CN106225553A - 超声除垢污水换热器 - Google Patents

Abstract

超声除垢污水换热器涉及热交换设备技术领域。超声除垢污水换热器，包括智能超声控制系统、冷交换器、压缩机、膨胀阀、热交换器和超声除垢结构，其特征在于：冷交换器的一侧连有废水循环管线的进水管和出水管，冷交换器另一侧与热交换器之间设有循环管线，冷交换器出口端与热交换器的进口端之间的管线中部设有压缩机，冷交换器进口端与热交换器出口端之间的管线处设有膨胀阀，热交换器另一侧设有热水循环管线的进水管和出水管；本发明超声波引起的高速微涡可有效破坏滞流层，破坏介质的隔热层，使传热过程由滞流介质的导热过程变为对流换热过程，提高传热效果，节约能源。同时设备除垢、防垢同步进行，有垢除垢，无垢防垢；低功耗，运行费用低。

Description

超声除垢污水换热器

技术领域

本发明涉及热交换设备技术领域，尤其涉及一种超声波除垢污水换热器的改进。

背景技术

换热设备中，金属管道内的结垢一直是困扰企业的难题。工业污水、废水、生活废水中含有大量的杂质，极易形成污垢附着在管壁内，结垢导致垢下腐蚀，缩短设备使用寿命，给设备运行带来安全隐患。换热设备结垢影响换热效率，降低了产能，增加了企业产品的成本，严重时设备达不到生产工艺要求；此外，结垢还会导致垢下腐蚀，缩短设备使用寿命，给设备运行带来安全隐患。因此，除垢是换热设备中一项重要的工作。

污垢的来源：(1)、补充水。未经预处理的或预处理不良的补充水会将悬浮物、微生物、泥沙带入循环系统，澄清过程中有可能将混凝剂的水解产物、金属离子留在水中；另外，补充水还会带入一定量难溶或微溶盐类。 (2)、循环设备、空气、粉尘、微生物及其孢子会从敞开式循环冷却水系统进入；周围空气受到污染时，进入系统的腐蚀性气体可能造成设备的腐蚀产物沉积。(3)、泄漏物。碱的泄漏会导致工业冷却水pH值的变化，油的泄漏会导致淤泥沉积等。(4)、水处理用药剂。如含磷药剂可能形成磷酸盐垢，锌盐在缺乏阻垢剂的水中可能结锌垢。(5)腐蚀产物。系统腐蚀所形成的腐蚀产物。

污垢的危害：结垢即在换热器表面形成沉积污垢，这些垢物的沉积先快后慢，再稳定。垢物的沉积导致换热器的换热效果变差，它阻止热量传递，增加流阻，增大压降。(1)影响传热。污垢沉积在换热器的传热面上，影响传热的正常进行，使换热设备效率下降，浪费能源。严重时使换热设备堵塞，系统阻力增大，生产成本增加，产量下降。垢层每年在换热设备和管道中的沉积厚度约为4 mm，换热设备积垢每增加1 mm，导热系数下降9％~9.8％。(2)、增加能量消耗。污垢使换热设备的流动阻力加大，导致泵的功率增加，清洗设备的动力消耗增加；在动力循环、制冷循环中由于污垢导致吸热温度降低和放热温度升高而引起热力学效率下降。(3)、影响产品产量。因污垢造成设备维修周期缩短，维护工作量加大，使设备的正常运行时间缩短，产品产量下降。循环水杂质较多，造成冷却器走水管道内壁附着较多的水垢，严重影响冷却效果，尤其夏季水温较高，物料冷却效果更差，极大地影响装置产量。(4)影响设备安全。引起换热面的局部腐蚀乃至穿孔。

换热设备传统除垢措施：采用的传统手段有：高压水喷射(机械清垢法)和化学清洗剂(化学清垢法)等，这种清垢措施影响生产、磨损腐蚀设备、污染区域环境、损害工人健康等 。其缺点是不能防止结垢，清除完毕后，继续结垢，直到结垢严重到威胁正常生产或安全时，再进行检修除垢，如此重复循环。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种提高传热效率、节省能源且可防止结垢的超声除垢污水换热器。

本发明是采取如下技术方案来完成的：超声除垢污水换热器，包括换热设备和超声除垢结构；所述换热设备包括智能超声控制系统、冷交换器、压缩机、膨胀阀、热交换器和超声除垢结构，其特征在于：冷交换器的一侧连有废水循环管线的进水管和出水管，冷交换器另一侧与热交换器之间设有循环管线，冷交换器出口端与热交换器的进口端之间的管线中部设有压缩机，冷交换器进口端与热交换器出口端之间的管线处设有膨胀阀，热交换器另一侧设有热水循环管线的进水管和出水管；

所述的超声除垢结构包括超声波电源发生器、超声波换能器和传输电缆，超声波电源发生器与超声波换能器之间通过所述传输电缆相连；超声波换能器设置于波导结构上，波导结构设置于换热设备表面。

