申请日2012.11.17
公开(公告)日2013.02.06
IPC分类号F28D7/00; F28F9/26; F28F1/04
摘要
污水或地表水用疏导型单宽流道式换热装置。本发明属于能源技术领域。为解决现有污水换热装置的换热面采用板式或板片对焊接结构，焊接点需要承受巨大的拉应力，局部焊点易开焊，无法修复，以及采用整体铸造成形难以铸造出整张板片等问题。每层换热管包括多根正方形管，正方形管设有两个直角弯，正方形管的管口呈菱形设置，多根正方形管并列设置，且相邻两根正方形管的相邻两个棱边焊接，多层换热管水平或倾斜固定在壳体内，壳体的两端与污水或地表水封头可拆卸密封连接，两列管口与两个管板固连，壳体上设有清水进水或出水通道和清水出水或进水通道，第一、二清水封头与壳体可拆卸密封连接。本发明用于提取污水或地表水中的冷热量时污水或地表水与清水的无堵塞高效换热。
权利要求书
1.一种污水或地表水用疏导型单宽流道式换热装置，所述的换热装置包括壳体(1)、两 个清水封头、多层换热管、两个管板(3)及两个污水或地表水封头(6)，壳体(1)底部设 有污水或地表水进口或出口(4)，壳体(1)顶部设有污水或地表水出口或进口(5)，两个清 水封头分别是第一清水封头(8)和第二清水封头(9)，其特征是：每层换热管包括多根正方 形管(2)，每根正方形管(2)设有两个直角弯，设有两个直角弯的正方形管(2)的管口呈 菱形设置，多根管口呈菱形设置的正方形管(2)并列设置，且相邻两根所述的正方形管(2) 的相邻两个棱边焊接，多层换热管水平或倾斜固定在壳体(1)内，倾斜固定在壳体(1)内 的多层换热管倾斜方向一致设置，壳体(1)的两端分别与所对应的污水或地表水封头(6) 可拆卸密封连接，多层换热管与壳体(1)之间的空间由上至下分别设有多个第一换热区域(10) 和多个第二换热区域(11)，多个第一换热区域(10)和多个第二换热区域(11)交替且部分 重合设置，壳体(1)上与多层换热管的两列管口(12)相对应位置设有两个门口，所述的两 列管口(12)与两个管板(3)一一对应并固连，两个管板(3)对应固定在两个门口处，壳 体(1)外的顶部设有清水进水或出水通道(13)，壳体(1)外的底部设有清水出水或进水通 道(14)，清水进水或出水通道(13)上设有清水进口或出口(15)，清水出水或进水通道(14) 上设有清水出口或进口(16)，第一清水封头(8)位于壳体(1)的一个门口处，第一清水封 头(8)与清水进水或出水通道(13)相邻设置，第二清水封头(9)位于壳体(1)的另一个 门口处，第二清水封头(9)与清水出水或进水通道(14)相邻设置，第一清水封头(8)及 第二清水封头(9)分别与相对应的门口可拆卸密封连接，第一清水封头(8)与所对应的管 板(3)之间围成的腔室由上至下分隔成N个清水腔室单元一(17)，第二清水封头(9)与 所对应的管板(3)之间围成的腔室由上至下分隔成N个清水腔室单元二(18)，设定位于最 上端的清水腔室单元一(17)为第一清水腔室单元一，位于最下端的清水腔室单元一为第N 清水腔室单元一，位于最上端的清水腔室单元二为第一清水腔室单元二，位于最下端的清水 腔室单元二为第N清水腔室单元二，N=3~13，第一清水腔室单元一通过相通的换热管与第一 清水腔室单元二相通，第一清水腔室单元二通过相通的换热管与第二清水腔室单元一相通， 第二清水腔室单元一通过相通的换热管与第二清水腔室单元二相通，以此类推至第N清水腔 室单元一通过相通的换热管与第N清水腔室单元二相通，清水进水或出水通道(13)与位于 最上端的第一清水腔室单元一相通，清水出水或进水通道(14)与位于最下端的第N清水腔 室单元二相连通。
