一種防腐蝕換熱器的製作方法
2023-04-27 15:14:01 1
專利名稱：一種防腐蝕換熱器的製作方法
技術領域：
本發明涉及熱交換技術，特別是涉及一種防腐蝕換熱器。
背景技術：
利用海水作為冷熱源，通過海水源熱泵對建築進行採暖空調，可以直接減少其他 短缺能源的消耗，同時還可以達到廢物利用的目的，是資源再生利用、發展循環經濟、建設 節約型社會、友好環境的重要措施。
海水源熱泵實現了廢熱的回收利用，變廢為寶，是新型的可再生清潔能源利用技 術，符合可持續發展、建設資源節約型社會的要求。將水源熱泵系統技術與城市海水結合， 在擴大城市海水利用範圍、拓展城市海水治理效益方面具有深遠意義。
海水源熱泵是依靠熱泵機組內部製冷劑的物態循環變化，冬季從海水中吸收熱 量，經熱泵機組升溫後對建築供熱，夏季通過熱泵機組，把建築物中的熱量傳遞給海水，從 而實現供冷。海水替代了冷卻塔，具有高效節能、綠色環保、安全可靠、一機多用等突出優 點。
金屬構件在海洋環境中發生腐蝕，海洋環境是一種複雜的腐蝕環境，在這種環境 中，海水本身是一種強的腐蝕介質，同時波、浪、潮、流又對金屬構件產生低頻往復應力和衝 擊，加上海洋微生物、附著生物及它們的代謝產物等都對腐蝕過程產生直接或間接的加速 作用。
海洋腐蝕主要是局部腐蝕，即從構件表面開始，在很小區域內發生的腐蝕，如電偶 腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕等。此外,還有低頻腐蝕疲勞、應力腐蝕及微生物腐蝕等。通常,金 屬構件在海洋飛濺區(指風浪、潮汐等激起的海浪、飛沫濺散到的區域)的全面腐蝕速率最聞。
防止海洋腐蝕的措施除正確設計金屬構件、合理選材外，通常有以下幾種:①採用 厚漿型重防式塗料。②對重點部件採用耐腐蝕材料包套。③設計構件時要考慮到足夠的腐 蝕裕量。④根據電化學腐蝕原理，採用犧牲陽極。
目前，海水源熱泵系統在我國的沿海城市得到了推廣與應用。
隨著整個社會節約能源、環保意識的提高，海水源熱泵的應用領域也在不斷的擴 展。除了在城市供暖製冷、製取生活熱水應用外，還在食品、生化、製藥工業、農林種植、海水 養殖及農副產品加工儲藏領域均得到應用。應該進一步挖掘利用各類可再生的低溫熱源或 廢熱熱源，完善和推廣海水源熱泵技術，向著建立節約型社會發展。
海水源熱泵可分為直接式海水源熱泵與間接式海水源熱泵兩類。直接式系統中， 與海水-清水換熱的介質為製冷劑，間接式系統中，與海水-清水換熱的介質為中介水或防 凍液。
前者海水與製冷劑之間經換熱器壁面直接換熱；後者則存在中介媒質，從而傳熱 熱阻增加，導致熱泵系統效率隨之下降。
實現無堵塞連續換熱，是利用海水作為熱泵冷熱源的技術關鍵，尤其是對於利用一種防腐蝕換熱器的直接式海水源熱泵系統。解決惡劣水質對換熱設備及管路的堵塞與汙染，實現防腐與無汙染換熱，是一個世界性技術難題。城市海水水質對換熱器的影響主要有腐蝕、結垢及堵塞，熱泵中的海水流通管路，經常被堵塞，以至於熱泵完全不能工作。直接式系統是目前海水源熱泵研究的前沿領域和發展方向，直接式系統與間接式系統相比有很大的優點，主要是:1，在同樣的水源條件下供出同樣多的熱量，蒸發溫度可提高5°C左右，熱泵機組效率得以很大提高，系統總的耗電量可降低15%以上。2，省去了一種防腐蝕換熱器及相應的中介水循環水泵，機房佔地面積減少，降低了土建和設備初投資，也減少水泵能耗。3，獲取同樣多的熱量，所需的海水量可減小一半左右。間接式系統需要考慮中間換熱的溫差損失，這就限制了海水的降溫幅度。採用直接式海水源熱泵遇到的主要問題是，I，直接海水源熱泵系統，要求熱泵機組的蒸發器/冷凝器能夠「一器兩用」，對蒸發器/冷凝器提出了特殊要求。