CN104279891A - 流道式海水换热器 - Google Patents

Abstract

一种流道式海水换热器，外形呈箱形，内部结构包括海水流道和冷水流道，其中，海水流道主要包括海水进口，流道板和海水出口，海水进入换热器后，在上下多层流道板上，逐层向下流动；冷水流道主要包括冷水进口，冷水管和冷水出口，冷水进入换热器后，在上下多层的冷水管排内，逐排向上流动，冷水管排与海水的流道板为上下相间布置，其特征在于：所述内部结构还包括制冷剂流道。制冷剂与海水混合后，一同通过箱体上的海水进口，进入流道式海水换热器，由于海水温度高于冷水，流道板上的制冷剂从海水中吸热蒸发，产生的制冷剂蒸汽在冷水管表面凝结放热，制冷剂最后到达制冷剂室，再通过制冷剂内管输出，进行下一个循环。

Description

流道式海水换热器

技术领域

本发明涉及热交换技术，特别是涉及流道式海水换热器。

背景技术

利用海水作为热源，通过海水源热泵对建筑进行采暖，可以直接减少其他短缺能源的消耗，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。

海水源热泵实现了废热的利用，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、建设资源节约型社会的要求。将水源热泵系统技术与海水利用技术结合，在扩大海水利用范围、拓展城市治理节能环保效益方面具有深远意义。

海水源热泵是依靠热泵机组内部制冷剂的物态循环变化，冬季从海水中吸收热量，经热泵机组升温后对建筑供热，具有高效节能、绿色环保、安全可靠等突出优点。

要发展海水源热泵技术，一个核心问题是在从海水中提取热量时，海水换热器如何防腐蚀，如何长时间可靠工作的问题。

金属构件在海洋环境中发生腐蚀，海洋环境是一种复杂的腐蚀环境，在这种环境中，海水本身是一种强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击，加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等，都对海水换热器的腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。

海洋腐蚀主要是局部腐蚀，即从构件表面开始，在很小区域内发生的腐蚀，如电偶腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀等。此外，还有低频腐蚀疲劳、应力腐蚀及微生物腐蚀等。通常，金属构件在海洋飞溅区(指风浪、潮汐等激起的海浪、飞沫溅散到的区域)的全面腐蚀速率最高。

防止海洋腐蚀的措施，除正确设计金属构件、合理选材外，通常有以下几种方法：①采用厚浆型重防式涂料；②对重点部件采用耐腐蚀材料包套；③设计构件时要考虑到足够的腐蚀裕量；④根据电化学腐蚀原理，采用牺牲阳极。

随着整个社会节约能源、环保意识的提高，海水换热器的应用领域也在不断的扩展。除了在城市供暖制冷、制取生活海水应用外，还在食品、生化、制药工业、农林种植、海水养殖及农副产品加工储藏领域，也得到应用。

海水换热器在海水源热泵中的利用，有两种情况。可分为应用于直接式海水源热泵与应用于间接式海水源热泵两类。

直接式系统中，与海水换热器换热的介质为制冷剂；间接式系统中，与海水换热器换热的介质为中介水或防冻液。

前者海水与制冷剂之间经换热器壁面直接换热；后者则存在中介媒质，从而传热热阻增加，导致热泵系统效率随之下降。

海水换热器实现无腐蚀无堵塞连续换热，是利用海水作为热泵热源的技术关键，尤其是对于利用海水换热器的直接式海水源热泵系统。

解决恶劣海水对换热设备及管路的腐蚀，堵塞与污染，实现防腐与无污染换热，是一个世界性技术难题。海水对换热器的影响主要有腐蚀、结垢及堵塞，热泵中的海水流通管路，经常被腐蚀堵塞，以至于热泵完全不能工作。

采用海水蒸发器的直接式系统是目前海水源热泵研究的前沿领域和发展方向，直接式系统与间接式系统相比有很大的优点，主要是：

1，在同样的水源条件下供出同样多的热量，蒸发温度可提高5℃左右，热泵机组效率得以很大提高，系统总的耗电量可降低15％以上。

2，获取同样多的热量，所需的海水量可减小一半左右，减少海水泵的功耗。间接式系统需要考虑中间换热的温差损失，这就限制了海水的降温幅度。

海水换热器或海水蒸发器，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，不能简单用于海水换热器或海水蒸发器。

