CN103185472A - 流道管排式污水换热器 - Google Patents

Abstract

本发明给出流道管排式污水换热器，它的结构包括：箱体、清水流道、污水流道、清污门和底座。两个清水流道之间是污水流道，污水和清水通过流道间壁换热。清水流道包括：清水进口，进口瓦板，进水管，清水管道，连接瓦板，出水管，出口瓦板，清水出口。清水管道的结构为传热管排，是用金属合金材料，整体一次成型的，单根传热管的横切面是腰鼓形。清水管道外表面为波浪形，其内部有多个纵向竖立的隔板，将波浪表面间的空间，分隔成多条纵向的流水通道。污水流道形状的特点是窄而高，污水中的泥沙污垢和流道中残存气体，集中聚集在在污水流道的底部和顶部，基本不覆盖传热表面，从而最大限度的降低了污水中的杂质对传热面换热的影响。

Description

流道管排式污水换热器

技术领域

本发明涉及热交换设备，特别是涉及流道管排式污水换热器。

背景技术

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。

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。

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。

利用污水作为污水源热泵的冷热源的技术关键在于：实现污水的高效连续换热，给出不堵塞，不结垢，能长期稳定工作的污水换热器。

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，可以通过污水过滤装置，进入污水换热器，不断地在污水换热器内部沉降，在换热板表面沉积，结垢，使换热板表面热阻增大，换热器总体性能很快就变坏。

在工农业和人民生活中，排放各种各样的污水。污水换热器与普通换热器工作条件有很大的区别，普通换热器的设计方法，使用经验，不能完全用于污水换热器。尽管普通换热器的设计方法与制造工艺，都很成熟，但是，污水换热器科学设计方法，至今，还没有很好解决。

尤其是，各种生产和生活排放的污水，不仅含有大量固态杂质，会沉积下来，破坏换热器流道底板传热性能；污水中还含有各种气体，在换热器内流动时，污水中溶解或夹带的气体释放出来，在污水和流道顶板之间积累，并形成一个气垫，阻碍和破坏污水与流道顶板间的传热。

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、余建祖编著，换热器原理设计，北京：北京航空航天大学出版社，2010。

发明内容

本发明给出一种流道管排式污水换热器，它适用于污水换热，污水流道畅通，污水中的杂物泥沙及所含气体，大部分可以顺利通过它，少部分沉积，既不大影响换热，也不堵塞；它结构合理，降低了制造劳动强度；它有较高的结构强度，不易泄漏，可以长期稳定工作。

本发明给出一种流道管排式污水换热器，它的结构包括：箱体、清水流道、污水流道、清污门和底座；清水流道为含有多个清水管的管排，相邻两个清水流道之间是污水流道，清水和污水分别在箱体内的多层流道中流动，二者通过间壁换热，其特征在于：

所述污水管道，它的形状特点是又窄又高。

所述清水管道，它含有的多个并联的具有腰鼓截面的清水管，形成的表层为波浪形面板，和其间多个纵向垂直的隔板，清水管道是用金属合金材料，整体制造，一次成型的。

所述清水流道，它包括：清水进口，进口瓦板，进水管，清水管道，连接瓦板，出水管，出口瓦板，清水出口；

清水经过换热器的清水进口，分别从两侧，经过进口瓦板，再通过进水管，进入清水管道，流过一个行程后，通过连接瓦板，进入另一个反方向流程的清水管道，如此往返，流过几个行程后，经过出水管，再通过出口瓦板和换热器的清水出口，流出换热器。

所述污水流道，它包括：污水进口，流道挡板，污水管道，返水口和污水出口；

污水经过污水进口进入污水换热器后，受流道挡板阻挡，转向进入第一层污水管道，污水流过一个行程后，通过返水口，流入一个反方向流程的污水管道，如此往返，流过几个行程后，最后从污水出口流出；污水流道位于上下两个清水流道中间的空间。

