CN202836277U - 一种高效回收利用流体热能的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效回收利用流体热能的装置，该装置包括多个热交换单元和一个保温单元，该保温单元连接多个热交换单元以使多个热交换单元相隔开且独立保温，该热交换单元设排放流体流道和加热流体流道并使排放流体流道中的排放流体和加热流体流道中的加热流体能热交换；每相邻两热交换单元间设两连通道，该第一连通道连通相邻两热交换单元的排放流体流道，该第二连通道连通相邻两热交换单元的加热流体流道，以将该多个热交换单元串联接通。通过多个热交换单元实现分步骤的独立的、隔温的热交换，降低热交换单元中的排放流体和加热流体间的温度差，以提高热能回收效率，且使加热流体具有利用价值，实现节能减排的最佳效益。

Description

一种高效回收利用流体热能的装置

技术领域

本实用新型涉及一种高效回收利用流体热能的装置。

背景技术

排放流体（液体或气体）所带走而损耗的热能是一个很惊人的数量，如：发电尾气、热水工厂冷却热水、空调热机排放的热气、锅炉尾气等等。而如何回收利用这些热能，成为了一个节能减排的重要课题，尽量减少热能直接排放是节能减排的最主要措施之一，它有着极其重大的社会经济意义。

传统方法的热能回收利用装置，一般采用简单的热交换器，通过液与液、液与气、气与气之间的热交换来实现热能的回收。传统的热交换器无论其交换面积多大，交换时间多长，在等量情况下，都脱离不了一个热交换极限，即回收温度小于等于损耗温度的一半，也就是说，当排放流体初始温度为a，加热流体初始温度为b时，则加热流体所上升的温度（或所回收的热能的净上升的温度数表示）为（a-b）/2。这时通过加热流体所能回收的热能仅为理论可回收热能的一半，另一半随排放介质排放而白白浪费。

例如：排放液体的排放温度为60℃，加热水的初始温度为25℃，它们温差为35℃，排放液体和加热水等量。如果使用常规的热交换器的则：排放液体下降17.5℃，并以42.5℃（终极温度）排放；水的温度因吸收了排放液体温度而上升了17.5℃，也为42.5℃；此情况中，回收的热能仅为损耗能量的50%，另50%的热能通过排放液体被排出。

为使热能得到更大的回收，可以加大水的流量来实现，此时用于交换回收热能的水量大于排放液体的量，随着水量的增大，水的终极温度越来越低，越来越接近初始温度，但其排放液体的终极温度越来越低，越来越接近水的初始温度，该情形虽然水把排放液体的终极温度降至最低（或者说排放液体热能被水充分吸收），但水的温度也越来越接近自身的初始温度（水量则远远大于排放液的量），这时水的热能可利用性最低（或者说无利用价值），因为水的温差极低，即使只用于加热水作为热水使用也没有意义了。

实用新型内容

本实用新型提供了一种高效回收利用流体热能的装置，其克服了背景技术中流体热能回收利用装置所存在的不足。

本实用新型解决其技术问题的所采用的技术方案是：

一种高效回收利用流体热能的装置，包括多个热交换单元和一个保温单元；该保温单元连接多个热交换单元，而且，多个热交换单元相隔开且独立保温；该热交换单元设排放流体流道和加热流体流道，而且，排放流体流道中的排放流体和加热流体流道中的加热流体能热交换；每相邻两热交换单元间设第一连通道和第二连通道，通过该第一连通道连通相邻两热交换单元的排放流体流道和该第二连通道连通相邻两热交换单元的加热流体流道将该多个热交换单元串联接通。

一较佳实施例之中：该热交换单元中，排放流体流道中的排放流体流向和加热流体流道中的加热流体流向相反。

一较佳实施例之中：该排放流体流道中的截面面积和加热流体流道中的截面面积适配。

一较佳实施例之中：该保温单元连接第一连通道和第二连通道保温。

一较佳实施例之中：该热交换单元还设热交换介质，通过热交换介质使排放流体流道中的排放流体和加热流体流道中的加热流体热交换。

一较佳实施例之中：该保温单元内设多个腔体，该热交换单元设在腔体内，而且，该保温单元之位于每相邻两腔体间的部分设该第一连通道和第二连通道。

一较佳实施例之中：该些腔体上下或和水平并靠排列。

一较佳实施例之中：该热交换单元包括一壳体；该保温单元包括外保温层和相隔保温层；该多个热交换单元的壳体上下或和水平排列在一起，该外保温层包裹在该多个热交换单元的壳体排列在一起的外围，该相隔保温层设在相邻两个壳体间。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1、多个热交换单元相隔开且独立保温，通过多个热交换单元实现分步骤的独立的、隔温的热交换，降低热交换单元中的排放流体和加热流体间的温度差，以提高热能回收效率，且使加热流体具有利用价值（能通过控制加热流体的流量和初始温度实现），实现节能减排的最佳效益。

