管道式換熱器及組合式管道換熱器的製作方法

2023-05-07 07:37:51 2

專利名稱：管道式換熱器及組合式管道換熱器的製作方法
技術領域：
管道式換熱器及組合式管道換熱器
背景技術 本實用新型涉及廢熱水餘熱回收利用領域，具體涉及一種直接用於廢熱水排水通 道上進行能量回收的管道式換熱器及組合式管道換熱器。
背景技術：
實際工程中有大量重力流熱水排水和受汙雜的非清潔流體排放時有相當的能量 排出，如住宅、公寓、賓館、公共浴室、洗浴中心、室內遊泳館等處的淋浴排水、生活熱水排水 及電廠、生產工藝的廢熱排水等。這些排水以重力流的形式排放，在使用過程中水質受到汙 染，為非清潔流體，如能將這些能量直接回收極有意義，目前尚未有合適的直接用於排水通 道上的能量回收裝置。如圖1所示，一種現有的套管換熱器，包括一根外管和由多根高效管 組成的內管束。外管和內管束間的間隙組成一個通道，內管束的內腔組成一個通道。內管 束高效管的管徑小，花紋細密，外管和內管束間的間隙小，流體阻力大，只能用於清潔有壓 流體的熱交換。這種換熱器的結構決定了他不能用於熱水排水的熱交換，這是因為熱水排 水為重力流、非清潔液體，很快就能造成換熱器堵塞。現有換熱器有殼管式換熱器、套管式換熱器、容積式換熱器、即熱式換熱器、浮動 盤管換熱器、板式換熱器等，其共同特點是壓力容器、冷熱媒為有壓流體、冷熱媒為清潔流 體。這些換熱器均不能直接用於重力流排水或非清潔流體的能量回收，這是因為現有換熱 器使用的高效換熱管管徑小，使用較多的高效換熱管管徑在DN20及以下，極少使用DN25、 DN32高效換熱管，DN40及以上的換熱管沒人使用，這是因為管徑越小越利於換熱的緣故， 但不能滿足排水的技術要求，這是因為排水為重力流排水，要求排水管阻力小。為了強化換 熱效果，現有高效管的花紋細密，螺旋角度大，不能滿足非清潔流體換熱要求，非清潔流體 中的雜質很快就將細密高效管的間隙堵實，水中的雜技容易沉積於大角度高效管形成的溝 壑間，其換熱效果連普通換熱管都達不到。若將現有換熱器用於廢熱水排水的能量回收，則 必須將排水加壓或將非清潔流體處理成清潔流體才能使用，這樣增加了系統的複雜性、系 統造價、運行費用，同時降低熱水排水的能量品位。江蘇淮陰輝煌太陽能有限公司的ZL02263931. 4中設計了一種洗浴廢水餘熱回收 裝置，它只能用於熱水分散排水系統中。洗浴廢水的餘熱回收裝置是安裝在洗浴底座下方、 由積水盤、熱交換器、過濾和排汙裝置、反衝閥、排淨閥、通氣孔道等部分組成的系統裝置。 洗浴廢水經過濾和排汙得到淨化處理，通過反衝閥和排淨閥閥體的特殊結構、閥芯的限位 轉換，實現過濾器、熱交換器反衝和排淨操作，使該裝置實現洗浴廢水餘熱回收利用的最佳 狀態。此裝置安裝使用極其複雜，是基於現有換熱技術設計的，對排水技術的要求考慮不 夠，難以推廣應用，事實證明亦如此。國外現在有一種熱水排水能量回收裝置。其做法是用光管銅管做排水管，在銅排 水管外壁纏繞一層小管徑銅管，將回收裝置安裝在熱水排水的立管上。此裝置兩層銅管間 的熱阻較大、單位長度的能量回收率低、成本高，安裝佔用有效空間大。國內外熱水排水的能量回收利用的做法主要有兩種，有源回收利用和無源回收利 用。所謂有源回收利用就是在進行能量回收時需消耗額外的動力。無源回收利用就是再進行能量回收時無需消耗額外的動力。