CN112833702A - 一种换热系统的管壁除垢装置 - Google Patents

Abstract

本发明为了克服现有技术中环路热管的管壁除垢操作需要在停机时进行，对于大型冷却回路、冷凝液价格高昂或者低温要求较严苛的应用场景，停机除垢操作的成本损失巨大的技术问题，提供一种换热系统的管壁除垢装置，包括换热管，换热管由不导磁材料制成，换热管中设有对换热管内管壁上的污垢进行刮除的除垢构件，换热管外设有驱动件，驱动件可带动除垢构件沿换热管的长度方向往复移动，换热管上设有用以收纳分离回收组件的储存腔，连接在换热管外周面上的储存腔靠近换热管的一端，分离回收组件可将换热管中的污垢自换热管内迁移至储存腔中，储存腔远离换热管的一端设有第一阀门。本申请在降低除垢成本的同时保证环路热管的无间断正常运行。

Description

一种换热系统的管壁除垢装置

技术领域

本发明涉及换热系统技术领域，特别是涉及一种换热系统的管壁除垢装置。

背景技术

热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器获得满意的换热效果，开辟了散热行业新天地。目前热管广泛的应用于各种换热设备，其中包括太阳能、海水淡化领域，例如太阳能的利用等。

热管中的环路热管结构在日常生活中具有广泛的应用，如在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中应用十分广泛，但是，热管长期运行后，内部会形成污垢，污垢的积累使热管内部通道截面变小甚至堵塞，造成冷却水流量不足和压力降低，引发停机、停产，甚至引发鼓疱、裂纹、爆管等安全事故。基于管垢可能引发的上述问题，需要对热管的内管壁进行清理，以去除壁面上附着的污垢。

公开号为CN102814309B的中国专利公布了一种换热管除垢装置，所述的换热管除垢装置包括冷却梁、喷枪及喷头，所述的冷却梁是横截面为“C”形的管状结构，所述的喷枪（3）通过喷枪套管置于所述的冷却梁的内腔；所述的喷头从所述的“C”形的缺口中伸出所述的冷却梁。

上述专利中喷射颗粒介质通过喷枪高速喷射在覆满污垢的换热器上进行除垢，达到高效除垢、提高换热器的工作效率的目的；其问题在于，上述装置在环路热管停止运行时才能使用，对于大型冷却回路、冷凝液价格高昂或者低温要求较严苛的应用场景，环路热管停机除垢造成的成本损失巨大，基于此，亟需提供一种无须停机即可实现管路内壁除垢的装置。

发明内容

本发明为了克服现有技术中环路热管的管壁除垢操作需要在停机时进行，对于大型冷却回路、冷凝液价格高昂或者低温要求较严苛的应用场景，停机除垢操作的成本损失巨大的技术问题，提供一种换热系统的管壁除垢装置，换热管内的除垢构件将管壁上附着的污垢清除，清除后的污垢经分离回收组件自管内迁移至换热管外，从而在不停机的前提下实现环路热管的管壁除垢，在降低除垢成本的同时保证环路热管的无间断正常运行。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种换热系统的管壁除垢装置，包括换热管，换热管由不导磁材料制成，换热管中设有对换热管内管壁上的污垢进行刮除的除垢构件，换热管外设有驱动件，驱动件可带动除垢构件沿换热管的长度方向往复移动，换热管上设有用以收纳分离回收组件的储存腔，连接在换热管外周面上的储存腔靠近换热管的一端，分离回收组件可将换热管中的污垢自换热管内迁移至储存腔中，储存腔远离换热管的一端设有第一阀门。

对换热管内管壁上附着污垢的清除，目前常用的方法主要包括化学清除和物理清除两种，对于封闭式的环路热管。当采用化学清除方法时，需要停机并将换热管拆下，以实现化学清洗剂的注入以及被清除污垢的导出；当采用物理清除方法时，虽然无需清洗剂的注入，但是仍需至少将换热管的一端拆下以实现被清除污垢的排出。综上，目前常用的换热管除垢方法均需要在停机条件下进行，且需要对换热管进行拆卸操作，一方面花费的时间成本较高，另一方面对于大型冷却回路、冷凝液价格高昂或者低温要求较严苛的应用场景，停机除垢操作意味着需要配置备用的冷却系统，生产成本大幅提升。

