CN104515176B - 热水循环转换器 - Google Patents

Abstract

本发明给出一种热水循环转换器，工作于余热回收装置和热水供暖管网之间，它的结构包括：电动阀门组、第一蓄水室、第二蓄水室和单向阀门组；第一蓄水室和第二蓄水室两者结构相同；在电动阀门组的控制下，热水循环转换器的工作顺序是：第一蓄水室内蓄积的供暖热水，通过单向阀门，从底部向热水供暖管网供水；热水供暖管网低温回水，通过电动阀门，从顶部进入第一蓄水室；第二蓄水室内蓄积的低温供暖回水，通过电动阀门，从顶部向余热回收装置提供补水；来自余热回收装置的供暖热水，通过单向阀门，从底部进入第二蓄水室；经过设定时间，第一蓄水室和第二蓄水室分别进行与上述相反的过程。

Description

热水循环转换器

技术领域

本发明涉及供热技术，特别是涉及热水循环转换器。

背景技术

在我国工农业生产中，排放着大量的50-100℃的废热水，由于废热水含有杂质，其热能难以回收利用，都废弃排放了。其中，钢铁企业的冲渣水，就是一个典型例子。

我国已经是钢铁生产的大国，钢铁的年产量占世界总产量的40％。无论是炼钢还是炼铁，都要产生大量的炉渣。炉渣是和钢铁相伴随生成，它是钢铁冶炼的副产品，又是一系列重要冶金反应的基本条件，它直接参与钢铁冶炼过程的物理化学反应和传质传热过程，它不仅影响到钢铁产量、质量，而且与原材料、能量的消耗都有密切的关系。

钢铁冶金炉内，产生1400-1500℃的高温炉渣，经渣口流出后，再经渣沟进入冲渣流槽时，以一定的水量、水压及流槽坡度，使水与熔渣流成一定的交角，熔渣受冷冲击，炸裂成一定粒度的合格的水渣。渣水分离后，炉渣用作建筑材料；与高温炉渣进行热交换的冲渣水，进入冲渣水池。

冲渣水池通常占地几千平方米，冲渣水池上方热汽腾空，冲渣水温度常年保持在60-80℃，是一个巨大的潜在的热能能源，如果能有效地加以利用，比如说利用冲渣水的热能，冬天为居民区供暖，不仅可以为国家节约大量燃料，而且减少了碳排放，保护了环境。

冲渣水的热能回收利用问题，至今还没有得到很好的解决。

由于冲渣水反复使用，冲渣水中溶进了炉渣中含有的多种无机盐和氧化物，形成了几乎是饱和的盐碱水溶液。当炉渣受冷冲击炸裂成水渣过程中，还有一部分细小的炉渣进入水中悬浮。经实际检测，冲渣水浊度为60-80mg/l。

某供暖企业，通过间壁式换热器，将冲渣水的热量传递给循环水，利用循环水向居民区供暖。仅仅一个冬天，不到4个月的供暖时间，间壁式换热器的冲渣水侧，结垢达3-5厘米，垢层坚硬，风化后变松散。

经分析后认为，冲渣水在换热器内结垢的成份为多种含结晶水的无机盐，例如含结晶水的硅酸盐。冲渣水坚硬的结晶水垢，使间壁式换热器几乎完全报废。

有人试图有过滤器过滤冲渣水，以解决冲渣水在换热器上结水垢问题。冲渣水是多种成分的盐碱水，对于盐碱水，过滤器完全没有用。盐碱水可以顺利通过任何过滤器，而到了换热器内部，遇到冷的换热器壁面，盐碱水降温，过饱和，立刻在冷壁面上结晶。

盐碱水溶液中，晶体形成的过程称为结晶。结晶的方法一般有两种：一种是蒸发溶剂法，它适用于温度对溶解度影响不大的物质。沿海地区生产晒盐就是利用的这种方法。另一种是冷却热饱和溶液法，此法适用于温度升高，溶解度也增加的物质。如北方地区的盐湖，夏天温度高，湖面上无晶体出现；每到冬季，气温降低，石碱(Na2CO3·10H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)等物质就从盐湖里析出来。冲渣水结垢，正是由于在换热器壁面上，冷却了盐碱水热饱和溶液，产生的结晶。

在工农业和人民生活中，排放各种各样的污水，其中一部分是温度为50-100℃废热水，例如冲渣水。由于废热水中含有的杂质成分复杂，若利用通常的间壁式换热器回收热能，换热器可能很快就被污染而不能正常工作。

