移，大部分杂质集中在流道中心线附近，将杂质对间壁传热的影响降到最低限度；

3，相对于平板的间壁，腰鼓形间壁有较高的强度，不用很厚的间壁，可以节省材料，降低成本。

4，清水流道采用细腰鼓，即中间低的流道，可以节省空间，降低成本。

5，污水流道采用粗腰鼓，即中间高的流道，可以防堵塞，污垢又集中在流道中心线附近，这样的污水换热器的清洗比较方便，可以用高压水冲，或用毛刷擦洗，都很容易去除污垢。

可以看出，腰鼓式污水换热器，它适用于污水换热，它不易诸塞，杂质沉淀积垢也不太影响换热。腰鼓式污水换热器可以长期稳定工作，始终可以保持较高的换热效率。

附图说明

图1是本发明腰鼓流道式污水换热器实施例的基本原理图；

图2是本发明腰鼓流道式污水换热器实施例的污水流道结构图；

图3是本发明腰鼓流道式污水换热器实施例的清水流道结构图；

图4是本发明腰鼓流道式污水换热器实施例的外形图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。

图1给出了本发明腰鼓流道式污水换热器实施例的基本原理图。

本发明腰鼓流道式污水换热器实施例的基本原理如图1所示。污水与清水进行热交换，污水与清水分别为不同的流通管道。污水管道115是由上方的凸间壁160、下方的凹间壁120及左右外壁130所围成。清水管道215是由下方的凸间壁、上方的凹间壁120及左右外壁130所围成。

污水管道115和下方的清水管道215是由凹间壁120构成的两个上下相邻的流道，当两个流道的流体的温度不同时，两个流道的流体，即污水与清水，通过凹间壁120换热。污水流程和清水流程是上下相间设置的，就是说，从上到下，一个污水流道，一个清水流道，再一个污水流道，再一个清水流道。

污水管道115通过凹间壁120，和下边的清水管道215进行换热，污水管道115还通过凸间壁160，和上边的清水管道进行换热，这两个换热情况是不一样的。由于污水在污水管道115中流动过程中，有杂质污垢沉淀，聚集在凹间壁120的上表面，因此，污水管道115通过凹间壁120，与下边的清水管道215进行换热的效果，要打一个折扣。而污水管道115通过凸间壁160，和上边的清水管道进行换热时，换热效果就要好得多。

流道的两侧外壁130是平板，这和一般的换热器是一样的；但流道的凹间壁120，是一个向下凹陷的弧形，凸间壁160，是一个向上鼓起的弧形。对于污水流道，上方是凸间壁，下方是凹间壁；对于清水流道，正相反，上方是凹间壁，下方是凸间壁。可以说，一个污水流道，或全部污水流道，都是中间粗的腰鼓形，称之粗腰鼓；而清水流道，或全部清水流道，是中间细的腰鼓形，称之细腰鼓。

按着这种结构设置的换热器，它有如下好处：

1，污水流道内部空间大，不易诸塞；

2，污水流道采用粗腰鼓，沉积杂质集中在流道中心线附近，对间壁传热的影响小；

3，清水流道采用细腰鼓，即中间低的流道，可以节省空间，降低成本。

在腰鼓式流道污水换热器中，对于污水和清水采用了不同形状的流道，这是考虑了两种流体的性质和杂质沉积对换热的影响。它不易诸塞，杂质沉淀积垢也不太影响换热，也便于清除，它适用于污水换热器。

图2给出了本发明腰鼓流道式污水换热器实施例的污水流道结构图。

本发明腰鼓流道式污水换热器实施例的污水流道，它包括：污水进口110、凹间壁120、凸间壁160、污水连管125和污水出口140。

污水从箱体上方的污水进口110进入换热器后，沿着污水管道115水平流动，流道的末端是开口的，进入污水连管125，引导污水从第一个流程，进入到第二个流程。污水流道第一流程上间壁为箱体外壁，从第二个流程开始，污水流道的上间壁是凸间壁160，下间壁是凹间壁120。污水在换热器内的粗腰鼓形的污水流道内，水平往返流动，流过几个流程后，到达最下部的污水流道，再到达污水出口140。

在污水换热器内，每一个水平污水流道的两端的开口，或连接污水进口，或连接污水连管，或连接污水出口。

污水流道内的污水，是在一个垂直立面内，在不同的高度上，水平往返流动。就是说，上一个污水流程如果是从左到右，下一个污水流程就是从右到左。两个粗腰鼓形的污水流道之间，夹一个细腰鼓形的清水流道。同样的，两个细腰鼓形的清水流道中间，也夹一个粗腰鼓形的污水流道。

粗腰鼓形的污水流道内污垢杂质，由于重力影响和流道底面凹间壁的坡度作用，都沉积在污水流道底面的中心线附近，污水流道底面的其它部分污垢很少，所以粗腰鼓形的污水流道的底面与下边的清水流道的换热，受污垢的影响不是很大。

粗腰鼓形的污水流道的顶面，与污水的上表面接触，结构很少，污水顶面与上边的清水流道的换热基本不受影响。因此，污水在污水流道内，应该是充满流道的流动，或说是，污水流道的四个表面，包括上表面，必须是湿润的。污水流道上表面与清水流道的换热量，占全部污水换热量的半数以上。

