CN114001586A - 一种换热器装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种换热器装置及系统，装置包括：换热器组件和水质处理组件；水质处理组件包括：电场水处理系统核心模块、感应线圈和铁氧体环；电场水处理系统核心模块与感应线圈电连接，用于为感应线圈提供电流信号，使感应线圈内产生感生磁场；感应线圈与铁氧体环配合连接，使铁氧体环产生感生磁场；铁氧体环外敷式安装于供水管的外侧，使得供水管及其中的水产生感应电场；供水管水中的感应电场作用于水中的Ca²⁺、Mg²⁺和CO₃ ^2‑，从而趋向于形成更稳定的分子结构；供水管水中的感应电场增强了范德华力，形成整齐排列的微小的文石晶核。本申请解决了现有技术中缺乏一种既能快速有效阻垢和除垢、降低生产成本，又能降低污染、提高安全性的换热器装置的技术问题。

Description

一种换热器装置及系统

技术领域

本申请涉及换热器领域，尤其涉及一种换热器装置及系统。

背景技术

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位。

目前，换热器内部水质处理，在去除硬度和碱度时基本采用化学药剂进行管理，主要目的是缓蚀和阻垢。然而化学法具有浓度难以在线检测的局限性，加药量实现自动控制较困难。因此，管理腐蚀和结垢不易，导致系统腐蚀或者结垢，甚至两者交替出现，为系统带来损失。

目前同类的物理处理手段，包括电化学吸附类、强磁类等则因为对整体系统的改善有限，对换热器装置无明显效果。超声波类设备则因安全和承压问题很难部署在换热器内部安装，现有技术均不能完美满足系统需求。因此，现有技术中缺乏一种既能快速有效阻垢和除垢、降低生产成本，又能降低污染、提高安全性的换热器装置。

发明内容

本申请的目的在于提供一种换热器装置及系统，解决现有技术中缺乏一种既能快速有效阻垢和除垢、降低生产成本，又能降低污染、提高安全性的换热器装置的技术问题。

本申请提供了一种换热器装置，包括：换热器组件和水质处理组件；

所述换热器组件包括：换热器模块、水泵和冷却水供水管；

所述冷却水供水管与所述换热器模块的冷却水入口以及水泵的出水口连接；

所述水质处理组件包括：电场水处理系统核心模块、感应线圈和铁氧体环；

所述电场水处理系统核心模块与所述感应线圈电连接，用于为所述感应线圈提供电流信号，使所述感应线圈内产生感生磁场；

所述感应线圈与所述铁氧体环配合连接，使所述铁氧体环产生感生磁场；

所述铁氧体环外敷式安装于所述冷却水供水管的外侧，所述冷却水供水管及其内部的水作为所述铁氧体环的二次感应侧，使得所述冷却水供水管中的水产生感应电场；

所述冷却水供水管水中的感应电场作用于所述水中的Ca²⁺、Mg²⁺和CO₃ ^2-，使电场力和洛伦兹力得到加强，从而趋向于形成更稳定的分子结构；

所述冷却水供水管水中的感应电场增强了范德华力，使得水中的CaCO₃规则排列，形成整齐排列的微小的文石晶核，区别于水垢中的方解石晶核。

进一步的，所述铁氧体环包括铁氧体块和连接结构；

所述连接结构用于将所述铁氧体块连接形成环状结构，从而可适配于不同管径的所述冷却水供水管的外侧并固定连接。

进一步的，所述电场水处理系统核心模块为EWT交变电场水处理系统核心模块，用于产生电流信号，从而通过环路形成磁场并转换为冷却水供水管和水中的电场，并不断地改变电场方向，使得水中的Ca²⁺、Mg²⁺和CO₃ ^2-受力运动更加剧烈，有利于更高效地形成文石晶核结构。