针对废热水热能的回收问题，一种利用相变换热的余热回收装置-直热机应运而生，很好的解决了废热水中的各种杂质对换热器的污染问题。

但是，包括直热机在内的废热水相变换热器与普通间壁式换热器不同，它是直接接触式换热器。被废热水蒸汽加热的供暖循环水，在换热器中与蒸汽混合，供暖循环水不是在管内流动，而是在换热器内喷洒，喷洒的水滴是断续的水流。这种情况就带来一个问题：断续的换热器内的供热循环水通道，不可能是封闭的区域热水供热管网的一部分，即，二者不能直接连通。

那么，如何将直热机等余热回收装置产生供暖循环水热量传递进入热水供热管网，为了解决这个问题，最简单的方法就是利用一个间壁式换热器，一侧是热水供热管网热水流道，另一侧是直热机输出的供暖循环水流道。

但是，利用间壁式换热器解决直热机和热水供热管网间传热，带来两个问题：

1，这个间壁式换热器换热量巨大，成本高；

2，间壁式换热器的传热温差使输出的热量降低了供热温度。

上述有关供热方法与供热装置的背景技术，在以下专著中有详细描述：

1、哈尔滨建筑工程学院主编，供热工程，北京：中国建筑工业出版社，1989。

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。

3、陈东，谢继红编，热泵技术手册，北京：化学工业出版社，2012。

发明内容

一种热水循环转换器，工作于供热设备和热水供暖管网之间，它的结构包括：电动阀门组、第一蓄水室、第二蓄水室和单向阀门组；第一蓄水室和第二蓄水室两者结构相同；在电动阀门组的控制下，热水循环转换器的工作顺序是：第一蓄水室内蓄积的供暖热水，通过单向阀门，从底部向热水供暖管网供水；热水供暖管网低温回水，通过电动阀门，从顶部进入第一蓄水室；第二蓄水室内蓄积的低温供暖回水，通过电动阀门，从顶部向供热设备提供补水；来自供热设备的供暖热水，通过单向阀门，从底部进入第二蓄水室；经过设定时间，第一蓄水室和第二蓄水室分别进行与上述相反的过程，即：第二蓄水室内蓄积的供暖热水，通过单向阀门，从底部向热水供暖管网供水；热水供暖管网低温回水，通过电动阀门，从顶部进入第二蓄水室；第一蓄水室内蓄积的低温供暖回水，通过电动阀门，从顶部向供热设备提供补水；来自供热设备的供暖热水，通过单向阀门，从底部进入第一蓄水室；

(1)所说的电动阀门组，它包括1个控制器和4个电动阀门；

(2)所说的单向阀门组，它包括4个单向阀门。

所述电动阀门组，它的结构包括：外循环回水管、内循环出水管、第一接水管、第二接水管、4个电动阀门和控制器；在控制器的作用下，电动阀门的工作顺序为

(1)两个电动阀门开通，低温供暖回水由外循环回水管进入，通过第一接水管，进入第一蓄水室；第二蓄水室内蓄积的低温供暖回水，通过第二接水管，经由内循环出水管，向供热设备提供补水；

(2)经过设定时间，上述两个电动阀门关闭，另外两个电动阀门开通，低温供暖回水由外循环回水管进入，通过第二接水管，进入第二蓄水室；第一蓄水室内蓄积的低温供暖回水，通过第一接水管，经由内循环出水管，向供热设备提供补水；

(3)经过设定时间，上述两个电动阀门关闭，回到(1)。

所述蓄水室，包括第一蓄水室和第二蓄水室，单个蓄水室的结构包括：上水管，上封头，筒体，上筛板，下筛板，下封头和下水管；单个蓄水池的工作时序为：

(1)上封头的上水管，接通外循环回水管，供暖低温回水从顶部进入蓄水室，并流经上筛板；由于推挤作用，蓄水室内的供暖热水，流经下筛板，通过下封头的下水管和外循环出水管，进入供暖热水管网；

(2)经过设定时间，供热设备供给的供暖热水，通过内循环回水管和下封头的下水管，从底部进入蓄水室，并流经下筛板；由于推挤作用，蓄水室内的供暖低温回水，流经上筛板，通过上封头的上水管和内循环出水管，进入供热设备；

(3)经过设定时间，回到(1)。

所述单向阀门组，它的结构包括：外循环出水管、内循环回水管、第一接水管、第二接水管和4个单向阀门，单向阀门的工作顺序为：

(1)两个单向阀门开通，来自供热设备的供暖热水由内循环回水管进入，通过第二接水管，从底部进入第二蓄水室；第一蓄水室内蓄积的供暖热水，从底部由第一接水管导出，经由外循环出水管，向供暖热水管网供水；

