CN109443049A - 一种管内循环自动除垢换热器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管内循环自动除垢换热器及其控制方法，通过采用阀门交替控制启闭来改变水流动方向，从而通过水流来带动金属除垢小球刷动管壁，使金属小球对换热器内表面进行除垢，且水流循环方向的改变能使小球在管内往复循环，水循环流动改变一次即可对管道进行两次冲刷，既耗能小又能有效的清除污垢，起到事半功倍的效果，大大的减少了污垢对换热器换热性能的影响，该方案更经济、更有效、更直接的对换热管进行除垢，且能持续使用，本装置方案与传统化学除污垢法截然不同，通过物理方法，更加简便易行，更具操作性、经济性，利用水流动力推动换热管内除垢球，从而可以有效且节能地去除管内污垢，保障仪器寿命与换热效率。

Description

一种管内循环自动除垢换热器及其控制方法

技术领域

本发明属于换热器领域，尤其是一种管内循环自动除垢换热器及其控制方法。

背景技术

一般情况下，换热器运行一段时间后，传热壁面常有污垢积存，这对传热产生了附加热阻，使传热系数K值下降，严重影响换热效率。

由于污垢广泛存在于工业生产的多种过程中，将严重妨碍换热设备的正常运行，造成能源的巨大浪费和惊人的经济损失，是传热界十分关注而又未能完全解决的主要问题之一，对结垢规律的研究已受到人们的广泛关注。换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学复合过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济、能耗损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界十分关注而又至今未能解决的难题之一。现有一些除垢方式存在着实施难度大或经济成本较高的局限性，而更加高效、新型的除垢方式仍罕见文献报道。

现有技术中，热交换管基本上都没有配置物理除垢装置，由于换热管通常为弯管，随着使用时间的增加，热交换管内部的水垢必然越积越多，其换热效率便不可避免地逐渐降低，某些性能较差的换热管其性能甚至降低非常快，最终使得现有的换热管不仅换热效率低，而且使用寿命短，性价比不高。

发明内容

针对现有技术的情况，本发明的目的在于提高一种除垢效率高、操作可靠、实施成本低且方便灵活的管内循环自动除垢换热器及其控制方法。

为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：

一种管内循环自动除垢换热器，其包括换热器壳体、换热金属管、除垢球、一对挡环、进水管、出水管、阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ、第一三通管和第二三通管；所述的换热器壳体设有进水口、出水口、换热介质进口和换热介质出口，所述的换热金属管设于换热器壳体内且换热金属管与换热器壳体之间设有供换热介质流通的间隙；换热金属管的两端分别与换热器壳体上的进水口和出水口对应连接；所述的进水口上连接有第一三通管，第一三通管的其中一管路与进水口连接，第一三通管的另外两管路分别与进水管和出水管连接且阀门Ⅰ、阀门Ⅱ分别设于该两管路上，所述的出水口上连接有第二三通管，第二三通管的其中一管路与出水口连接，第二三通管的另外两管路分别与进水管和出水管连接且阀门Ⅲ、阀门Ⅳ分别设于该两管路上，所述的除垢球活动设置在换热金属管内且除垢球的外径小于换热金属管的直径；所述的一对挡环分别设于换热金属管的两端且用于防止除垢球脱出。

进一步，所述的换热金属管为蜿蜒设置在换热器壳体内。

进一步，其还包括控制器，所述的阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ均为电控阀门，阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ均与控制器电连接且由控制器控制。

进一步，所述的除垢球为金属除垢球。

优选的，所述除垢球的外表面上设有尼龙刷毛。

进一步，所述的一对挡环为金属材质且固定在换热金属管的两端，挡环上设有通孔。

进一步，所述的换热金属管为铜管。

进一步，换热介质为制冷剂。

根据上述所述的一种管内循环自动除垢换热器的除垢控制方法，其包括如下步骤：

（1）启动进水管与进水口连接管路上的阀门Ⅰ和出水口与出水管连接管路了上的阀门Ⅲ，关闭出水管与进水口连接管路上的阀门Ⅱ和出水口与进水管连接管路上的阀门Ⅳ；

（2）对进水管进行输入待换热流体，将待换热流体从进水口输入到换热金属管中，同时，将换热介质从换热介质进口输入到换热器壳体内并从换热介质出口输出，换热金属管内的除垢球受待换热流体的推动而沿换热金属管形成的流体通道被推动到接近出水口的一端，待换热流体经换热介质换热后，从除垢球与换热金属管之间的间隙流过最终从出水口输出，再进入到出水管并流出，以此完成除垢球的一次除垢冲刷；

（3）关闭进水管与进水口连接管路上的阀门Ⅰ和出水口与出水管连接管路了上的阀门Ⅲ，开启出水管与进水口连接管路上的阀门Ⅱ和出水口与进水管连接管路上的阀门Ⅳ；

（4）对进水管进行输入待换热流体，通过进水管将待换热流体从出水口输入到换热金属管中，同时，将换热介质从换热介质进口输入到换热器壳体内并从换热介质出口输出，位于换热金属管内且靠近出水口端的除垢球受待换热流体的推动而沿换热金属管形成的流体通道被推动到接近进水口的一端，待换热流体经换热介质换热后，从除垢球与换热金属管之间的间隙流过最终从进水口输出，再进入到出水管并流出，以此完成除垢球的二次除垢冲刷。