所述箱体，它是流道管排式污水换热器的外壳，用碳纤维复合材料板做成，呈矩形；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，污水出口，清水进口，清水出口，清污门和底座。

所述清污门，它包括上下两个清污门，分别挡在各层污水流道的上下端部，当需要清污时，打开两个清污门，各层污水流道全部通透暴露出来。

附图说明

图1是本发明流道管排式污水换热器实施例的基本原理图；

图2是本发明流道管排式污水换热器实施例的清水流道结构图；

图3是本发明流道管排式污水换热器实施例的污水流道结构图；

图4是本发明流道管排式污水换热器实施例的总体结构图。

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给出了本发明流道管排式污水换热器实施例的基本原理图。

本发明流道管排式污水换热器实施例的基本原理如图1，它表示了管排内的清水流道106和两管排间的污水流道108的横切面，污水与清水通过两流道之间的间壁107进行对流热交换。

清水流道106是由间壁104、107、几个隔板105和端壁102，所形成的几个并排的平行管道所构成。波浪形的间壁的内侧由多个垂直的隔板105相连。多个隔板和端壁，将间壁之间的空间切割成多个平行的腰鼓形管道，正是这些腰鼓形管道构成了清水流道106。间壁的波浪形的外侧表面与污水接触，污水与清水通过间壁换热。由间壁、几个隔板和端壁，构成的管排为清水的一个流道单元，呈扁平的长片状，它是整体制造，一次成型的。

清水流道的端壁102，有一支座103，将两个流道单元的支座，上下对齐叠落，围起来一个空间，这个围起来一个空间就是污水流道108。也就是说，污水流道是由相邻两个清水流道单元的间壁和端壁构成。

污水干渠的污水，经过污水泵加压后，进入污水换热器的污水流道，污水流道的流通截面比较宽敞。

构成清水流道和污水流道共同侧壁的端壁的外侧，用胶粘剂粘接箱板101，箱板101的材质为碳纤维复合材料。箱板的作用是，将若干个流道单元对齐叠落后，利用箱板加以粘接固定。

按着这种结构原理设置的换热器，它有如下几点好处：

1，它适用于污水与清水的换热，流道内部通畅，无阻挡，无死角，不易积垢，不易诸塞；

2，在清水流道内部，清水对器壁的压力，由整体成型的流道单元的上下间壁、隔板和左右端壁所承受。尤其是，每个清水流道的截面都是腰鼓形，清水流道的上下间壁，都是向外的弧形。这样的结构，可以很好的抵抗内力或外力的作用，不变形，即，腰鼓形管排的流道单元有很好的强度；

3，在由两个流道单元围成的污水流道内部，污水对器壁的压力，由污水流道的间壁和端壁来承担。上下端壁受力方向相反，在单元流道内部抵消；左右间壁受到的力，其趋势是将两个流道单元拉开，这个力被上下端壁外侧粘接上下箱板所承担。

4，腰鼓形管排的清水流道单元的外表面，也就是污水流道内表面，它呈波浪形，它有波峰和波谷109，相对于平面换热器，它增大了换热面积。

5，污水流道截面形状的特点是窄而高，污水中的泥沙或其他污垢沉积时，由于重力的原因，集中汇集到污水流道单元的底部；流道中残存的或污水释放的气体，集中飘浮在污水流道单元的顶部，从而最大限度的降低了污水中的杂质对传热面换热的影响。

图2给出了本发明流道管排式污水换热器实施例的清水流道结构图。

本发明流道管排式污水换热器实施例的清水流道，它包括：清水进口209，进口瓦板208，进水管210，第一排清水管道106，连接瓦板205，末排清水管道206，出水管201，出口瓦板211，清水出口212。