(2)经过设定时间，上述单向阀门关闭，另外两个单向阀门开通，来自供热设备的供暖热水由内循环回水管进入，通过第一接水管，从底部进入第一蓄水室；第二蓄水室内蓄积的供暖热水，从底部由第二接水管导出，经由外循环出水管，进入供暖热水管网；

(3)经过设定时间，上述两个单向阀门关闭，回到(1)。

附图说明

图1是本发明热水循环转换方法的步骤图；

图2是本发明热水循环转换器实施例的蓄水室结构图；

图3是本发明热水循环转换器实施例的电动阀门组结构图；

图4是本发明热水循环转换器实施例的单向阀门组结构图；

图5是本发明热水循环转换器实施例的总体运行图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。

图1给出了本发明热水循环转换方法的步骤图。

本发明热水循环转换方法，是在供热设备和区域热水供热管网之间，进行热水热量传递的方法。供热设备包括蒸汽喷射式热泵和直热机，它们都是废热水相变换热器，是利用余热的供热设备。它与普通间壁式换热器不同，它们都是直接接触式换热器。被废热水蒸汽加热的供暖循环水，在换热器中与蒸汽混合，供暖循环水不是在管内流动，而是在换热器内喷洒，喷洒的水滴是断续的水流。

余热回收装置-直热机或蒸汽喷射式热泵，对出口管路，它们是供热设备，它的内部是断续的热水通道，称之为热水内循环；封闭的区域热水供热管网，是连续的热水通道，称之热水外循环。本发明热水循环转换方法，就是热水内循环和热水外循环二者的连通方法。

本发明热水循环转换方法的步骤如下：

1，设有两个蓄水室：第一蓄水室200和第二蓄水室300；

2，设有两个阀门组：电动阀门组100和单向阀门组400；

3，直热机产生65℃高温水，受电动阀门组100和单向阀门400组控制，通过内循环回水管410，从第一蓄水室200底部进入第一蓄水室；由于推挤作用，第一蓄水室内部已有的45℃低温水，从蓄水室上部，经过内循环出水管110，向直热机回供水，去被加热升温；

4，供暖的45℃低温回水，受电动阀门组和单向阀门组控制，经过外循环回水管120，从第二蓄水室300顶部进入第二蓄水室；由于推挤作用，第二蓄水室内部已有的65℃高温水，从蓄水室底部，经过外循环出水管420，流进封闭的区域热水供热管网，对外进行供热；

5，直热机产生65℃高温水，受电动阀门组和单向阀门组控制，通过内循环回水管410，从第二蓄水室300底部进入第二蓄水室；由于推挤作用，第二蓄水室300内部已有的45℃低温水，从蓄水室上部，经过内循环出水管110，向直热机回供水，去被加热升温；

6，供暖的45℃低温回水，受电动阀门组和单向阀门组控制，经过外循环回水管120，从第一蓄水室200顶部进入第一蓄水室；由于推挤作用，第一蓄水室内部已有的65℃高温水，从蓄水室底部，经过外循环出水管420，流进封闭的区域热水供热管网，对外进行供热；

7，回到3，如此反复进行。

图2给出了本发明热水循环转换器实施例的蓄水室结构图。

本发明热水循环转换器实施例有两个蓄水室：第一蓄水室和第二蓄水室，两个蓄水池结构完全一样，功能也相同，仅仅是在工作时，两个蓄水池进出水有时间差。

蓄水池的结构包括：上水管210，上封头215，筒体230，上筛板225，下筛板235，下封头240和下水管245。

单个蓄水池的工作时序为：

(1)上封头215的上水管210，通过电动阀门组接通外循环回水管，接受45℃的供暖回水。由于推挤作用，蓄水室内的65℃热水，通过下封头240的下水管245，通过单向阀门组，通外循环出水管，提供区域供暖管网，作为供暖热水。

(2)当蓄水池充满45℃水后，上封头215的上水管210，通过电动阀门组接通内循环出水管，蓄水室内的45℃的供暖回水，通过内循环出水管，提供给直热机，作为上水。同时，在内循环热水泵的作用下，直热机供给的65℃的供暖热水，通过内循环回水管和单向阀门组，通过下封头240的下水管245，进入蓄水池。

