CN103837018A - 一种原生污水液固暂离旋流壁式换热器 - Google Patents

Abstract

一种原生污水液固暂离旋流壁式换热器，涉及换热器。本发明是要解决换热器存在结构复杂，易阻塞，传热性能不好，热量损失大的问题。一种原生污水液固暂离旋流壁式换热器由污水入口、旋流除污器、排污口、引射器、溢流管、入口制冷剂箱、喷流器、套筒式旋流换热器、出口制冷剂箱及制冷剂管组成；制冷剂管内设有溢流管，套筒式旋流换热器内设有旋流除污器，喷流换热器设置于溢流管外；旋流除污器左侧设有污水入口并横穿出套筒式旋流换热器；旋流除污器的圆锥桶与排污口连通，排污口向下穿出横卧的出口制冷剂箱，排污口下端与排污管的一端焊接连通，排污管的另一端与横卧的回流管连通。本发明应用于一种原生污水液固暂离旋流壁式换热器。

Description

一种原生污水液固暂离旋流壁式换热器

技术领域

本发明涉及换热器。

背景技术

污水源热泵利用污水作为热源，具有较好的经济性、环保性，但污水容易造成污水源热泵换热器的腐蚀和结垢，大大降低了污水换热器的换热效果，河水源热泵、海水源热泵、湖水源热泵等几乎所有水源热泵也都存在同样的问题。现有的污水、海水、湖水或河水等各种水换热器一般都存在以下问题：

1、结构复杂，易阻塞：结构复杂、换热管易阻塞；通过拆装来清洗污垢不方便、耗时耗工多、增加了高额的人工费用；某些换热器中通过设置诸如毛刷等清洁污垢的工具，减少了拆装管壳式换热器的次数，但是由于毛刷使用一段时间后需要更换，所以还是无法回避拆装管壳式换热器。

2、传热性能不好，热量损失大：换热器材质采用不锈钢，不锈钢比铜容易结垢，且热传导率比铜低；循环水或制冷剂走壳程、污水（或海水、湖水、河水等各种水）走管程，造成管壳式换热器与环境温差大，热量（冬季为热量、夏季为冷量）损失大；换热管采用直管，直管换热器的传热特性不太好，且空间利用率低、自由膨胀性也较差；一般的换热器中制冷剂和水的流速都较低，容易形成层流底流，而研究表明：在湍流流动中，影响对流传热过程的主要热阻不是来自流体内部的热交换，而是来自流体与固体壁之间附面层的传热热阻，尤其是其层流底流，约占传热热阻的60%～80%。

发明内容

本发明是要解决现有换热器存在结构复杂，易阻塞，传热性能不好，热量损失大的问题，而提供了一种原生污水液固暂离旋流壁式换热器。

一种原生污水液固暂离旋流壁式换热器，由污水入口、旋流除污器、排污口、引射器、溢流管、入口制冷剂箱、喷流器、套筒式旋流换热器、出口制冷剂箱及制冷剂管组成；

所述的旋流除污器由上部的圆柱桶、下部的圆锥桶及喷流换热器组成，旋流除污器的圆柱桶下端与旋流除污器的圆锥桶焊接成相通的空腔密闭管壳，旋流除污器的圆柱桶上端向旋流除污器内部设有喷流换热器并焊接连通；

所述的引射器包括排污管及回流管，回流管的左端为污水出口，回流管的右端为入水口；

所述的溢流管上端为溢流口；

所述的入口制冷剂箱的左端为制冷剂入口；

所述的套筒式旋流换热器由上部的圆柱桶及下部的圆锥桶组成，套筒式旋流换热器的圆柱桶下端与套筒式旋流换热器的圆锥桶焊接成相通的空腔密闭管壳；

所述的出口制冷剂箱的左端为制冷剂出口；

制冷剂管的上端与横卧的入口制冷剂箱外表面焊接连通，套筒式旋流换热器的圆柱桶与制冷剂管下端焊接连通，套筒式旋流换热器的圆锥桶与横卧的出口制冷剂箱外表面焊接连通；

制冷剂管内设有溢流管，所述的溢流管的直径小于制冷剂管；溢流管向上穿出横卧的入口制冷剂箱并焊接密封；套筒式旋流换热器内设有旋流除污器，旋流除污器的直径小于套筒式旋流换热器；喷流换热器设置于溢流管外，喷流换热器的直径大于溢流管，溢流管与喷流换热器间设有喷流器，喷流器的直径大于溢流管，小于喷流换热器，喷流器上端与制冷剂管的下端焊接成一体，溢流管的下端、喷流器的下端与喷流换热器的下端焊接成一体；旋流除污器上部圆柱桶左侧设有污水入口并横穿出套筒式旋流换热器，污水入口与套筒式旋流换热器焊接密封；