2.如权利要求1所述的污水或地表水用疏导型单宽流道式换热装置，其特征是：所述的 设有两个直角弯的正方形管(2)为U形管。
3.如权利要求1所述的污水或地表水用疏导型单宽流道式换热装置，其特征是：所述的 设有两个直角弯的正方形管(2)由一根正方形长管(19)和两根正方形短管(20)组成，两 根正方形短管(20)布置在正方形长管(19)的两端，正方形短管(20)与正方形长管(19) 垂直设置，正方形短管(20)的一端与正方形长管(19)的一端焊接为一体，两根正方形短 管(20)布置于正方形长管(19)中心线的两侧。
4.如权利要求1、2或3所述的污水或地表水用疏导型单宽流道式换热装置，其特征是： 所述的倾斜固定在壳体(1)内的多层换热管与水平面的夹角为α，0°<α≤15°。
5.如权利要求1所述的污水或地表水用疏导型单宽流道式换热装置，其特征是：所述的 壳体(1)的两端各设置有一个壳体连接法兰(21)，每个污水或地表水封头(6)的端面上设 有封头连接法兰(22)，壳体连接法兰(21)与封头连接法兰(22)之间设有封头密封圈(23)， 壳体(1)的两端与相对应的污水或地表水封头(6)之间分别通过壳体连接法兰(21)、封头 密封圈(23)及封头连接法兰(22)可拆卸密封连接。
6.如权利要求1所述的污水或地表水用疏导型单宽流道式换热装置，其特征是：所述的 第一清水封头(8)及第二清水封头(9)端面上分别设有清水封头法兰(24)，两个门口上分 别设有门口连接法兰(25)，清水封头法兰(24)与门口连接法兰(25)之间设有门口密封圈 (26)，第一清水封头(8)与所对应的门口之间以及第二清水封头(9)与所对应的门口之间 分别通过清水封头法兰(24)、门口密封圈(26)及门口连接法兰(25)可拆卸密封连接。
7.如权利要求1所述的污水或地表水用疏导型单宽流道式换热装置，其特征是：多层换 热管的左端与相对应的污水或地表水封头(6)之间的空间由上至下设有Q个污水或地表水 换向区域一(29)，Q=6~26，污水或地表水换向区域一(29)与相对应的第一换热区域(10) 相通;多层换热管的右端与相对应的污水或地表水封头(6)之间的空间由上至下设有Q个 污水或地表水换向区域二(30)，污水或地表水换向区域二(30)与相对应的第二换热区域(11) 相通，相邻两个污水或地表水换向区域一(29)之间及相邻两个污水或地表水换向区域二(30) 之间分别通过隔腔板隔开;隔腔板由相对应设置的封头隔板(28)和换热管隔板(27)组成， 每个污水或地表水封头(6)与封头隔板(28)固连，换热管隔板(27)与所对应的换热管固 连。
8.如权利要求7所述的污水或地表水用疏导型单宽流道式换热装置，其特征是：所述的 换热管隔板(27)与相对应设置的封头隔板(28)二者的两个相邻侧面上分别设有第一加强 板条(31)，两个第一加强板条(31)压紧在设置在二者之间的封头密封圈(23)上。
9.如权利要求6所述的污水或地表水用疏导型单宽流道式换热装置，其特征是：相邻两 个清水腔室单元一(17)之间以及相邻两个清水腔室单元二(18)之间分别通过清水腔室分 隔板隔开，清水腔室分隔板由相对应设置的第一清水隔板(32)和第二清水隔板(33)组成， 第一清水封头(8)和第二清水封头(9)分别与第一清水隔板(32)固连，每个管板(3)与 第二清水隔板(33)固连。