清水经过换热器的清水进口209，分别从两侧，经过进口瓦板208，再通过侧壁多孔的进水管210，进入第一排清水管道106。进水管210和第一排清水管道106是连续的管道，但是前者侧壁上多孔，清水通过侧壁上的水孔，由瓦板进入管道。每层清水流道中的直线流动换热段为清水管道，清水管道位于空心板内，空心板的横切面内，为多个腰鼓形的清水管。

清水流过第一个行程后，通过连接瓦板205，进入下一个清水管道，即第二排清水管道。

连接瓦板是连接上下邻近两层清水管道端部的连通水道，是层间清水的通道。当清水流过末排清水管道206后，再经过侧壁多孔的出水管201流出。最终，通过出口瓦板211，和换热器的清水出口212，流出换热器。

由多排扁平的具有波浪形表面的传热管的构成的清水流道，与污水流道相间设置。清水流道的一端通过瓦形板，引导清水从前一个管道，进入当前管道；清水流道的另一端通过瓦形板，引导清水从当前管道，进入后一个管道，两个邻近的清水管道水流方向相反。清水在多层清水管道里往返流动，通过传热管间壁，与污水进行热交换。

清水流道的突出特点是：

1，清水流道是整体制造，一次成型的，沿换热器纵向，清水流道没有任何焊缝，不仅使加工制作过程简化，也极大降低了使用过程中出现泄漏的可能性。

2，清水流道不堵塞，清水流动性好，所以清水流道的高度较小，设有多个折返流道，清水流速较快，清水侧的热阻较小。

3，清水流道为多个腰鼓形的传热管并排连接构成，这种结构具有很好的强度，无论是内部清水压力还是外部污水压力，都很难使它变形或破坏。。

图3给出了本发明流道管排式污水换热器实施例的污水流道结构图。

本发明流道管排式污水换热器实施例的污水流道，组成污水流道的部件包括两部分；污水流道专有部件，以及污水流道和其他部分公用部件。污水流道包括：污水进口301，流道挡板302，污水管道305，返水口310和污水出口320。其中，污水管道和返水口是由公用部件：箱板111，箱板121，箱板141，箱板131和全部清水管道的外壁面构成的。箱板111，箱板121，箱板141和箱板131的材质为碳纤维复合材料。

污水经过污水进口301，进入换热器后，受流道挡板302阻挡，转向进入第一层污水管道305。污水管道305的一侧是箱板111，污水管道305的另一侧是清水管道206和它的进出水管表面。污水沿污水管道305流动，抵达箱板131，通过返水口310，转入反方向的第二流程的污水管道。第二流程的污水管道的一侧是清水管道206表面，另一侧是清水管道207表面。

每一层污水流道底板的末端都是开口的，称作返水口，它引导污水从上一层管道，进入下一层管道，它既是上一层污水流道的出水口，也是下一层污水流道的进水口。在污水换热器内，有若干层污水流道，上一层污水流道末端的开口，位于当前污水流道的始端；而当前污水流道末端的开口，位于下一个污水流道始端。亦即污水流道的返水口，是上下互相错开的。

当污水沿着污水管道，流过几个行程后，流经最后的污水管道，它在清水管道106和箱板121之间，最后到达污水出口320。

污水流道的突出特点是：

1，构成污水流道基本部分的污水管道，它是夹在两层清水管道之间。清水管道的破浪形的外表面，构成污水流道，污水在其中流动，没有任何干扰和阻碍，最大限度的避免了污水中的杂物，缠挂在污水管道中。

2，污水沿着污水流道上下流动，污水流道空间的形状的特点是又窄又高，污水中的泥沙或其他污垢沉积时，由于重力的原因，集中汇集到污水流道单元的底部；流道中残存的气体和污水释放的气体，集中飘浮在污水流道单元的顶部，基本都不遮盖传热表面，从而最大限度的降低了污水中的杂质对传热面换热的影响。

3，污水流道基本上是利用了两个清水流道之间的空间，并没有额外增加很多部件。污水流道专有的部件只有三个：污水进口，污水出口和返水口。这种简洁的设计有两点好处，一是降低了换热器的成本，二是污水流道畅通，不堵塞。