进一步的，所述水质处理组件设置于所述冷却水供水管外。

进一步的，所述冷却水供水管包括安装管和连接管；

所述安装管和所述连接管连接组成所述供水管；

所述铁氧体环外敷式安装于所述安装管的外侧。

进一步的，所述冷却水供水管或所述安装管优选为非金属材料制成的管道。

进一步的，所述安装管的进水端和出水端均设置有法兰结构，所述法兰结构用于与所述连接管可拆卸地连接。

进一步的，所述法兰结构上配合设置有密封圈。

本申请还提供了一种换热器系统，包括上述换热器装置和综合控制器；

所述综合控制器与所述水质软化处理系统的电场水处理系统核心模块通信连接，用于控制所述电场水处理系统核心模块的运行状态。

与现有技术相比，本申请实施例的优点在于：

本申请提供了一种换热器装置，包括：换热器组件和水质处理组件；所述换热器组件包括：换热器模块、水泵和冷却水供水管；所述冷却水供水管与所述换热器模块的冷却水入口以及水泵的出水口连接；所述水质处理组件包括：电场水处理系统核心模块、感应线圈和铁氧体环；所述电场水处理系统核心模块与所述感应线圈电连接，用于为所述感应线圈提供电流信号，使所述感应线圈内产生感生磁场；所述感应线圈与所述铁氧体环配合连接，使所述铁氧体环产生感生磁场；所述铁氧体环外敷式安装于所述冷却水供水管的外侧，所述冷却水供水管及其内部的水作为所述铁氧体环的二次感应侧，使得所述冷却水供水管及其中的水产生感应电场；所述冷却水供水管及其中的水中的感应电场作用于所述水中的Ca²⁺、Mg²⁺和CO₃ ^2-，使电场力和洛伦兹力得到加强，从而趋向于形成更稳定的分子结构；所述冷却水供水管水中的感应电场增强了范德华力，使得水中的CaCO₃规则排列，形成整齐排列的微小的文石晶核，区别于水垢中的方解石晶核。

本申请所提供的换热器装置，包括换热器组件和水质处理组件，换热器组件包括换热器模块、水泵和冷却水供水管，水泵通过冷却水供水管为换热器模块供水，使换热器模块工作；水质处理组件包括：电场水处理系统核心模块、感应线圈和铁氧体环，通过电场水处理系统核心模块向感应线圈施加电流信号，从而使感应线圈内部产生感生磁场，通过将感应线圈与铁氧体环配合连接，使得铁氧体环的内部在感应线圈磁场的作用下生成新的感生磁场，由于铁氧体环外敷式安装于供水管外，因此将冷却水供水管及其中的水作为二次感应侧，最终产生感应电场，属电-磁-电二次耦合技术，从而供水管及其中的水中的感应电场作用于水中的Ca²⁺、Mg²⁺和CO₃ ^2-，使电场力和洛伦兹力得到加强，从而各离子趋向于形成更稳定的分子结构，同时感应电场增强了范德华力，使得水中的CaCO₃规则排列，形成整齐排列的微小的文石晶核，与自然形成的方解石晶核不同的是，文石晶核颗粒微小且悬浮于水中或呈松散状沉落于水底，不会粘附于供水管或换热器换热面，从而延缓甚至避免在换热面板形成水垢，同时分散悬浮形成的文石晶核，也给其他离子提供了成垢所需的晶种，使其他离子在文石晶核上成垢，可通过换热器回水排除，达到阻垢的效果。

与此同时，由于供水管或换热面本身已经存在的水垢与水中的离子一直处于可逆反应的状态，即水中的离子一直在结合形成水垢，而水垢同时也在分解成为多种离子，且形成水垢的速度大于水垢分解的速度，而本申请中的由于在水垢分解形成离子后，其中的Ca²⁺和CO₃ ^2-在感应电场的作用下很快便结合成为文石晶核，从而减少了溶解于水中的Ca²⁺和CO₃ ^2-的含量，进一步促进了水垢的分解电离，从而达到了除垢的效果。

本申请通过采用物理的方式即可有效实现对水质阻垢和除垢，实现水质软化，无需增加化学药剂，提高了阻垢和除垢效率，同时减少污染，提高操作的安全性，从而本申请解决了现有技术中缺乏一种既能快速有效阻垢和除垢、降低生产成本，又能降低污染、提高安全性的换热器装置的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的换热器装置的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的水质处理组件的结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的水质处理组件的爆炸视图；

图4为本申请实施例所提供的水质处理组件的局部结构图。

其中，附图标记为：换热器组件1、水质处理组件2、换热器模块3、冷却水供水管4、核心模块电路板5、电场水处理系统核心模块6、感应线圈7、铁氧体环8、铁氧体块9、连接结构10、法兰结构11、安装管12。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了便于理解，请参阅图1至图4，图1为本申请实施例所提供的换热器装置的结构示意图；图2为本申请实施例所提供的水质处理组件的结构示意图；图3为本申请实施例所提供的水质处理组件的爆炸视图；图4为本申请实施例所提供的水质处理组件的局部结构图。