10.如权利要求9所述的污水或地表水用疏导型单宽流道式换热装置，其特征是：所述 的第一清水隔板(32)与相对应设置的第二清水隔板(33)二者的两个相邻侧面上分别设有 第二加强板条(36)，两个第二加强板条(36)压紧在设置在二者之间的门口密封圈(26)上。
说明书
污水或地表水用疏导型单宽流道式换热装置
技术领域
本发明涉及一种利用热泵技术提取污水或地表水中的冷热量时污水或地表水与清水的换 热装置，属于能源技术领域。
背景技术
采用热泵技术提取低品位可再生清洁能源中的冷热量为建筑物供热与空调，是建筑节能 减排的有效途径之一，其节能幅度可达45%以上。这些低位可再生清洁冷热源包括：大气、 土壤、地下水、地表水、城市污水等等，利用这些冷热能源时，一方面需要因地制宜地加以 利用，另一方面需要有效解决一些共性与关键技术问题。
关于污水和地表水冷热源，需要解决的关键问题是杂质堵塞和低换热效率问题，如不有 效处理，运行时换热设备因堵塞流量急剧下降、换热效率大幅度降低，造成换热设备严重达 不到使用与设计要求。
为解决堵塞问题，有两种技术方案可以实现：第一种技术方案是在换热设备前加设防堵 装置，先过滤再换热，例如：本申请的发明人开发的发明专利公开号为CN1474125A、公开 日为2004年2月11日、名称为“城市污水冷热源的应用方法和装置”以及发明专利公开号 为CN 1920447A、公开日为2007年2月28日、名称为“污水及地表水源热泵无阻塞压力平 衡防阻装置及其系统”等等;第二种技术方案是加大换热设备的过流断面，使含杂质的污水 或地表水直接进入换热设备，杂质顺利地通过，称之为“疏导型换热”。
关于第二种“疏导型换热”涉及到的相关专利及其主要缺陷如下：
1、本申请的发明人开发的发明专利公开号为CN 101149233A、公开日为2008年3月26 日、名称为“污水或地表水源热泵流道式换热系统”;实用新型专利授权公告号为CN 201096463Y、授权公告日为2008年8月6日、名称为“污水及地表水冷热源单流道壳板式 换热装置”;发明专利公开号为CN101893395A、公开日为2010年11月24日以及名称为“城 市污水源热泵系统过流式换热装置”，上述专利的换热面采用了平板结构(内设拉筋)，其主 要缺陷为承压能力较低、受压后变形，焊接点易漏水、难修复。
2、发明专利公开号为CN 101598507A、公开日为2009年12月9日、名称为“单层扁管 全隔离污水管壳换热装置”，该换热管采用了扁管，其主要缺陷同样是承压能力低、受压变形。
3、发明专利公开号为CN 102226656A、公开日为2011年10月26日、名称为“一种污 水箱式换热器”，同样采用了板式结构，其主要缺陷同样是承压能力低、受压变形。
4、发明专利申请公开号为CN 102519276A、公开日为2012年6月27日、名称为“污水 源热泵系统污水自清洁换热装置”，换热面是在平板层结构上加设导流板，面临的问题仍然是 承压能力低、受压变形。
5、实用新型专利授权公告号为CN 202329308U、授权公告日为2012年07月11日、名 称为“污水换热器”，换热面采用了平板和窝状板片对结构，主要缺陷同样是承压能力低、受 压变形。
6、发明专利申请公开号为CN 102288053A、公开日为2011年12月21日、名称为“一 种壳管式污水换热器”，换热管采用了圆管管排结构，其主要缺陷是两管之间为弧缝管，如焊 接则极难，如不焊则存在漏水间隙，大量杂质将积存在相邻两管之间，严重影响换热。