本申请提供一种换热系统的管壁除垢装置，进行除垢操作时无需换热系统停机，具体的，除垢装置主要包括除垢构件和分离回收构件，除垢构件在驱动件的带动下对换热管内管壁上附着的污垢进行刮除，使其混入换热管中的液体介质中，分离回收构件具备两个功能，其一是将污垢与液体介质分离，以实现对液体介质中分散污垢的集中，其二是对集中后的污垢进行回收，以实现污垢自换热管内朝换热管外的迁移，由此完成环路热管不停机前提下的除垢操作。换热管上设有储存腔，当不进行除垢操作时，分离回收构件被收纳在储存腔中，避免分离回收构件影响系统的换热效率，当需要进行除垢操作时，第一阀门打开，分离回收构件进入换热管内，然后除垢构件在驱动件的带动下对换热管内管壁上附着的污垢进行刮除，待除垢构件对所有管壁除垢完毕后，分离回收构件携带收集的污垢收回储存腔中，第一阀门关闭，由此完成污垢自换热管内朝换热管外的迁移。本申请可在不停机的前提下实现环路热管的管壁除垢，在降低除垢成本的同时保证环路热管的无间断正常运行；此外，当本申请所述装置应用于大型冷却回路、冷凝液价格高昂或者低温要求较严苛的场景时，无需配置备用的冷却系统，生产成本大幅降低。

作为优选，除垢构件包括呈环形的本体，本体的外环面上设有除垢齿，除垢齿的数目为若干个且沿本体的周向间隔布置，本体的轴向与换热管的轴向平行，除垢齿的齿缘与换热管的内管壁贴合，除垢构件由磁性材料制成。本申请通过除垢齿对换热管内管壁的刮除动作实现附着污垢的分离，为实现液体介质的正常流动，本体需采用环形设计。

作为优选，驱动件包括气缸和驱动环，气缸可带动驱动环沿换热管的长度方向往复滑动，驱动环为电磁铁，套设在换热管外周面上的驱动环与除垢构件位置对应。为避免对换热管的管壁造成破坏，导致换热管的结构强度下降，同时为避免驱动件布置在换热管内导致流道阻碍，除垢构件沿换热管长度方向移动的驱动源应当布置在换热管外部，本申请中驱动环为电磁铁，除垢构件由磁性材料制备，在气缸驱动下沿换热管长度方向移动的通电驱动环可带动除垢构件同步移动，实现对换热管内管壁上污垢的清除。

作为优选，换热管的内管与储存腔之间设有第二阀门，分离回收组件包括回收气囊、滤膜和支撑气囊，滤膜位于回收气囊远离除垢构件的一侧，支撑气囊位于滤膜远离回收气囊的一侧，滤膜两侧的边缘分别与回收气囊、支撑气囊连接。污垢与液体介质混合在一起，故而需要将污垢与液体介质分离以实现对污垢的回收，本申请通过滤膜实现上述分离操作，液体介质流经滤膜后污垢落在滤膜一侧，但是，滤膜不能一直安装在换热管内，因为滤膜对液体介质的正常流动会造成极大阻碍，基于此，滤膜需在进行除垢操作时置入换热管内，且边缘延展，当除垢操作完成后，滤膜需收入储存腔中，以避免对液体介质的正常流动造成阻碍。本申请通过在滤膜两侧分别布置回收气囊和支撑气囊达成上述技术要求，滤膜两侧的边缘分别与回收气囊、支撑气囊连接，回收气囊和支撑气囊中充入气体膨胀时带动滤膜同步延展，实现液体介质和污垢的分离，回收气囊和支撑气囊中气体抽出时带动滤膜同步收缩，实现分离回收组件的收纳以避免对液体介质流动的阻挡。