旋流除污器的圆锥桶下端与排污口上端焊接连通，排污口向下穿出横卧的出口制冷剂箱焊接密封，排污口下端与排污管的一端焊接连通，排污管的另一端与横卧的回流管外表面焊接连通；所述的排污管与横卧的回流管的夹角为30°～50°。

本发明的有益效果：

1、将除污功能与污水（或海水、湖水、河水等各种水）余热（冬季为余热、夏季为余冷）利用功能有机结合在了一体，实现了除污、换热一体化，从而节省了设备投资；

2、利用旋流技术增加了污水（或海水、湖水、河水等各种水）的流速，大幅度的增加了湍流，减少甚至一定程度上消除了层流，从而大幅度的减低了传热热阻，促进了污水（或海水、湖水、河水等各种水）和制冷剂之间的热量传递；

3、污水（或海水、湖水、河水等各种水）中混有的固体杂物在离心力的作用下会不断撞击旋流除污器壁即旋流换热器内壁，旋流换热器内壁上由于长时间使用结的污垢受到周期性的碰撞应力作用，在疲劳机制下，垢层上逐渐产生裂纹，直至脱落进入主流中；

4、污水（或海水、湖水、河水等各种水）中混有的固体杂物对垢层的随机碰撞，阻止污垢物质沉积到壁面以及污垢物质在壁面上的生长。从而有效除去换热壁面上沉积的污垢或控制其污垢厚度，使换热器的换热系数维持在一个可接受的范围内而不需清垢，同时固体粒子在随污水的运动中不断穿过流动边界层，强化换热。

5、在溢流管下端的污水侧采用了喷流技术，而在其它地方（制冷剂侧）采用了旋流加筋片技术，有效地加强了污水测的对流换热；

6、延长了溢流管的长度，有效地增加了换热面积，提高了污水（或海水、湖水、河水等各种水）的余热（冬季为余热、夏季为余冷）利用率；

7、采用薄壁材料铜，有效地提高了换热器的换热性能且不易结垢；

8、在污水（或海水、湖水、河水等各种水）侧巧妙地利用了液固两相流与固体壁面之间的换热系数比纯液体与固体壁面之间的换热系数大得多的原理，提高了污水（或海水、湖水、河水等各种水）侧的换热系数；

9、对大水量及大制冷剂量可以采用两个或两个以上的原生污水液固暂离自除垢型旋流壁式换热器并联使用；对水中杂物粒度分布宽的污水（或海水、湖水、河水等各种水）可采用两级或两级以上的此类换热器串联使用。

附图说明

图1为本发明原生污水液固暂离旋流壁式换热器的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式是一种原生污水液固暂离自除垢型旋流壁式换热器，是由污水入口1、旋流除污器2、排污口3、引射器7、溢流管8、入口制冷剂箱11、喷流器12、套筒式旋流换热器14、出口制冷剂箱15及制冷剂管18组成；

所述的旋流除污器2由上部的圆柱桶2-1、下部的圆锥桶2-2及喷流换热器13组成，旋流除污器2的圆柱桶2-1下端与旋流除污器2的圆锥桶2-2焊接成相通的空腔密闭管壳，旋流除污器2的圆柱桶2-1上端向旋流除污器2内部设有喷流换热器13并焊接连通；

所述的引射器7包括排污管4及回流管6，回流管6的左端为污水出口5，回流管6的右端为入水口17；

所述的溢流管8上端为溢流口9；

所述的入口制冷剂箱11的左端为制冷剂入口10；

所述的套筒式旋流换热器14由上部的圆柱桶14-1及下部的圆锥桶14-2组成，套筒式旋流换热器14的圆柱桶下端14-1与套筒式旋流换热器14的圆锥桶14-2焊接成相通的空腔密闭管壳；

所述的出口制冷剂箱15的左端为制冷剂出口16；

制冷剂管18的上端与横卧的入口制冷剂箱11外表面焊接连通，套筒式旋流换热器14的圆柱桶14-1与制冷剂管18下端焊接连通，套筒式旋流换热器14的圆锥桶14-2与横卧的出口制冷剂箱15外表面焊接连通；

制冷剂管18内设有溢流管8，所述的溢流管8的直径小于制冷剂管18；溢流管8向上穿出横卧的入口制冷剂箱11并焊接密封；套筒式旋流换热器14内设有旋流除污器2，旋流除污器2的直径小于套筒式旋流换热器14；喷流换热器13设置于溢流管8外，喷流换热器13的直径大于溢流管8，溢流管8与喷流换热器13间设有喷流器12，喷流器12的直径大于溢流管8，小于喷流换热器13，喷流器12上端与制冷剂管18的下端焊接成一体，溢流管8的下端、喷流器12的下端与喷流换热器13的下端焊接成一体；旋流除污器2上部圆柱桶2-1左侧设有污水入口1并横穿出套筒式旋流换热器14，污水入口1与套筒式旋流换热器14焊接密封；