本申请提供一种换热器装置，包括：换热器组件1和水质处理组件2；

换热器组件1包括：换热器模块3、水泵和冷却水供水管4；

冷却水供水管4与换热器模块3的冷却水入口以及水泵的出水口连接；

水质处理组件包括：电场水处理系统核心模块6、感应线圈7和铁氧体环8；

电场水处理系统核心模块6与感应线圈7电连接，用于为感应线圈7提供电流信号，使感应线圈7内部产生感生磁场；

感应线圈7与铁氧体环8配合连接，使铁氧体环8产生感生磁场；

铁氧体环8外敷式安装于冷却水供水管4的外侧，冷却水供水管4及其内部的水作为铁氧体环8的二次感应侧，使得冷却水供水管4及其中的水产生感应电场；

冷却水供水管4水中的感应电场作用于水中的Ca²⁺、Mg²⁺和CO₃ ^2-，使电场力和洛伦兹力得到加强，从而趋向于形成更稳定的分子结构；

冷却水供水管4水中的感应电场增强了范德华力，使得水中的CaCO₃规则排列，形成整齐排列的微小的文石晶核，区别于水垢中的方解石晶核。

需要说明的是，本申请的冷却水供水管4与换热器模块3的冷却水入口连接，水泵与冷却水供水管4连接，使得水泵可通过冷却水供水管4向换热器模块3中供水，使得换热器模块3可正常运行，实现热能转换等功能。

本申请电场水处理系统核心模块6用于向感应线圈7施加电流信号，使得感应线圈7通电，使得铁氧体环8的内部在感应线圈7的作用下生成新的感生磁场，由于铁氧体环8套设于冷却水供水管4外，因此冷却水供水管4及其中的水作为二次感应侧，最终产生感应电场，属电-磁-电二次耦合技术，通过使冷却水供水管4中的水中产生感应电场，而感应电场使水中的Ca²⁺和CO₃ ^2-趋向于强制结合，生成CaCO₃，且此类分子及结合成的晶核在水中趋向于均匀分布，提前强制形成分散的微粒晶体，即文石晶核，在降低水体总硬度和总碱度的同时，也通过分散悬浮形成微粒垢悬浮于水中或呈松散状沉落于水底，避免在换热器的内侧壁结成大的垢块。通过电场的强制成垢机理，使垢强制生成，且无法附着在换热面或管道上，只能在换热器中悬浮并趋向于沉淀，最终在排出时随水排出系统，避免在换热面板形成水垢。并且，由于水中有悬浮生成的文石晶核，则Ca²⁺、Mg²⁺、PO₄ ^3-、SO₄ ^2-、CO₃ ^2-，同时分散悬浮形成的文石晶核，也给这些离子提供了成垢所需的晶种，优先围绕晶核生长，使其他离子在文石晶核上成垢，并一同排出换热器，因溶解度降低，先后生成的各种沉淀，都优先在文石纳米晶核上析出结晶，进一步地降低了水体的硬度，从而本申请在降低循环水总硬度和总碱度的同时，也通过分散悬浮形成微粒垢，避免在换热板/管面结成牢固附着的垢块。

与此同时，在具有水垢的冷却水供水管4和换热器模块3中，水垢与水体中的离子之间持续存在可逆反应，其化学式为：

CaCO₃+H₂O+CO₂→Ca(HCO₃)₂；

基于以上两化学反应式，CaCO₃和Ca(HCO₃)₂在水中存在互相转化的平衡反应，当CaCO₃反应生成Ca(HCO₃)₂，又重新生成CaCO₃时，电场对CaCO₃分子产生两个作用：一方面，电场使CaCO₃在水中趋向于均匀分布，而不是大部分在换热面成垢，这就在水中形成大量的分散晶核，使得结垢更多在水中悬浮CaCO₃晶核上进一步生长；另一方面，电场促使CaCO₃分子间趋向于有序排列，使得原有CaCO₃方解石转换为CaCO₃文石。以上两者共同使得CaCO₃方解石原垢转换为CaCO₃文石微粒垢并在水中分散生长。从宏观角度，则可观察到老垢表面CaCO₃逐渐溶解软化，而水中悬浮强制成垢增加。从而达到除垢的效果。而对于硫酸钙磷酸钙类已经成垢，虽然无法通过化学反应将其清除，但是由于水垢是硫酸钙和磷酸钙等通过与碳酸钙一起结合而形成的，在有效地清除碳酸钙后，水垢中的硫酸钙和磷酸钙会因失去碳酸钙的连接而散开并成块脱落，从换热器排水口排出，从而达到了对于磷酸钙和硫酸钙类水垢的除垢效果。

