专利名称：用于从流动的水取出热量的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种设备，其用于从流动的液体例如工厂中的废水或冷却水取出热量，或用于通过热交换介质将热量输送至这样的流动液体。传递到热交换介质的热量继而通过热泵提取，并用于对建筑物进行供热、用于制备热水或类似用途(确切地说，热量通过使用按相反方向被驱动的热泵被供给到热交换介质，并且热量继而被输送至流动液体，为此热泵能被使用于冷却建筑物；在某些情况下，取决于操作的状态，一个设施能够执行这两种功能(冷却/供热))。
背景技术：
这些设备例如由欧洲专利公开文献1591740和德国专利19719311而被公知。在所述文献中展示的方法已经证明在很多情况下是经济的。然而，在一些应用中将热交换器安装在废水管道中的花费过高和/或效率过低。这类情形的一实例在于从在压力管道中行进的废水(或在压力管道中行进的另一液体)中取出热量。作为实例，这类压力管道在相对平坦的并且没有恰当的坡降的区域中是常见的。此外，其也体现与污水处理厂的废除/合并相关联，由此废水从废弃的污水处理厂现场被引导至另一具有更大容量的污水处理厂现场，这经常只能通过泵执行。压力管道的一另外的应用在于需要例如冷却水的工厂。即便没有这样的特殊要求，对于效率当然总是期望是高效的。
发明内容
因此，本发明的一目的在于提供用于从废水或冷却液体或另一种液体取出热量 (或用于将热量排出至所述液体)的设备，其消除现有技术的劣势，并且，特别地，就效率和安装成本方面而言带来进步，特别是相对于特殊的应用带来进步。根据本发明的第一方面，提供用于从在管道中流动的液体取出热量和/或向其排出热量的一种设备，其中，该设备包括至少一个热交换器，所述热交换器具有至少一个容器，所述容器容纳流动的热交换介质；以及输入和输出管路，其用于从热泵输入热交换介质和将热交换介质输出至热泵，其中，至少一个热交换器被设置成由此形成的热交换面围抱管道内部，并且与在管道内部被引导的液体直接地相接触。热交换面围抱管道的情形并不意味着热交换器必须沿着管道的周边无缝隙地存在。而是意味着，热交换面在底部区域和上部区域中均存在，即覆盖周边的一半以上。稍微更为一般性地表述，下述的条件可能存在在热交换器区域中，热交换面在包含重心轴线的每个表面的两边部上延伸。优选地，在该热交换器区域中，没有沿着周边的热交换面的部分例如占据总共至多大约150°、至多90°或甚至至多60°或更少，即被热交换面覆盖的全部方位角范围总计优选地至少210°、至少270°或至少300°。由于该相对简单的措施，相较之于现有技术，效率显著地得到提高。热交换器优选地具有多个段部，其每个涵盖一方位角范围并且在轴向方向上延伸一定的长度，例如，延伸0. 5米到4米。共同围抱管道内部的段部的数目优选地在2到4之间，例如3。 设置涵盖一方位角范围的多个段部就组装而言是特别有利的。所述段部每个能够被单个地制作并运输以及在现场联接成所述围抱管道的热交换器，和/或能够被安装在承载管上。段部的组装可使用焊接。 同样优选地，热交换器的表面形成一环形管道，即，热交换器本身形成一管道。如果所述由热交换器形成的管道由多个段部构成，这些多个段部可沿着轴向延伸的线被焊接或有可能地被胶合或被固接(verlStet)或以任何其它方式被密封地接合在一起。非常特别有利地，所述由热交换器形成的管道(下文中以“热交换器管道”表示) 在机械上是稳固的，以形成整个废水管道，即，不要求围绕热交换器的附加管道。该优选的方法具有两个显著的优点第一，不需要现有的废水管道，其显著地降低制作成本；第二，也不再需要在管道中组装热交换器——就成本而言这也是有利的。热交换器能够宋形成热交换器管道形成这里命名为“外管”的一管道，即热交换器介质在由热交换器形成的该管道内流动。作为选择，特别适合于薄管，特别地同样适合于具有小横截面区域的管道，热交换器管道也可以是一“内管”，以便热交换介质在管道外流动。在此情形下，管壁厚度优选地不是过大，以使得经过管道的热传递足够良好。在热交换器管道相对薄的实施方式中，也可存在例如是塑料管形式的承载管，用于机械加固。由于热交换器本身也形成一环形管道的事实，在承载管和热交换器之间不需要任何密封，并且这使制作更为经济、操作更为简易。根据本发明的第一方面的设备此外优选地具有供给管，用于并行地对多个热交换器单元供给热交换介质。