有源回收的做法是將熱水排水收集到集水池，將熱水 排水處理成清潔流體後，將其作為熱泵熱水機組的熱源進行回收利用或預熱冷水。這種做 法系統複雜，容易造成換熱器堵塞，需消耗額外的能量，運行管理要求高，降低了熱水排水 的能量品位，成功運行的工程實例並不多。無源回收的做法一般是將熱水排水匯到集水池， 在集水池中設置冷水盤管，實現冷熱水的能量交換回收利用。由於熱水排水量是隨機變化 的，集水池按最大排水量設計，大部分時間小於最大排水量，冷熱水換熱並不充分，集水池 降低了熱水排水的能量品位，能量回收率一般在20%以下。目前的這些做法都是基於現有 換熱技術及裝置進行設計的。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足提供一種換熱效率高、排 水通暢的直接安裝於室內排水管道上的管道式換熱器以及一種直接安裝於室外排水管道 上的組合式管道式換熱器。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為一種管道式換熱器，包括外管和設於外管內的內管，內管的軸向空腔為管程，所述 內管為高效換熱管，高效換熱管為內外表面為並列多通道螺旋波紋管，所述內管管壁延內 管徑向向外突起形成多條延內管軸向延伸的雙面螺旋凸紋，所述雙面螺旋凸紋的外側凸邊 緊貼外管內壁，內管和外管之間形成多條延內管軸向延伸的殼程，所述管程兩端分別為熱 水進口和熱水出口，所述殼程靠近熱水進口的一端設有冷水出口，另一端設有冷水進口。本 管道式換熱器的內管為雙面螺旋結構，內管和外管之間由多條螺旋通道組成的殼程。使用 時，管道式換熱器內冷水與熱水逆向流動，通過螺旋通道形成冷熱水的多次換熱，不僅進一 步增加了換熱面積和換熱效率，也使排水更加通暢。作為本實用新型管道式換熱器進一步改進的技術方案，所述管道式換熱器的公稱 直徑> 40mm ；所述螺旋角度< 50度，螺旋高度為3mm-10mm。本管道式換熱器的直徑明顯大 於普通換熱管，相應的也增加了螺旋高度，因此，進一步增加了換熱面積，使排水更加通暢。作為本實用新型管道式換熱器進一步改進的技術方案，所述螺旋角度為40或者 30度，螺旋高度為4mm或者7mm，所述換熱管的公稱直徑為40mm。作為本實用新型管道式換熱器進一步改進的技術方案，所述管道式換熱器為直線 形、蛇形、C形、U形或者流線形。管道式換熱器設計成多種形狀，能夠滿足不同條件下的換 熱要求。作為本實用新型管道式換熱器進一步改進的技術方案，在所述外管外面設置有保
溫層ο一種組合式管道換熱器，包括至少兩個管道式換熱器，所述管道式換熱器包括外 管和設於外管內的內管，內管的軸向空腔為管程，所述內管為高效換熱管，高效換熱管為內 外表面並列多通道螺旋波紋管，所述內管管壁延內管徑向向外突起形成多條延內管軸向延 伸的雙面螺旋凸紋，所述雙面螺旋凸紋的外側凸邊緊貼外管內壁，內管和外管之間形成多 條延內管軸向延伸的殼程，所述管程兩端分別為熱水進口和熱水出口 ；所述至少兩個管道 式換熱器並排緊靠設置；還設有導流器、冷水進水總管和冷水出水總管，所述多個管道式換 熱器的熱水進口與導流器連通，多個管道式換熱器的殼程上的冷水出口與冷水出水總管連通，多個管道式換熱器的殼程上的冷水進口與冷水進水總管連通。