一种工业生产系统，其包括上述所述的管内循环自动除垢换热器。

本发明方案还可以用于江水源热泵换热器。

采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果：本发明通过采用阀门交替控制启闭来改变水流动方向，从而通过水流来带动金属除垢小球刷动管壁，使金属小球对换热器内表面进行除垢，且水流循环方向的改变能使小球在管内往复循环，水循环流动改变一次即可对管道进行两次冲刷，既耗能小又能有效的清除污垢，起到事半功倍的效果，大大的减少了污垢对换热器换热性能的影响，该方案更经济、更有效、更直接的对换热管进行除垢，且能持续使用，本装置方案与传统化学除污垢法截然不同，通过物理方法，更加简便易行，更具操作性、经济性，利用水流动力推动换热管内除垢球，从而可以有效且节能地去除管内污垢，保障仪器寿命与换热效率；其与传统物理除污垢法也不同，本方案不利用任何外加器械，通过优化换热管管道结构与利用管内水流能量推动管内金属球对换热管内壁进行清洁，再结合除垢球球浮力特性，令除垢球在换热管内进行循环运动，从而高效、节能地进行管内除垢，保证仪器寿命与换热效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述：

图1为本发明方案的简要实施结构之一的示意图；

图2为本发明除垢球的简要实施结构之一的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明管内循环自动除垢换热器，其包括换热器壳体11、换热金属管6、除垢球7、一对挡环12、进水管1、出水管5、阀门Ⅰ2、阀门Ⅱ3、阀门Ⅲ9、阀门Ⅳ10、第一三通管13和第二三通管15；所述的换热器壳体11设有进水口16、出水口14、换热介质进口4和换热介质出口8，所述的换热金属管6设于换热器壳体11内且换热金属管6与换热器壳体11之间设有供换热介质流通的间隙；换热金属管6的两端分别与换热器壳体11上的进水口16和出水口14对应连接；所述的进水口16上连接有第一三通管13，第一三通管13的其中一管路与进水口16连接，第一三通管13的另外两管路分别与进水管1和出水管5连接且阀门Ⅰ2、阀门Ⅱ3分别设于该两管路上，所述的出水口14上连接有第二三通管15，第二三通管15的其中一管路与出水口14连接，第二三通管15的另外两管路分别与进水管1和出水管5连接且阀门Ⅲ9、阀门Ⅳ10分别设于该两管路上，所述的除垢球7活动设置在换热金属管6内且除垢球7的外径小于换热金属管6的直径；所述的一对挡环12分别设于换热金属管6的两端且用于防止除垢球7脱出。

其中，为了提高换热效率和时长，所述的换热金属管6为蜿蜒设置在换热器壳体11内。

为了提高阀门的启闭调节便利性，进一步，其还包括控制器，所述的阀门Ⅰ2、阀门Ⅱ3、阀门Ⅲ9、阀门Ⅳ10均为电控阀门，阀门Ⅰ2、阀门Ⅱ3、阀门Ⅲ9、阀门Ⅳ10均与控制器电连接且由控制器控制，通过控制器进行远程简单控制阀门的启闭，提高换热器的控制自动化。

另外，为了提高除垢球7的使用寿命和使用效果，进一步，所述的除垢球7为金属除垢球；优选为中空结构，参见图2，所述除垢球7的外表面上设有尼龙刷毛71，通过尼龙刷毛71进行进一步提高除垢球7与换热金属管6的接触来达到进一步提高除垢效率的目的。

进一步，所述的一对挡环12为金属材质且固定在换热金属管6的两端，挡环12上设有通孔；进一步，所述的换热金属管6为铜管。

进一步，换热介质为制冷剂。

根据上述所述的一种管内循环自动除垢换热器，其除垢控制方法包括如下步骤：

（1）启动进水管1与进水口16连接管路上的阀门Ⅰ2和出水口14与出水管5连接管路了上的阀门Ⅲ9，关闭出水管5与进水口16连接管路上的阀门Ⅱ3和出水口14与进水管1连接管路上的阀门Ⅳ10；

（2）对进水管1进行输入待换热流体，将待换热流体从进水口16输入到换热金属管6中，同时，将换热介质从换热介质进口4输入到换热器壳体11内并从换热介质出口8输出，换热金属管6内的除垢球7受待换热流体的推动而沿换热金属管6形成的流体通道被推动到接近出水口14的一端，待换热流体经换热介质换热后，从除垢球7与换热金属管6之间的间隙流过最终从出水口14输出，再进入到出水管5并流出，以此完成除垢球7的一次除垢冲刷；

（3）关闭进水管1与进水口16连接管路上的阀门Ⅰ2和出水口14与出水管5连接管路了上的阀门Ⅲ9，开启出水管5与进水口16连接管路上的阀门Ⅱ3和出水口14与进水管1连接管路上的阀门Ⅳ10；

