申请日2011.07.05
公开(公告)日2014.06.11
IPC分类号F28D7/06; F28F9/24; F28F9/00
摘要
本发明给出一种氟里昂-污水换热器，适用于污水源热泵，它的结构包括：箱体、污水流道、传热管、氟里昂调节管路和底座。污水在箱体内的污水流道中流动，氟里昂在传热管中流动，传热管沉浸在污水流道中，污水和氟里昂之间通过传热管壁换热。污水流动路径与传热管路平行，通过传热管端部的氟里昂调节管路，实现氟里昂流通面积的改变。本发明不要求对污水进行严格净化，污水直接进入氟里昂-污水换热器，换热器中的污水流通管路不会被堵塞，能够长时间稳定工作。污水直接与制冷剂氟里昂进行热量交换，制冷剂氟里昂可以从污水更多得到，或向污水放出更多的热量，提高了污水源热泵机组效率。
权利要求书
1.一种氟里昂-污水换热器，它的结构包括：箱体、污水流道、传热管、氟里昂调节管 路和底座;污水在箱体内的污水流道中流动，氟里昂在传热管中流动，传热管沉浸在污水流 道中，污水和氟里昂之间通过传热管壁换热，其特征在于：
(1)污水流动路径与传热管路平行;
(2)通过传热管端部的氟里昂调节管路，实现氟里昂流通面积的改变;
所述氟里昂调节管路，它由氟里昂进口、进口管、几个母管、几个变流管、出口管和氟 里昂出口构成;氟里昂通过氟里昂进口和进口管，到达第一个母管，从母管出来进入第一排 传热管，再经过第二个母管，再通过变流管，到达另外的一个或几个母管，进入另外的一排 或几排传热管;经过几个变流管，几次改变传热管排数;最后，经过出口管和氟里昂出口流 出换热器;氟里昂调节管路与每个传热管的开口端相通，吸纳或供给每个传热管的氟里昂， 当氟里昂在传热管内受热蒸发，体积增大，或凝结放热，体积变小，氟里昂调节管路通过改 变传热管根数，改变流通面积，达到调节流速的目的，防止流速过高，增大流动阻力，也防 止流速过低，影响传热。
2.按照权利要求1所述的氟里昂-污水换热器，其特征在于：
所述箱体，它包括箱形的氟里昂-污水换热器的外壳和外壳上的多个清洗口;箱体内部是 污水流道和氟里昂传热管，箱体外表面上，有污水进出口和氟里昂调节管路;箱体用碳钢板 做成，箱体厚度不能小于4厘米，箱体内外表面进行防腐蚀处理。
3.按照权利要求1所述的氟里昂-污水换热器，其特征在于：
所述污水流道，它包括：污水进口、污水管道、折流板、折流口、回流板、回流口和污 水出口;污水从污水进口，进入换热器的污水管道，最后，从污水出口流出换热器;在换热 器箱体内，设有许多水平的一端开口的隔板，使污水流动路径呈现弓字形，这些隔板，分为 两种：一种叫做折流板，它被横U形的传热管所包围，它的开口端搭在一个角钢上，其端部 与箱体间的流道叫做折流口，另一种隔板叫做回流板，它不被传热管所包围，它的一端与箱 体固定，另一端与箱体间有一个流道，叫做回流口;折流口和回流口的净宽度均不能小于6 厘米，折流口的宽度要留出传热管所占用空间，折流板、回流板均用碳钢板做成，厚度不能 小于3厘米;折流板、回流板的上下两面，都要进行防腐蚀处理。
4.按照权利要求1、2或3所述的氟里昂-污水换热器，其特征在于：
所述传热管是碳钢管，沉浸在水平的污水流道中，水平设置的传热管的两端结构不同， 一端为开口端，开口端的管口接到氟里昂调节管路，另一端为闭口端，上下两个传热管的闭 口端的管口相连接，每两个传热管，形成一个的横U形回路;传热管的开口端置于换热器箱 体外，通过氟里昂调节管路，经开口端，从传热管接受或向传热管注入氟里昂;传热管设置 方向与污水流向平行，污水不能横向冲刷传热管。
5.按照权利要求2所述的氟里昂-污水换热器，其特征在于：
所述清洗口，它位于箱形的换热器壳体，与折流口相邻的立面侧板上，对应每一个污水流道， 有一个清洗口，清洗口上有一个可以拆卸的清洗盖，通过清洗口，可以探入摄像头观察换热 器内部情况，又可以利用高压喷水管，对换热器内部流道进行清洗。
说明书
氟里昂-污水换热器
技术领域
本发明涉及热交换设备，特别是涉及氟里昂-污水换热器。
背景技术
利用城市污水作为冷热源，通过污水源热泵对建筑进行采暖空调，可以直接减少其他短 缺能源的消耗，同时还可以达到废物利用的目的，是资源再生利用、发展循环经济、建设节 约型社会、友好环境的重要措施。