作為本實用新型組合式管道換熱器進一步改進的技術方案，所述管道式換熱器為 兩個、三個或者四個。作為本實用新型組合式管道換熱器進一步改進的技術方案，所述各管道式換熱器 的熱水進口在同一水平線上。本實用新型管道式換熱器的內管管壁延內管徑向向外突起形成多條延內管軸向 延伸的雙面螺旋凸紋，雙面螺旋凸紋的外側凸邊緊貼外管內壁，內管和外管之間形成多條 延內管軸向延伸的多個螺旋通道為殼程，殼程為冷水通道。內管中空為管程，管程為熱水通 道，與殼程的螺旋通道相應，管程裡面也有多條螺旋凹槽，這樣管程內的熱水排水經多條螺 旋通道翻滾旋轉流動，管道式換熱器內冷水與熱水逆向流動，通過螺旋通道形成冷熱水的 多次換熱，不僅進一步增加了換熱面積和換熱效率，也使排水更加通暢。此外所述管道式換 熱器高效換熱管的公稱直徑> 40mm，使得廢棄熱水的排放順暢而不堵塞，其內管為螺旋波 紋管，螺旋的高度大，角度平緩，使排水更加順暢同時提高了換熱效率；本發明管道式換熱 器可直接安裝於室內排水管道上面，是室內排水管道的組成部分，因此使用方便；本發明組 合式管道換熱器，可直接安裝於室外排水管道上面，是室外排水管道的組成部分，熱量回收 量大，回收效率高。

圖1為現有技術中的套管換熱器截面示意圖。圖2為本實用新型管道式換熱器的內管示意圖。圖3為本實用新型管道式換熱器的內管截面示意圖。圖4為本實用新型管道式換熱器的結構示意圖。圖5為本實用新型管道式換熱器的截面示意圖。圖6為本實用新型管道式換熱器的C形示意圖。圖7為本實用新型管道式換熱器的U形示意圖。圖8為本實用新型管道式換熱器的蛇形示意圖。圖9為本實用新型組合式管道換熱器的結構示意圖。圖10為本實用新型組合式管道換熱器的安裝示意圖。圖11為本實用新型組合式管道換熱器的串聯安裝示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步說明。實施例1參見圖2、圖3、圖4、圖5和圖9，本管道式換熱器，包括外管2和設於外管2內的 內管1，內管1的軸向空腔為管程15，內管1為高效換熱管，高效換熱管為內外表面為並列 多通道螺旋波紋管，內管1管壁延內管1徑向向外突起形成多條延內管1軸向延伸的雙面 螺旋凸紋7，雙面螺旋凸紋7的外側凸邊緊貼外管2內壁，內管1和外管2之間形成多條延 內管1軸向延伸的殼程16，管道式換熱器的內管1為熱水通道，內管1兩端分別為熱水進口 5和熱水出口 6 ；管道式換熱器的內管1的雙面螺旋條紋7與外管2內壁之間形成的多個並列通道為冷水通道，殼程16靠近熱水進口 5的一端設有冷水出口 3，另一端設有冷水進口 4 ；所用高效換熱管的公稱直徑彡40mm,優選為40mm，50mm, 60mm, 75mm, 100mm或150mm，本實 施例採用40mm ；所述螺旋角度< 50度，優選為39度，35度或30度，本實施例採用39度，本 管道式換熱器的螺紋橫斷面為流線形，縱向沿管壁成螺旋狀；如圖4、圖6、圖7和圖8所示， 本管道式換熱器可採用直線形、蛇形、C形、U形或者流線形，本實施例採用直線形；安裝時， 如果熱水排水量小於單個管道式換熱器的排水能力，可直接將管道式換熱器就近安裝於熱 水排水管路中，可以是立管安裝也可以是橫支管安裝，或者其它形狀的管道式換熱器也可 安裝於排水橫支管上，安裝或彎曲加工時設有滿足排水技術要求的排水坡度，為了增加排 水的紊動性和化傳熱效果，其彎曲形狀的曲率半徑必須滿足排水的實際技術要求，安裝在 排水橫支管上的管道式換熱器中的廢熱水是重力非滿流，在立管上的管道式換熱器中的廢 熱水是重力水膜流。運行時，熱水在流動時與殼程中的冷水多次換熱，提高冷水的溫度，用 升溫後的冷水去製取熱水或與熱水混合使用就可減小製取熱水的能量或熱水使用量，實現 熱水排水的能量回收利用。回收裝置的長度根據能量回收率確定。本管道式換熱器可用於 住宅、公寓、賓館、集體宿舍等處的淋浴排水或生活熱水排水能量回收。