作为优选，分离回收组件位于换热管内时，回收气囊的周面、支撑气囊的周面均与换热管的内管壁贴合，支撑气囊上设有第一过水孔，回收气囊上设有第二过水孔。为实现污垢清除时换热系统的正常工作，换热管中的液体介质需流动，故而需在支撑气囊上布置第一过水孔，在回收气囊上布置第二过水孔，液体经第一过水孔、滤膜和第二过水孔流动。

作为优选，回收气囊的内环面上设有回收槽，回收槽沿换热管的轴向靠近滤膜，随换热管内液体移动至滤膜处的污垢在自重作用下落入所述回收槽。分离回收组件需对滤膜分离出的污垢进行收集，本申请在回收气囊上布置回收槽，混有污垢的液体介质流经滤膜时，被分离的污垢位于滤膜靠近回收气囊一侧，污垢在自重作用下落入回收槽中，当回收气囊收缩时，污垢被包括在回收气囊和滤膜之间，分离回收组件自换热管内移动至储存腔中时即可实现污垢的同步迁移。

作为优选，回收气囊和支撑气囊均通过气管与换热管外部的气泵相连，第一阀门上设有穿线孔，穿线孔与气管之间设有密封层。密封层用以隔绝换热管内的液体介质，提升换热管的密封性能。

作为优选，除垢构件包括第一除垢件和第二除垢件，第一除垢件包括第一除垢齿，第二除垢件包括第二除垢齿，第一除垢齿和第二除垢齿错位排布。上述设计的目的是实现对换热管内管壁上污垢的全方位清除，提升换热管内管壁的清洁度。

作为优选，第一阀门和第二阀门均为电磁阀。电磁阀在PLC系统控制下可自动开合，提升所述管壁除垢装置的自动化水平。

作为优选，换热管水平布置，储存腔位于换热管顶部。换热管需水平布置，这样被滤膜分离的污垢才会在自重作用下落入回收槽中，应用时需将分离回收组件安装在水平布置的换热管上，除垢构件可布置在任意位置的换热管中，只要保证污垢在水平管中集中回收即可。假设储存腔位于换热管底部，第一阀门打开时液体介质会涌入储存腔中，导致分离回收组件的展开动作阻力较大，基于此，需要将储存腔布置在换热管顶部。

综上所述，本发明具有如下有益效果：（1）本申请可在不停机的前提下实现环路热管的管壁除垢；（2）本申请在降低除垢成本的同时保证环路热管的无间断正常运行；（3）本申请所述装置应用于大型冷却回路、冷凝液价格高昂或者低温要求较严苛的场景时，无需配置备用的冷却系统，生产成本大幅降低；（4）驱动件布置在换热管外部，不会对液体介质的流动造成过大阻碍；（5）电磁阀在PLC系统控制下可自动开合，提升所述管壁除垢装置的自动化水平。

附图说明

图1是本发明整体的示意图。

图2是本发明中除垢构件的示意图。

图3是本发明中分离回收组件的示意图。

图4是环路热管的原理图。

图中：

换热管1，除垢构件2，驱动件3，气缸301，驱动环302，分离回收组件4，储存腔5，第一阀门6，本体7，除垢齿8，第二阀门9，回收气囊10，滤膜11，支撑气囊12，第一过水孔13，第二过水孔14，回收槽15，气管16，气泵17。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