旋流除污器2的圆锥桶2-2下端与排污口3上端焊接连通，排污口3向下穿出横卧的出口制冷剂箱15焊接密封，排污口3下端与排污管4的一端焊接连通，排污管4的另一端与横卧的回流管6外表面焊接连通；所述的排污管4与横卧的回流管6的夹角为30°～50°。

本实施方式提供的一种原生污水液固暂离自除垢型旋流壁式换热器的工作原理：污水（或海水、湖水、河水等各种水）从污水入口1切向进入旋流除污器2，在旋流除污器内高速旋转而下，污杂物被惯性离心力摔至旋流除污器2内壁，污水至旋流除污器2的圆锥桶2-2部后分两支，一支含有较多污杂物的部分污水直接通过排污口3进入排污管4；另一支初步去污后的污水反转向上，经过溢流管8从溢流口9流出，再进入回流管6的入水口17，由于回流管6中水头较小，在压差作用下回流污水引射第一支进入排污管的污水，一起从污水出口5排出。

与此同时，冷制冷剂（冬季为冷制冷剂、夏季为热制冷剂）由制冷剂入口10进入入口制冷剂箱11经过均匀分配后，进入制冷剂管18与溢流管8间的夹层环缝，通过溢流管8的换热作用与从溢流管8流出的水进行换热；并顺环缝向下；经过下部的喷流器12小孔进入喷流器12和喷流换热器13之间的环缝，通过喷流换热器13与旋流除污器内的污水进行换热；然后再进入旋流除污器2壳体的套筒式旋流换热器14的夹层环缝，并由此环缝向下，在此过程中通过旋流除污器2的内壁与旋流除污器2内的污水和杂质进行换热，最后进入出口制冷剂箱15，由制冷剂出口16排出。

综上，由于污水（或海水、湖水、河水等各种水）与旋流除污器2内壁及喷流换热器13的对流、辐射和污杂物颗粒与壁面的碰撞传热，以及由溢流管8流出的干净污水与溢流管8内壁的对流和辐射传热，使与污水（或海水、湖水、河水等各种水）的余热（冬季为余热、夏季为余冷）传递给在流动的制冷剂。

本实施方式的有益效果：

1、将除污功能与污水（或海水、湖水、河水等各种水）余热（冬季为余热、夏季为余冷）利用功能有机结合在了一体，实现了除污、换热一体化，从而节省了设备投资；

2、利用旋流技术增加了污水（或海水、湖水、河水等各种水）的流速，大幅度的增加了湍流，减少甚至一定程度上消除了层流，从而大幅度的减低了传热热阻，促进了污水（或海水、湖水、河水等各种水）和制冷剂之间的热量传递；

3、污水（或海水、湖水、河水等各种水）中混有的固体杂物在离心力的作用下会不断撞击旋流除污器壁即旋流换热器内壁，旋流换热器内壁上由于长时间使用结的污垢受到周期性的碰撞应力作用，在疲劳机制下，垢层上逐渐产生裂纹，直至脱落进入主流中；

4、污水（或海水、湖水、河水等各种水）中混有的固体杂物对垢层的随机碰撞，阻止污垢物质沉积到壁面以及污垢物质在壁面上的生长。从而有效除去换热壁面上沉积的污垢或控制其污垢厚度，使换热器的换热系数维持在一个可接受的范围内而不需清垢，同时固体粒子在随污水的运动中不断穿过流动边界层，强化换热。

5、在溢流管下端的污水侧采用了喷流技术，而在其它地方（制冷剂侧）采用了旋流加筋片技术，有效地加强了污水测的对流换热；

6、延长了溢流管的长度，有效地增加了换热面积，提高了污水（或海水、湖水、河水等各种水）的余热（冬季为余热、夏季为余冷）利用率；

7、采用薄壁材料铜，有效地提高了换热器的换热性能且不易结垢；

8、在污水（或海水、湖水、河水等各种水）侧巧妙地利用了液固两相流与固体壁面之间的换热系数比纯液体与固体壁面之间的换热系数大得多的原理，提高了污水污水（或海水、湖水、河水等各种水）侧的换热系数；