这些热交换器单元的每个具有与第一供给管相连的热交换介质进口，与第二供给管相连的热交换介质出口，和在两者之间的热交换介质的路径。作为实例， 用于热交换介质的路径可通过渠道或通过之字弯或类似方式被确定，并且通常被这样形成保证从管道中的液体(废水等)到热交换介质尽可能最大的热传递，即热交换器介质需要走过的路径应覆盖尽可能最大的热交换面的区域。根据一优选的实施方式，供给管被布置在管道上方。特别地，已经发现的是，热交换器的通风会是一个重要的问题，并且如果供给管位于现有的热交换器上方，通风可更容易地完成。作为实例，并行地被供给的所述热交换单元可在一定的长度部分中对应已在上文中提到的段部。因此，本发明的另一优选的设计在于，提供用于从在管道中流动的液体取出热量 (和/或用于向其排出热量)的一种设备，其包括多个热交换器段部，这些段部并行地被供给热交换介质并且围抱管道的不同方位角范围，即沿着圆周线分布，这对于本身公知的在管道方向上(轴向方向)一个接一个连接的热交换器单元的并行地供给是一种对比或是一种补充。总的来说，根据本发明的优选的实施方式的设备可由多个段部构成，优选地2至4 个共同围抱管道的一(轴向)区域的段部组成段部组，其中所述多个段部组在轴向方向上一个接一个地连接，并且其中每个段部并行地被供给热交换介质。
该方法特别地就组装而言是特别有利的；然而其组装会受到预制的热交换器段部影响，这些段部成组地在围绕管道的(轴向)区域一接合在一起或者被安装在承载管上，其中至少另一这样的轴向区域继而被接合/安装，并连接到第一轴向区域。最终，所有段部被连接到供给管。本发明的第二方面涉及热传递本身。该第二方面与第一方面是相独立的，并且也适用于没有围抱管道的结构的热交换器设备，不过作为替代安装在废水管道的内部(通常由混凝土制成)，例如根据专利文献DE197 19 311和专利文献EP 1 591 740所教导的那样。根据该第二方面，设置用于从在管道中流动的液体取出热量和/或用于向其排出热量的一种设备，其中，该设备包括至少一个热交换器，所述热交换器具有至少一个容器， 所述容器容有流动的热交换介质；以及输入和输出管路，其用于从热泵输入热交换介质和将热交换介质输出至热泵，其中，热交换器至少部分地、例如至少在热交换面的区域由铁素体钢制成，并且优选地作为一整体由铁素体钢制成。特别地，由于铁素体钢的磁性特性——至今铁素体钢公知主要地用于电磁炉的锅、盆和类似物，令人惊讶地发现铁素体钢非常适用于作为用于从废水取出热量的热交换器材料。至今，铁素体钢被认为是不适于如在现有情形中的应用，这是因为其被认为是相对软的并且会腐蚀。然而发现，倘若铬含量适当地足够高，并且如果需要，其它材料例如钼含量适当地足够高——尽管通常缺少镍或镍含量小但钼的耐摩擦性和耐腐蚀性是足够高的， 那么对于铁素体钢而言也适用于就耐腐蚀特性而言要求苛刻的这样的应用。此外，热传导特性被证明是非常有利的，并且可焊接性也是良好的。具有至少12%或至少14%的铬含量的铁素体钢是特别优选的，铬含量例如在 15%到32%之间，并且附加地特别优选地具有至少0. 5%的钼含量(例如在0. 5%到5%之间，特别地在0. 5 %到2 %之间)。合适的铁素体钢的实例是包含1 %硅、1 %的锰、17. 5-19. 5 %的铬、1. 75-2. 5 %的钼和微量碳、氮、钛、磷、铌以及至多的镍的钢种1. 4521 044)(阿赛洛)。对于用于从废水或其它可能的腐蚀性液体取出热量的热交换器系统，使用铁素体钢代替现有技术公知的奥氏体钢的方法，并且与将热交换器直接地与废水进行接触的方法相组合，是特别有利的。同样有利的是，由于良好的可焊接性，使用铁素体钢的方法与通过相互焊接的多个热交换器元件构造热交换器的方法相组合。
下文参照附图更为详细地对本发明的实施实例进行阐述。在视图中，相同的数字标识表示相同或相似的元件，附图中图1是按垂直于管道轴线方式剖切的热交换器设备的示意图，所述热交换器形成压力管道，图2示意地示出如图1的热交换器的按放大方式表示的结构的视图，图3同样示意性地示出一设备，该设备具有多个热交换器段部组，所述段部组在轴向方向上一个接一个地连接，其中每个段部借助于所述供给管被并行地供给热交换液体，
图4示出热交换器设备的作为图3的替代的实施方式，和图5此外示出另一替代的实施方式。