如图1至图4所示，一种换热系统的管壁除垢装置，包括换热管1，换热管由不导磁材料制成，换热管中设有对换热管内管壁上的污垢进行刮除的除垢构件2，换热管外设有驱动件3，驱动件可带动除垢构件沿换热管的长度方向往复移动，换热管上设有用以收纳分离回收组件4的储存腔5，连接在换热管外周面上的储存腔靠近换热管的一端，分离回收组件可将换热管中的污垢自换热管内迁移至储存腔中，储存腔远离换热管的一端设有第一阀门6；除垢构件包括呈环形的本体7，本体的外环面上设有除垢齿8，除垢齿的数目为若干个且沿本体的周向间隔布置，本体的轴向与换热管的轴向平行，除垢齿的齿缘与换热管的内管壁贴合，除垢构件由磁性材料制成；驱动件包括气缸301和驱动环302，气缸可带动驱动环沿换热管的长度方向往复滑动，驱动环为电磁铁，套设在换热管外周面上的驱动环与除垢构件位置对应；换热管的内管与储存腔之间设有第二阀门9，分离回收组件包括回收气囊10、滤膜11和支撑气囊12，滤膜位于回收气囊远离除垢构件的一侧，支撑气囊位于滤膜远离回收气囊的一侧，滤膜两侧的边缘分别与回收气囊、支撑气囊连接；分离回收组件位于换热管内时，回收气囊的周面、支撑气囊的周面均与换热管的内管壁贴合，支撑气囊上设有第一过水孔13，回收气囊上设有第二过水孔14；回收气囊的内环面上设有回收槽15，回收槽沿换热管的轴向靠近滤膜，随换热管内液体移动至滤膜处的污垢在自重作用下落入所述回收槽；回收气囊和支撑气囊均通过气管16与换热管外部的气泵17相连，第一阀门上设有穿线孔，穿线孔与气管之间设有密封层；除垢构件包括第一除垢件和第二除垢件，第一除垢件包括第一除垢齿，第二除垢件包括第二除垢齿，第一除垢齿和第二除垢齿错位排布；第一阀门和第二阀门均为电磁阀；换热管水平布置，储存腔位于换热管顶部。

如图1所示，装设有分离回收组件的换热管水平布置，换热管靠近其右端的顶部设有储存腔，储存腔与换热管之间设有第二阀门，第二阀门打开时储存腔与换热管的内管连通，换热管内靠近左端的位置设有除垢构件，除垢构件包括相邻布置的第一除垢件和第二除垢件，以对左侧的第一除垢件为例进行说明，第一除垢件包括呈环形的本体，本体的轴线与换热管的轴线平行，本体的外环面上设有第一除垢齿，若干个第一除垢齿沿本体的周向间隔布置，第一除垢齿可以为直齿、斜齿或弧形齿，图2中所示第一除垢齿为直齿结构，第一除垢齿自左而右延伸，故而液体介质在除垢构件处的流动通道有两个，其一是本体中部的通孔，其二是相邻两个第一除垢齿之间的齿槽，当第一除垢件将换热管内管壁上的污垢刮除后，持续流动的液体介质可将污垢自第一除垢件左侧迁移至第一除垢件右侧，第二除垢件的结构与第一除垢件的结构基本一致，区别点在于，第二除垢件上第二除垢齿的布置间隔不同，第一除垢齿和第二除垢齿错位排布，以实现对换热管内管壁的完全清除。

如图3所示，分离回收组件自左而右包括回收气囊、滤膜和支撑气囊，回收气囊上设有第二过水孔，支撑气囊上设有第一过水孔，携带有污垢的液体介质经第二过水孔经滤膜流动至第一过水孔时，污垢被滤膜分离隔绝在滤膜左侧，液体介质始终向右流动，在液体介质和滤膜的配合作用下，污垢保持在滤膜左侧，污垢的自重带动其下移，回收气囊上设有回收槽，下落的污垢落在回收槽中并在其中抱团集聚，待除垢构件遍历分离回收组件左侧的换热管内管壁时，由于分离回收组件靠近换热管的最右端，回收气囊和支撑气囊与换热管内管壁抵接时会实现除垢操作，此时换热管内管壁上附着的污垢清理完毕，此时将分离回收组件在换热管内保持一段时间，使得液体介质携带的大体积污垢均汇集在回收槽中。接下来将回收气囊和支撑气囊中的气体经气管排出，回收气囊和支撑气囊收缩，在回收气囊收缩时，滤膜与回收气囊靠近收拢，滤膜和回收气囊配合对污垢进行包裹，打开第二阀门，回收气囊和支撑气囊收缩时同步朝储存腔中移动，待回收气囊和支撑气囊中的气体快要排尽时，两者完全收入储存腔中，回收气囊和支撑气囊均选用高弹材料制备，充气膨胀时两者自动从储存腔中移入换热管中，排气收缩时两者自动收回储存腔中。待回收气囊和支撑气囊完全收入储存腔后，第二阀门关闭，此时污垢自换热管内迁移至储存腔中，打开第一阀门，将分离回收组件自储存腔中取出，清除污垢后对其进行清洗操作，然后再放回储存腔中，保持回收气囊的回收槽一端朝下，从而为下一循环的除垢操作做准备；亦可以直接对分离回收组件进行更换。上述操作过程中，分离回收组件延展到位与否，分离回收组件是否完全收入储存中，第一阀门和第二阀门的开合时机等均可通过PLC控制系统进行调配，PLC控制系统为现有技术，且非本申请的保护要点，故而不再赘述。

