一種壓力均衡的污水換熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種污水換熱器，所述換熱器包括污水進口、污水出口，污水進口連接上集箱，上集箱的上部壁面呈傾斜設置，使得上集管內(nèi)流體的流通面積沿著流體流動方向逐漸減小。本發(fā)明能夠保證上集箱壓力均衡，使得污水分布均勻。
【專利說明】一種壓力均衡的污水換熱器

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于換熱器領域，尤其涉及一種污水換熱器。

【背景技術(shù)】
[0002]城市污水(生活污水、生產(chǎn)廢水、雨水等)，夏季溫度為18_26°C，冬季溫度為8-18°C, PH值一般為6-8，城市污水的數(shù)量非常巨大，在我們生產(chǎn)、生活、居住環(huán)境周圍分布很廣，其中含有非常多的低溫熱能，完全可以提取回收和再利用，不應白白丟棄掉。
[0003]應用熱泵技術(shù)原理及其相關設備，當用戶冬季需要采暖供熱時，可以把城市污水作為低溫熱源，提取回收其中的低溫熱能，提升溫度，輸送傳遞給用戶再利用。當用戶夏季需用制冷空調(diào)時，又可以把城市污水作為低溫水源(冷卻水源)，向其中釋放熱能，為用戶達到制冷的目的。
[0004]目前，對污水處理使用換熱器，通常采用大型水槽，在污水槽內(nèi)安裝多個串接或并接的蛇形管，蛇形管內(nèi)有介質(zhì)流動，槽體兩端設有污水進出口，然而，上述換熱裝置體積大、占地面積大,成本高、換熱效率低。
[0005]翅片管具有換熱系數(shù)高的優(yōu)點，可以節(jié)約換熱空間，目前對于翅片管一般都是用于空氣對流的散熱器散熱，沒有將其應用于管殼式污水換熱器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明在于克服上述技術(shù)中存在的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、設計合理，體積小、重量輕，易安裝，換熱效率高的污水高效換熱器。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種污水換熱器，所述換熱器包括污水進口、污水出口，污水進口連接上集箱，上集箱的上部壁面呈傾斜設置，使得上集管內(nèi)流體的流通面積沿著流體流動方向逐漸減小。
[0008]所述的換熱器還包括下集箱、上管板、下管板，下集箱連接污水出口，所述換熱器包括連接上管板和下管板的換熱管；上管板和下管板上設置供污水通過的多個孔，其中上管板的孔沿著距離污水入口的距離越遠，孔的分布密度越大和/或孔的流通面積越大；其中下管板的孔沿著距離污水出口的距離越遠，孔的分布密度越小和/或孔的流通面積越小。
[0009]所述換熱管包括彎管部分和直管部分，所述直管部分互相平行，所述彎管將相鄰的直管部分連通起來以形成連通的一排蛇形管，所述直管部分為翅片管；所述翅片管包括圓形基管和第一翅片、第二翅片，第一翅片和第二翅片設置在基管的外部并且第一翅片和第二翅片的延長線相交于基管的圓心所在的基管的中心軸線，第一翅片和第二翅片沿著通過基管的中心軸線的第一平面鏡像對稱；所述翅片管包括第三翅片和第四翅片，所述第三翅片、第四翅片沿著第二平面分別與第一翅片和第二翅片鏡像對稱，所述第二平面與第一平面垂直而且經(jīng)過基管的中心軸線；所述第一翅片和第二翅片之間設置第一連接片，所述第三翅片和第四翅片之間設置第二連接片，第一連接片和第二連接片為直線型金屬板；第一翅片、第三翅片與相鄰翅片管的第三翅片和第四翅片形成空間；所述基管為直管，所述相鄰的基管的中心軸線互相平行；
所述第一翅片和第二翅片之間的夾角為A，第一翅片和第二翅片的長度為L，基管的外半徑為R，沿著基管軸向上的翅片長度與基管的長度相同，均為H，上述四者的關系滿足如下公式:
Sin(A/2)=aX In(L/R)+b
H/L= cX In (Sin (A/2))_d
其中，A單位為角度，60° <A<130°，
Ln為對數(shù)函數(shù)；
L 的尺寸為 mm，27mm<L<50mm,
