CN102798302A - 螺旋流道式污水换热器 - Google Patents

Abstract

本发明给出一种螺旋流道式污水换热器，它的结构包括：筒体、污水流道和清水流道。污水流道和清水流道在筒体内上下相间设置，有共同的间壁，污水和清水通过间壁换热。污水和清水分别在流道内相互逆向流动，污水流道和清水流道在筒体内的走向是双头圆柱螺旋形。筒体是螺旋流道式污水换热器的外壳，呈圆柱形，竖立放置。污水流道包括：污水进口、污水管道和污水出口；污水管道的横切面为矩形，它由内壁、筒体和上下间壁围成；污水从换热器顶部的污水进口进入，在污水管道内，沿着筒状螺旋线，由上向下流动；清水从换热器底部的清水进口进入，在清水管道内，沿着筒状螺旋线，由下向上流动。本发明的优点是：流动阻力较小，不易积垢，换热效果好。

Description

螺旋流道式污水换热器

技术领域

本发明涉及热交换设备，特别是涉及螺旋流道式污水换热器。

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。

一种并非彻底的解决方法是，在城市污水和热泵之间，设置污水过滤装置和污水换热器，热泵从污水中吸收热量，或向污水中释放热量。交换能量后的污水，从回水管，返回到城市污水的排放系统中。

在污水换热器前设置的污水过滤装置，其过滤孔不可能很小，否则污水过滤装置很快就被堵塞。这样的污水过滤装置可以解决污水换热器的堵塞问题，但污水中的细小粘性杂质，不断地在污水换热器内部沉降，在换热板表面沉积，结垢，使换热板热阻增大。

推动污水流动的动力是污水泵。基于同样的原因，为了防止堵塞，污水泵内的污水流道也必须宽大，这就使得污水泵能提供的污水压头很有限。或为了提供足够的污水压头，污水泵不得不采用大功率大体积，这就提高了投资和运营费用。

由于污水的性质，污水换热器不可能做得很紧凑，必须采用大空间，长流程。为了保证换热量，污水在换热器内，不得不流过很多行程，很多次地往返。每一次改变流程，改变方向，都有流水对器壁的激烈撞击，使污水流动的阻力大大增加，同时，在流动的转折处，很容易积垢，产生堵塞。至今，还没有一种这样的污水换热器：污水流动顺畅，没有转折，没有死角，流动阻力小，不易积垢。

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

本发明给出一种螺旋流道式污水换热器。

它的结构包括：筒体、污水流道和清水流道；污水流道和清水流道在筒体内上下相间设置，有共同的间壁，污水和清水通过间壁换热，污水和清水分别在流道内相互逆向流动，其特征在于：所述污水流道和清水流道在筒体内的走向是双头圆柱螺旋形。

所述筒体，它是螺旋流道式污水换热器的外壳，呈圆柱形，竖立放置，筒体用碳钢板做成；筒体外表面上，有污水进口、污水出口、清水进口、清水出口。

所述污水流道，它包括：污水进口、内壁、间壁和污水出口；筒体内污水管道的横切面为矩形，它由内壁、筒体和上下间壁围成；污水从换热器顶部的污水进口进入，在污水管道内，沿着筒状螺旋线，由上向下流动，最后到达换热器底部的污水出口；污水管道采用碳钢板做成，对污水管道的内表面，做防腐处理。

所述清水流道，它包括：清水进口、内壁、间壁和清水出口；筒体内清水管道的横切面为矩形，它由内壁、筒体和上下间壁围成；清水从换热器底部的清水进口进入，在清水管道内，沿着筒状螺旋线，由下向上流动，最后到达换热器顶部的清水出口；清水管道采用钢板做成，对清水管道的内表面，要做防腐处理。