污水的粘性较大，换热器的热阻主要是在污水侧的污垢。换热器污水流道采用钢板做成，中间设有多个折返流道，是为了提高污水流速，以提高污水与间壁之间的对流换热系数。

为了防止污水对换热器污水流道的腐蚀，对污水流道的四个内表面，要做表面处理，可以电镀耐蚀金属，比如：铬、镍。

图3给出了本发明腰鼓流道式污水换热器实施例的清水流道结构图。

本发明腰鼓流道式污水换热器实施例的的清水流道，它包括：清水进口210、凹间壁120、凸间壁160、清水连管225和清水出口240。

清水从箱体下方的清水进口210进入换热器后，沿着清水管道215水平流动，流道的末端的侧面有开口，进入清水连管225，引导清水从上一个流程，进入下一个反方向的流程。清水在换热器内水平多次往返流动，流过几个流程后，到达最上部的清水流道，再到达清水出口240。

由外壁130、顶板凹间壁120和底板凸间壁160，所围成的清水流道，它的横切面，中间细，两端粗，称为细腰鼓。细腰鼓形的流道作为清水流道，是考虑清水基本没有污垢杂质，流道的四个角，不能有明显积垢。此外，清水流道也是直通形的，也是很好清洗的。

在污水换热器内，每一个水平的清水流程的两端的开口，或连接清水进口，或连接清水连管，或连接清水出口。

清水流道的清水，是在一个垂直立面内，在不同的高度上，水平往返流动。就是说，上一个清水流程如果是从左到右，下一个清水流程就是从右到左。两个清水流道之间，夹一个污水流道。同样的，两个污水流道中间，也夹一个清水流道。

清水流道内，很少有污垢杂质。由于凸间壁160的坡度影响，少许杂质沉积在清水流道底面的凸间壁160的边缘部分，对清水流道与污水流道的换热，影响很小。

清水流道的顶面，与清水的上表面接触，没有污垢。清水流道的顶面与上边的污水流道的换热，基本是取决污水侧的热阻。清水流道的下表面与污水流道的换热情况最好，这是因为下边的污水流道的顶面，污垢很少，热阻较小。

为了保证充分换热，清水在清水流道内，应该是充满流道的流动，或说是，清水流道的四个表面，包括上表面，即顶面，必须是湿润的。清水流道下表面，即底面，与污水流道的换热量，占全部清水换热量的半数以上。

换热器清水流道采用钢板做成，中间设有多个折返流道，是为了提高清水流速，以提高清水与间壁之间的对流换热系数。

为了防止水对换热器清水流道的腐蚀，清水流道的四个内表面，要做表面处理，可以采用烤漆防腐。

图4给出了本发明腰鼓流道式污水换热器实施例的外形图。

本发明腰鼓流道式污水换热器实施例的外形是一个矩形的箱体，箱体表面有：外壁130、污水进口110、污水连管125、污水出口140、清水进口210、清水连管225、清水出口240和底座150。

污水从箱体上方的污水进口110进入换热器后，沿着水平的污水流道，在换热器内往返流动，每流完一个污水行程，通过污水连管125，向下降一个流道，进行下一个污水流程。往返流过几个污水行程后，到达最下部的污水流程，再到达污水出口140。

清水由箱体下方的清水进口210水平进入换热器，沿着水平的清水流道流动，在换热器内往返流动，每流完一个行程，通过清水连管225，进行下一个清水流程，往返流过几个清水行程后，到达最上部的清水流程，再到达箱体上方的清水出口240。

清水与污水是逆流换热。

Claims (4)

1.一种腰鼓流道式污水换热器，它的结构包括：箱体、污水流道和清水流道；污水和清水分别在流道内多流程地水平流动，污水流道和清水流道在箱体内上下相间设置，其中间是共同的间壁，污水和清水通过间壁换热，其特征在于：

(1)所述间壁是中心向上突起的凸间壁；

(2)所述间壁是中心向下凹陷的凹间壁。

2.按照权利要求1所述的腰鼓流道式污水换热器，其特征在于：

所述箱体，它包括腰鼓流道式污水换热器的外壁和底座，呈矩形，箱体用碳钢板做成；箱体内部是污水流道和清水流道，箱体外表面上，有污水进口、污水连管、污水出口、清水进口、清水连管和清水出口。

3.按照权利要求1或2所述的腰鼓流道式污水换热器，其特征在于：

所述污水流道，它包括：污水进口、凸间壁、凹间壁、污水连管和污水出口；污水流道的左右为平板的外壁，污水流道的顶板为凸间壁，污水流道的底板为凹间壁，污水流道的横切面为中间粗，两端细的腰鼓形；污水从箱体上方的污水进口进入，沿着水平的污水流道流动，通过流道末端开口，进入污水连管，跨过一个清水流道，进入下一个水平的反方向的污水流道，在换热器内多次往返流动，到达最下部的污水流道，最后到达箱体下方的污水出口，污水流道用碳钢板做成。

4.按照权利要求1或2所述的腰鼓流道式污水换热器，其特征在于：

所述清水流道，它包括：清水进口、凸间壁、凹间壁、清水连管和清水出口；清水流道的左右为平板的外壁，清水流道的顶板为凹间壁，清水流道的底板为凸间壁，清水流道的横切面为中间细，两端粗的腰鼓形；清水从箱体下方的清水进口进入，沿着水平的清水流道流动，通过流道末端侧面开口，进入清水连管，跨过一个污水流道，进入下一个水平的反方向的清水流道，在换热器内多次往返流动，到达最上部的清水流道，最后到达箱体上方的清水出口，清水流道用碳钢板做成。

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