R 的單位為 mm，25mm〈R〈40mm,
H 的單位為 mm, 400mm〈H〈 1800mm,
10〈H/L〈55, 0.7< L/R <2.5，
a、b、c、d為系數(shù)，a的范圍為0.18-0.20，b的范圍為0.60-0.70，c的范圍為-150〈c〈-140, d 的范圍為 10-12。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的換熱器具有如下的優(yōu)點:
I)通過上集箱的上部壁面呈傾斜設置，保證壓力均衡，使得污水分布均勻。
[0011]2)本發(fā)明提供了一種新的污水換熱器，而且因為換熱器可以布置更多的吸熱翅片，因此具有很好的吸熱效果，使得換熱器的結(jié)構(gòu)緊湊。
[0012]3)創(chuàng)造性的將封閉式翅片管應用于污水換熱器，屬于專用發(fā)明，即將空氣對流的翅片管應用于污水管殼式換熱器，并取得了很好的吸熱效果。
[0013]4)本發(fā)明通過多次試驗，得到一個污水換熱器的最優(yōu)的換熱器翅片管優(yōu)化結(jié)果，并且通過試驗進行了驗證，從而證明了結(jié)果的準確性。
[0014]5)通過多排換熱管排列，可以使得換熱管的翅片管的翅片互相緊密接觸，從而使相鄰翅片管之間形成空間，該空間可以滿足足夠多的冷源的充分流動。
[0015]6)本發(fā)明通過翅片管本身以及翅片管之間形成的空間，可以使得流體流速加快，從而減少沉積，減少結(jié)垢。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是管殼式污水換熱器的截面示意圖；
圖2是圖1污水換熱器翅片管橫截面的示意圖；
圖3是一個污水換熱器翅片管沿管軸向切面局部示意圖；
圖4是管殼式污水換熱器另一個實施例的示意圖；
圖5是兩排換熱管的不意圖。
[0017]附圖標記如下:
1.冷水入口，2.熱水出口，3.直管部分，4彎管部分，5污水出口，6污水入口，7下管板，8下集箱，9上集箱，10上管板，11上部殼體，12空隙部分，13第一連接片，14第一翅片，15第三翅片，16基管，17第四翅片，18第二連接片，19第二翅片。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0019]如圖1所示，一種管殼式污水換熱器，所述換熱器包括殼體和換熱管、污水入口 6、污水出口 5、冷水入口 I和熱水出口 2，所述殼體內(nèi)設置換熱管，所述換熱管為多排，所述每排換熱管的兩端分別從殼體的左端和右端伸出并分別與冷水入口 I和熱水出口 2連通，所述換熱管包括彎管部分4和直管部分3，所述直管部分3互相平行，所述彎管部分4將相鄰的直管部分3連通起來以形成連通的一排蛇形管；所述污水入口 6和污水出口 5分別設置在殼體的上下兩端，污水從污水入口 6進入，在殼體內(nèi)加熱換熱管中的水，然后從污水出口5流出。
[0020]如圖2和3所示，直管部分為翅片管，所述翅片管包括圓形基管16和第一翅片14、第二翅片19,第一翅片14和第二翅片19設置在基管16的外部并且第一翅片14和第二翅片19的延長線相交于基管16的圓心，第一翅片14和第二翅片19沿著通過基管圓心的第一軸線B鏡像對稱；所述翅片管包括第三翅片15和第四翅片16，所述第三翅片15、第四翅片16沿著第二軸線B分別與第一翅片14和第二翅片19鏡像對稱，所述第二軸線B與第一軸線A垂直而且經(jīng)過基管16的圓心；所述第一翅片14和第二翅片19之間設置第一連接片13，所述第三翅片15和第四翅片17之間設置第二連接片18，第一連接片13和第二連接片18為直線型金屬板。
[0021]如圖2所示，一排翅片管中，相鄰的翅片管的第一連接片13互相連接，相鄰的翅片管的第二連接片18也互相連接，通過這樣設置，可以在相鄰翅片管之間形成一個流體流動的空間，該空間可以使得污水在其中流動。
[0022]優(yōu)選的，如圖3所示，翅片的長度和直管的長度相同，即所有的直管部分都設置有封閉式翅片。
[0023]如圖1所示，污水換熱器中設置上集箱9和下集箱8，分別與污水入口和污水出口連接。在上集箱9中設置上管板10，在下集箱8中設置下管板7，上管板10和下管板7用于固定換熱管。