2、保温单元能为第一连通道和第二连通道保温，热能损耗低。

3、该热交换单元包括一壳体；该保温单元包括外保温层和相隔保温层；该多个热交换单元的壳体上下或和水平排列在一起，该外保温层包裹在该多个热交换单元的壳体排列在一起的外围，该相隔保温层设在相邻两个壳体间，占用空间小。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1绘示了一较佳实施例的装置的原理图。

图2绘示了一较佳实施例的装置的结构示意图。

图3绘示了另一较佳实施例的装置的结构示意图。

图4绘示了另一较佳实施例的热交换单元的结构示意图。

具体实施方式

请查阅图1、图2，一种高效回收利用流体热能的装置，包括多个热交换单元10和一个保温单元20，该多个热交换单元10的结构相同，可应用现有的热交换体。该保温单元20连接多个热交换单元10以使多个热交换单元10相隔开且独立保温，该热交换单元10设排放流体流道11和加热流体流道12并使排放流体流道11中的排放流体和加热流体流道12中的加热流体能热交换。每相邻两热交换单元10间设第一连通道31和第二连通道32，该第一连通道31连通相邻两热交换单元10的排放流体流道11，该第二连通道32连通相邻两热交换单元10的加热流体流道12，以将该多个热交换单元10串联接通。本实施例之中，图中以三个加热单元为例，但并不以此为限，根据需要，可选用5、50等等。

本实施例之中，该装置连接排放流体源和加热流体源，该多个热交换单元10连接在排放流体源和加热流体源间且按首尾方式串联连接，该首尾方式串联的各个热交换单元10的温度逐渐降低，例如可将它们分为高温区、次高温区、中温区、次低温区、低温区等等。其中：1、位于最首位的热交换单元10，排放流体流道11的入口连接排放流体源，此时排放流体源的温度为初始温度，加热流体流道12的出口为加热流体排出处，此时加热流体的温度为终极温度；位于最尾位的热交换单元10，排放流体流道11的出口为排放流体排出处，此时排放流体的温度为终极温度，加热流体流道12的入口接加热流体源，此时加热流体源的温度为初始温度。

本实施例之中：该热交换单元10包括一壳体13；该多个热交换单元10的壳体13上下排列在一起，本例中以上下排列为例，但并不以此为限，根据需要也可选用水平排列，或，上下排列和水平排列相结合的排列。本实施例之中，该些壳体13上下摆列一个整体框架结构，但并不以此为限，根据需要，也可选用分体框架结构，当然了采用分体结构会加大管道连接的热能损耗，降低回收效率。该保温单元20包括外保温层21和相隔保温层22；该外保温层21包裹在该多个热交换单元10的壳体13排列在一起的框架的外围，该相隔保温层22设在上下相邻两个壳体13间，以隔开各热交换单元使热交换单元独立保温，使热交换单元间仅靠连通道相通，以防止温差干扰，影响回收效率。

该保温单元20能为第一连通道31和第二连通道32保温。本实施例之中，该第一连通道31和第二连通道32连接壳体且位于外保温层32内，通过外保温层32保温，但并不以此为限，根据需要，也可单独设置保温结构保温连通道31、32。

本实施例之中，每相邻的两热交换单元10中：该第二连通道32上端连接在上一热交换单元10的加热流体通道12的上部，下端连接在下一热交换单元10的加热流体通道12的下部；该第一连通道31上端连接在上一热交换单元10的排放流体通道11的下部，下端连接在下一热交换单元10的排放流体通道12的上部，以使得：每个热交换单元10中，排放流体通道11的排放流体流向和加热流体通道12的加热流体流向同向。本实施例之中，该上下意思可指：按多个热交换单元首尾串联顺序。

该壳体13内具有腔体，该腔体设多个间隔排列的细管，该些细管内孔组成排放流体流道11，该些细管外壁和腔体内壁间的部分组成加热流体流道12，也既是，采用细管将排放流体和加热流体隔开，以使它们互不渗漏和流通。该细管的结构能加大热交换面积，该细管的材料及壳体的材料可使用耐酸碱，耐腐蚀且热传导好的材料（如，石英玻璃、钛材、高耐腐蚀不锈钢等）。

根据需要，该装置的结构可为矩形立体结构，圆柱形立体结构等，不限外形和尺寸，根据所需回收的热能而定。本实施例之中，该壳体的材料根据环境情况选用，如混凝土、钢材、不锈钢、钛材、玻璃钢、炭纤维等材料。该保温材料可选用发泡树脂、保温炭棉、硅酸铝保温棉等材料。

本实施例之中，该排放流体流道11中的排放流体流量和加热流体流道12中的加热流体流量相等，使加热流体的终极温度接近排放流体的初始温度，热交换效率高。但并不以此为限，根据需要，如预降低加热流体的终极温度（例如回收热能用于生活热水供应，生活用水在45-50度左右较为适宜，不宜过热防止烫伤），则可加大加热流体流量，使加热流体流量大于排放流体流量，当然此时热回收效率略为降低。

