一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器的制造方法
【專利摘要】一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器，它涉及污水一種污水換熱器。本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有污水換熱器存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，換熱管易阻塞，拆裝清洗污垢耗時(shí)耗工，能量損失大和成本高的問題。一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器包括換熱管殼、污水入口、排污管、回流管、溢流管、換熱管和開口；污水入口與換熱管殼的圓柱桶側(cè)壁上部連通，排污管上端與換熱管殼的圓錐頭連通，排污管的下端與回流管連通，溢流管從換熱管殼的圓柱桶頂端中間穿出，溢流管的上出口與導(dǎo)管的一端連通，溢流管的下入口低于污水入口，下入口與換熱管殼連通，導(dǎo)管的另一端與回流管入口連通。本發(fā)明可獲得一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器。
【專利說明】一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種污水換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]污水源熱泵利用污水作為熱源，具有較好的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性，但污水容易造成污水源熱泵換熱器的腐蝕和結(jié)垢，大大降低了污水換熱器的換熱效果，目前河水源熱泵、海水源熱泵、湖水源熱等水源熱泵都存在同樣的問題?，F(xiàn)有的污水如海水、湖水、河水等污水的換熱器存在以下問題:①結(jié)構(gòu)復(fù)雜、換熱管易阻塞通過拆裝來清洗污垢不方便、耗時(shí)耗工多、增加了高額的人工費(fèi)用；③循環(huán)水或制冷劑走殼程、污水走管程，造成管殼式換熱器與環(huán)境溫差大，能量損失大；④換熱器材質(zhì)采用不銹鋼，不銹鋼比銅容易結(jié)垢，且熱傳導(dǎo)率比銅低；⑤換熱管采用直管，直管換熱器的傳熱特性不太好，且空間利用率低、自由膨脹性也較差；⑥某些換熱器中通過設(shè)置諸如毛刷等清潔污垢的工具，減少了拆裝管殼式換熱器的次數(shù)，但是由于毛刷使用一段時(shí)間后需要更換，所以還是無法回避拆裝管殼式換熱器；⑦一般的換熱器中制冷劑和水的流速都較低，容易形成層流底流，而研究表明:在湍流流動(dòng)中，影響對(duì)流傳熱過程的主要熱阻不是來自流體內(nèi)部的熱交換，而是來自流體與固體壁之間附面層的傳熱熱阻，尤其是其層流底流，約占傳熱熱阻的60%?80%。
[0003]因此，現(xiàn)有污水換熱器存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，換熱管易阻塞、拆裝清洗污垢耗時(shí)耗工，能量損失大和成本高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有污水換熱器存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，換熱管易阻塞，拆裝清洗污垢耗時(shí)耗工，能量損失大和成本高的問題，而提供一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器。
[0005]一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器包括污水入口、圓柱桶、圓錐頭、排污管、導(dǎo)管、回流管、回流管入口、回流管出口、溢流管、溢流管上出口、溢流管下入口、開口、直流換熱管、螺旋換熱管、直流換熱管和開口 ；
[0006]所述的換熱管殼由圓柱桶和圓錐頭焊接成相通的空腔密閉管殼，污水入口與換熱管殼的圓柱桶側(cè)壁上部連通，排污管上端與換熱管殼的圓錐頭連通，排污管的下端與回流管連通，溢流管從換熱管殼的圓柱桶頂端中間穿出，溢流管上出口與導(dǎo)管的一端連通，溢流管下入口低于污水入口，溢流管下入口與換熱管殼連通，導(dǎo)管的另一端與回流管入口連通，直流換熱管從位于圓錐頭底部的開口進(jìn)入換熱管殼中，沿?fù)Q熱管殼的軸心線向上至污水入口的水平軸心線處，然后以換熱管殼的軸心線為軸心線向下盤旋至圓錐頭的底部，形成螺旋換熱管，然后再沿?fù)Q熱管殼的軸心線向上形成直流換熱管，直流換熱管從位于圓柱桶側(cè)壁上的開口穿出。
[0007]本發(fā)明一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器的工作原理:
[0008]污水從污水入口切向進(jìn)入換熱管殼，在換熱管殼內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)而下，污雜物被慣性離心力摔至換熱管殼內(nèi)壁，污水至圓錐頭底部后分兩支，一支含有較多污雜物的部分污水直接進(jìn)入排污管；另一支初步去污后的污水反轉(zhuǎn)向上，從溢流管上出口流出，通過導(dǎo)管再進(jìn)入回流管入口，由于回流管中水頭較小，在壓差作用下回流污水引射第一支進(jìn)入排污管的污水，一起從回流管出口排出；
[0009]制冷劑通過開口處的直流換熱管的一端進(jìn)入直流換熱管，直流向上，然后由螺旋換熱管旋流向下，再經(jīng)過直流換熱管，最后通過開口處的直流換熱管流出，在此過程中，直流換熱管、螺旋換熱管和直流換熱管中的制冷劑與換熱管殼中的污水以及污水中所含雜質(zhì)進(jìn)行換熱。
[0010]綜上，由于污水與換熱管殼的對(duì)流、輻射和污雜物顆粒與壁面的碰撞傳熱，使與污水的余熱或余冷傳遞給在換熱管殼中流動(dòng)的制冷劑。
[0011]本發(fā)明可獲得一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器。
[0012]采用本發(fā)明一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器包含以下有益效果:
[0013]一、本發(fā)明將除污功能與污水能量利用功能有機(jī)結(jié)合在了一體，實(shí)現(xiàn)了除污、換熱一體化，從而節(jié)省了設(shè)備投資；
[0014]二、本發(fā)明利用旋流技術(shù)增加了污水的流速，大幅度的增加了湍流，減少甚至一定程度上消除了層流，從而大幅度的減小了傳熱熱阻，促進(jìn)了污水和制冷劑之間的熱量傳遞，能量損失?。?br> [0015]三、本發(fā)明污水中混有的固體雜物在離心力的作用下會(huì)不斷撞擊旋流換熱管束外壁，旋流換熱管束外壁上由于長(zhǎng)時(shí)間使用結(jié)的污垢受到周期性的碰撞應(yīng)力作用，在疲勞機(jī)制下，垢層上逐漸產(chǎn)生裂紋，直至脫落進(jìn)入主流中；
[0016]四、本發(fā)明污水中混有的固體雜物對(duì)垢層的隨機(jī)碰撞，阻止污垢物質(zhì)沉積到旋流換熱管束外壁以及污垢物質(zhì)在旋流換熱管束外壁上的生長(zhǎng)，從而有效除去旋流換熱管束外壁上沉積的污垢或控制其污垢厚度，使原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器的換熱系數(shù)維持在一個(gè)可接受的范圍內(nèi)而不需清垢，同時(shí)固體粒子在隨污水的運(yùn)動(dòng)中不斷穿過流動(dòng)邊界層，強(qiáng)化換熱；
[0017]五、本發(fā)明采用薄壁材料銅或者無縫鋼管來加工螺旋換熱管束，銅管可以有效提高原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器的換熱性能且不易結(jié)垢而無縫鋼管不易生銹，利用換熱；
[0018]六、本發(fā)明循環(huán)水或制冷劑走管程、污水走殼程，造成管殼式換熱器與環(huán)境溫差小，能量損失??；
[0019]七、本發(fā)明在污水側(cè)巧妙地利用了液固兩相流與固體壁面之間的換熱系數(shù)比純液體與固體壁面之間的換熱系數(shù)大得多的原理，提高了污水側(cè)的換熱系數(shù)；
[0020]八、本發(fā)明對(duì)大水量及大制冷劑量可以采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器并聯(lián)使用，對(duì)水中雜物粒度分布寬的污水可采用兩級(jí)或兩級(jí)以上的此類換熱器串聯(lián)使用；
[0021]九、本發(fā)明余熱或余冷的利用率為30%?50%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是【具體實(shí)施方式】一所述的原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；1為污水入口，2為圓柱桶，3為圓錐頭，4為排污管，5為導(dǎo)管，6為回流管，6-1為回流管入口，6-2為回流管出口，8為溢流管,8-1為溢流管上出口，8-2為溢流管下入口，9為開口，10為直流換熱管，11為螺旋換熱管，12為直流換熱管，13為開口。
【具體實(shí)施方式】
[0023]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1對(duì)【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明:
[0024]本實(shí)施方式一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器包括污水入口 1、圓柱桶2、圓錐頭3、排污管4、導(dǎo)管5、回流管6、回流管入口 6-1、回流管出口 6-2、溢流管8、溢流管上出口 8-1、溢流管下入口 8-2、開口 9、直流換熱管10、螺旋換熱管11、直流換熱管12和開口
13；
[0025]所述的換熱管殼由圓柱桶2和圓錐頭3焊接成相通的空腔密閉管殼，污水入口 I與換熱管殼的圓柱桶2側(cè)壁上部連通，排污管4上端與換熱管殼的圓錐頭3連通，排污管4的下端與回流管6連通，溢流管8從換熱管殼的圓柱桶2頂端中間穿出，溢流管上出口 8-1與導(dǎo)管5的一端連通，溢流管下入口 8-2低于污水入口 I，溢流管下入口 8-2與換熱管殼連通，導(dǎo)管5的另一端與回流管入口 6-1連通，直流換熱管10從位于圓錐頭3底部的開口 9進(jìn)入換熱管殼中，沿?fù)Q熱管殼的軸心線向上至污水入口 I的水平軸心線處，然后以換熱管殼的軸心線為軸心線向下盤旋至圓錐頭3的底部，形成螺旋換熱管11，然后再沿?fù)Q熱管殼的軸心線向上形成直流換熱管12，直流換熱管12從位于圓柱桶側(cè)壁上的開口 13穿出。
[0026]圖1是【具體實(shí)施方式】一所述的原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器的主視圖，I為污水入口，2為圓柱桶,3為圓錐頭,4為排污管,5為導(dǎo)管,6為回流管,6-1為回流管入口，6-2為回流管出口，8為溢流管,8-1為溢流管上出口，8-2為溢流管下入口，9為開口，10為直流換熱管，11為螺旋換熱管，12為直流換熱管，13為開口。
[0027]本實(shí)施方式一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器的工作原理:
[0028]污水從污水入口 I切向進(jìn)入換熱管殼，在換熱管殼內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)而下，污雜物被慣性離心力摔至換熱管殼內(nèi)壁，污水至圓錐頭3底部后分兩支，一支含有較多污雜物的部分污水直接進(jìn)入排污管4 ;另一支初步去污后的污水反轉(zhuǎn)向上,從溢流管上出口 8-1流出，通過導(dǎo)管5再進(jìn)入回流管入口 6-1，由于回流管6中水頭較小，在壓差作用下回流污水引射第一支進(jìn)入排污管4的污水,一起從回流管出口 6-2排出；
[0029]制冷劑通過開口 9處的直流換熱管10的一端進(jìn)入直流換熱管10，直流向上，然后由螺旋換熱管11旋流向下，再經(jīng)過直流換熱管12，最后通過開口 13處的直流換熱管12流出，在此過程中，直流換熱管10、螺旋換熱管11和直流換熱管12中的制冷劑與換熱管殼中的污水以及污水中所含雜質(zhì)進(jìn)行換熱。
[0030]綜上，由于污水與換熱管殼的對(duì)流、輻射和污雜物顆粒與壁面的碰撞傳熱，使與污水的余熱或余冷傳遞給在換熱管殼中流動(dòng)的制冷劑。
[0031]本實(shí)施方式可獲得一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器。
[0032]采用本實(shí)施方式一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器包含以下有益效果:
[0033]一、本實(shí)施方式將除污功能與污水能量利用功能有機(jī)結(jié)合在了一體，實(shí)現(xiàn)了除污、換熱一體化，從而節(jié)省了設(shè)備投資；
[0034]二、本實(shí)施方式利用旋流技術(shù)增加了污水的流速，大幅度的增加了湍流，減少甚至一定程度上消除了層流，從而大幅度的減小了傳熱熱阻，促進(jìn)了污水和制冷劑之間的熱量傳遞，能量損失??；
[0035]三、本實(shí)施方式污水中混有的固體雜物在離心力的作用下會(huì)不斷撞擊旋流換熱管束外壁，旋流換熱管束外壁上由于長(zhǎng)時(shí)間使用結(jié)的污垢受到周期性的碰撞應(yīng)力作用，在疲勞機(jī)制下，垢層上逐漸產(chǎn)生裂紋，直至脫落進(jìn)入主流中；
[0036]四、本實(shí)施方式污水中混有的固體雜物對(duì)垢層的隨機(jī)碰撞，阻止污垢物質(zhì)沉積到旋流換熱管束外壁以及污垢物質(zhì)在旋流換熱管束外壁上的生長(zhǎng)，從而有效除去旋流換熱管束外壁上沉積的污垢或控制其污垢厚度，使原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器的換熱系數(shù)維持在一個(gè)可接受的范圍內(nèi)而不需清垢，同時(shí)固體粒子在隨污水的運(yùn)動(dòng)中不斷穿過流動(dòng)邊界層，強(qiáng)化換熱；