本发明的优点是：

它适用于污水换热，虽然它的流道也很长，但污水流道的换向是连续的，渐进的，不存在污水对器壁局部的激烈撞击，因而流动阻力较小，流动速度可以较快，换热效果好，而污水泵不必采用很大的功率。由于污水流动顺畅，没有转折，没有死角，所以不易积垢。

附图说明

图1是本发明螺旋流道式污水换热器实施例的基本原理图；

图2是本发明螺旋流道式污水换热器实施例的结构图；

图3是本发明螺旋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给出了本发明螺旋流道式污水换热器实施例的基本原理图。

本发明螺旋流道式污水换热器实施例的基本原理如图1所示。污水管道115呈螺旋形，类似螺纹的筒状螺旋形。污水管道115围绕一个竖直的中心轴线，沿着固定的半径旋转。污水流道旋转的同时，还在降低高度。污水流道在水平方向每转过一圈，在竖直方向就下降一个螺距。污水管道115的横切面是矩形，这个矩形的上下边是间壁120，它的一个立边是污水流道的内壁230，另一个立边是筒体130。污水沿着这样的流道流动时，就像公园里的螺旋滑梯一样，盘旋而下。

这样的流动过程，它有如下几个特点：

1，流动顺畅，流动没有激烈的转折，没有明显的流体对器壁的撞击，因而，流动阻力小，节省水泵功率，或在同样功率下，流体可以有更高的流速，换热系数提高。

2，流动没有死角，因而不易积垢。即使污水中含有一些杂质，处于这样一种流动状态中，杂质不容易沉淀下来，即使沉淀下来，也将被流动的污水带动和冲刷，跟着一起流动，不会在哪一点上积累，形成污垢区。

3，流体的流动过程是螺旋的，流体绕着换热器的中心轴线旋转，同时又在下降。这种流动过程，流体内部受离心力作用，产生二次涡流，增加了湍流度，增强了传热。

本图是以污水流道为例，来说明这种螺旋式流道的基本原理，清水流道与污水流道的原理是一样的。实际上，这两种流道是相间设置的。清水流道与污水流道的内部高度及水流方向，可以不一样，但两者的宽度和螺旋角是相同的。，

图2给出了本发明螺旋流道式污水换热器实施例的结构图。

本发明螺旋流道式污水换热器实施例的结构，如图1所示，它由筒体、污水流道和清水流道构成。

筒体130呈圆柱形，竖立放置，它是本发明螺旋流道式污水换热器实施例的外壳。

污水流道包括：污水进口110、内壁230、间壁120和污水出口140。筒体内的污水管道115的横切面为矩形，它由内壁230、筒体130和上下间壁120围成。

污水从换热器顶部的污水进口110进入换热器后，沿着污水管道115，沿着筒状螺旋线，由上向下流动。可以认为，旋转一圈是一个流程，旋转一圈后，完成一个流程，下降一段距离，称之螺距。一个螺距等于一个污水管道高度加上一个清水管道高度。

污水在流动过程中，通过间壁120，污水与上下的清水流道进行热交换。尽管将污水按着一圈一个流程来认定，但实际上，污水流动过程是连续的。污水从上一个流程，进入下一个流程，实际上就是污水在换热器内水平转一圈，下降一个螺距。污水流过几个流程后，到达最下部的污水管道，再到达换热器底部的污水出口140。

污水流道内的污水，是在一个垂直筒状体内，沿着一个方向，螺旋下降。两个污水流程之间，夹一个清水流程。同样的，两个清水流程中间，也夹一个污水流程。

污水流道内污垢杂质，由于受离心力和重力的双重影响，沉积在污水流道底面靠近筒体的角落里，而不是均匀的沉积在整个污水流道的底面上。污水流道底面的其它部分污垢很少，与清水流道的换热基本不受影响。

污水流道的顶面，与污水的上表面接触，结构很少，污水与清水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，设有多圈多流程，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管道的腐蚀，对污水管道的四个内表面，要做表面处理，可以电镀耐蚀金属，比如：铬、镍。