本实施例之中，该加热流体源的初始温度小于排放流体源从尾部的一个热交换单元排出的终极温度，该小于值为0.5℃-10℃。

综上所述，采用本实施例能够实现：排放流体在热交换后的温度（排放流体终极温度）接近于加热流体（如水）初始温度，加热流体在吸收了热能后的温度（加热流体终极温度）接近于排放流体初始温度，排放流体的量与加热流体的量接近或相等，从热交换中获取的热能最大，且具有利用价值，真正实现节能减排的最佳效益。

一种高效回收利用流体热能的方法，包括多个热交换步骤，每个热交换步骤中，排放流体和加热流体间进行热交换；该些热交换步骤独立保温，而且，该些热交换步骤依序串联，使每相邻两个热交换步骤的排放流体和加热流体一一接通。

为进一步说明本实用新型，下面具体说明本实用新型的应用原理：根据温度回收的程度设n个热交换单元（n个热交换步骤或n个阶段热交换），n=（a-d）/(a-b)（取整数值），其中：a排放流体的初始温度，d加热流体的初始温度，b加热流体的终极温度。以图1为例，n=（60-4）/（60-59）即n=56，表示设56个热交换单元，每个单元回收1℃，则排放流体的初始温度60℃，经交换后排放流体的终极温度为5℃，热能回收55℃，回收率达（c-d）/（a-d）*100%=98.214%。

本实施例的装置的使用场合与范围：该装置可用于气气交换、气液交换、液液交换、流体与流体交换、流液交换、流气交换，只要能够流动且不含累积粘附在交换器材料壁上的情形即可。该装置最适合于使用在液体、气体或流体，同一性质但必须在一装置内提升温度进行某些反应的场合。此时利用流出物的温度热提升流入物的温度，可节省大量的升温能耗，回收率可高达95%以上。

例如：利用该装置来维持—高温厌氧生物消化反应器持续工作而高效回收热能。将反应器内排放的54度的沼液（排放流体）通过该装置来提升需要进入该反应器生物降解的污水（加热流体）的温度，使污水温度从5度提升至49度。从而使维持高温厌氧消化生物反应器恒温54度的每吨污水外加能耗由原有的55KWH降低为5.5KWH，达到了以高温厌氧消化生物反应器降解污水所产生的沼气的1/3到1/2用来作为外加能量补充来提升每吨污水5度，即可维持反应器持续运行的效果，并还可将多余的2/3到1/2的沼气用于发电而产出的电力，即实现正效益，又达到以污水产生的能量来治理污水的目的。

另一较佳实施例，它与上一较佳实施例不同之处在于：请查阅图3和图4，该保温单元20内设多个腔体，该热交换单元10设在腔体内，而且，该保温单元20之位于每相邻两腔体间的部分设该第一连通道31和第二连通道31。

该热交换单元10的排放流体流道11和加热流体流道12设置成相隔的蛇形结构，且，腔体内和流道11、12外填充有热交换介质，通过热交换介质使排放流体流道11中的排放流体和加热流体流道12中的加热流体热交换。

本实施例之中，该热交换单元10中，排放流体流道11中的排放流体流向和加热流体流道12中的加热流体流向相反。

以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种高效回收利用流体热能的装置，其特征在于：包括多个热交换单元和一个保温单元；该保温单元连接多个热交换单元，而且，多个热交换单元相隔开且独立保温；该热交换单元设排放流体流道和加热流体流道，而且，排放流体流道中的排放流体和加热流体流道中的加热流体能热交换；每相邻两热交换单元间设第一连通道和第二连通道，通过该第一连通道连通相邻两热交换单元的排放流体流道和该第二连通道连通相邻两热交换单元的加热流体流道将该多个热交换单元串联接通。

2.根据权利要求1所述的一种高效回收利用流体热能的装置，其特征在于：该热交换单元中，排放流体流道中的排放流体流向和加热流体流道中的加热流体流向相反。

3.根据权利要求1所述的一种高效回收利用流体热能的装置，其特征在于：该排放流体流道中的截面面积和加热流体流道中的截面面积适配。

4.根据权利要求1所述的一种高效回收利用流体热能的装置，其特征在于：该保温单元连接第一连通道和第二连通道保温。

5.根据权利要求1所述的一种高效回收利用流体热能的装置，其特征在于：该热交换单元还设热交换介质，通过热交换介质使排放流体流道中的排放流体和加热流体流道中的加热流体热交换。

6.根据权利要求1所述的一种高效回收利用流体热能的装置，其特征在于：该保温单元内设多个腔体，该热交换单元设在腔体内，而且，该保温单元之位于每相邻两腔体间的部分设该第一连通道和第二连通道。

7.根据权利要求6所述的一种高效回收利用流体热能的装置，其特征在于：该些腔体上下或和水平并靠排列。

8.根据权利要求1所述的一种高效回收利用流体热能的装置，其特征在于：该热交换单元包括一壳体；该保温单元包括外保温层和相隔保温层；该多个热交换单元的壳体上下或和水平排列在一起，该外保温层包裹在该多个热交换单元的壳体排列在一起的外围，该相隔保温层设在相邻两个壳体间。

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