[0037]五、本實(shí)施方式采用薄壁材料銅或者無縫鋼管來加工螺旋換熱管束，銅管可以有效提高原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器的換熱性能且不易結(jié)垢而無縫鋼管不易生銹，利用換熱；
[0038]六、本實(shí)施方式循環(huán)水或制冷劑走管程、污水走殼程，造成管殼式換熱器與環(huán)境溫差小，能量損失??；
[0039]七、本實(shí)施方式在污水側(cè)巧妙地利用了液固兩相流與固體壁面之間的換熱系數(shù)比純液體與固體壁面之間的換熱系數(shù)大得多的原理，提高了污水側(cè)的換熱系數(shù)；
[0040]八、本實(shí)施方式對(duì)大水量及大制冷劑量可以采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器并聯(lián)使用，對(duì)水中雜物粒度分布寬的污水可采用兩級(jí)或兩級(jí)以上的此類換熱器串聯(lián)使用；
[0041]九、本實(shí)施方式余熱或余冷的利用率為30%?50%。
[0042]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同點(diǎn)是:所述的換熱管殼的材質(zhì)為銅。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0043]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同點(diǎn)是:所述的排污管4的材質(zhì)為銅。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0044]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同點(diǎn)是:所述的直流換熱管10的材質(zhì)為銅。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至三相同。
[0045]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同點(diǎn)是:所述的導(dǎo)管5的材質(zhì)為銅。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至四相同。
[0046]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同點(diǎn)是:所述的排污管4與回流管6的夾角為30°?50°。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至五相同。
[0047]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二不同點(diǎn)是:所述的銅的厚度為Imm?2mm。其他步驟與【具體實(shí)施方式】二相同。
[0048]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】三不同點(diǎn)是:所述的銅的厚度為Imm?2mm。其他步驟與【具體實(shí)施方式】三相同。
[0049]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】四不同點(diǎn)是:所述的銅的厚度為Imm?2_。其他步驟與【具體實(shí)施方式】四相同。
[0050]采用以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0051]試驗(yàn)一:污水從污水入口 I切向進(jìn)入換熱管殼，在換熱管殼內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)而下，污雜物被慣性離心力摔至換熱管殼內(nèi)壁，污水至圓錐頭3底部后分兩支，一支含有較多污雜物的部分污水直接進(jìn)入排污管4 ;另一支初步去污后的污水反轉(zhuǎn)向上,從溢流管上出口 8-1流出，通過導(dǎo)管5再進(jìn)入回流管入口 6-1，由于回流管6中水頭較小，在壓差作用下回流污水引射第一支進(jìn)入排污管4的污水，一起從回流管出口 6-2排出；
[0052]制冷劑通過開口 9處的直流換熱管10的一端進(jìn)入直流換熱管10，直流向上，然后由螺旋換熱管11旋流向下，再經(jīng)過直流換熱管12，最后通過開口 13處的直流換熱管12流出，在此過程中，直流換熱管10、螺旋換熱管11和直流換熱管12中的制冷劑與換熱管殼中的污水以及污水中所含雜質(zhì)進(jìn)行換熱；
[0053]試驗(yàn)一中污水為生活污水；
[0054]試驗(yàn)一中直流換熱管10、螺旋換熱管11和直流換熱管12中的制冷劑為R134a。
[0055]試驗(yàn)一由于污水與換熱管殼的對(duì)流、輻射和污雜物顆粒與壁面的碰撞傳熱，污水的余熱傳遞給在換熱管殼中流動(dòng)的制冷劑。