(3)当蓄水池充满65℃水后，回到(1)。

这里要说明的是，单向阀门组内流向的选择，是在电动阀门控制下，供暖回水压力和内循环热水泵共同作用的结果。蓄水室内的65℃水，从蓄水室经单向阀门流出，是由于蓄水室上水管210的45℃的供暖回水进入，对65℃水挤压的结果；65℃供热水经单向阀门进入蓄水室，挤压45℃的供暖回水流出蓄水室，是由于电动阀门组的控制及内循环热水泵作用的结果。

图3给出了本发明热水循环转换器实施例的电动阀门组结构图。

本发明热水循环转换器实施例的电动阀门组，它的结构包括：外循环回水管120，内循环出水管110，第一接水管130，第二接水管140，电动阀门131，电动阀门132，电动阀门133，电动阀门134和控制器150。4个电动阀门组成一个桥式回路，它有4个进出口。

在控制器150的作用下，电动阀门组的工作顺序为

1，电动阀门131和电动阀门134同时开通，两路水流启动：

一路是：45℃的低温供暖回水由外循环回水管120进入，通过电动阀门131，通过第一接水管130，进入第一蓄水室；

另一路是：第二蓄水室内蓄积的45℃的低温供暖回水，由第二接水管140进入，通过电动阀门134，经由内循环出水管110，向直热机提供补水。

2，经过设定时间，电动阀门131和电动阀门134同时关闭。

3，电动阀门132和电动阀门133同时开通，有另外两路水流启动：

一路是：45℃的低温供暖回水由外循环回水管120进入，通过电动阀门132，通过第二接水管140，进入第二蓄水室；

另一路是：第一蓄水室内蓄积的45℃的低温供暖回水，由第一接水管130进入，通过电动阀门133，经由内循环出水管110，向直热机提供补水。

4，经过设定时间，电动阀门132和电动阀门133同时关闭。

5，回到1。

图4给出了本发明热水循环转换器实施例的单向阀门组结构图。

本发明热水循环转换器实施例的单向阀门组，共有4个单向阀门，组成一个桥式回路，它有4个进出口。

单向阀门组的结构包括：外循环出水管420，内循环回水管410，第一接水管430，第二接水管440，单向阀门431，单向阀门432，单向阀门433和单向阀门434。

单向阀门组的工作顺序为

1，单向阀门432和单向阀门433同时开通，有两路水流启动：

一路是：来自直热机的65℃的供暖热水由内循环回水管410进入，通过单向阀门432，通过第二接水管440，从底部进入第二蓄水室；

另一路是：第一蓄水室内底部蓄积的65℃的供暖热水，由第一接水管430导出，通过单向阀门433，经由外循环出水管420，向区域供暖热网供水。

2，经过设定时间，单向阀门432和单向阀门433同时关闭。

3，单向阀门431和单向阀门434同时开通，另外两路水流启动：

一路是：来自直热机的65℃的供暖热水由内循环回水管410进入，通过单向阀门431，通过第一接水管430，从底部进入第一蓄水室；

另一路是：第二蓄水室内底部蓄积的65℃的供暖热水，由第二接水管440导出，通过单向阀门434，经由外循环出水管420，向区域供暖热网供水。

4，经过设定时间，单向阀门431和单向阀门434同时关闭。

5，回到1。

要说明的是，单向阀门开关的动力，来至内循环回水和外循环回水的压力，而单向阀门动作顺序是由前述电动阀门动作顺序决定的。即，电动阀门开通的水流，通过蓄水室后，推开相应的单向阀门。

图5是本发明热水循环转换器实施例的总体运行图。

本发明热水循环转换器实施例的总体结构，它包括：电动阀门组，第一蓄水室200，第二蓄水室300，单向阀门组。

在控制器150的作用下，热水循环转换器的工作顺序为

1，电动阀门131和电动阀门134同时开通，两路水流启动：

一路是：45℃的低温供暖回水由外循环回水管120进入，通过电动阀门131，通过第一接水管，进入第一蓄水室；第一蓄水室内底部蓄积的65℃的供暖热水，由第一接水管导出，通过单向阀门433，经由外循环出水管420，向区域供暖热网供水。

另一路是：第二蓄水室内蓄积的45℃的低温供暖回水，由第二接水管导出，通过电动阀门134，经由内循环出水管110，向直热机提供补水；来自直热机的65℃的供暖热水由内循环回水管410进入，通过单向阀门432，通过第二接水管，从底部进入第二蓄水室。

2，经过设定时间，电动阀门131和电动阀门134同时关闭。

3，电动阀门132和电动阀门133同时开通，有另外两路水流启动：

一路是：45℃的低温供暖回水由外循环回水管120进入，通过电动阀门132，通过第二接水管，进入第二蓄水室；第二蓄水室内底部蓄积的65℃的供暖热水，由第二接水管导出，通过单向阀门434，经由外循环出水管420，向区域供暖热网供水。