清水流道包括：清水进口210、内壁230、间壁120和清水出口240。筒体内的清水管道215的横切面为矩形，它由内壁230、筒体130和上下间壁120围成。

清水从换热器底部的清水进口210水平进入换热器后，沿着清水管道215，绕着换热器中心轴线，螺旋上升。每转一圈，上升一个螺距，完成一个流程。清水在换热器内流过多圈，即流过几个流程后，到达最上部的清水管道，再到达清水出口240。

清水流道的清水，是在一个垂直竖立的筒状体内，沿着一个螺旋线，一边旋转，一边上升。清水流道绕过多圈，污水流道也绕过多圈，两者的圈数是相同的，即两者的流程数是相同的。清水流程与污水流程是相间设置的，即两个清水流程之间，夹一个污水流程。同样的，两个污水流程中间，也夹一个清水流程。

清水流道内，很少有污垢杂质，少许杂质受重力和离心力的双重作用，沉积在清水流道外缘的底面角落里，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。清水的流动方向是由下向上，与污水流动方向相反，二者是逆流换热，可以得到最大的换热效果。

换热器清水管道采用钢板做成，设有多圈多流程，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管道的腐蚀，清水管道的四个内表面，要做表面处理，可以采用烤漆防腐。

图3给出了本发明螺旋流道式污水换热器实施例的外形图。

本发明螺旋流道式污水换热器实施例的外形是一个立放的筒体，用钢板做成。筒体外表面上有：筒体130、筒体上部的污水进口110、筒体下部的污水出口140、筒体下部的清水进口210、筒体上部的清水出口240。

污水从污水进口110进入换热器后，沿着筒体内部螺旋下降的污水流道，在换热器内旋转流动一圈，同时下降一个螺距，旋转若干圈，流完全部行程，到达最下部的污水流道，再到达污水出口140。

清水从清水进口210进入换热器后，沿着螺旋上升的清水流道，在换热器内旋转流动一圈，同时上升一个螺距，旋转若干圈，流完全部行程，到达最上部的清水流道，再到达清水出口240。

从污水和清水的进出水口的设置可以看出：污水与清水的热交换是彼此逆流进行的。

本发明螺旋流道式污水换热器实施例的外表面，为了防腐蚀，可以电镀耐蚀金属，比如：铬、镍，也可以采用烤漆防腐。

Claims (4)

1.一种螺旋流道式污水换热器，它的结构包括：筒体、污水流道和清水流道；污水流道和清水流道在筒体内上下相间设置，有共同的间壁，污水和清水通过间壁换热，污水和清水分别在流道内相互逆向流动，其特征在于：

所述污水流道和清水流道在筒体内的走向是双头圆柱螺旋形。

2.按照权利要求1所述的螺旋流道式污水换热器，其特征在于：

所述筒体，它是螺旋流道式污水换热器的外壳，呈圆柱形，竖立放置，筒体用碳钢板做成；筒体外表面上，有污水进口、污水出口、清水进口、清水出口。

3.按照权利要求1所述的螺旋流道式污水换热器，其特征在于：

所述污水流道，它包括：污水进口、内壁、间壁和污水出口；筒体内污水管道的横切面为矩形，它由内壁、筒体和上下间壁围成；污水从换热器顶部的污水进口进入，在污水管道内，沿着筒状螺旋线，由上向下流动，最后到达换热器底部的污水出口；污水管道采用碳钢板做成，对污水管道的内表面，做防腐处理。

4.按照权利要求1所述的螺旋流道式污水换热器，其特征在于：

所述清水流道，它包括：清水进口、内壁、间壁和清水出口；筒体内清水管道的横切面为矩形，它由内壁、筒体和上下间壁围成；清水从换热器底部的清水进口进入，在清水管道内，沿着筒状螺旋线，由下向上流动，最后到达换热器顶部的清水出口；清水管道采用钢板做成，对清水管道的内表面，要做防腐处理。

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