具体实施例方式按照图1的热交换器设备1具有三个热交换器段部2. 1,2.2,2. 3，它们共同围抱管道内部3。这些段部沿着轴向延伸的焊缝4被焊接并且共同形成用作压力管道的热交换器管道。在操作状态下，管道内部3通常完全地被充满液体，例如被充满废水或冷却水或任何液体。在热交换器管道内部，热交换器段部2. 1,2. 2,2. 3每个形成一个容器5，热交换介质在容器中循流。在本实例中，容器在两并行的热交换器板6. 1、6. 2之间形成，热交换器板的外板6. 1优选地具有较大的材料强度，并且热交换器段部的外板6. 1共同形成热交换器管道。由于用作之字弯(Schikanen)的腹板6. 3，容器5形成一排相邻布置的渠道，并且所述渠道排的热交换介质连续地流经所述渠道排，如在下文中在图2上更为清晰地所示。存在供给管7. 1,7. 2,7. 3用于供给热交换介质。热交换介质通过输入管路8从输入供给管 7. 2进入容器5中，并相应地通过输出管路8从容器回到输出供给管7. 3中。在按照图1的视图中，两输入管路8和相应地输出管路8分别地一个紧靠在另一个之后示出，这是为什么在图1上不能清楚地识别哪根输入管路8和相应地输出管路8通向哪个段部2. 1。一有利的对应布置的实例在下文中进行描述，参照视图3。热交换器段部的材料例如是不锈钢的，特别地如上文所述的铁素体类型的不锈钢或奥氏体钢。形成热交换面的内板6. 2的厚度例如在1. 5毫米到5毫米之间，优选地在2 毫米到4毫米之间，并且外板6. 1的厚度在3毫米到9毫米之间，这取决于管道的大小和要达到的抗压强度。腹板6. 3的壁厚反而是非关键性的；作为实例，其可在1毫米到4毫米之间。外板、内板和腹板例如以相同的材料制成，或以能够在另一上固定的不同材料制成。图2示意性地示出按图1的热交换器的以放大方式示出的结构。在所选择的视图中，图2中的外边部对应在图1底部示出的焊缝4。正如可以看到，腹板6. 3被布置成在每个热交换器段部中产生用于热交换介质的一弯曲路径。图3示出一设备，其具有多个热交换器段部组，这些段部组一个接一个连接。在实例中，三个这样的段部组被绘出，即总共9个热交换器段部。不言自明的是，根据在图3中示出的热交换器设备，具有更多或更少的热交换器段部的热交换器设备也可被实施。供给管7. 1、7. 2和7. 3按本身公知的德赫曼系统(Tichelmarm-System)的方法被安装，即第一供给管7. 1用于将热交换介质输送到离热泵最远的位置，并且热交换介质并行地输入和输出供应管7. 2和7. 3中流动(德赫曼系统也可相类似地完全相反地实施)。图3的箭头表示热交换介质流动的方向。废水(或其它液体)流动的方向F也被示出。代替在方向F上的流动，液体也可在相反的方向F'上流动。正如可以看到，由于围抱管道内部的三个热交换器段部，需要至少一个输入管路和至少一个输出管路相交。由于可用的自由度，这毫无问题是可能的。原则上，作为选择， 在管道下方的底部实施一输入管路或输出管路也是可能的，不过有利性较少。在图4中示出的实施方式与在图1中示出的实施方式的不同之处在于，热交换器管道由热交换器内板6. 2形成。热交换介质相应地在管道外循流。当作为整体的管道具有相当小的直径、且在管道中期望的压力不是很高、并且因此管壁强度不需要是很大的且例如不超过4毫米时，该实施方式因而是特别有利的。对于热交换介质路径的构型，适用如按图1的方案所用的相同实施方式。热交换面通过内板6. 2在内板与热交换介质相接触的区域中形成。原则上，对于热交换段部的热交换器内板和外板6. 2,6. 1，每个形成围绕管道内部 3的一管道也是可能的。图5也示出一实施方式，其具有一承载管11，该承载管管例如以塑料制成，在热交换器2. 1、2.2、2.3外延伸。这给予作为整体的管道以所要求的机械牢固性，并用于改善连接。在图5示出的实施方式中，同样，热交换器段部2. 1,2. 2,2. 3共同形成围绕管道内部3 的一管道。在示出的实施方式中，是三个段部的热交换器内板6. 2形成该管道。然而，在图5中示出的实施方式也可被设置成热交换器外板6. 1或热交换器外、 内板6. 1、6. 2两者形成该管道。此外，从示出的实施方式出发，热交换器也可被这样插入承载管11中热交换器不形成任何连续的表面，在该情形中，承载管11继而与在管道内部3中运动的液体局部地相接触。根据本发明的第二方面的一热交换器设备可根据第一方面形成，或可具有不同的构型，例如安装在废水管道——通常以混凝土制成——的内部，例如在专利文献DE 197 19 311和专利文献EP 1 591 740中所述教导的那样。本发明的两方面的更多其它实施方式是可考虑的。也能够具备附加功能，所述附加功能例如是在专利文献EP 1 591 740中描述的用于防止形成污垢层(Sielhaut)的装置。