另一路是：第一蓄水室内蓄积的45℃的低温供暖回水，由第一接水管导出，通过电动阀门133，经由内循环出水管110，向直热机提供补水；来自直热机的65℃的供暖热水由内循环回水管410进入，通过单向阀门431，通过第一接水管，从底部进入第一蓄水室。

4，经过设定时间，电动阀门132和电动阀门133同时关闭。

5，回到1。

Claims (4)

1.一种热水循环转换器，工作于供热设备和热水供暖管网之间，它的结构包括：电动阀门组、第一蓄水室、第二蓄水室和单向阀门组；第一蓄水室和第二蓄水室两者结构相同；在电动阀门组的控制下，热水循环转换器的工作顺序是：第一蓄水室内蓄积的供暖热水，通过单向阀门，从底部向热水供暖管网供水；热水供暖管网低温回水，通过电动阀门，从顶部进入第一蓄水室；第二蓄水室内蓄积的低温供暖回水，通过电动阀门，从顶部向供热设备提供补水；来自供热设备的供暖热水，通过单向阀门，从底部进入第二蓄水室；经过设定时间，第一蓄水室和第二蓄水室分别进行与上述相反的过程，即：第二蓄水室内蓄积的供暖热水，通过单向阀门，从底部向热水供暖管网供水；热水供暖管网低温回水，通过电动阀门，从顶部进入第二蓄水室；第一蓄水室内蓄积的低温供暖回水，通过电动阀门，从顶部向供热设备提供补水；来自供热设备的供暖热水，通过单向阀门，从底部进入第一蓄水室，其特征在于：

(1)所说的电动阀门组，它包括1个控制器和4个电动阀门；

(2)所说的单向阀门组，它包括4个单向阀门。

2.按照权利要求1所述的热水循环转换器，其特征在于：所述电动阀门组，它的结构包括：外循环回水管、内循环出水管、第一接水管、第二接水管、4个电动阀门和控制器；在控制器的作用下，电动阀门的工作顺序为：

(1)两个电动阀门开通，低温供暖回水由外循环回水管进入，通过第一接水管，进入第一蓄水室；第二蓄水室内蓄积的低温供暖回水，通过第二接水管，经由内循环出水管，向供热设备提供补水；

(2)经过设定时间，上述两个电动阀门关闭，另外两个电动阀门开通，低温供暖回水由外循环回水管进入，通过第二接水管，进入第二蓄水室；第一蓄水室内蓄积的低温供暖回水，通过第一接水管，经由内循环出水管，向供热设备提供补水；

(3)经过设定时间，上述两个电动阀门关闭，回到(1)。

3.按照权利要求1所述的热水循环转换器，其特征在于：所述蓄水室，包括第一蓄水室和第二蓄水室，单个蓄水室的结构包括：上水管，上封头，筒体，上筛板，下筛板，下封头和下水管；单个蓄水池的工作时序为：

(1)上封头的上水管，接通外循环回水管，供暖低温回水从顶部进入蓄水室，并流经上筛板；由于推挤作用，蓄水室内的供暖热水，流经下筛板，通过下封头的下水管和外循环出水管，进入供暖热水管网；

(2)经过设定时间，供热设备供给的供暖热水，通过内循环回水管和下封头的下水管，从底部进入蓄水室，并流经下筛板；由于推挤作用，蓄水室内的供暖低温回水，流经上筛板，通过上封头的上水管和内循环出水管，进入供热设备；

(3)经过设定时间，回到(1)。

4.按照权利要求1所述的热水循环转换器，其特征在于：所述单向阀门组，它的结构包括：外循环出水管、内循环回水管、第一接水管、第二接水管和4个单向阀门，单向阀门的工作顺序为：

(1)两个单向阀门开通，来自供热设备的供暖热水由内循环回水管进入，通过第二接水管，从底部进入第二蓄水室；第一蓄水室内蓄积的供暖热水，从底部由第一接水管导出，经由外循环出水管，向供暖热水管网供水；

(2)经过设定时间，上述单向阀门关闭，另外两个单向阀门开通，来自供热设备的供暖热水由内循环回水管进入，通过第一接水管，从底部进入第一蓄水室；第二蓄水室内蓄积的供暖热水，从底部由第二接水管导出，经由外循环出水管，进入供暖热水管网；

(3)经过设定时间，上述两个单向阀门关闭，回到(1)。