實施例2參見圖4、圖5、圖9和圖10，本組合式管道換熱器，包括至少兩個管道式換熱器， 管道式換熱器包括外管2和設於外管2內的內管1，內管1的軸向空腔為管程15，內管1為 高效換熱管，高效換熱管為內外表面為並列多通道螺旋波紋管，內管1管壁延內管1徑向向 外突起形成多條延內管1軸向延伸的雙面螺旋凸紋7，所述雙面螺旋凸紋7的外側凸邊緊 貼外管2內壁，內管1和外管2之間形成多條延內管軸向延伸的殼程16，所述管程15兩端 分別為熱水進口 5和熱水出口 6 ；所述至少兩個管道式換熱器並排緊靠設置；還設有導流 器8、冷水出水總管13和冷水進水總管14，所述多個管道式換熱器的熱水進口 5與導流器 8連通，多個管道式換熱器的殼程16靠近熱水進口 5的一端與冷水出水總管13連通，多個 管道式換熱器的殼程16另一端與冷水進水總管14連通。管道式換熱器的具體數量可根據 實際需要而定，例如可以是兩個、三個、四個或者六個、十個，本實施例包括三個管道式換熱 器；所述三個管道式換熱器相互間平行緊靠，形成並聯設置；各個熱水進口 5與導流器8連 接，熱水經導流器8進入各個熱水進口 5 ；導流器8為一箱體，箱體下部為開口，導流器8保 證各單個管道式換熱器進水的均勻性，同時避免水中大的漂浮雜質進入節能器中，在外管 2外面還設置有保溫殼體11 ；所述管道式換熱器可以為直線形、蛇線形或流線形，本實施例 採用蛇線形；安裝時，廢熱水集中排水一般為室外排水管或排水溝，排水流量大，單個管道 式換熱器不能滿足排水的流量要求。根據實際排水流量，將三個管道式換熱器並排組合成 一個大的管道式換熱器，組合式管道換熱器的各單個管道式換熱器的熱水進口 5在同一水 平線上，熱水出口 6也在同一水平線上；熱水進口 5處設有端板9，導流器8設在端板9上， 管道式換熱器的熱水進口 5穿過端板9與導流器8連接，管道式換熱器與端板9之間還設 有密封環10，熱水經過導流器8的下部進入組合式管道換熱器的熱水進口 5。本實施例中，組合式管道換熱器的排水布水與集水均採用窨井12的方式與室外 排水管或排水溝相連接，施工時設置排水技術要求的排水坡度，裝置冷水進水總管14和冷 水出水總管13，冷水進水總管14 一端與自來水管連接，另一端與各單個管道式換熱器的冷 水進口 4連接，冷水出水總管13 —端與熱水器或冷水混水管連接，另一端與各單個管道式換熱器的冷水出口 3連接，熱水排水時在窨井12中通過導流器8進入換熱裝置的熱水通 道，即管程15 ；冷水通過組合式管道換熱器的冷水進口 4進入各個管道式換熱器的殼程16 中，通過各管道式換熱器後經組合式管道換熱器的冷水出水總管13匯集；管道連接完畢後 做覆土處理即可；在進水窨井中設有集水坑，以便排水中較重的雜質沉澱下來，延長回收裝 置的清洗周期。為了減小裝置的熱損失，套管換熱部分整體加裝有保溫殼體11。本組合式 管道換熱器最大流量時排水管按滿流設計，部分流量時為非滿流狀態；組合式管道換熱器 設有排水技術要求的排水坡度，可滿足排水要求，各管道式換熱器中的熱水排水與各管道 式換熱器殼程中的冷水多次換熱，提高冷水的溫度，用升溫後的冷水去製取熱水或與熱水 混合使用就可減小製取熱水的能量或熱水使用量，實現熱水排水的能量回收利用。