污水源热泵实现了城市废热的回收利用，变废为宝，是新型的可再生清洁能源利用技术， 符合可持续发展、建设资源节约型社会的要求。将水源热泵系统技术与城市污水结合，在扩 大城市污水利用范围、拓展城市污水治理效益方面具有深远意义。
污水源热泵是依靠热泵机组内部制冷剂的物态循环变化，冬季从污水中吸收热量，经热 泵机组升温后对建筑供热，夏季通过热泵机组，把建筑物中的热量传递给污水，从而实现供 冷。污水替代了冷却塔，具有高效节能、绿色环保、安全可靠、一机多用等突出优点。
目前，污水源热泵系统在我国的大部分城市得到了推广与应用，例如：北京、天津、山 西、山东、石家庄、新疆、广西等地。
随着整个社会节约能源、环保意识的提高，污水源热泵的应用领域也在不断的扩展。除 了在城市供暖制冷、制取生活热水应用外，还在食品、生化、制药工业、种植养殖及农副产 品加工储藏领域均得到应用。应该进一步挖掘利用各类可再生的低温热源或废热热源，完善 和推广污水源热泵技术，向着建立节约型社会发展。
污水源热泵可分为直接式污水源热泵与间接式污水源热泵两类。直接式系统中，与污水 换热的介质为制冷剂，间接式系统中，与污水换热的介质为中介水或防冻液。前者污水与制 冷剂之间经换热器壁面直接换热;后者则存在中介媒质，从而传热热阻增加，导致热泵系统 效率随之下降。直接式系统是目前污水源热泵研究的前沿领域和发展方向。
直接式系统与间接式系统相比有很大的优点，主要是：
1，在同样的水源条件下供出同样多的热量，蒸发温度可提高5℃左右，热泵机组效率得 以很大提高，系统总的耗电量可降低15%以上。
2，省去了污水换热器及相应的中介水循环水泵，机房占地面积减少，不仅大大降低了 土建和设备初投资，而且也减少水泵能耗。
3，获取同样多的热量，所需的污水量可减小一半左右。间接式系统需要考虑中间换热 的温差损失，这就限制了污水的降温幅度。
当采用原生污水为热源时，一般都采用滤网、格栅、自动筛滤器等过滤装置，对污水进 行处理。尽管在热泵机组前，对污水进行充分的过滤，氟里昂-污水换热器一般都不能长时间 稳定运行，所以，当前我国以原生污水作冷热源的氟里昂-污水换热器还不多见，文献所报道 的污水源热泵，几乎均为间接式污水源热泵。间接式污水源热泵由于污水换热器等中间系统 的影响，污水资源利用成本大，初投资及运行费用也较大。
虽然利用氟里昂-污水换热器优越性明显，节省了污水换热器，制热系数与运行费用均优 于间接式污水源热泵，但是，当前氟里昂-污水换热器的发展并不充分，原因在于：
1，直接污水源热泵系统，要求热泵机组的蒸发器/冷凝器能够“一器两用”，对蒸发器/ 冷凝器提出了特殊要求。
2，使用氟里昂-污水换热器的热泵机组，需经过特殊处理，技术难度较大。虽然人们有 很多设想和试验，但都存在不足。
3，直接式系统要求对热泵机组的蒸发器/冷凝器做较大的改造，而相应的厂家较少。间 接式污水源热泵，污水不直接进机组，所需机组前的污水-水换热器已研制成功。
到目前为止，还没有广泛地普及氟里昂-污水换热器系统;污水源热泵技术诞生以来，基 本采用间接式系统，这是从可靠性角度考虑而采取的保守措施。
实现无堵塞连续换热，是利用污水作为热泵冷热源的技术关键，尤其是对于氟里昂-污水 换热器。解决恶劣水质对换热设备及管路的堵塞与污染，实现防腐与无污染换热，是一个世 界性技术难题。城市污水水质对换热器的影响主要有腐蚀、结垢及堵塞。通常的做法是在城 市污水和热泵之间，设置污水过滤装置和污水-水换热器，热泵的中介水从污水中吸收热量， 或向污水中释放热量。交换能量后的污水，从回水管，返回到城市污水的排放系统中。
由于污水粘度大、换热系数低，污水换热器必须做得很庞大;当用污水作为热泵的冷热 源，污水必须净化，并经过一个在机组前的额外增设的污水-水换热器，将污水的热量或冷量 传递到热泵中介水，这一过程将导致能量损失，降低热泵的能效比。如果污水不经过严格净 化，不经过污水-水换热器，直接进入热泵，污水与制冷剂直接进行热交换，热泵中的污水流 通管路，通常很快就被堵塞，以至于热泵完全不能工作。
在污水换热器前设置的污水过滤装置，其过滤孔不可能很小，否则污水过滤装置很快就 被堵塞。这样的污水过滤装置可以解决污水换热器的堵塞问题，但污水中的细小粘性杂质， 可以通过污水过滤装置，进入污水换热器，不断地在污水换热器内部沉降，在换热板表面沉 积，结垢，使换热板表面热阻增大，换热器总体性能很快就变坏。