作为一种优选方案，所述传输电缆设置于电缆管道内。

作为另一种优选方案，所述换热设备采用管壳式换热器，波导结构焊接在换热器壳体上，在波导结构表面设有连接头，超声波换能器与连接头螺纹连接。

作为又一种优选方案，所述的换热设备采用板式换热器，在板式换热器上设置1-2个超声波换能器，所述超声波换能器设置于板式换热器压板上方对应的外缘上。

作为又一种优选方案，所述超声波电源发生器设置于换热设备侧方的结构架上。

作为又一种优选方案，所述超声波电源发生器设置于换热设备侧方的墙面上。

作为又一种优选方案，在换热设备设有数个超声波换能器，所述的数个超声波换能器均通过传输电缆与超声波电源发生器相连。

进一步地，换热设备与波导结构之间滑动相接，在换热设备表面设有滑道，滑道内设有滑块，波导结构与滑块相连。

优选地，所述滑块中部具有透孔，所述波导结构设置于所述滑块的透孔内。

优选地，所述波导结构设置于滑块侧方。

优选地，所述波导结构中部具有透孔，滑块设置于波导结构中部的透孔内。

本发明的有益效果是；超声波除垢装置是针对结垢的壁面(即换热界面)实施在线动态处理，使流体在超声场作用下，产生空化效应、活化效应、剪切效应、抑制效应进行防除垢，而不是用换热介质液进行处理的(如向循环水中连续加人阻垢剂，就是从介质液着手处理的)。无论换热介质中含垢质的成分、性质、含量如何，它均能阻碍垢层附着在换热壁面，达到防除垢的目的；超声波引起的高速微涡还可有效破坏滞流层，破坏介质的隔热层，使传热过程由滞流介质的导热过程变为对流换热过程，提高了传热效果，节约了能源。

设备除垢、防垢同步进行，有垢除垢，无垢防垢；低功耗，运行费用低，单台设备系统功率仅1~2KW，电源输出峰值功率连续可调，日常维护工作量小；除垢、防垢全过程中无须使用任何化学药剂，无腐蚀、无干扰、无辐射，对环境无污染，对操作人员及换热设备无损害，具有在线连续工作、自动化程度高、工作性能可靠等特点。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明热交换器于与波导结构之间滑动相接的结构示意图。

图3为本发明超声波除垢、防垢原理框图。

图4为本发明超声波发生器的原理框图。

其中：1为结构架、2为超声波换能器、3为超声波电源发生器、4为热交换器、5为智能超声控制系统、6为压缩机、7为膨胀阀、8为冷交换器、9为滑道、10为滑块、11为波导结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

根据附图1所示超声除垢污水换热器，包括换热设备和超声除垢结构；所述换热设备包括智能超声控制系统5、冷交换器8、压缩机6、膨胀阀7、热交换器4和超声除垢结构，冷交换器8的一侧连有废水循环管线的进水管和出水管，冷交换器8另一侧与热交换器4之间设有循环管线，冷交换器8出口端与热交换器4的进口端之间的管线中部设有压缩机6，冷交换器8进口端与热交换器4出口端之间的管线处设有膨胀阀7，热交换器4另一侧设有热水循环管线的进水管和出水管；所述的超声除垢结构包括超声波电源发生器3、超声波换能器2和传输电缆，超声波电源发生器3与超声波换能器2之间通过所述传输电缆相连，所述传输电缆设置于电缆管道内；超声波换能器设置于换热设备表面。

所述换热设备采用管壳式换热器，波导结构焊接在换热器壳体上，在波导结构表面设有连接头，超声波换能器与连接头螺纹连接。

所述的换热设备采用板式换热器，在板式换热器上设置1-2个超声波换能器，所述超声波换能器设置于板式换热器压板上方对应的外缘上。

超声波防除垢装置的超声波电源发生器安装在换热设备附近的墙壁或结构架上，超声波换能器2通过焊接的螺纹基座直接安装在热交换设备的壳体上，超声波电源发生器3与超声波换能器2之间用高频电缆连接。根据安装方式分为外置式、内嵌式、内置式3种形式。超声波防除垢装置安装极为简便，只须在换热设备的管板上或外壳上(无须挖孔)焊一个连接头，拧上超声波换能器2，接通信号发生器和电源即可。无须安装向水里导人声波的能量转换器，减小了体积，降低了造价。

在换热设备上设有数个超声波换能器2，所述的数个超声波换能器2均与超声波电源发生器3相连。

根据图2所示，换热设备与波导结构之间滑动相接，在换热设备表面设有滑道，滑道内设有滑块10，波导结构11与滑块10相连，在滑道10两侧设有限位结构。

优选地，所述滑块10中部具有透孔，所述波导结构11设置于所述滑块10的透孔内。

优选地，所述波导结构11设置于滑块10侧方。

优选地，所述波导结构11中部具有透孔，滑块10设置于波导结构11中部的透孔内。

根据图3所示，（1）、硬垢(碳酸盐垢、化学物质结晶等)的清除原理。

当超声脉冲振荡波在金属中传播时，壁面振动会带动其上的垢层一起振动，由于金属及与之直接接触的垢层的传播物理性状不同，壁面和垢层之间产生微冲性的剪切力和推斥力，对于已有垢层，剪切力和推斥力会使其疲劳、裂纹、疏松、破碎而脱落；对于即将黏附的污垢成分，刚一接触壁面即被排开，无法稳定停留在壁面上。无论哪种情况，污垢都会随着介质的流动被带走，这是剪切应力效应起到了除垢作用。