[0024]優(yōu)選的，上管板10和下管板7設置在換熱管的直管部分3和彎管部分4的連接位置，這樣可以保證直管部分設置在殼體內(nèi)，保證設置更多的翅片。
[0025]優(yōu)選的，管板上設置多個污水孔，用于保證污水進入殼體內(nèi)進行換熱。
[0026]作為優(yōu)選，污水孔的形狀以及位置與翅片管的形狀和位置相對應。例如，如圖所示，管板的形狀和位置與翅片和基管形成的封閉空間以及兩個翅片管之間形成的空間一一對應。這樣能夠保證污水能夠順利進行封閉空間進行換熱，減少流動的阻力。
[0027]所述第一翅片和第二翅片之間的夾角為A，第一翅片和第二翅片的長度為L，基管的外半徑為R，當然，因為鏡像對稱，第三翅片和第四翅片的長度也自然是L。但是在實踐中發(fā)現(xiàn)，熱交換過程中，如果翅片夾角過小，則會阻礙換熱，因為翅片夾角過小的話，導致第一翅片和第二翅片的距離太近，靠的太近流動阻力增大，最終反而惡化換熱，外翅片的優(yōu)勢發(fā)揮不出來，同樣的原因，隨著夾角的不斷地增大，使得連接片距離基管的距離原來越近，也會導致?lián)Q熱的惡化，因此夾角具有一個最佳值。
[0028]對于翅片長度，如果太長，則因為基管的熱量無法及時到達翅片的端部或者即使達到效果也不明顯，如果太短，則擴展換熱面積太小，無法達到一個好的換熱效果，因此翅片的高度也有一個最佳值。
[0029]如圖3所示，對于翅片沿著基管軸向上的高度H，也需要具有一個合適的數(shù)值，無論太高還是太低，都會導致?lián)Q熱的惡化，從而影響換熱效果。
[0030]因此，本發(fā)明是通過多個不同尺寸的散熱器的試驗數(shù)據(jù)總結(jié)出的最佳的散熱器的翅片管的尺寸關系。因為翅片管還有夾角A、翅片長度L、翅片高度H這三個變量，因此，引入兩個無量綱量sin (A/2)、L/R、H/L，這里R是基管的半徑，從換熱效果中的散熱量最大出發(fā)，計算了近200種形式。所述的尺寸關系如下:
所述第一翅片和第二翅片之間的夾角為A，第一翅片和第二翅片的長度為L，基管的外半徑為R，沿著基管軸向上的翅片長度與基管的長度相同，均為H，上述四者的關系滿足如下公式:
Sin(A/2)=aX In(L/R)+b
H/L= cX In (Sin (A/2))_d
其中，A單位為角度，60° <A<130°，
Ln為對數(shù)函數(shù)；
L 的尺寸為 mm，27mm<L<50mm,
R 的單位為 mm，25mm〈R〈40mm,
H 的單位為 mm, 400mm〈H〈 1800mm,
10〈H/L〈55，0.7< L/R <2.5，
a、b、c、d為系數(shù)，a的范圍為0.18-0.20，b的范圍為0.60-0.70，c的范圍為-150〈c〈-140, d 的范圍為 10-12。
[0031]作為優(yōu)選，其中a為0.188，b為0.65，c為-147，d為11。
[0032]與自然對流相比，因為管殼式換熱器具有更高的流速，因此換熱系數(shù)大，因此需要的翅片管的翅片長度比自然對流情況下要少。這樣也可以滿足污水換熱，而且還可以節(jié)約材料和空間，達到更高的單位質(zhì)量的換熱量，達到更好的換熱效果。這樣也導致無法直接采用空氣自然對流的最佳公式，必須進行重新計算和實驗，因此上述公式也是本發(fā)明的一個主要發(fā)明點。
[0033]如圖4所示，作為優(yōu)選，上集管的上部壁面呈傾斜設置，使得上集管內(nèi)流體的流通面積沿著流體流動方向逐漸減小。這樣可以保證污水在殼體內(nèi)的分配比較均勻。
[0034]如圖5所示，作為優(yōu)選，相鄰的兩排換熱管通過連接片連接在一起。當然圖5只是示意性的顯示了四個翅片管，實際上不限于四個翅片管。
[0035]作為優(yōu)選，互相連接的兩個連接片可以設置為一體結(jié)構(gòu)，即兩排間相連的翅片管可以公用一個連接片。
