申请日2013.03.08
公开(公告)日2013.07.03
IPC分类号F25B39/00
摘要
本发明给出壳管式污水-制冷剂相变换热器，适用于直接式污水源热泵，作为蒸发器或冷凝器。它由制冷剂流道、污水流道、壳体和底座组成，筒形的壳体水平设置，污水在壳体内的多层水平的污水流道中流动，制冷剂在壳体内的水平的传热管中流动，传热管外表面沉浸泡在污水流道中，污水和制冷剂之间通过传热管壁换热，其特征在于：污水在水平污水流道中的流动方向与壳体轴线垂直。所述制冷剂流道，它包括：若干个传热管、两个管板、几个折流板、两个封头、液相口和汽相口。所述污水通道，它包括：污水进口、流道板、反流口、隔板、换流室和污水出口。所述壳体，卧式圆筒状，它分为上下两半，即上壳体和下壳体，可拆卸，其间通过法兰连接。
权利要求书
1.一种壳管式污水-制冷剂相变换热器，它由制冷剂流道、污水流道、壳体和底座组成， 筒形的壳体水平设置，污水在壳体内的多层水平的污水流道中流动，制冷剂在壳体内的水平 的传热管中流动，传热管外表面沉浸泡在污水流道中，污水和制冷剂之间通过传热管壁换热， 其特征在于：污水在水平污水流道中的流动方向与壳体轴线垂直。
2.按照权利要求1所述的壳管式污水-制冷剂相变换热器，其特征在于：
所述制冷剂流道，它包括：若干个传热管、两个管板、几个折流板、两个封头、液相口 和汽相口;当壳管式污水-制冷剂相变换热器作为蒸发器时，液态制冷剂由液相口进入换热 器的一侧封头，经过管板进入传热管，走过第一个流程，从传热管的另一端，经过管板，到 达另一个封头内，受到折流板引导，制冷剂反向进入第二流程的传热管，液态制冷剂受热不 断蒸发，往返经过多个流程，流经若干个传热管和多个折流板后，制冷剂完全蒸发成汽态， 汽态制冷剂从汽相口流出;当壳管式污水-制冷剂相变换热器作为冷凝器时，汽态制冷剂由 从汽相口进入换热器，往返经过多个流程，汽态制冷剂放热不断凝结，当制冷剂完全凝结成 液态，从液相口流出。
3.按照权利要求1所述的壳管式污水-制冷剂相变换热器，其特征在于：
所述污水流道，它包括：污水进口、污水通道、流道板、反流口、隔板、换流室和污水 出口，在换热器壳体内，设有多层水平的流道板，它分别被放在一排排传热管的上面，当污 水从污水进口流入换热器，就在流道板上的污水通道中流淌，形成污水的水平流道，流道板 一端紧贴换热器壳体内壁，另一端与换热器壳体内壁有一距离，其间就是污水流道的反流口， 污水向下流经反流口后，进入下一层反方向污水流道，每层污水流道的底面是流道板，顶面 是传热管及传热管上一层流道板的下表面，左右是隔板或管板，污水流道高度为3-4厘米， 宽度为几十厘米，截面呈扁平形状，当污水向下流到底部的换流室，绕过隔板，进入另一个 从下向上的污水流道空间，当污水全部流过各个污水空间，从换热器的污水出口流出。
4.按照权利要求1或3所述的壳管式污水-制冷剂相变换热器，其特征在于：
所述壳体，卧式圆筒状，它分为上下两半，即上壳体和下壳体，可拆卸，其间通过法兰 连接后，两头各为圆形开口，两头开口分别与两端管板封头紧密配合，壳体内有污水流道和 制冷剂流道，壳体上有污水的进出口。
5.按照权利要求1所述的壳管式污水-制冷剂相变换热器，其特征在于：
所述底座，设在换热器的底部，它由底板和两端的立板组成，底座的两块立板，分别支 撑换热器两端的管板和封头，其间焊接连接，底座不与换热器的下壳体连接，底座不妨碍换 热器下壳体的拆卸。
说明书
壳管式污水-制冷剂相变换热器
技术领域
本发明涉及热交换设备，特别是涉及壳管式污水-制冷剂相变换热器。
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。
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，尤其是对于利用壳管式 污水-制冷剂相变换热器的直接式污水源热泵系统。
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，热泵中的污水流通管路， 经常被堵塞，以至于热泵完全不能工作。
