申请日2013.01.18
公开(公告)日2013.07.03
IPC分类号F28D7/00
摘要
本发明给出一种污水-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。它由污水通道、制冷剂通道、箱体和底座组成。制冷剂通道包括：制冷剂进口、进口联箱、传热管、出口联箱和制冷剂出口。污水通道包括：污水进口、折流板、污水流道、折流口和污水出口，其中污水流道是由隔板、连板和传热管外表面围成。污水在箱体内的多层水平污水流道中流动，制冷剂在竖立的多排传热管排中流动，传热管排外表面沉浸在污水流道中，污水和制冷剂之间通过传热管壁换热，其特征在于：(1)污水流道的截面为长方形，其长边与地面垂直，短边与地面平行;(2)污水流道的长方形截面的短边长为3至4厘米。
权利要求书
1.一种污水-制冷剂相变换热器，它由污水通道、制冷剂通道、箱体和底座组成，制冷 剂通道包括：制冷剂进口、进口联箱、传热管、出口联箱和制冷剂出口，污水通道包括：污 水进口、折流板、污水流道、折流口和污水出口;污水在箱体内的多层水平污水流道中流动， 制冷剂在竖立的多排传热管排中流动，传热管排外表面沉浸在污水流道中，污水和制冷剂之 间通过传热管壁换热，其特征在于：
(1)污水流道的截面为长方形，其长边与地面垂直，短边与地面平行;
(2)污水流道的长方形截面的短边长为3至4厘米。
2.按照权利要求1所述的污水-制冷剂相变换热器，其特征在于：
所述制冷剂通道，它包括：制冷剂进口、进口联箱、传热管排、出口联箱和制冷剂出口， 传热管排竖直沉浸在污水流道中，所有传热管排彼此平行，高度相等，长度相等，厚度相等， 制冷剂从制冷剂进口进入换热器，经进口联箱，进入传热管排，在传热管排内流动过程中， 通过管壁与污水换热，最后，通过传热管排的末端进入出口联箱，再通过制冷剂出口流出换 热器。
3.按照权利要求2所述的污水-制冷剂相变换热器，其特征在于：
所述传热管排，它是由传热管和连接板构成，若干个传热管竖排并联，每两个相邻传热 管之间，沿传热管轴线，有连接板将两个传热管固定，形成竖直平面的多个传热管排，全部 传热管排彼此平行，间距相同，它们浸泡在污水流道之间，传热管内的制冷剂与污水流道内 的污水进行热交换。
4.按照权利要求1所述的污水-制冷剂相变换热器，其特征在于：
所述污水通道，它包括：污水进口、折流板、污水流道、折流口和污水出口，污水从污 水进口进入，经过折流板，流入换热器的水平的污水流道，在一个流道的末端，是一个折流 口，污水从这里流入下一个反方向的污水流道，经过若干个流程之后，最后，污水从污水出 口流出换热器。
5.按照权利要求1所述的污水-制冷剂相变换热器，其特征在于：
所述污水流道，它是由隔板和传热管排外表面围成水平的流道，传热管排竖直设置，它 由传热管和连接板构成，隔板水平设置在传热管排之间，污水流道的左右为传热管排，污水 流道的上下为隔板。
6.按照权利要求1所述的污水-制冷剂相变换热器，其特征在于：
所述箱体，它是污水-制冷剂相变换热器的六面体的外壳;箱体内部是污水流道和制冷 剂传热管，箱体外表面上，有污水进出口和制冷剂进出口;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。
说明书
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一种污水-制冷剂相变换热器，它由污水通道、制冷剂通道、箱体和底座组成。
制冷剂通道包括：制冷剂进口、进口联箱、传热管排、出口联箱和制冷剂出口。污水通道包括：污水进口、折流板、污水流道、折流口和污水出口。污水在箱体内的多层水平污水流道中流动，制冷剂在竖立的多排传热管排中流动，传热管排外表面在污水中，污水和制冷 剂之间通过传热管壁换热。
污水流道的截面为长方形，其长边与地面垂直，短边与地面平行;污水流道的长方形截面的短边长为3至4厘米。
所述制冷剂通道，它包括：制冷剂进口、进口联箱、传热管排、出口联箱和制冷剂出口，传热管排竖直沉浸在污水中，所有传热管排彼此平行，高度相等，长度相等，厚度相等，间距相等，制冷剂从制冷剂进口进入换热器，经过进口联箱，进入传热管排，在传热管排内流动过程中，通过管壁与污水换热，最后，通过传热管排的末端进入出口联箱，再通过制冷剂出口流出换热器。
所述传热管排，它是由传热管和连接板构成，若干个传热管竖排并联，每两个相邻传热管之间，沿传热管轴线，有连接板将两个传热管固定，形成竖直平面的传热管排。
所述污水通道，它包括：污水进口、折流板、污水流道、折流口和污水出口，污水从污水进口进入换热器，经过折流板，流入的水平的污水流道，在一个流道的末端，是折流口，污水从这里流入下一个反方向的污水流道，经过若干个流程之后，最后，污水从污水出口流出换热器。
所述污水流道，它是由隔板和传热管排外表面围成水平的流道，传热管排竖直设置，它由传热管和连接板构成，隔板水平设置在传热管排之间，污水流道的左右为传热管排，污水流道的上下为隔板。
所述箱体，它是污水-制冷剂相变换热器的六面体的外壳;箱体内部是污水流道和制冷剂传热管，箱体外表面上，有污水进出口和制冷剂进出口，箱体底部固定在底座上。
本发明的优点是：
1，本发明的污水-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，但由于传热管是竖立设置，同时，传热管与污水不相交，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，可以通过喷水清洗。