本組合 式管道換熱器的長度根據能量回收率確定，管道式換熱器的個數根據排水量確定。實施例3 參見圖11，本實施例是在實施例2的基礎上所做的改進，受加工的限制和運輸的 考慮，組合式管道換熱器的長度一般為3-6米，為了進一步提高能量回效率，將兩個實施例 3中的組合式管道換熱器串聯使用，串聯時兩個裝置間用窨井12連接，通過窨井12進行熱 水的布水與集水。窨井12內設集水坑，熱水經過前一組合式管道換熱器後流入窨井12中， 然後再流入後一組合式管道換熱器；另外，後一組合式管道換熱器冷水出水總管13與前一 組合式管道換熱器的冷水進水總管14連通。
權利要求一種管道式換熱器，包括外管和設於外管內的內管，內管的軸向空腔為管程，所述內管為高效換熱管，高效換熱管為內外表面為並列多通道螺旋波紋管，其特徵在於所述內管管壁延內管徑向向外突起形成多條延內管軸向延伸的雙面螺旋凸紋，所述雙面螺旋凸紋的外側凸邊緊貼外管內壁，內管和外管之間形成多條延內管軸向延伸的殼程，所述管程兩端分別為熱水進口和熱水出口，所述殼程靠近熱水進口的一端設有冷水出口，另一端設有冷水進口。
2.根據權利要求1所述的管道式換熱器，其特徵在於所述高效換熱管的公稱直徑 彡40mm ；所述螺旋角度< 50度，螺旋高度為3mm-10mm。
3.根據權利要求1所述的管道式換熱器，其特徵在於所述高效換熱管的螺旋角度為 40或者30度，螺旋高度為4mm或者7mm，所述換熱管的公稱直徑為40mm。
4.根據權利要求1所述的管道式換熱器，其特徵在於所述管道式換熱器為直線形、蛇 形、C形、U形或者流線形。
5.根據權利要求4所述的管道式換熱器，其特徵在於在所述外管外面設置有保溫層。
6.一種組合式管道換熱器，包括權利要求1或2或3或4或5所述的管道式換熱器，其 特徵在於所述管道式換熱器至少為兩個，所述至少兩個管道式換熱器並排設置；還設有 導流器、冷水進水總管和冷水出水總管，所述多個管道式換熱器的熱水進口與導流器連通， 多個管道式換熱器的殼程上的冷水出口與冷水出水總管連通，多個管道式換熱器的殼程上 的冷水進口與冷水進水總管連通。
7.根據權利要求6所述的組合式管道換熱器，其特徵在於所述管道式換熱器為兩個、 三個或者四個。
8.根據權利要求7所述的組合式管道換熱器，其特徵在於所述各管道式換熱器的熱 水進口在同一水平線上。專利摘要本實用新型公開了一種管道式換熱器以及一種組合式管道換熱器。管道式換熱器包括外管和內管，內管為高效換熱管，高效換熱管內外表面為並列多通道螺旋波紋管，雙面螺旋凸紋的外側凸邊緊貼外管內壁，內管和外管之間形成多條延內管軸向延伸的殼程，管程兩端分別為熱水進口和熱水出口，所述殼程靠近熱水進口的一端設有冷水出口，另一端設有冷水進口。組合式管道換熱器包括至少兩個管道式換熱器，所述至少兩個管道式換熱器並排設置；還設有導流器、冷水進水總管和冷水出水總管。本實用新型換熱效率高、可作為排水管道使用，滿足排水要求，能夠直接安裝於室內排水管道或室外排水管道上使用。
文檔編號F28F1/42GK201637312SQ20102017170
公開日2010年11月17日 申請日期2010年4月26日 優先權日2010年4月26日
發明者孫明建 申請人:孫明建