[发明专利]卧式椭圆管污水换热器

说明书

技术领域

本发明涉及热交换设备，特别是涉及卧式椭圆管污水换热器。

背景技术

城市污水的热能利用有多种方式，但最有效的利用方式就是利用污水源热泵。即夏季将建筑物内多余热量通过热泵机组释放到城市污水中，冬季将城市污水的热量提取出来通过热泵机组释放到建筑物内。

污水换热器就是利用换热器将污水中的热量从污水中置换出来，以满足人类建筑物的冬季取暖和夏季制冷的需求。由于城市的污水排放量较大，因此污水能否被人类利用也被越来越多的人类开始思索起来。污水换热器的出现，帮人类解决了这一问题，污水换热器的出现，是的源生污水能够利用起来不再成为人类的幻想。

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。

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。当污水过滤装置的过滤孔较大时，这样的污水过滤装置，不可能彻底解决污水换热器的堵塞问题。

为了防止污水换热器堵塞，通常的做法是采用平板大流道的污水换热器。这种换热器污水流动空间大，流道内基本没有水平和上下支撑。如果在污水流道内有任何支撑，很快就会在这些支撑上挂垢，特别是一些纤维类的东西，包括头发，从而造成阻塞。

对于普通换热器，可以采用在换热板上，进行碾压，产生凸凹形状，以增强抗压能力。但是，对于污水换热器，却不能采用这个办法，否则，凸凹不平的表面很快积垢，促成换热器换热效果下降。

对于污水换热器，考虑到污水或清水的压力，为了保证流道的强度，流道的壁面不得不采用很厚的钢板做成，这就增加了金属材料的消耗，建造成本，和运输费用。

污水换热器有几种，其中应用比较广泛的有流道式污水换热器和管道式污水换热器。

流道式污水换热器就是用两种换热器介质(污水和清水)，借助水泵的驱动，在扁平的矩形流道内，以反向相对地流动。一种介质的温度是沿着流动方向升高的，另一种换热介质的温度随着流动而降低，两种换热介质的流动方向和温度的变化趋势始终方向相反的。在流道式污水换热器中，温度场的分布比较均匀，换热效率较高。

流道式污水换热器的流道换热面是水平的板面，这就带来两个问题：其一是污水中的污垢在换热面上沉淀，使流道式污水换热器在应用时，不用太长时间，换热效率就明显下降；其二是平板的换热流道不耐压，容易在高压下发生变形和泄漏。

管道式污水换热器的耐压能力比流道式污水换热器要大得多，将高压流体放到管内，可以是清水，也可以是污水。

目前，市场上出现的一种污水在管内的管道式污水换热器，它的污水管是管径为100毫米的粗圆管，水平布置，清水在管外，清水也是水平流动，清水流动路径与污水管路平行，但两者流动方向相反。这种粗圆管的管道式污水换热器，污水污垢沉淀对换热的影响，要小于流道式污水换热器，因为圆管内表面的弧度作用，污垢沉淀较集中在圆管底部靠近中心线附近。这种粗圆管的管道式污水换热器，还有其他一些优点，比如耐压较好，制作较方便等。但它有一个严重的缺点：它的紧凑性太差，即在单位体积内，所包含传热面积太小。

一般认为紧凑性达到700m²/m³的换热器，称之为紧凑型换热器。而这种直径100毫米的粗圆管的管道式污水换热器，紧凑性大约仅为20m²/m³。当然，由于污水的特殊性质，污水换热器的紧凑性不可能很高，但其它污水换热器的紧凑性，有的还是可以达到较高的水平，比如流道式污水换热器的紧凑性，目前已经达到32m²/m³。如果能既有管道式污水换热器的优点，同时又能有较高的紧凑性，那将是较为理想的污水换热器。

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、史美中，王中铮编，热交换器原理与设计，南京：东南大学出版社，2011。

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污水换热器，它既有管道式污水换热器的优点，同时又有较高的紧凑性。