本申请所提供的换热器装置还具有杀菌灭藻的技术效果，在电场的作用下，硬水中的离子不断析出，使得水中离子浓度下降，在微粒表面，包括细菌病毒藻类孢子表面包裹上一层水分子，形成纯水渗透环境。在渗透作用下，由于细胞膜(壁)外部的浓度低于细胞膜(壁)内部的浓度，导致水分子从细胞膜(壁)外往浓度高的内部渗透，当内部水分过多，使得膜壁形变达到破裂的程度，破坏掉生物结构，使其消亡。藻类成体因体积较大，且外壁较厚，渗透作用无法造成影响，但藻类十四天生命周期，电场阻断了藻类的繁殖途径，因此藻类生物在十四天后由于无法进行繁殖的而消亡，从而实现了有效进行杀菌灭藻的技术效果。

本申请的换热器装置，效果明显易判断，若观察换热器回水具有白色悬浊液，即可判定阻垢功能形成CaCO₃微粒；从回水口观察到老垢片脱落，即可判定除垢功能导致老垢脱落排出；本申请的水处理系统，采用物理方式进行换热器供水和换热器内部水质处理，且与主流处理方式不冲突，可互为补充加强效果，针对各种总硬度和总碱度的水质，具有实时在线水质软化功能和除垢功能，广谱适应性强；其结构紧凑、占用空间小；系统无需特殊维护，寿命长，成本相对低廉，本申请的原理属电场-磁场-电场的二次耦合技术，不依赖于水的流动性，但其效果能随管道和水传播，具有更广泛的适用场景。

本申请目的是在于提供一种换热器装置，以物理方式，实现实时在线水质软化，满足水质除垢阻垢需求。同时，因无需新增化学药剂，具备环保优点、维持长期较高热效率的节能优点、减少垢下腐蚀延长使用寿命的优点和相关除垢阻垢功能无人值守自动运行的优点。从而本申请解决了现有技术中缺乏一种既能快速有效阻垢和除垢、降低生产成本，又能降低污染、提高安全性的换热器装置的技术问题。

本申请产生的交变电场在换热器冷却水供水管生成，并遵循右手原则，随水和管道传输。因交变电场正负象限反复快速变化，所以交变电场传输表现为自安装点沿水和冷却水供水管4同时双向传输，增加处理水质的范围，使效果范围更广，时间更持久，其中一侧作用于换热器。本申请实现实时在线除垢阻垢，为换热器模块3提供更好的换热器效率；其结构紧凑、占用空间小；系统无需特殊维护，寿命长，成本相对低廉，为客户解决了诸多难题。

本申请中所提供的换热器模块3，可包括各种类型的换热器，包括但不仅限于板式、管式、盘管式等。可将换热器推广为各种类型的换热系统，包括工业、商业、农业、家用等。

作为进一步的改进，本申请实施例中的铁氧体环8包括铁氧体块9和连接结构10；

连接结构10用于将铁氧体块9连接形成环状结构，从而可适配于冷却水供水管4的外侧并固定连接。

具体来说，铁氧体块9优选为条状结构，连接结构10优选为螺钉结构，铁氧体块9的两端设置有与螺钉配合的安装孔，铁氧体块9的数量可根据冷却水供水管4外围的大小灵活设置，使得铁氧体环8可适配于不同型号不同外径的冷却水供水管4的外部。

作为进一步的改进，本申请实施例所提供的换热器装置的电场水处理系统核心模块6具体为EWT交变电场水处理系统核心模块6，用于产生电信号，内置有核心模块电路板5，核心模块电路板5与感应线圈7电连接，核心模块电路板5预装专用控制系统，控制主控电路生成交变电场，通过核心模块电路板5控制感应线圈7产生交变电流信号，从而通过环路形成磁场并转换为冷却水供水管和水中的电场，并不断地改变电场方向，使得水中的Ca²⁺、Mg^{2 +}和CO₃ ^2-受力运动更加剧烈，有利于更高效地形成文石晶核结构。

作为进一步的改进，本申请实施例所提供的水质处理组件设置于水泵和换热器之间的冷却水供水管4，使得水经过水泵后，进入换热器前便已经携带交变电场，有利于提早将水中的离子进行强制结合形成文石晶核，且由于供水管4的横截面积相对较小，因此使得水中的粒子受到感应电场的作用力更加明显，同时方便换热器装置的安装，减小设备体积，具有安全、高效、拆装方便等的特点。

作为进一步的改进，本申请实施例所提供的换热器装置的冷却水供水管4包括安装管12和连接管；安装管12和连接管连接组成冷却水供水管4，铁氧体环外敷式安装于安装管12的外侧，冷却水供水管4或安装管12优选为非金属材料制成的管道。采用非金属材料设计有利于避免冷却水供水管或安装管12和换热器模块3金属性接触而造成短路环境，并避免水泵或供水管接地将能量导入大地，同时可以有效提高电能的利用率，使得电场的所有能量都作用于水中，提高阻垢和除垢的效果。