尽管普通换热器的设计方法与制造工艺，都已经很成熟，但是，海水换热器科学设计方法，至今，还没有很好解决。

上述有关背景技术，在以下专著中有详细描述：

1、(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。

2、陈东，谢继红编，热泵技术手册，北京：化学工业出版社，2012。

发明内容

本发明的目的是为了解决海水热能利用问题，利用海水热能作为热泵热源，利用海水源热泵向城市建筑供暖，为此，本发明给出一种流道式海水换热器。

一种流道式海水换热器，外形呈箱形，内部结构包括海水流道和冷水流道，其中，海水流道主要包括海水进口，流道板和海水出口，海水进入换热器后，在上下多层流道板上，逐层向下流动；冷水流道主要包括冷水进口，冷水管和冷水出口，冷水进入换热器后，在上下多层的冷水管排内，逐排向上流动，冷水管排与海水的流道板为上下相间布置，其特征在于：所述内部结构还包括制冷剂流道。

所述海水流道，它的结构包括：箱体、海水进口、挡水板、流道板、返水口、端板、积水室和海水出口；海水从箱体上的海水进口进入流道式换热器，在挡水板前水平散开，然后漫过挡水板，均匀地洒落在流道板上，然后沿着流道板的坡度流淌，抵达返水口，流向下一个流道板，海水最后到达积水室，然后从海水出口流出；海水流道的所有部件可以用玻璃钢制造，或用铁板制造，但在接触海水部分涂刷防腐蚀漆。

所述流道板，它呈长条形，流道板的前后是箱体的侧板，流道板的左右是端板，从上到下分为多层，每层流道板纵向上水平布置，横向上向一侧倾斜，流道板左右两个长侧边高低不同，高侧边紧贴箱体的一侧内侧壁，低侧边与箱体另一侧内侧壁有一段距离，其间为海水返水口；流道板的前后两个短侧边依附在前后端板上，并同角度向下倾斜，流道板上的海水就是沿着这个倾斜坡度，逐级向下流淌。

所述冷水流道，它的结构包括：箱体、冷水进口、端板、冷水管、返水室和冷水出口：冷水从箱体下部的冷水进口进入流道式海水换热器，在端板前的分水室内水平散开，然后分作多股穿过端板，均匀地进入多个冷水管构成的冷水管排，在冷水管排内水平流淌，抵达末端返水室后，再向上反向流进下一个冷水管排，在流经多个冷水管排后，最后到达集水室，再通过冷水出口流出换热器；每层冷水管排，都紧贴在上方流道板的下表面，而冷水管排与下方流道板间有几厘米的距离。

所述制冷剂流道，它的结构包括：箱体、制冷剂室、制冷剂内管、制冷剂外管、制冷剂泵和制冷剂输送管；制冷剂内管的进口置于制冷剂室中，制冷剂从箱体底部的制冷剂内管流出，经过制冷剂外管，流过制冷剂泵，通过制冷剂输送管与海水混合后，一同通过箱体上的海水进口，进入流道式海水换热器，由于海水温度高于冷水，流道板上的制冷剂从海水中吸热蒸发，产生的制冷剂蒸汽在冷水管表面凝结放热，制冷剂最后到达制冷剂室，再通过制冷剂内管输出，进行下一个循环。

所述制冷剂，它是一种不溶于海水，液态比重小于海水的制冷剂，符合这些条件的制冷剂有异丁烯、1-丁烯和2-丁烯，制冷剂是海水和冷水中间的传热媒质。

本发明的优点是：

1，本发明流道式海水换热器实施例能够可靠地实现海水与冷水换热，因为换热器与海水接触部分是玻璃钢或涂敷防腐蚀漆的材料，因而不会被腐蚀；

2，本发明流道式海水换热器实施例的进行换热的海水与冷水，二者既不接触，又不是简单的通过间壁换热，其间有制冷剂作为传热媒质，制冷剂在其中进行相变换热，把热量从海水传导到冷水，可以通过调整蒸发与凝结的面积比，使传热达到最优化。

附图说明

图1是本发明流道式海水换热器实施例的海水流道结构图；

图2是本发明流道式海水换热器实施例的冷水流道结构图；

图3是本发明流道式海水换热器实施例的制冷剂流道结构图；

图4是本发明流道式海水换热器实施例的总体图。

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给出了本发明流道式海水换热器实施例的海水流道结构图。

本发明流道式海水换热器实施例的海水流道，它的结构包括：箱体105，海水进口110，挡水板120，流道板130，返水口140，端板135，积水室150和海水出口160。

海水从箱体105上的海水进口110进入流道式换热器，在挡水板120前水平散开，然后漫过挡水板120，均匀地洒落在流道板130上，然后沿着流道板130的坡度流淌，抵达返水口140，流向下一个流道板，继续反方向流淌。

