CN101118133A - 一种新型板式螺旋换热器 - Google Patents
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Abstract
一种新型板式螺旋换热器，兼具了板式换热器、螺旋板式换热器、螺旋盘管式换热器的特点，体积小、换热效率高，可进行逆流换热、满足低温差换热的需要，带模块化结构过滤器、容易拆卸清洗的新型换热器，并且具有易于模块化加工和装配生产，制造成本低的特点。特别适合家庭淋浴过程中，洗浴废水的余热回收，预热低温的清洁自来水，可有效回收60％以上的废热，以较低的成本，在不增加能源消耗的情况下获得热水器功率倍增的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型板式螺旋换热器，兼具有板式换热器、螺旋板式换热器以及螺旋盘管式换热器特点，特别涉及的是仅需要较小换热面积的小型换热器领域。
背景技术
随着人们居住条件的改善，越来越多的家庭拥有自己的卫生间和浴室，更多的人们在自己家里洗澡，其中淋浴占较高比例。目前可供家庭使用的热水器有燃气热水器、电热水器、太阳能热水器等。家用燃气热水器多为直热式快速热水器，太阳能热水器多为储热式热水器，电热水器目前的主流为储热式，正向直热式电热水器过渡。
当人们以淋浴方式进行洗浴时，洗浴热水(大约为40~43℃)从上至下流经人体或直接坠落到地板上，随即变为洗浴废水(大约为30~35℃)直接流入下水道。在中国，年平均气温为16.6℃，北方地区的年平均温度会更低，直接将30℃左右的洗浴废水排放到下水道，随之流走的不仅是水，同时也蕴涵了相当可观的热能。
以直热式电热水器为例，目前市面上销售的直热式电热水器功率大多为6KW~8KW，若是在寒冷的冬季，环境温度/直热式热水器入水(自来水)水温为0℃时，要获得适宜人体洗浴所需的每分钟4升流量、42℃的热水，需要11.72KW；若每分钟6升流量，则需要17.58KW；初始水温为5℃，对应的功率也需要达到10.32KW和16.18KW。显然，目前市面上所销售的直热式电热水器功率普遍为6KW~8KW，难以能够满足人们冬季洗浴需要。为什么直热式电热水器的制造厂不生产12~18KW的电热水器呢？这是由于我国的居民住宅的电力线路和供电环境决定(限制)的。
若能以简单而高效的方法回收利用洗浴废水所蕴涵的部分热能，对初始温度较低的自来水进行预热，例如，若有效回收60％洗浴废水中的热能，即使用较小额定功率(如6kw)的直热式热水器也能让人们在寒冷的冬季获得较舒适的洗浴感受。这将有利于节能、环保并且省钱，同时也能降低热水器生产的材料和成本。
现有的涉及浴室使用的换热器，大多属将现有的普通工业换热器结构照搬进入浴室，其中，由螺旋盘管换热器变形而来的最为常见。比较具有代表性的是专利号为03263228.2的《可带电加热的余热回收装置》属螺旋盘管换热器的变形；而专利号为99203188.5的《垫板式废热水余热回收器》则使用了盘管加套管式换热器原理。这些选用螺旋盘管式设计换热器的换热效率较低，难以满足冬季环境温度较低的洗浴环境。专利号为01249608.1的《薄板换热器》的设计则过于复杂，使用了过多的材料，却没有能相应地增加有效的换热面积，并且该设计的换热器加工难度大、成本高。
本发明提供一种兼具了板式换热器、螺旋板式换热器、螺旋盘管式换热器的特点，体积小、换热效率高，可进行逆流换热、能满足低温差换热的需要，带模块化结构过滤器、容易拆卸清洗的新型换热器，并且具有易于模块化加工和装配生产，制造成本低的特点。
发明内容
本发明通过以下技术方案来实现：
一种新型板式螺旋换热器，其特征是，换热器的核心部件是一块由高热导率的金属薄板通过冲压方式制成，从里到外形成螺旋形的凹槽(实际上在金属薄板两面形成凹凸相间的沟槽)；通过在该带螺旋形凹槽的金属板两面，分别覆盖金属或塑料板，在该带螺旋形凹槽的金属板两面形成上下两层、相互隔离的两个螺旋形流体通道，让初始温度较低的液体从上层水道边缘流入、至中间流出，而初始温度较高的液体从下层水道的中间流进、至边缘流出，从而以逆流的方式实现低温差换热。
带螺旋形凹槽的金属板的外形轮廓为圆形或椭圆形，也可以是带圆弧导角的正方形、长方形，还可以是类似体育场◎形跑道的形状。