（2）、软垢(泥垢、生物垢、化学物质的黏结物等) 的清除原理。

当超声脉冲振荡波在金属中传播时，使与金属直接接触的垢层松化脱落，由于超声波频率很高，在管、板壁传播时形成很高的加速度，作用于与管、板壁直接接触的流体介质时，会出现一个微小的真空区域。真空区域刚一形成，附近介质在压力的作用下就会迅速涌向这一区域来填补真空，形成许多微小的涡流，对壁面形成不问断的冲刷，同时与垢层接触的水产生的高速微涡对垢层进行冲刷和清理。高速微涡效应相当于介质随时都在对壁面进行清洗，可有效防止污垢的黏附，具有防垢与除垢双重作用。

（3）、强化传热。

介质流动时，由于与固体壁面有摩擦力，会在近壁区域形成滞流层(边界层)。这一区域的传热过程为滞流介质的导热过程而不是对流换热过程，而介质的导热系数较对流换热系数要低得多，因此滞流层的存在会降低传热系数。当有超声波作用时，超声波引起的高速微涡可有效破坏滞流层，起到强化传热的作用。

（4）、其他。

运用超声波在线除垢技术后，采用循环水作为冷却介质的，可适当提高循环水的浓缩倍率，减少水和药剂的损耗；由于高速微涡对垢层进行冲刷和清理，系统的阻力降低，减小了泵的功耗。

根据图4所示， 超声波发生器的原理。

超声波换能器。换能器是把电能转换成机械能(声能)的部件，是产生超声波的源。换能器内采用换能效率高的压电材料，由换能器实现电、机、声的转换而发出超声波。超声波的频率相位实现自动跟踪，从而使发生器和换能器在最佳状态下工作，且超声波的输出功率可根据不同的工况需求而进行无级调节。换能器按其超声波的发射方向相对于被处理液体介质的流动方向可分为轴向发射结构和径向发射结构2种。换能单元绝缘电阻>1000MΏ。

还可以理解的是， 在不背离本公开的构思的情况下， 可以对上述结构和方法做出变化和修改， 并且进一步可以理解的是， 这样的构思旨在由下面的权利要求所覆盖。

Claims (10)

1.超声除垢污水换热器，包括换热设备和超声除垢结构；所述换热设备包括智能超声控制系统、冷交换器（8）、压缩机（6）、膨胀阀（7）、热交换器（4）和超声除垢结构，其特征在于：冷交换器（8）的一侧连有废水循环管线的进水管和出水管，冷交换器（8）另一侧与热交换器（4）之间设有循环管线，冷交换器（8）出口端与热交换器（4）的进口端之间的管线中部设有压缩机（6），冷交换器（8）进口端与热交换器（4）出口端之间的管线处设有膨胀阀（7），热交换器（4）另一侧设有热水循环管线的进水管和出水管；

所述的超声除垢结构包括超声波电源发生器（3）、超声波换能器（2）和传输电缆，超声波电源发生器（3）与超声波换能器（2）之间通过所述传输电缆相连；超声波换能器（2）设置于波导结构上，波导结构设置于换热设备表面。

2.根据权利要求1所述的超声除垢污水换热器，其特征在于：所述换热设备采用管壳式换热器，波导结构焊接在换热器壳体上，在波导结构表面设有连接头，超声波换能器（2）与连接头螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的超声除垢污水换热器，其特征在于：所述的换热设备采用板式换热器，在板式换热器上设置1-2个超声波换能器（2），所述超声波换能器（2）设置于板式换热器压板上方对应的外缘上。

4.根据权利要求1所述的超声除垢污水换热器，其特征在于：所述超声波电源发生器（3）设置于换热设备侧方的结构架上。

5.根据权利要求1所述的超声除垢污水换热器，其特征在于：所述超声波电源发生器（3）设置于换热设备侧方的墙面上。

6.根据权利要求1所述的超声除垢污水换热器，其特征在于：在换热设备上设有数个超声波换能器（2），所述的数个超声波换能器（2）均通过传输电缆与超声波电源发生器（3）相连。

7.根据权利要求1所述的超声除垢污水换热器，其特征在于：换热设备与波导结构之间滑动相接，在热交换器表面设有滑道（9），滑道（9）内设有滑块（10），波导结构与滑块（10）相连。

8.根据权利要求8所述的超声除垢污水换热器，其特征在于：所述滑块（10）中部具有透孔，所述波导结构（11）设置于所述滑块（10）的透孔内。

9.根据权利要求8所述的超声除垢污水换热器，其特征在于：所述波导结构（11）设置于滑块（10）侧方。

10.根据权利要求8所述的超声除垢污水换热器，其特征在于：所述波导结构（11）中部具有透孔，滑块（10）设置于波导结构中部的透孔内。