（4）对进水管1进行输入待换热流体，通过进水管1将待换热流体从出水口14输入到换热金属管6中，同时，将换热介质从换热介质进口4输入到换热器壳体11内并从换热介质出口8输出，位于换热金属管6内且靠近出水口14端的除垢球7受待换热流体的推动而沿换热金属管6形成的流体通道被推动到接近进水口16的一端，待换热流体经换热介质换热后，从除垢球7与换热金属管6之间的间隙流过最终从进水口16输出，再进入到出水管5并流出，以此完成除垢球7的二次除垢冲刷。

当需要进行多次除垢冲刷时，可以重复步骤（1）～（4）以实现除垢球7的；来回移动，以完成多次除垢冲刷。

由于在换热金属管6在换热过程中，污垢生长有一个生长诱导期，所以可以通过实验研究理论分析以根据实际情况来总结管内除垢的时间节点，从而确定出最佳的除垢周期，将其设置为一个时间节点，每隔个一小段时间就定期开启阀门处理一次，通过控制器控制电控阀门完成除垢循环周期，这样可以有效的避免污垢的生长。

本发明方案可以用于工业生产系统中换热器，以改变传统工业生产系统中换热器难以除垢或除垢效率低、成本高的问题。

以上所述为本发明实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种管内循环自动除垢换热器，其特征在于：其包括换热器壳体、换热金属管、除垢球、一对挡环、进水管、出水管、阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ、第一三通管和第二三通管；所述的换热器壳体设有进水口、出水口、换热介质进口和换热介质出口，所述的换热金属管设于换热器壳体内且换热金属管与换热器壳体之间设有供换热介质流通的间隙；换热金属管的两端分别与换热器壳体上的进水口和出水口对应连接；所述的进水口上连接有第一三通管，第一三通管的其中一管路与进水口连接，第一三通管的另外两管路分别与进水管和出水管连接且电控阀门Ⅰ、电控阀门Ⅱ分别设于该两管路上，所述的出水口上连接有第二三通管，第二三通管的其中一管路与出水口连接，第二三通管的另外两管路分别与进水管和出水管连接且电控阀门Ⅲ、电控阀门Ⅳ分别设于该两管路上，所述的除垢球活动设置在换热金属管内且除垢球的外径小于换热金属管的直径；所述的一对挡环分别设于换热金属管的两端且用于防止除垢球脱出。

2.根据权利要求1所述的一种管内循环自动除垢换热器，其特征在于：所述的换热金属管为蜿蜒设置在换热器壳体内。

3.根据权利要求1所述的一种管内循环自动除垢换热器，其特征在于：其还包括控制器，所述的阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ均为电控阀门，阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ均与控制器电连接且由控制器控制。

4.根据权利要求1所述的一种管内循环自动除垢换热器，其特征在于：所述的除垢球为金属除垢球。

5.根据权利要求4所述的一种管内循环自动除垢换热器，其特征在于：所述除垢球的外表面上设有尼龙刷毛。

6.根据权利要求1所述的一种管内循环自动除垢换热器，其特征在于：所述的一对挡环为金属材质且固定在换热金属管的两端，挡环上设有通孔。

7.根据权利要求1所述的一种管内循环自动除垢换热器，其特征在于：所述的换热金属管为铜管。

8.根据权利要求1所述的一种管内循环自动除垢换热器，其特征在于：换热介质为制冷剂。

9.根据权利要求1至8之一所述的一种管内循环自动除垢换热器的除垢控制方法，其特征在于：其包括如下步骤：

（1）启动进水管与进水口连接管路上的阀门Ⅰ和出水口与出水管连接管路了上的阀门Ⅲ，关闭出水管与进水口连接管路上的阀门Ⅱ和出水口与进水管连接管路上的阀门Ⅳ；

（2）对进水管进行输入待换热流体，将待换热流体从进水口输入到换热金属管中，同时，将换热介质从换热介质进口输入到换热器壳体内并从换热介质出口输出，换热金属管内的除垢球受待换热流体的推动而沿换热金属管形成的流体通道被推动到接近出水口的一端，待换热流体经换热介质换热后，从除垢球与换热金属管之间的间隙流过最终从出水口输出，再进入到出水管并流出，以此完成除垢球的一次除垢冲刷；

（3）关闭进水管与进水口连接管路上的阀门Ⅰ和出水口与出水管连接管路了上的阀门Ⅲ，开启出水管与进水口连接管路上的阀门Ⅱ和出水口与进水管连接管路上的阀门Ⅳ；

（4）对进水管进行输入待换热流体，通过进水管将待换热流体从出水口输入到换热金属管中，同时，将换热介质从换热介质进口输入到换热器壳体内并从换热介质出口输出，位于换热金属管内且靠近出水口端的除垢球受待换热流体的推动而沿换热金属管形成的流体通道被推动到接近进水口的一端，待换热流体经换热介质换热后，从除垢球与换热金属管之间的间隙流过最终从进水口输出，再进入到出水管并流出，以此完成除垢球的二次除垢冲刷。

10.一种工业生产系统，其特征在于：其包括权利要求1至8之一所述的管内循环自动除垢换热器。