9、对大水量及大制冷剂量可以采用两个或两个以上的原生污水液固暂离自除垢型旋流壁式换热器并联使用；对水中杂物粒度分布宽的污水（或海水、湖水、河水等各种水）可采用两级或两级以上的此类换热器串联使用。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的喷流器12上布满直径为0.5cm～1cm的通孔。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：所述的排污管4与横卧的回流管6的夹角为30°～50°。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的污水入口1的材料为铜；所述的旋流除污器2的材料为铜；所述的排污口3的材料为铜；所述的引射器7的材料为铜；所述的溢流管8的材料为铜；所述的入口制冷剂箱11的材料为铜；所述的喷流器12的材料为铜；所述的套筒式旋流换热器14的材料为铜；所述的出口制冷剂箱15的材料为铜；所述的制冷剂管18的材料为铜。其它与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的铜的厚度为1mm～2mm。其它与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的铜的厚度为1.5mm。其它与具体实施方式一至五相同。

Claims (6)

1.一种原生污水液固暂离旋流壁式换热器，其特征在于它是由污水入口（1）、旋流除污器（2）、排污口（3）、引射器（7）、溢流管（8）、入口制冷剂箱（11）、喷流器（12）、套筒式旋流换热器（14）、出口制冷剂箱（15）及制冷剂管（18）组成；所述的旋流除污器（2）由上部的圆柱桶（2-1）、下部的圆锥桶（2-2）及喷流换热器（13）组成，旋流除污器（2）的圆柱桶（2-1）下端与旋流除污器（2）的圆锥桶（2-2）焊接成相通的空腔密闭管壳，旋流除污器（2）的圆柱桶（2-1）上端向旋流除污器（2）内部设有喷流换热器（13）并焊接连通；所述的引射器（7）包括排污管（4）及回流管（6），回流管（6）的左端为污水出口（5），回流管（6）的右端为入水口（17）；所述的溢流管（8）上端为溢流口（9）；所述的入口制冷剂箱（11）的左端为制冷剂入口（10）；所述的套筒式旋流换热器（14）由上部的圆柱桶（14-1）及下部的圆锥桶（14-2）组成，套筒式旋流换热器（14）的圆柱桶下端（14-1）与套筒式旋流换热器（14）的圆锥桶（14-2）焊接成相通的空腔密闭管壳；所述的出口制冷剂箱（15）的左端为制冷剂出口（16）；制冷剂管（18）的上端与横卧的入口制冷剂箱（11）外表面焊接连通，套筒式旋流换热器（14）的圆柱桶（14-1）与制冷剂管（18）下端焊接连通，套筒式旋流换热器（14）的圆锥桶（14-2）与横卧的出口制冷剂箱（15）外表面焊接连通；制冷剂管（18）内设有溢流管（8），所述的溢流管（8）的直径小于制冷剂管（18）；溢流管（8）向上穿出横卧的入口制冷剂箱（11）并焊接密封；套筒式旋流换热器（14）内设有旋流除污器（2），旋流除污器（2）的直径小于套筒式旋流换热器（14）；喷流换热器（13）设置于溢流管（8）外，喷流换热器（13）的直径大于溢流管（8），溢流管（8）与喷流换热器（13）间设有喷流器（12），喷流器（12）的直径大于溢流管（8），小于喷流换热器（13），喷流器（12）上端与制冷剂管（18）的下端焊接成一体，溢流管（8）的下端、喷流器（12）的下端与喷流换热器（13）的下端焊接成一体；旋流除污器（2）上部圆柱桶（2-1）左侧设有污水入口（1）并横穿出套筒式旋流换热器（14），污水入口（1）与套筒式旋流换热器（14）焊接密封；旋流除污器（2）的圆锥桶（2-2）下端与排污口（3）上端焊接连通，排污口（3）向下穿出横卧的出口制冷剂箱（15）焊接密封，排污口（3）下端与排污管（4）的一端焊接连通，排污管（4）的另一端与横卧的回流管（6）外表面焊接连通。

2.根据权利要求1所述的一种原生污水液固暂离旋流壁式换热器，其特征在于：所述的喷流器（12）上布满直径为0.5cm～1cm的通孔。

3.根据权利要求1所述的一种原生污水液固暂离旋流壁式换热器，其特征在于：所述的排污管（4）与横卧的回流管（6）的夹角为30°～50°。

4.根据权利要求1所述的一种原生污水液固暂离旋流壁式换热器，其特征在于：所述的污水入口（1）的材料为铜；所述的旋流除污器（2）的材料为铜；所述的排污口（3）的材料为铜；所述的引射器（7）的材料为铜；所述的溢流管（8）的材料为铜；所述的入口制冷剂箱（11）的材料为铜；所述的喷流器（12）的材料为铜；所述的套筒式旋流换热器（14）的材料为铜；所述的出口制冷剂箱（15）的材料为铜；所述的制冷剂管（18）的材料为铜。

5.根据权利要求4所述的一种原生污水液固暂离旋流壁式换热器，其特征在于：所述的铜的厚度为1mm～2mm。

6.根据权利要求4所述的一种原生污水液固暂离旋流壁式换热器，其特征在于：所述的铜的厚度为1.5mm。

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