[0056]試驗(yàn)一污水余熱的利用率為45%。
[0057]試驗(yàn)二:污水從污水入口 I切向進(jìn)入換熱管殼，在換熱管殼內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)而下，污雜物被慣性離心力摔至換熱管殼內(nèi)壁，污水至圓錐頭3底部后分兩支，一支含有較多污雜物的部分污水直接進(jìn)入排污管4 ;另一支初步去污后的污水反轉(zhuǎn)向上,從溢流管上出口 8-1流出，通過導(dǎo)管5再進(jìn)入回流管入口 6-1，由于回流管6中水頭較小，在壓差作用下回流污水引射第一支進(jìn)入排污管4的污水，一起從回流管出口 6-2排出；
[0058]制冷劑通過開口 9處的直流換熱管10的一端進(jìn)入直流換熱管10，直流向上，然后由螺旋換熱管11旋流向下，再經(jīng)過直流換熱管12，最后通過開口 13處的直流換熱管12流出，在此過程中，直流換熱管10、螺旋換熱管11和直流換熱管12中的制冷劑與換熱管殼中的污水以及污水中所含雜質(zhì)進(jìn)行換熱；
[0059]試驗(yàn)二中污水為生活污水；
[0060]試驗(yàn)二中直流換熱管10、螺旋換熱管11和直流換熱管12中的制冷劑為R134a。
[0061]試驗(yàn)二由于污水與換熱管殼的對(duì)流、輻射和污雜物顆粒與壁面的碰撞傳熱，污水的余冷傳遞給在換熱管殼中流動(dòng)的制冷劑。
[0062]試驗(yàn)二污水余冷的利用率為42%。
【權(quán)利要求】
1.一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器，其特征在于一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器包括污水入口(I)、圓柱桶(2)、圓錐頭(3)、排污管(4)、導(dǎo)管(5)、回流管(6)、回流管入口(6-1)、回流管出口(6-2)、溢流管(8)、溢流管上出口(8-1)、溢流管下入口(8-2)、開口(9)、直流換熱管(10)、螺旋換熱管(11)、直流換熱管(12)和開口(13)； 所述的換熱管殼由圓柱桶(2)和圓錐頭(3)焊接成相通的空腔密閉管殼，污水入口( I)與換熱管殼的圓柱桶(2)側(cè)壁上部連通，排污管(4)上端與換熱管殼的圓錐頭(3)連通，排污管(4)的下端與回流管(6)連通，溢流管(8)從換熱管殼的圓柱桶(2)頂端中間穿出，溢流管上出口(8-1)與導(dǎo)管(5)的一端連通,溢流管下入口(8-2)低于污水入口(I),溢流管下入口(8-2)與換熱管殼連通，導(dǎo)管(5)的另一端與回流管入口(6-1)連通，直流換熱管(10)從位于圓錐頭(3)底部的開口(9)進(jìn)入換熱管殼中，沿?fù)Q熱管殼的軸心線向上至污水入口( I)的水平軸心線處，然后以換熱管殼的軸心線為軸心線向下盤旋至圓錐頭(3)的底部，形成螺旋換熱管(11 )，然后再沿?fù)Q熱管殼的軸心線向上形成直流換熱管(12)，直流換熱管(12)從位于圓柱桶側(cè)壁上的開口( 13)穿出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器，其特征在于所述的換熱管殼的材質(zhì)為銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器，其特征在于所述的排污管(4)的材質(zhì)為銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器，其特征在于所述的直流換熱管(10)的材質(zhì)為銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器，其特征在于所述的導(dǎo)管(5)的材質(zhì)為銅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器，其特征在于所述的排污管(4)與回流管(6)的夾角為30°?50°。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器，其特征在于所述的銅的厚度為Imm?2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器，其特征在于所述的銅的厚度為Imm?2mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種原生污水液固暫離旋流管殼式換熱器，其特征在于所述的銅的厚度為Imm?2mm。
【文檔編號(hào)】F25B39/00GK103836844SQ201410090366
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】倪龍, 田金乙 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)