7、发明专利申请公开号为CN 102620485A、公开日为2012年8月1日、名称为“污水 等冷热源流体与制冷剂热交换用可拆卸的板式换热器”，其换热面采用板片对或整体成形的整 张板片。采用板片对结构时，两个板片对叠放一起，需要焊接，其主要缺陷是焊接点采用碰 焊方式，焊接点不仅是起连接作用，还需要承受巨大的拉应力，一旦局部某焊点开焊，则会 造成该点周边开焊，最终会导致板片对分离，无法修复;采用整体铸造成形的整张板片，因 板片整体结构尺寸大，受铸造工艺限制，很难实现板片的整体铸造成形。
发明内容
本发明的目的是提供一种污水或地表水用疏导型单宽流道式换热装置，为解决现有污水 换热装置的换热面采用平板式或板片对焊接结构和工艺时，拉筋或焊接点需要承受巨大的拉 应力，一旦局部某焊点开焊，最终会导致板片对分离，无法修复，以及采用整体铸造成形的 整张板片时，因板片整体结构尺寸大，难以实现板片的整体铸造成形和成本过高，而采用圆 管时两管之间为弧缝，极难焊接且易伤管材等问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
污水或地表水用疏导型单宽流道式换热装置，所述的换热装置包括壳体、两个清水封头、 多层换热管、两个管板及两个污水或地表水封头，壳体底部设有污水或地表水进口或出口， 壳体顶部设有污水或地表水出口或进口，两个清水封头分别是第一清水封头和第二清水封头，
每层换热管包括多根正方形管，每根正方形管设有两个直角弯，设有两个直角弯的正方 形管的管口呈菱形设置，多根管口呈菱形设置的正方形管并列设置，且相邻两根所述的正方 形管的相邻两个棱边焊接，多层换热管水平或倾斜固定在壳体内，倾斜固定在壳体内的多层 换热管倾斜方向一致设置，壳体的两端分别与所对应的污水或地表水封头可拆卸密封连接， 多层换热管与壳体之间的空间由上至下分别设有多个第一换热区域和多个第二换热区域，多 个第一换热区域和多个第二换热区域交替且部分重合设置，壳体上与多层换热管的两列管口 相对应位置设有两个门口，所述的两列管口与两个管板一一对应并固连，两个管板对应固定 在两个门口处，壳体外的顶部设有清水进水或出水通道，壳体外的底部设有清水出水或进水 通道，清水进水或出水通道上设有清水进口或出口，清水出水或进水通道上设有清水出口或 进口，第一清水封头位于壳体的一个门口处，第一清水封头与清水进水或出水通道相邻设置， 第二清水封头位于壳体的另一个门口处，第二清水封头与清水出水或进水通道相邻设置，第 一清水封头及第二清水封头分别与相对应的门口可拆卸密封连接，第一清水封头与所对应的 管板之间围成的腔室由上至下分隔成N个清水腔室单元一，第二清水封头与所对应的管板之 间围成的腔室由上至下分隔成N个清水腔室单元二，设定位于最上端的清水腔室单元一为第 一清水腔室单元一，位于最下端的清水腔室单元一为第N清水腔室单元一，位于最上端的清 水腔室单元二为第一清水腔室单元二，位于最下端的清水腔室单元二为第N清水腔室单元二， N=3~13，第一清水腔室单元一通过相通的换热管与第一清水腔室单元二相通，第一清水腔室 单元二通过相通的换热管与第二清水腔室单元一相通，第二清水腔室单元一通过相通的换热 管与第二清水腔室单元二相通，以此类推至第N清水腔室单元一通过相通的换热管与第N清 水腔室单元二相通，清水进水或出水通道与位于最上端的第一清水腔室单元一相通，清水出 水或进水通道与位于最下端的第N清水腔室单元二相连通。
所述的设有两个直角弯的正方形管为U形管。