由于污水的粘性较大，换热器的热阻主要是在污水侧。因此，换热器内设有多个折返流道，适当提高污水流速，以提高污水与间壁之间的对流换热系数。

图4给出了本发明流道管排式污水换热器实施例的总体结构图。

本发明流道管排式污水换热器实施例的外形是一个矩形的箱体，箱体外层是用碳纤维复合材料板做成的。在箱体外侧，有污水进口301，污水出口320，清水进口209，清水出口212，前清污门401，后清污门402，底座403。

污水从换热器的污水进口301进入污水换热器后，沿着截面为腰鼓形的污水管道，在换热器内流动，每流完一个行程，换一个流道，再反方向流动。往返流过多个行程后，到达最后的污水管道。最后，到达换热器的污水出口320，流出换热器。

清水由换热器的清水进口209进入，经过进口瓦板，再进入腰鼓形传热管排构成的清水流道，流完一个流程后，通过连接瓦板，进入另一层清水流道。就这样，清水往返流过多个行程后，到达出口瓦板，再通过清水出口212流出。

用传热管排做成的清水管道，与污水流道相间设置，传热管内的清水，通过管壁与管外的污水进行热交换。污水与清水是逆流换热，可以得到最大的换热效果。

清污门401和清污门402，挡在各层污水流道的两端部。当污水流道运行一段时间，需要清污时，打开清污门401和清污门402，各层污水流道内部通透，全部暴露出来，方便于观察和动手清理污水流道内沉积的污垢。清污门401和清污门402，也是用碳纤维复合材料制作的。

设置底座403，它既用于固定整个污水换热器，也便于对外连接。底座403是用钢板制作的。

Claims (6)

1.一种流道管排式污水换热器，它的结构包括：箱体、清水流道、污水流道、清污门和底座；清水流道为含有多个清水管的管排，相邻两个清水流道之间是污水流道，清水和污水分别在箱体内的多层流道中流动，二者通过间壁换热，其特征在于：

所述污水管道，它的形状特点是又窄又高。

2.按照权利要求1所述的流道管排式污水换热器，其特征在于：

所述清水管道，它含有的多个并联的具有腰鼓截面的清水管，形成的表层为波浪形面板，和其间多个纵向垂直的隔板，清水管道是用金属合金材料，整体制造，一次成型的。

3.按照权利要求1所述的流道管排式污水换热器，其特征在于：

所述清水流道，它包括：清水进口，进口瓦板，进水管，清水管道，连接瓦板，出水管，出口瓦板，清水出口；

清水经过换热器的清水进口，分别从两侧，经过进口瓦板，再通过进水管，进入清水管道，流过一个行程后，通过连接瓦板，进入另一个反方向流程的清水管道，如此往返，流过几个行程后，经过出水管，再通过出口瓦板和换热器的清水出口，流出换热器。

4.按照权利要求1所述的流道管排式污水换热器，其特征在于：

所述污水流道，它包括：污水进口，流道挡板，污水管道，返水口和污水出口；

污水经过污水进口进入污水换热器后，受流道挡板阻挡，转向进入第一层污水管道，污水流过一个行程后，通过返水口，流入一个反方向流程的污水管道，如此往返，流过几个行程后，最后从污水出口流出；污水流道位于上下两个清水流道中间的空间。

5.按照权利要求1所述的流道管排式污水换热器，其特征在于：

所述箱体，它是流道管排式污水换热器的外壳，用碳纤维复合材料板做成，呈矩形；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，污水出口，清水进口，清水出口，清污门和底座。

6.按照权利要求1或5所述的流道管排式污水换热器，其特征在于：

所述清污门，它包括上下两个清污门，分别挡在各层污水流道的上下端部，当需要清污时，打开两个清污门，各层污水流道全部通透暴露出来。

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