2，使用一種防腐蝕換熱器的直接式海水源熱泵機組，採用原生海水為熱源，比一般一種防腐蝕換熱器更容易汙染和堵塞，使海水源熱泵效率下降，甚至不能工作。對海水和換熱器，需經過特殊處理，技術難度較大。雖然人們有很多設想和試驗，但都存在不足。到目前為止，還沒有廣泛地普及一種防腐蝕換熱器和直接式海水源熱泵系統；海水源熱泵技術誕生以來，基本採用間接式系統，這是從可靠性角度考慮而採取的保守措施。在工農業和人民生活中，排放各種各樣的海水。一種防腐蝕換熱器與普通換熱器工作條件有很大的區別，普通換熱器的設計方法，使用經驗，不能簡單用於一種防腐蝕換熱器，尤其是海水-製冷劑換熱器。儘管普通換熱器的設計方法與製造工藝，都很成熟，但是，一種防腐蝕換熱器科學設計方法，至今，還沒有很好解決。上述有關背景技術，在以下專著中有詳細描述:1、趙軍，戴傳山主編，地源熱泵技術與建築節能應用，北京:中國建築工業出版社，
2009。2、(美)沙拉,塞庫利克著,程林譯，換熱器設計技術,北京:機械工業出版社，
2010。3、陳東，謝繼紅編，熱泵技術手冊，北京:化學工業出版社，2012。
發明內容
本發明的目的是給出一種適用於海水的防腐蝕換熱器。一種防腐蝕換熱器，它的外形是水平放置的壓力容器，有前後兩個封頭，中部圓形筒體，其內部有海水迴路，清水迴路和製冷劑迴路，具體結構包括:(1)筒體內下部有製冷劑層和海水室，筒體底部有海水出水管；(2)筒體內上部懸置清水換熱器，及它的清水進口和清水出口 ；(3)筒體內中部空間是海水噴淋換熱室，海水進水管從一端封頭水平進入，海水與製冷劑直接接觸換熱，其特徵在於:所述清水換熱器是水平管束式換熱器。
所述海水迴路，它包括:筒體、海水進水管、海水噴淋換熱室、海水室、前後封頭、海 水出水管、液位傳感器和電控閥；海水通過海水進水管，流入海水換熱器，經過海水進水管 的系列噴水口向下噴灑，在海水噴淋換熱室中，海水液滴與製冷劑進行熱交換，然後，海水 進入下面的海水室，再通過海水出水管流出，液位傳感器檢測海水室水面高度，控制海水出 水管上電控閥的流通截面，保持恰當的出水量。
所述清水迴路，它是清水換熱器的管內流道，它包括:清水進水管、進水聯箱、清水 管、出水聯箱和清水出水管；清水從清水進水管進入，通過進水聯箱，分散到若干個水平的 清水管中，再匯總到出水聯箱，最後從清水出水管流出。
所述製冷劑迴路，它包括:筒體、製冷劑層和清水換熱器中的管外流道；在換熱器 筒體內，製冷劑層漂浮在海水室的上邊，製冷劑從海水吸熱蒸發，蒸汽上升，進入清水換熱 器的管外流道，放熱凝結後，再滴落到製冷劑層。
本發明的優點是:
1，本發明的一種防腐蝕換熱器，不需要對海水進行嚴格淨化。海水直接進入一種 防腐蝕換熱器，換熱器中的海水流通管路不會被堵塞，能夠長時間穩定工作。
2，在防腐蝕換熱器中，海水直接與製冷劑進行熱量交換，無論製冷劑是得到熱量， 還是失去熱量，相對於有中介水換熱的情況，製冷劑在其中都可以實現較大的溫差，從海水 得到或向海水放出較多的熱量，熱泵機組效率得以很大提高。
3，省去通常海水源熱泵所設置的海水-中介水換熱器、中介水循環水泵及相應的 管路，機房佔地面積減少，降低了土建和設備初投資，減少能耗。
4，儘管防腐蝕換熱器筒體內側置於海水流道中，但由於換熱器筒體不換熱，沒有 冷壁面，內表面不會積垢。即使有少量積垢，對換熱器性能沒有影響，可以通過噴水清洗。
本發明既可作為海水換熱器，也可以用作其它有腐蝕性的流體的換熱器。