所述的设有两个直角弯的正方形管由一根正方形长管和两根正方形短管组成，两根正方 形短管布置在正方形长管的两端，正方形短管与正方形长管垂直设置，正方形短管的一端与 正方形长管的一端焊接为一体，两根正方形短管布置于正方形长管中心线的两侧。
所述的倾斜固定在壳体内的多层换热管与水平面夹角为α，0°<α≤15°。
所述的壳体的两端各设置有一个壳体连接法兰，每个污水或地表水封头的端面上设有封 头连接法兰，壳体连接法兰与封头连接法兰之间设有封头密封圈，壳体的两端与相对应的污 水或地表水封头之间分别通过壳体连接法兰、封头密封圈及封头连接法兰可拆卸密封连接。
所述的第一清水封头及第二清水封头端面上分别设有清水封头法兰，两个门口上分别设 有门口连接法兰，清水封头法兰与门口连接法兰之间设有门口密封圈，第一清水封头与所对 应的门口之间以及第二清水封头与所对应的门口之间分别通过清水封头法兰、门口密封圈及 门口连接法兰可拆卸密封连接。
多层换热管的左端与相对应的污水或地表水封头之间的空间由上至下设有Q个污水或地 表水换向区域一，Q=6~26，污水或地表水换向区域一与相对应的第一换热区域相通;多层换 热管的右端与相对应的污水或地表水封头之间的空间由上至下设有Q个污水或地表水换向区 域二，污水或地表水换向区域二与相对应的第二换热区域相通，相邻两个污水或地表水换向 区域一之间及相邻两个污水或地表水换向区域二之间分别通过隔腔板隔开;隔腔板由相对应 设置的封头隔板和换热管隔板组成，每个污水或地表水封头与封头隔板固连，换热管隔板与 所对应的换热管固连。
所述的换热管隔板与相对应设置的封头隔板二者的两个相邻侧面上分别设有第一加强板 条，两个第一加强板条压紧在设置在二者之间的封头密封圈上。
相邻两个清水腔室单元一之间以及相邻两个清水腔室单元二之间分别通过清水腔室分隔 板隔开，清水腔室分隔板由相对应设置的第一清水隔板和第二清水隔板组成，第一清水封头 和第二清水封头分别与第一清水隔板固连，每个管板与第二清水隔板固连。
所述的第一清水隔板与相对应设置的第二清水隔板二者的两个相邻侧面上分别设有第二 加强板条，两个第二加强板条压紧在设置在二者之间的门口密封圈上。
本发明相对于现有技术的区别及有益效果是：
(1)采取多根正方形管的管口呈菱形并列设置，相邻两根所述的正方形管的相邻两个棱 边焊接，无需再采取设拉筋或者板片对的碰焊，省去了大量的焊接工艺，解决了因大量焊接 存在的漏水问题，保障了换热装置的可靠性;也不需要采取整体铸造工艺，加工工艺简单、 成本显著降低;
(2)采用正方形管，四个棱边(或面)受压一致，承压能力显著提高，可达1MPa以上， 而扁管、平板或板片对结构的长边受压能力低，短边受压能力高，受力不均匀，一般设计受 压能力低于0.6MPa，且变形严重;
(3)由于承压能力明显提高，可适当减少管材壁厚，同时不再有拉筋及其耗材，因此同 样的换热面积至少可减少耗材20%以上;
(4)多根正方形管并列设置后，在某一根管损坏时，可类似于管壳式换热器，将该损坏 的正方形管的两个管口堵住即可，维修简单方便，而采用平板式或板片对结构出现漏水后， 必须对漏水点进行有效处理(很难处理)，无法采取堵塞的办法;
(5)每层换热管与水平面的夹角大于0°，可有效缓解杂质在换热面上的沉积，从而提高 传热系数10%以上;
(6)公开号为CN 102288053A的发明专利申请采用圆管管排结构，两并列圆管之间为 一条弧缝，焊接难度极大且易伤管材(实际无法焊接)，本发明采用正方形管，两并列正方管 之间呈90°角设置，易焊接且可采取不咬边焊接保障不伤管材。