流道板130的前后是箱体105的侧板，流道板130的左右是端板135。

在流经多个流道板之后，海水到达积水室150，最后，海水从海水出口160流出。

从上到下分为多层，每一层都有相同的海水流道，海水流道的流道板130为长条形板，纵向上水平布置，横向上向一侧倾斜。

海水流道的流道板130的左右两个长侧边高低不同，高侧边紧贴箱体105的一侧内侧壁，低侧边与箱体105另一侧内侧壁有一段距离，其间为海水返水口140。

海水流道的流道板130的前后两个短侧边，依附在前后端板135上，并同角度向下倾斜，流道板上的海水就是沿着这个倾斜坡度，逐级向下流淌，同时蒸发换热。流道板上的海水流的厚度和海水返水口140的宽度的选择，必须保证进入流道式海水换热器实施例的海水，不会发生堵塞。

海水最后到达流道式海水换热器实施例底部的积水室150，再通过海水出口160排出流道式海水换热器实施例。

本发明流道式海水换热器实施例，它的箱体105，海水进口110，挡水板120，流道板130，端板135和海水出口160，可以用玻璃钢制造，或用铁板制造，但在接触海水部分涂刷防腐蚀漆。

图2是本发明流道式海水换热器实施例的冷水流道结构图。

本发明流道式海水换热器实施例的冷水流道，它的结构包括：箱体105，冷水进口210，分水室215，端板135，冷水管230，返水室240，集水室255和冷水出口260。

冷水从箱体105下部的冷水进口210进入流道式换热器，在端板135前的分水室215内水平散开，然后分作多股穿过端板135，均匀地进入多个冷水管230构成的冷水管排，在冷水管排水平流淌，抵达端部返水室240后，再向上反向流进下一个冷水管排。在流经多个冷水管排后，最后到达集水室255，汇总后，通过冷水出口260流出换热器。

本发明流道式海水换热器实施例，从上到下，它有多层相同的冷水管排，冷水管排是由穿过两端端板135的许多水平冷水管230构成的水平的管排。本图给出了流道式海水换热器中，最上方的部分冷水管排。在一侧端板外，箱体内，上下两级冷水管排之间，通过返水室240相连。

每层冷水流道的水平冷水管排，都紧贴在上方的海水流道的流道板130的下表面，而在冷水管排和下方的海水流道的流道板间有几厘米的距离，其间是海水水平流淌空间。

图3是本发明流道式海水换热器实施例的制冷剂流道结构图。

本发明流道式海水换热器实施例的制冷剂流道，它的结构包括：箱体105，制冷剂室350，制冷剂内管305，制冷剂外管310，制冷剂泵320和制冷剂输送管330。

制冷剂从箱体105底部的制冷剂内管305流出，制冷剂内管305的进口置于制冷剂室350中，制冷剂流过制冷剂外管310，通过制冷剂泵320，和制冷剂输送管330，进入箱体105上的海水进口110，制冷剂与海水混合后，一同进入流道式换热器，制冷剂与海水的混合液在挡水板120前水平散开，然后漫过挡水板120，均匀地洒落在流道板130上，然后沿着流道板130的坡度流淌。

本发明流道式海水换热器实施例的制冷剂是一种不溶于海水，而且比重小于海水的制冷剂，制冷剂是海水和冷水中间的传热媒质，相当于热管中的传热工质，本发明所选用的制冷剂需要具备以下性质：

1，它不溶于海水；

2，在工作温度下，它有合适的压力；

3，无毒，便宜。

符合这些条件的制冷剂有几种，例如：异丁烯、1-丁烯、2-丁烯。

本发明流道式海水换热器实施例的目的是海水向冷水传热，海水温度高于冷水。

流道板上的海水和飘浮在海水表面的异丁烯，沿着有一定倾斜坡度的冷水流道，逐级向下流淌，同时海水向异丁烯传热，异丁烯蒸发，异丁烯又在冷水管表面凝结放热，将热量传递给冷水，冷水受热升温。海水最后到达流道式海水换热器实施例底部的积水室，再通过海水出口排出流道式海水换热器实施例。制冷剂最后飘浮在积水室上方的制冷剂室350，再通过制冷剂内管305，制冷剂外管310和制冷剂泵320，再进入海水进口110，进行下一个循环。

图4是本发明流道式海水换热器实施例的总体图。

本发明流道式海水换热器实施例的总体结构，它外形呈箱形，具体结构包括：海水流道，冷水流道和制冷剂流道。其中，海水流道包括海水进口110，流道板130和海水出口160；冷水流道包括冷水进口210，冷水管230和冷水出口260；制冷剂流道包括制冷剂外管310和制冷剂泵320。