圖1是本發明一種防腐蝕換熱器的原理說明圖2是本發明一種防腐蝕換熱器實施例的海水迴路結構圖3是本發明一種防腐蝕換熱器實施例的清水迴路結構圖4是本發明一種防腐蝕換熱器實施例的製冷劑迴路結構圖5是本發明一種防腐蝕換熱器實施例的總體結構圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明作進一步詳細描述。
圖1給出了本發明一種防腐蝕換熱器的原理說明圖。
本發明一種防腐蝕換熱器的原理如下:
1，製冷劑與海水直接接觸換熱，製冷劑同時發生汽液相變；
2，與海水換熱發生相變後的製冷劑再流向清水換熱器，製冷劑與清水通過間壁換 熱，製冷劑再次發生汽液相變；
3，返回 I。
本發明海水向清水傳熱的具體步驟是:
I，溫度高的海水通過進水管110，流入換熱器100 ；2，進入換熱器的海水，向下噴灑，首先穿過密度小的製冷劑層320，再進入下面密度大的海水室120，再通過出水管140流出；3，製冷劑層320接受海水的熱量，部分製冷劑蒸發，產生的製冷劑蒸汽，向上到達清水換熱器200 ；4，製冷劑蒸汽在低溫的清水換熱器200的製冷劑流道中凝結放熱，清水換熱器200清水流道內的清水被加熱。圖2給出了本發明一種防腐蝕換熱器實施例的海水迴路結構圖。本發明一種防腐蝕換熱器實施例，整體上是一個水平放置的壓力容器。首先，溫度高的海水通過海水進水管110，穿過前封頭130，流入換熱器100。進入換熱器的海水，經過進水管的系列噴水口 112向下噴灑,在海水噴淋換熱室115中，海水液滴與製冷劑進行熱交換。然後，海水進入下面的海水室120，再通過海水出水管140流出。換熱器100中的海水水位必須保持固定的高度。由於換熱器100內處於正壓環境，在進水流量不變的條件下，只要控制出水閥開度，海水水位就能保持固定的高度。為此，通過液位傳感器160，給出海水水面高度信號，調整電控閥150的流通截面，保持恰當的出水量。換熱器100的筒體105、封頭、海水出水管140、液位傳感器160的浮球和連杆，均用玻璃鋼製造，電控閥150的流道部分用工程塑料製造。圖3給出了本發明一種防腐蝕換熱器實施例的清水迴路結構圖；本發明一種防腐蝕換熱器實施例的清水迴路，它的主體部分是水平管束式清水換熱器200的管內流道，它包括:清水進水管205、進水聯箱215、清水管210、出水聯箱225和清水出水管230。清水從清水進水管205進入，通過進水聯箱215，清水分散到若干個水平的清水管210中，再匯總到出水聯箱225，最後從清水出水管230流出。這個清水換熱器200，它的長度比海水換熱器的長度稍小，它懸置在海水換熱器筒體內的上方。在清水換熱器的兩個換熱流道中，傳熱管內是清水迴路，清水從清水進水管205進入，在清水管210中，流動若干流程，從清水出水管230流出。清水換熱器的另一個換熱流道，既傳熱管外是製冷劑流道220。清水換熱器可以用碳鋼製作，它實現清水與製冷劑的熱交換，它不與海水接觸，可以不考慮海水腐蝕問題。圖4給出了本發明一種防腐蝕換熱器實施例的製冷劑迴路結構圖。在本發明一種防腐蝕換熱器實施例中，製冷劑是海水和清水中間的傳熱媒質，相當於熱管中的傳熱工質，本發明所選用的製冷劑需要具備以下性質:I，它不溶於海水；2，在工作溫度下，它有合適的壓力；3，無毒，便宜。符合這些條件的製冷劑有幾種，例如:異丁烯、1-丁烯、2-丁烯。在本發明一種防腐蝕換熱器實施例的製冷劑迴路結構圖中，在換熱器筒體105內，製冷劑層320漂浮在海水室120的上邊，這是因為所選用的製冷劑的密度小於海水的密度。在製冷劑層320上方，距離一定高度，懸置清水換熱器200。