权利要求
1.用于将热量从在管道中流动的液体取出和/或将热量排出到在管道中流动的液体的设备(1)，其中，该设备包括至少一个与在所述管道内流动的液体直接处于接触的热交换器(2.1，2. 2，2.幻，该热交换器具有至少一个容器(5)，该容器容纳循流的热交换介质； 以及输入和输出管路(8)，其用于从热泵输入所述热交换介质和将所述热交换介质输出至热泵，其特征在于，所述至少一个热交换器被设置成由此形成的热交换面围绕所述管道的管内部(幻。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，被热交换面占据的方位角范围占有至少 270°。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述热交换器具有多个段部(2.1， 2. 2,2.幻，所述段部覆盖相互不相交的方位角范围。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，每个所述段部具有一个输入和输出管路 (8)，从而，所述段部能被并行地供给所述热交换介质。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述热交换器表面形成环形管道，所述环形管道包围所述管道内部(3)。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述由热交换器形成的管道在机械上是稳固的，以便形成整个废水管道，并且，所述设备免去一围绕所述热交换器的管道。
7.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于，所述容器( 被布置在由所述热交换器形成的管道内。
8.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于，所述容器( 布置在由所述热交换器形成的管道外。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于供给管(7.1，7.2，7. 3)，所述供给管用于将热交换介质并行地供给多个热交换器单元。
10.根据权利要求4和9所述的设备，其特征在于，所述热交换器单元对应所述热交换器段部(2. 1,2. 2,2. 3)。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，存在多个按所述管道的轴向方向一个接一个连接的热交换器段部组，其中，每个热交换器段部能够被并行地供给所述热交换介质。
12.根据权利要求9到11中任一项所述的设备，其特征在于，所述供给管在所述管道上方经过。
13.用于将热量从在管道中流动的液体取出和/或用于将热量排出给在管道中流动的液体的设备，其例如是根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述设备包括至少一个与在管道中流动的液体直接处于接触的热交换器，所述热交换器具有至少一个容器，所述容器容纳循流的热交换介质；以及输入和输出管路，其用于从热泵输入所述热交换介质和将所述热交换介质输出至热泵，其特征在于，所述至少一个热交换器至少部分地由铁素体钢制成。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述热交换器至少在所述热交换面区域由铁素体钢组成，并且优选地，所述热交换器整体由铁素体钢组成。
15.根据权利要求13或14所述的设备，其特征在于，所述铁素体钢具有至少12%的铬含量。
全文摘要
本发明涉及用于从在管道中流动的液体取出热量的设备(1)，其中该设备包括至少一个与在管道中流动的液体直接接触的热交换器(2.1，2.2，2.3)，所述热交换器形成容器(5)，所述容器容纳循流的热传递介质；以及输入和输出管路(8)，其用于从热泵输入热传递介质和向热泵输出热传递介质。其特征在于，该设备的设计是这样的由所述设备形成的热交换面围绕管道内部(3)。
文档编号F28F21/08GK102203536SQ200880131711
公开日2011年9月28日 申请日期2008年9月16日 优先权日2008年9月16日
发明者U·施图德 申请人:里昂水务法国公司