[0036]作為優(yōu)選，上管板10和下管板7上設置供污水通過的多個孔，所述孔的形狀為圓形、三角形或者四邊形。其中上管板10的孔沿著距離污水入口 6的距離越遠，孔的分布密度越大和/或孔的流通面積越大，通過這樣設置，可以使得保證更多的流體流向上集箱9的兩側(cè)，從而通過孔的面積或者密度分布來使的污水在整個殼體分布均勻。
[0037]作為優(yōu)選，下管板7的孔分布與上管板10的分布相反，其中下管板7的孔沿著距離污水出口 5的距離越遠，孔的分布密度越小和/或孔的流通面積越小，通過這樣設置，可以使得保證整個殼體內(nèi)的壓力平衡，使得污水能夠分布整個殼體，避免出現(xiàn)短路現(xiàn)象。
[0038]作為優(yōu)選，上管板10的孔的分布密度和/或流通面積與污水入口 6的距離呈線型變化，其中最大密度是最小密度的1.4-1.5倍。最大的流通面積是最小的流通面積的的1.4-1.5 倍。
[0039]作為優(yōu)選，上管板10的孔的分布密度和/或流通面積與污水出口 5的距離呈線型變化，其中最大密度是最小密度的1.2-1.3倍。最大的流通面積是最小的流通面積的的1.2-1.3 倍。
[0040]上述的數(shù)據(jù)是通過多次試驗得出的最佳的佳果。
[0041]雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種污水換熱器，所述換熱器包括污水進口、污水出口，污水進口連接上集箱，其特征在于上集箱的上部壁面呈傾斜設置，使得上集管內(nèi)流體的流通面積沿著流體流動方向逐漸減小。
2.如權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在，還包括下集箱、上管板、下管板，下集箱連接污水出口，所述換熱器包括連接上管板和下管板的換熱管；上管板和下管板上設置供污水通過的多個孔，其中上管板的孔沿著距離污水入口的距離越遠，孔的分布密度越大和/或孔的流通面積越大；其中下管板的孔沿著距離污水出口的距離越遠，孔的分布密度越小和/或孔的流通面積越小。
3.如權(quán)利要求2所述的換熱器，其特征在，所述換熱管包括彎管部分和直管部分，所述直管部分互相平行，所述彎管將相鄰的直管部分連通起來以形成連通的一排蛇形管，所述直管部分為翅片管；所述翅片管包括圓形基管和第一翅片、第二翅片，第一翅片和第二翅片設置在基管的外部并且第一翅片和第二翅片的延長線相交于基管的圓心所在的基管的中心軸線，第一翅片和第二翅片沿著通過基管的中心軸線的第一平面鏡像對稱；所述翅片管包括第三翅片和第四翅片，所述第三翅片、第四翅片沿著第二平面分別與第一翅片和第二翅片鏡像對稱，所述第二平面與第一平面垂直而且經(jīng)過基管的中心軸線；所述第一翅片和第二翅片之間設置第一連接片，所述第三翅片和第四翅片之間設置第二連接片，第一連接片和第二連接片為直線型金屬板；第一翅片、第三翅片與相鄰翅片管的第三翅片和第四翅片形成空間；所述基管為直管，所述相鄰的基管的中心軸線互相平行； 所述第一翅片和第二翅片之間的夾角為A，第一翅片和第二翅片的長度為L，基管的外半徑為R，沿著基管軸向上的翅片長度與基管的長度相同，均為H，上述四者的關系滿足如下公式:
Sin(A/2)=aX In(L/R)+b
H/L= cX In(Sin(A/2))_d 其中，A單位為角度，60° <A<130°， Ln為對數(shù)函數(shù)； L 的尺寸為 mm，27mm<L<50mm, R 的單位為 mm，25mm〈R〈40mm,
H 的單位為 mm, 400mm〈H〈 1800mm,
10〈H/L〈55，0.7< L/R <2.5， a、b、c、d為系數(shù)，a的范圍為0.18-0.20，b的范圍為0.60-0.70，c的范圍為-150〈c〈-140, d 的范圍為 10-12。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的翅片管散熱器，其中a為0.188，b為0.65，c為-147，d為
11。
【文檔編號】F28D7/08GK104236343SQ201410482503
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】劉慧玲, 張永平, 張建國, 解占新, 高英杰 申請人:晉中學院