温度较高的海水从海水进口110进入流道式海水换热器实施例，流经多个流道板130，放热降温后，从海水出口160流出；温度较低的冷水从冷水进口210进入流道式海水换热器实施例后，流经多个冷水管230，吸热升温后，从冷水出口260流出；制冷剂经过冷剂外管310和制冷剂泵320，与温度较高的海水混合，一起从海水进口110进入流道式海水换热器实施例，在流经多个流道板130过程中，制冷剂从海水吸热蒸发，产生的汽态的制冷剂在温度较低的冷水管外凝结放热，管内的冷水被加热升温，完成海水与冷水的传热过程。

本发明流道式海水换热器实施例的箱体的底部，是上下设置的积水室和制冷剂室，因为制冷剂比水轻，所以制冷剂飘浮在海水上面，也就是制冷剂室在海水室上方。海水最后从箱体底部的海水出口流出，而制冷剂则从开口在制冷剂室中间的的制冷剂内管流出，进入制冷剂外管310。

Claims (6)

1.一种流道式海水换热器，外形呈箱形，内部结构包括海水流道和冷水流道，其中，海水流道主要包括海水进口，流道板和海水出口，海水进入换热器后，在上下多层流道板上，逐层向下流动；冷水流道主要包括冷水进口，冷水管和冷水出口，冷水进入换热器后，在上下多层的冷水管排内，逐排向上流动，冷水管排与海水的流道板为上下相间布置，其特征在于：所述内部结构还包括制冷剂流道。

2.按照权利要求1所述的一种流道式海水换热器，其特征在于：所述海水流道，它的结构包括：箱体、海水进口、挡水板、流道板、返水口、端板、积水室和海水出口；海水从箱体上的海水进口进入流道式换热器，在挡水板前水平散开，然后漫过挡水板，均匀地洒落在流道板上，然后沿着流道板的坡度流淌，抵达返水口，流向下一个流道板，海水最后到达积水室，然后从海水出口流出；海水流道的所有部件可以用玻璃钢制造，或用铁板制造，但在接触海水部分涂刷防腐蚀漆。

3.按照权利要求1或2所述的一种流道式海水换热器，其特征在于：所述流道板，它呈长条形，流道板的前后是箱体的侧板，流道板的左右是端板，从上到下分为多层，每层流道板纵向上水平布置，横向上向一侧倾斜，流道板左右两个长侧边高低不同，高侧边紧贴箱体的一侧内侧壁，低侧边与箱体另一侧内侧壁有一段距离，其间为海水返水口；流道板的前后两个短侧边依附在前后端板上，并同角度向下倾斜，流道板上的海水就是沿着这个倾斜坡度，逐级向下流淌。

4.按照权利要求1所述的一种流道式海水换热器，其特征在于：所述冷水流道，它的结构包括：箱体、冷水进口、端板、冷水管、返水室和冷水出口；冷水从箱体下部的冷水进口进入流道式海水换热器，在端板前的分水室内水平散开，然后分作多股穿过端板，均匀地进入多个冷水管构成的冷水管排，在冷水管排内水平流淌，抵达末端返水室后，再向上反向流进下一个冷水管排，在流经多个冷水管排后，最后到达集水室，再通过冷水出口流出换热器；每层冷水管排，都紧贴在上方流道板的下表面，而冷水管排与下方流道板间有几厘米的距离。

5.按照权利要求1所述的一种流道式海水换热器，其特征在于：所述制冷剂流道，它的结构包括：箱体、制冷剂室、制冷剂内管、制冷剂外管、制冷剂泵和制冷剂输送管；制冷剂内管的进口置于制冷剂室中，制冷剂从箱体底部的制冷剂内管流出，经过制冷剂外管，流过制冷剂泵，通过制冷剂输送管与海水混合后，一同通过箱体上的海水进口，进入流道式海水换热器，由于海水温度高于冷水，流道板上的制冷剂从海水中吸热蒸发，产生的制冷剂蒸汽在冷水管表面凝结放热，制冷剂最后到达制冷剂室，再通过制冷剂内管输出，进行下一个循环。

6.按照权利要求1或5所述的一种流道式海水换热器，其特征在于：所述制冷剂，它是一种不溶于海水，液态比重小于海水的制冷剂，符合这些条件的制冷剂有异丁烯、1-丁烯和2-丁烯，制冷剂是海水和冷水中间的传热媒质。