本申请中的冷却水供水管5，既可为一体制成的管道，管道的整体材料优选为非金属材料；也可为由安装管126和连接管连接而成的管道，铁氧体环外敷式安装于安装管126上，其中安装管12材料优选为非金属材料，连接管的材料可为非金属材料，也可为金属材料。上述实施方式均为本申请的保护范围之中。

作为进一步的改进，本申请实施例所提供的冷却水供水管4的进水端和出水端均设置有法兰结构11，法兰结构11用于与连接管可拆卸地连接。

具体来说，用于安装水质处理组件的安装管12可为整个水处理系统的冷却水供水管4的其中一段，供水管4采用非金属材料制成，且两端设置有法兰结构11，与连接管进行可拆卸地连接，从而有利于快速地拆装和更换，除冷却水供水管4，连接管可仍然采用金属材料制成，从而提高供水管4的耐用度。优选的，法兰结构11可配合连接密封圈，从而保证连接连接部位的密封性，避免发生漏水。

作为进一步的改进，本申请实施例所提供的换热器装置还可以设置于水处理系统的水泵之前，使得水中的各离子被换热器装置施加电场力后，利用水泵的紊流，增加了水中各微粒相遇的机会，从而得到更多的絮凝量和更稳定的絮凝体。

本申请还提供一种换热器系统，包括上述的换热器装置和综合控制器；

综合控制器与换热器装置的电场水处理系统核心模块6通信连接，用于控制电场水处理系统核心模块6的运行状态。

以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种换热器装置，其特征在于，包括：换热器组件和水质处理组件；

所述换热器组件包括：换热器模块、水泵和冷却水供水管；

所述冷却水供水管与所述换热器模块的冷却水入口以及水泵的出水口连接；

所述水质处理组件包括：电场水处理系统核心模块、感应线圈和铁氧体环；

所述电场水处理系统核心模块与所述感应线圈电连接，用于为所述感应线圈提供电流信号，使所述感应线圈内产生感生磁场；

所述感应线圈与所述铁氧体环配合连接，使所述铁氧体环产生感生磁场；

所述铁氧体环外敷式安装于所述冷却水供水管的外侧，所述冷却水供水管及其内部的水作为所述铁氧体环的二次感应侧，使得所述冷却水供水管中的水产生感应电场；

所述冷却水供水管水中的感应电场作用于所述水中的Ca²⁺、Mg²⁺和CO₃ ^2-，使电场力和洛伦兹力得到加强，从而趋向于形成更稳定的分子结构；

所述冷却水供水管水中的感应电场增强了范德华力，使得水中的CaCO₃规则排列，形成整齐排列的微小的文石晶核，区别于水垢中的方解石晶核。

2.根据权利要求1所述的换热器装置，其特征在于，所述铁氧体环包括铁氧体块和连接结构；

所述连接结构用于将所述铁氧体块连接形成环状结构，从而可适配于不同管径的所述冷却水供水管的外侧并固定连接。

3.根据权利要求1所述的换热器装置，其特征在于，所述电场水处理系统核心模块为EWT交变电场水处理系统核心模块，用于产生电流信号，从而通过环路形成磁场并转换为冷却水供水管和水中的电场，并不断地改变电场方向，使得水中的Ca²⁺、Mg²⁺和CO₃ ^2-受力运动更加剧烈，有利于更高效地形成文石晶核结构。

4.根据权利要求1所述的换热器装置，其特征在于，所述水质处理组件设置于所述水泵和所述换热器模块之间的所述冷却水供水管。

5.根据权利要求1所述的换热器装置，其特征在于，所述冷却水供水管包括安装管和连接管；

所述安装管和所述连接管连接组成所述冷却水供水管；

所述铁氧体环外敷式安装于所述安装管的外侧。

6.根据权利要求5所述的换热器装置，其特征在于，所述冷却水供水管或所述安装管优选为非金属材料制成的管道。

7.根据权利要求6所述的换热器装置，其特征在于，所述安装管的进水端和出水端均设置有法兰结构，所述法兰结构用于与所述连接管可拆卸地连接。

8.根据权利要求7所述的换热器装置，其特征在于，所述法兰结构上配合设置有密封圈。

9.一种换热器系统，其特征在于，包括权利要求1～7任一项所述的换热器装置和综合控制器；

所述综合控制器与所述水质软化处理系统的电场水处理系统核心模块通信连接，用于控制所述电场水处理系统核心模块的运行状态。

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