清水換熱器的傳熱管外是製冷劑迴路，它的傳熱管內是清水流道。在傳熱管外，上 下是敞開通透的製冷劑流道220，上下通透的目的在於:在防腐蝕換熱器實施例內，向上升 騰的製冷劑蒸汽，可以無阻礙地進入到敞開的製冷劑流道220的通透空間，以便製冷劑與 管內側的清水流道進行熱交換。
本發明一種防腐蝕換熱器實施例的用作熱泵的熱源時，製冷劑層320受熱蒸發， 製冷劑蒸汽上升，在清水換熱器200的製冷劑流道220表面凝結，產生製冷劑液滴，再滴落 到製冷劑層320 ；
圖5是本發明一種防腐蝕換熱器實施例的總體結構圖。
本發明一種防腐蝕換熱器實施例總體結構，它外形是一個水平放置的筒形的壓力 容器。它的具體結構，從下到上可分為3個部分:
1，筒體的下部是儲液室，包括製冷劑層320和海水室120，底部有出水管140和底 座 400 ；
2，中部有進水管110，用於向筒體內空間噴灑海水。當防腐蝕換熱器用作熱源時， 噴灑的海水加熱製冷劑層320，一部分製冷劑蒸發，蒸汽上升。
3，上部有清水換熱器200，清水從它的清水進口 205進入，與海水換熱後，從清水 出口 230流出。當防腐蝕換熱器用作熱源時，清水換熱器200與由下向上的製冷劑蒸汽相 遇，製冷劑蒸汽放熱冷卻，凝結滴落，回到製冷劑層320。
權利要求
1.一種防腐蝕換熱器，它的外形是水平放置的壓力容器，有前後兩個封頭，中部圓形筒 體，其內部有海水迴路，清水迴路和製冷劑迴路，具體結構包括:(1)筒體內下部有製冷劑 層和海水室，筒體底部有海水出水管；(2)筒體內上部懸置清水換熱器，及它的清水進口和 清水出口 ；(3)筒體內中部空間是海水噴淋換熱室,海水進水管從一端封頭水平進入,海水 與製冷劑直接接觸換熱，其特徵在於:所述清水換熱器是水平管束式換熱器。
2.按照權利要求1所述的一種防腐蝕換熱器，其特徵在於:所述海水迴路，它包括:筒 體、海水進水管、海水噴淋換熱室、海水室、前後封頭、海水出水管、液位傳感器和電控閥；海 水通過海水進水管，流入海水換熱器，經過海水進水管的系列噴水口向下噴灑，在海水噴淋 換熱室中，海水液滴與製冷劑進行熱交換，然後，海水進入下面的海水室，再通過海水出水 管流出，液位傳感器檢測海水室水面高度，控制海水出水管上電控閥的流通截面，保持恰當 的出水量。
3.按照權利要求1所述的一種防腐蝕換熱器，其特徵在於:所述清水迴路，它是清水換 熱器的管內流道，它包括:清水進水管、進水聯箱、清水管、出水聯箱和清水出水管；清水從 清水進水管進入，通過進水聯箱，分散到若干個水平的清水管中，再匯總到出水聯箱，最後 從清水出水管流出。
4.按照權利要求1所述的一種防腐蝕換熱器，其特徵在於:所述製冷劑迴路，它包括: 筒體、製冷劑層和清水換熱器中的管外流道；在換熱器筒體內，製冷劑層漂浮在海水室的上 邊，製冷劑從海水吸熱蒸發，蒸汽上升，進入清水換熱器的管外流道，放熱凝結後，再滴落到 製冷劑層。
全文摘要
一種防腐蝕換熱器，它的外形是水平放置的壓力容器，有前後兩個封頭，中部圓形筒體，其內部有海水迴路，清水迴路和製冷劑迴路，具體結構包括(1)筒體內下部有製冷劑層和海水室，筒體底部有海水出水管；(2)筒體內上部懸置清水換熱器，及它的清水進口和清水出口；(3)筒體內中部空間是海水噴淋換熱室，海水進水管從一端封頭水平進入，海水與製冷劑直接接觸換熱，其特徵在於所述清水換熱器是水平管束式換熱器。本發明既可作為海水換熱器，也可以用作其它有腐蝕性的流體的換熱器。
文檔編號F25B39/02GK103206812SQ201310128610
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月2日 優先權日2013年4月2日
發明者李偉, 李金峰, 尚德敏 申請人:黑龍江省金永科技開發有限公司