凹槽(沟槽)的截面可以设计制作成圆弧形(类似正弦波形或瓦楞型)，也可以是锯齿形(类似多个VVVVV连接的形状)。
本发明的换热器另一个特点，带螺旋形凹槽的金属板的整体中间略为凹陷，周边略高，呈钝角锥台平底锅形；中间预留一部分空间面积，在换热器中间位置可放置一个模块化的过滤器，以减低换热器的污垢形成。
本发明与现有的设计相比有以下优点：
两个上冷下热分层的螺旋形水道，增强换热过程中水的对流以及紊流(强制对流)，有效提高换热效率；螺旋形水道也有效减低了液体流动的阻力；可逆流换热，能够满足低温差换热的应用环境。
换热面是一整块金属板制成，加强传热效果的同时，还起到均衡传热的效果；例如，在家庭淋浴的洗浴环境，能有效抑制由于洗浴废水的水流温度间歇变化、流量流速等因素导致被预热的清洁水水温度明显波动、时冷时热的情况发生。
换热面整体呈锅底形的设计，保证了人们在洗浴过程中偶尔间断热水使用(打香皂或洗发时关闭了水流)时，仍然继续保持了对清洁自来水的预热，减低重新开启热水时水温的波动。
独立的模块化的过滤器，可以减低换热器的污垢形成，同时也方便过滤器的技术升级。
以冲压方式在一个平方米的面积内能制成两个15~20m长(甚至达30m以上)的螺旋型水道，对比使用15~20m长金属管(圆管或方槽管)制作螺旋盘管成本更底，更容易加工。
附图说明
图1：是本发明的换热器的剖视图；
图2：是本发明的核心部件，螺旋形凹槽的金属板1的三维视图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的换热器作进一步详细描述。
如图1所示，本实施方案中所设计的换热器，其核心部件是一块由高热导率的金属薄板通过冲压方式制成，从里到外形成螺旋形的凹槽(实际上在金属薄板两面形成凹凸相间的沟槽)的带螺旋形凹槽的金属板1；通过在该带螺旋形凹槽的金属板1的上面覆盖金属板4、下面覆盖塑料板5及保温材料(图中未画出)，在该带螺旋形凹槽的金属板1的两面形成相互隔离的上层螺旋形流体通道2和下层螺旋形流体通道3；让初始温度较低的清洁自来水从上层螺旋形流体通道2的边缘冷水入水口6流入、经预热后至中间的清洁水出水口7流出，而初始温度较高的洗浴废水从下层螺旋形流体通道3的中间洗浴废水入水口9流进、至边缘洗浴废水出水口8流出，以逆流的方式实现低温差换热，实现利用洗浴废水预热低温自来水的目的。
带螺旋形凹槽的金属板1的外形轮廓为圆形或椭圆形，也可以是带圆弧导角的正方形、长方形，还可以是类似体育场◎形跑道的形状。
凹槽(沟槽)的截面可以设计制作成圆弧形(类似正弦波形或瓦楞型)，也可以是锯齿形(类似多个VVVVV连接的形状)。
本实施方案中所设计的换热器的带螺旋形凹槽的金属板1的整体中间略为凹陷，周边略高，呈钝角锥台平底锅形；中间预留一部分空间面积，在换热器中间位置放置一个模块化的过滤洗浴废水中毛发、油腻、皮屑等的过滤器10，以减低换热器的污垢形成。过滤器中心还另设有一个泄水口11，用于当过滤器发生阻塞、洗浴废水从换热器螺旋水道泄水不畅时，即从该处泄水，避免废水四溢；洗浴之后，可通过卸下该泄水口排放热水器中剩余的洗浴废水。
换热器还包括外壳13，加强筋及填充物12等。
在实现了本发明的各个目的过程中，也描述了本发明的优选实施例。应该说明的是，这个实施例只是为说明本发明的原理所作讲解和描述。在不偏离本发明本质和范围的条件下许多改进和适应性修改对于本领域的一般技术人员来说都是显而易见的。因此，本发明只由下面的权利要求书限定。
Claims (2)
1.一种新型板式螺旋换热器，其特征是，换热器的核心部件是一块由高热导率的金属薄板通过冲压方式制成，从里到外形成螺旋形的凹槽(实际上在金属薄板两面形成凹凸相间的沟槽)；通过在该带螺旋形凹槽的金属板两面，分别覆盖金属或塑料板，在该带螺旋形凹槽的金属板两面形成上下两层、相互隔离的两个螺旋形流体通道，让初始温度较低的液体从上层水道边缘流入、至中间流出，而初始温度较高的液体从下层水道的中间流进、至边缘流出，从而以逆流的方式实现低温差换热。
2.根据权利要求1所述的板式螺旋换热器，其特征是：带螺旋形凹槽的金属板的整体中间略为凹陷，周边略高，呈钝角锥台平底锅形；中间预留一部分空间面积，在换热器中间位置可放置一个模块化的过滤器，以减低换热器的污垢形成。
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