在工农业和人民生活中，排放各种各样的污水。污水换热器与普通换热器工作条件有很 大的区别，普通换热器的设计方法，使用经验，不能简单用于污水换热器。尽管普通换热器 的设计方法与制造工艺，都很成熟，但是，污水换热器科学设计方法，至今，还没有很好解 决。
上述有关污水换热器的背景技术，在以下专著中有详细描述：
1、赵军，戴传山主编，地源热泵技术与建筑节能应用，北京：中国建筑工业出版社，2009。
2、(美)沙拉，塞库利克著，程林译，换热器设计技术，北京：机械工业出版社，2010。
发明内容
本发明的目的是给出一种氟里昂-污水换热器，它的结构包括：箱体、污水流道、传热管、 氟里昂调节管路和底座;污水在箱体内的污水流道中流动，氟里昂在传热管中流动，传热管 沉浸在污水流道中，污水和氟里昂之间通过传热管壁换热，其特征在于：
(1)污水流动路径与传热管路平行;
(2)通过传热管端部的氟里昂调节管路，实现氟里昂流通面积的改变。
所述箱体，它包括箱形的氟里昂-污水换热器的外壳和外壳上的多个清洗口;箱体内部是 污水流道和氟里昂传热管，箱体外表面上，有污水进出口和氟里昂调节管路;箱体用碳钢板 做成，箱体厚度不能小于4厘米，箱体内外表面进行防腐蚀处理。
所述污水流道，它包括：污水进口、污水管道、折流板、折流口、回流板、回流口和污 水出口;污水从污水进口，进入换热器的污水管道，最后，从污水出口流出换热器;在换热 器箱体内，设有许多水平的一端开口的隔板，使污水流动路径呈现弓字形，这些隔板，分为 两种：一种叫做折流板，它被横U形的传热管所包围，它的开口端搭在一个角钢上，其端部 与箱体间的流道叫做折流口，另一种隔板叫做回流板，它不被传热管所包围，它的一端与箱 体固定，另一端与箱体间有一个流道，叫做回流口;折流口和回流口的净宽度均不能小于6 厘米，折流口的宽度要考虑留出传热管所占用空间，折流板、回流板均用碳钢板做成，厚度 不能小于3厘米;折流板、回流板的上下两面，都要进行防腐蚀处理。
所述传热管是碳钢管，沉浸在水平的污水流道中，水平设置的传热管的两端结构不同， 一端为开口端，开口端的管口接到氟里昂调节管路，另一端为闭口端，上下两个传热管的闭 口端的管口相连接，每两个传热管，形成一个的横U形回路;传热管的开口端通常置于换热 器箱体外，通过氟里昂调节管路，经开口端，从传热管接受或向传热管注入氟里昂;传热管 设置方向与污水流向平行，污水不能横向冲刷传热管。
所述氟里昂调节管路，它由氟里昂进口、进口管、几个母管、几个变流管、出口管和氟 里昂出口构成;氟里昂通过氟里昂进口和进口管，到达第一个母管，从母管出来进入第一排 传热管，再经过第二个母管，再通过变流管，到达另外的一个或几个母管，进入另外的一排 或几排传热管;可以经过几个变流管，几次改变传热管排数;最后，经过出口管和氟里昂出 口流出换热器;氟里昂调节管路与每个传热管的开口端相通，吸纳或供给每个传热管的氟里 昂，当氟里昂在传热管内受热蒸发，体积增大，或凝结放热，体积变小，氟里昂调节管路通 过改变传热管根数，改变流通面积，达到调节流速的目的，防止流速过高，增大流动阻力， 也防止流速过低，影响传热。
所述清洗口，它位于箱形的换热器壳体，与折流口相邻的立面侧板上，对应每一个流道， 有一个清洗口，清洗口上有一个可以拆卸的清洗盖，通过清洗口，可以探入摄像头观察换热 器内部情况，又可以利用高压喷水管，对换热器内部流道进行清洗。
本发明的优点是：
1，本发明的氟里昂-污水换热器，不需要对污水进行严格净化。污水直接进入氟里昂-污 水换热器，换热器中的污水流通管路不会被堵塞，能够长时间稳定工作。
2，在氟里昂-污水换热器中，污水直接与制冷剂氟里昂进行热量交换，无论制冷剂是得 到热量，还是失去热量，相对于有中介水换热的情况，制冷剂氟里昂在其中都可以实现较大 的温差，从污水得到或向污水放出较多的热量，热泵机组效率得以很大提高。
3，省去通常污水源热泵所设置的污水-中介水换热器、中介水循环水泵及相应的管路， 机房占地面积减少，降低了土建和设备初投资，减少能耗。
4，尽管传热管置于污水流道中，但由于传热管是悬空设置，同时，传热管与污水不相交， 实践证明，传热管表面很少积垢。流道隔板上少量积垢，对换热器性能没有影响。当流道隔 板上积垢过多时，可以通过清洗孔喷水清洗。