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，降低了土建和设 备初投资，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。
采用直接式污水源热泵遇到的主要问题是，
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，使用污水-制冷剂相变换热器的直接式污水源热泵机组，采用原生污水为热源，比一 般污水换热器更容易污染和堵塞，使污水源热泵效率下降，甚至不能工作。对污水和换热器， 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。
到目前为止，还没有广泛地普及污水-制冷剂相变换热器和直接式污水源热泵系统;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。
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，尤其是污水-制冷 剂换热器。
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。
3、陈东，谢继红编，热泵技术手册，北京：化学工业出版社，2012。
发明内容
本发明的目的是给出壳管式污水-制冷剂相变换热器，它由制冷剂流道、污水流道、壳 体和底座组成，筒形的壳体水平设置，污水在壳体内的多层水平的污水流道中流动，制冷剂 在壳体内的水平的传热管中流动，传热管外表面沉浸泡在污水流道中，污水和制冷剂之间通 过传热管壁换热，其特征在于：污水在水平污水流道中的流动方向与壳体轴线垂直。
所述制冷剂流道，它包括：若干个传热管、两个管板、几个折流板、两个封头、液相口 和汽相口;当壳管式污水-制冷剂相变换热器作为蒸发器时，液态制冷剂由液相口进入换热 器的一侧封头，经过管板进入传热管，走过第一个流程，从传热管的另一端，经过管板，到 达另一个封头内，受到折流板引导，制冷剂反向进入第二流程的传热管，液态制冷剂受热不 断蒸发，往返经过多个流程，流经若干个传热管和多个折流板后，制冷剂完全蒸发成汽态， 汽态制冷剂从汽相口流出;当壳管式污水-制冷剂相变换热器作为冷凝器时，汽态制冷剂由 从汽相口进入换热器，往返经过多个流程，汽态制冷剂放热不断凝结，当制冷剂完全凝结成 液态，从液相口流出。
所述污水流道，它包括：污水进口、污水通道、流道板、反流口、隔板、换流室和污水 出口，在换热器壳体内，设有多层水平的流道板，它分别被放在一排排传热管的上面，当污 水从污水进口流入换热器，就在流道板上流淌，形成污水的水平流道，流道板一端紧贴换热 器壳体内壁，另一端与换热器壳体内壁有一距离，其间就是污水流道的反流口，污水向下流 经反流口后，进入下一层反方向污水流道，每层污水流道的底面是流道板，顶面是传热管及 传热管上一层流道板的下表面，左右是隔板或管板，污水流道高度为3-4厘米，宽度为几十 厘米，截面呈扁平形状，当污水向下流到底部的换流室，绕过隔板，进入另一个从下向上的 污水流道空间，当污水全部流过各个污水空间，从换热器的污水出口流出。
所述壳体，卧式圆筒状，它分为上下两半，即上壳体和下壳体，可拆卸，其间通过法兰 连接后，两头各为圆形开口，两头开口分别与两端管板封头紧密配合，壳体内有污水流道和 制冷剂流道，壳体上有污水的进出口。
所述底座，设在换热器的底部，它由底板和两端的立板组成，底座的两块立板，分别支 撑换热器两端的管板和封头，其间焊接连接，底座不与换热器的下壳体连接，底座不妨碍换 热器下壳体的拆卸。
本发明的优点是：
1，本发明的壳管式污水-制冷剂相变换热器，不需要对污水进行严格净化。污水直接进 入壳管式污水-制冷剂相变换热器，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，在壳管式污水-制冷剂相变换热器中，污水直接与制冷剂进行热量交换，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，但由于传热管上设置流道板，传热管表面很少积垢。流 道板上少量积垢，对换热器性能没有影响。当流道板上积垢过多时，可以通过喷水清洗。