专利名称：螺旋流道式污水换热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及热交换设备，特别是涉及螺旋流道式污水换热器。
背景技术：
利用城市污水作为冷热源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。利用污水源热泵实现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、环境友好型社会的要求。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。解决包括污水在内的恶劣水质，对换热设备及管路的堵塞与结垢，实现持续和稳定地换热，是一个世界性技术难题。利用污水作为热泵冷热源的技术关键在于实现污水的高效连续换热。—种并非彻底的解决方法是，在城市污水和热泵之间，设置污水过滤装置和污水换热器，热泵从污水中吸收热量，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。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，不断地在污水换热器内部沉降，在换热板表面沉积，结垢，使换热板热阻增大。推动污水流动的动力是污水泵。基于同样的原因，为了防止堵塞，污水泵内的污水流道也必须宽大，这就使得污水泵能提供的污水压头很有限。或为了提供足够的污水压头，污水泵不得不采用大功率大体积，这就提高了投资和运营费用。由于污水的性质，污水换热器不可能做得很紧凑，必须采用大空间，长流程。为了保证换热量，污水在换热器内，不得不流过很多行程，很多次地往返。每一次改变流程，改变方向，都有流水对器壁的激烈撞击，使污水流动的阻力大大增加，同时，在流动的转折处，很容易积垢，产生堵塞。至今，还没有一种这样的污水换热器污水流动顺畅，没有转折，没有死角，流动阻力小，不易积垢。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I、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
本发明给出一种螺旋流道式污水换热器。它的结构包括筒体、污水流道和清水流道；污水流道和清水流道在筒体内上下相间设置，有共同的间壁，污水和清水通过间壁换热，污水和清水分别在流道内相互逆向流动，其特征在于所述污水流道和清水流道在筒 体内的走向是双头圆柱螺旋形。所述筒体，它是螺旋流道式污水换热器的外壳，呈圆柱形，竖立放置，筒体用碳钢板做成；筒体外表面上，有污水进口、污水出口、清水进口、清水出口。所述污水流道，它包括污水进口、内壁、间壁和污水出口 ；筒体内污水管道的横切面为矩形，它由内壁、筒体和上下间壁围成；污水从换热器顶部的污水进口进入，在污水管道内，沿着筒状螺旋线，由上向下流动，最后到达换热器底部的污水出口 ；污水管道采用碳钢板做成，对污水管道的内表面，做防腐处理。所述清水流道，它包括清水进口、内壁、间壁和清水出口 ；筒体内清水管道的横切面为矩形，它由内壁、筒体和上下间壁围成；清水从换热器底部的清水进口进入，在清水管道内，沿着筒状螺旋线，由下向上流动，最后到达换热器顶部的清水出口 ；清水管道采用钢板做成，对清水管道的内表面，要做防腐处理。本发明的优点是它适用于污水换热，虽然它的流道也很长，但污水流道的换向是连续的，渐进的，不存在污水对器壁局部的激烈撞击，因而流动阻力较小，流动速度可以较快，换热效果好，而污水泵不必采用很大的功率。由于污水流动顺畅，没有转折，没有死角，所以不易积垢。