Claims (10)

1.一种换热系统的管壁除垢装置，包括换热管，其特征在于，换热管由不导磁材料制成，换热管中设有对换热管内管壁上的污垢进行刮除的除垢构件，换热管外设有驱动件，驱动件可带动除垢构件沿换热管的长度方向往复移动，换热管上设有用以收纳分离回收组件的储存腔，连接在换热管外周面上的储存腔靠近换热管的一端，分离回收组件可将换热管中的污垢自换热管内迁移至储存腔中，储存腔远离换热管的一端设有第一阀门。

2.根据权利要求1所述一种换热系统的管壁除垢装置，其特征在于，除垢构件包括呈环形的本体，本体的外环面上设有除垢齿，除垢齿的数目为若干个且沿本体的周向间隔布置，本体的轴向与换热管的轴向平行，除垢齿的齿缘与换热管的内管壁贴合，除垢构件由磁性材料制成。

3.根据权利要求2所述一种换热系统的管壁除垢装置，其特征在于，驱动件包括气缸和驱动环，气缸可带动驱动环沿换热管的长度方向往复滑动，驱动环为电磁铁，套设在换热管外周面上的驱动环与除垢构件位置对应。

4.根据权利要求1所述一种换热系统的管壁除垢装置，其特征在于，换热管的内管与储存腔之间设有第二阀门，分离回收组件包括回收气囊、滤膜和支撑气囊，滤膜位于回收气囊远离除垢构件的一侧，支撑气囊位于滤膜远离回收气囊的一侧，滤膜两侧的边缘分别与回收气囊、支撑气囊连接。

5.根据权利要求4所述一种换热系统的管壁除垢装置，其特征在于，分离回收组件位于换热管内时，回收气囊的周面、支撑气囊的周面均与换热管的内管壁贴合，支撑气囊上设有第一过水孔，回收气囊上设有第二过水孔。

6.根据权利要求4所述一种换热系统的管壁除垢装置，其特征在于，回收气囊的内环面上设有回收槽，回收槽沿换热管的轴向靠近滤膜，随换热管内液体移动至滤膜处的污垢在自重作用下落入所述回收槽。

7.根据权利要求4所述一种换热系统的管壁除垢装置，其特征在于，回收气囊和支撑气囊均通过气管与换热管外部的气泵相连，第一阀门上设有穿线孔，穿线孔与气管之间设有密封层。

8.根据权利要求2所述一种换热系统的管壁除垢装置，其特征在于，除垢构件包括第一除垢件和第二除垢件，第一除垢件包括第一除垢齿，第二除垢件包括第二除垢齿，第一除垢齿和第二除垢齿错位排布。

9.根据权利要求4所述一种换热系统的管壁除垢装置，其特征在于，第一阀门和第二阀门均为电磁阀。

10.根据权利要求1或2或4所述一种换热系统的管壁除垢装置，其特征在于，换热管水平布置，储存腔位于换热管顶部。

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