图I是本发明螺旋流道式污水换热器实施例的基本原理图；图2是本发明螺旋流道式污水换热器实施例的结构图；图3是本发明螺旋流道式污水换热器实施例的外形图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。图I给出了本发明螺旋流道式污水换热器实施例的基本原理图。本发明螺旋流道式污水换热器实施例的基本原理如图I所示。污水管道115呈螺旋形，类似螺纹的筒状螺旋形。污水管道115围绕一个竖直的中心轴线，沿着固定的半径旋转。污水流道旋转的同时，还在降低高度。污水流道在水平方向每转过一圈，在竖直方向就下降一个螺距。污水管道115的横切面是矩形，这个矩形的上下边是间壁120，它的一个立边是污水流道的内壁230，另一个立边是筒体130。污水沿着这样的流道流动时，就像公园里的螺旋滑梯一样，盘旋而下。这样的流动过程，它有如下几个特点1，流动顺畅，流动没有激烈的转折，没有明显的流体对器壁的撞击，因而，流动阻力小，节省水泵功率，或在同样功率下，流体可以有更高的流速，换热系数提高。2，流动没有死角，因而不易积垢。即使污水中含有一些杂质，处于这样一种流动状态中，杂质不容易沉淀下来，即使沉淀下来，也将被流动的污水带动和冲刷，跟着一起流动，不会在哪一点上积累，形成污垢区。3，流体的流动过程是螺旋的，流体绕着换热器的中心轴线旋转，同时又在下降。这种流动过程，流体内部受离心力作用，产生二次涡流，增加了湍流度，增强了传热。本图是以污水流道为例，来说明这种螺旋式流道的基本原理，清水流道与污水流道的原理是一样的。实际上，这两种流道是相间设置的。清水流道与污水流道的内部高度及水流方向，可以不一样，但两者的宽度和螺旋角是相同的。，图2给出了本发明螺旋流道式污水换热器实施例的结构图。本发明螺旋流道式污水换热器实施例的结构，如图I所示，它由筒体、污水流道和清水流道构成。筒体130呈圆柱形，竖立放置，它是本发明螺旋流道式污水换热器实施例的外壳。污水流道包括污水进口 110、内壁230、间壁120和污水出口 140。筒体内的污水 管道115的横切面为矩形，它由内壁230、筒体130和上下间壁120围成。污水从换热器顶部的污水进口 110进入换热器后，沿着污水管道115，沿着筒状螺旋线，由上向下流动。可以认为，旋转一圈是一个流程，旋转一圈后，完成一个流程，下降一段距离，称之螺距。一个螺距等于一个污水管道高度加上一个清水管道高度。污水在流动过程中，通过间壁120，污水与上下的清水流道进行热交换。尽管将污水按着一圈一个流程来认定，但实际上，污水流动过程是连续的。污水从上一个流程，进入下一个流程，实际上就是污水在换热器内水平转一圈，下降一个螺距。污水流过几个流程后，到达最下部的污水管道，再到达换热器底部的污水出口 140。污水流道内的污水，是在一个垂直筒状体内，沿着一个方向，螺旋下降。两个污水流程之间，夹一个清水流程。同样的，两个清水流程中间，也夹一个污水流程。污水流道内污垢杂质，由于受离心力和重力的双重影响，沉积在污水流道底面靠近筒体的角落里，而不是均匀的沉积在整个污水流道的底面上。污水流道底面的其它部分污垢很少，与清水流道的换热基本不受影响。污水流道的顶面，与污水的上表面接触，结构很少，污水与清水的换热基本不受影响。因此，污水在污水流道内，应该是充满流道的流动，或说是，污水流道的四个表面，包括上表面，必须是湿润的。污水流道上表面与清水流道的换热量，占全部污水换热量的半数以上。污水的粘性较大，换热器的热阻主要是在污水侧的污垢。换热器污水流道采用钢板做成，设有多圈多流程，是为了提高污水流速，以提高污水与间壁之间的对流换热系数。为了防止污水对换热器污水管道的腐蚀，对污水管道的四个内表面，要做表面处理，可以电镀耐蚀金属，比如铬、镍。清水流道包括清水进口 210、内壁230、间壁120和清水出口 240。筒体内的清水管道215的横切面为矩形，它由内壁230、筒体130和上下间壁120围成。清水从换热器底部的清水进口 210水平进入换热器后，沿着清水管道215，绕着换热器中心轴线，螺旋上升。每转一圈，上升一个螺距，完成一个流程。清水在换热器内流过多圈，即流过几个流程后，到达最上部的清水管道，再到达清水出口 240。清水流道的清水，是在一个垂直竖立的筒状体内，沿着一个螺旋线，一边旋转，一边上升。清水流道绕过多圈，污水流道也绕过多圈，两者的圈数是相同的，即两者的流程数是相同的。清水流程与污水流程是相间设置的，即两个清水流程之间，夹一个污水流程。同样的，两个污水流程中间，也夹一个清水流程。清水流道内，很少有污垢杂质，少许杂质受重力和离心力的双重作用，沉积在清水流道外缘的底面角落里，对清水流道与污水流道的换热，影响很小。清水流道的顶面，与清水的上表面接触，没有污垢。清水流道的顶面与上边的污水流道的换热，基本是取决污水侧的热阻。清水流道的下表面与污水流道的换热情况最好，这是因为下边的污水流道的顶面，污垢很少，热阻较小。为了保证充分换热,清水在清水流道内，应该是充满流道的流动,或说是,清水流道的四个表面，包括上表面，即顶面，必须是湿润的。清水流道下表面，即底面，与污水流道的换热量，占全部清水换热量的半数以上。清水的流动方向是由下向上，与污水流动方向相反，二者是逆流换热，可以得到最大的换热效果。 换热器清水管道采用钢板做成，设有多圈多流程，是为了提高清水流速，以提高清水与间壁之间的对流换热系数。为了防止水对换热器清水管道的腐蚀，清水管道的四个内表面，要做表面处理，可以采用烤漆防腐。图3给出了本发明螺旋流道式污水换热器实施例的外形图。本发明螺旋流道式污水换热器实施例的外形是一个立放的筒体，用钢板做成。筒体外表面上有筒体130、筒体上部的污水进口 110、筒体下部的污水出口 140、筒体下部的清水进口 210、筒体上部的清水出口 240。污水从污水进口 110进入换热器后，沿着筒体内部螺旋下降的污水流道，在换热器内旋转流动一圈，同时下降一个螺距，旋转若干圈，流完全部行程，到达最下部的污水流道，再到达污水出口 140。清水从清水进口 210进入换热器后，沿着螺旋上升的清水流道，在换热器内旋转流动一圈，同时上升一个螺距，旋转若干圈，流完全部行程，到达最上部的清水流道，再到达清水出口 240。从污水和清水的进出水口的设置可以看出污水与清水的热交换是彼此逆流进行的。本发明螺旋流道式污水换热器实施例的外表面，为了防腐蚀，可以电镀耐蚀金属，比如铬、镍，也可以采用烤漆防腐。
权利要求
1.一种螺旋流道式污水换热器，它的结构包括筒体、污水流道和清水流道；污水流道和清水流道在筒体内上下相间设置，有共同的间壁，污水和清水通过间壁换热，污水和清水分别在流道内相互逆向流动，其特征在于 所述污水流道和清水流道在筒体内的走向是双头圆柱螺旋形。
2.按照权利要求I所述的螺旋流道式污水换热器，其特征在于 所述筒体，它是螺旋流道式污水换热器的外壳，呈圆柱形，竖立放置，筒体用碳钢板做成；筒体外表面上，有污水进口、污水出口、清水进口、清水出口。
3.按照权利要求I所述的螺旋流道式污水换热器，其特征在于 所述污水流道，它包括污水进口、内壁、间壁和污水出口 ；筒体内污水管道的横切面为矩形，它由内壁、筒体和上下间壁围成；污水从换热器顶部的污水进口进入，在污水管道内，沿着筒状螺旋线，由上向下流动，最后到达换热器底部的污水出口 ；污水管道采用碳钢板做成，对污水管道的内表面，做防腐处理。
4.按照权利要求I所述的螺旋流道式污水换热器，其特征在于 所述清水流道，它包括清水进口、内壁、间壁和清水出口 ；筒体内清水管道的横切面为矩形，它由内壁、筒体和上下间壁围成；清水从换热器底部的清水进口进入，在清水管道内，沿着筒状螺旋线，由下向上流动，最后到达换热器顶部的清水出口 ；清水管道采用钢板做成，对清水管道的内表面，要做防腐处理。
全文摘要
本发明给出一种螺旋流道式污水换热器，它的结构包括筒体、污水流道和清水流道。污水流道和清水流道在筒体内上下相间设置，有共同的间壁，污水和清水通过间壁换热。污水和清水分别在流道内相互逆向流动，污水流道和清水流道在筒体内的走向是双头圆柱螺旋形。筒体是螺旋流道式污水换热器的外壳，呈圆柱形，竖立放置。污水流道包括污水进口、污水管道和污水出口；污水管道的横切面为矩形，它由内壁、筒体和上下间壁围成；污水从换热器顶部的污水进口进入，在污水管道内，沿着筒状螺旋线，由上向下流动；清水从换热器底部的清水进口进入，在清水管道内，沿着筒状螺旋线，由下向上流动。本发明的优点是流动阻力较小，不易积垢，换热效果好。
文档编号F28F19/00GK102798302SQ201110144880
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者李金峰, 李伟, 尚德敏, 李玉祥 申请人:哈尔滨工大金涛科技股份有限公司