[发明专利]污水换热器的水声防垢方法与水声防垢装置

说明书

技术领域

本发明涉及热交换设备，特别是涉及污水换热器的水声防垢方法与水声防垢装置。

背景技术

利用城市污水作为冷热源对建筑进行采暖空调，可以直接减少其他短缺能源的消耗，同时还可以达到废物利用的目的，是资源再生利用、发展循环经济、建设节约型社会、友好环境的重要措施。

污水源热泵依靠热泵机组内部制冷剂的物态循环变化，冬季从污水中吸收热量经热泵机组升温后对建筑供热，夏季通过热泵机组把建筑物中的热量传递给污水从而实现供冷。污水替代了冷却塔，具有高效节能、绿色环保、安全可靠、一机多用等突出优点。

利用污水源热泵实现城市废热的回收利用，变废为宝，是新型的可再生清洁能源利用技术，符合可持续发展、建设资源节约型、环境友好型社会的要求。在扩大城市污水利用范围、拓展城市污水治理效益方面具有深远意义。

解决包括污水在内的恶劣水质，对换热设备及管路的堵塞与结垢，实现持续和稳定地换热，是一个世界性技术难题。

利用污水作为污水源热泵的冷热源的技术关键在于：实现污水的高效连续换热，给出不堵塞，不结垢，能长期稳定工作的污水换热器。

在城市污水和热泵之间，设置污水过滤装置和污水换热器，热泵从污水中吸收热量，或向污水中释放热量。交换能量后的污水，从回水管，返回到城市污水的排放系统中。

在污水换热器前设置的污水过滤装置，其过滤孔不可能很小，否则污水过滤装置很快就被堵塞。这样的污水过滤装置可以解决污水换热器的堵塞问题，但污水中的细小粘性杂质，可以通过污水过滤装置，进入污水换热器，不断地在污水换热器内部沉降，在换热板表面沉积，结垢，使换热板表面热阻增大，换热器总体性能很快就变坏。

在工农业和人民生活中，排放各种各样的污水。污水换热器与普通换热器工作条件有很大的区别，普通换热器的设计方法，使用经验，不能用于污水换热器。尽管普通换热器的设计方法与制造工艺，都很成熟，但是，污水换热器科学设计方法，至今，还没有很好解决。

二十世纪末，俄罗斯、韩国等国家先后采用了利用超声波效应的声学除垢防垢技术，经实践证明，这一技术对于去除和防止某些污垢是一个有效的方法。

超声波除垢防垢技术，已经广泛应用于工业或民用的换热设备中。超声波除垢防垢设备，能够较好地解决长期困扰企业的许多除垢问题。

超声波除垢防垢设备主要由超声波发生器、超声波信号传输电缆、超声波能量转换器以及安装超声波换能器的管道组合件组成。

超声波除垢防垢设备，主要是利用超声波的空化效应、活化效应、剪切效应和拟制效应，用超声波强声场处理流体。流体中的成垢物质，在超声场作用下，其物理形态和化学性能发尘一系列变化，使之分散、粉碎、松散和松脱。

水在超声波作用下，当超声波能量足够大时，即达到功率超声时，它能够在常温、常压的环境条件下，使传导介质水中，产生短促的、局部的高温、高压环境，流体产生“声空化效应”，达到防垢、除垢目的。

但是，利用超声波除垢防垢，存在如下几个问题：

(1)超声波除垢防垢，主要针对的是硬而脆的垢物质。超声波清除壁面上的污垢，相当于用锤子将污垢敲掉；预防水中悬浮污垢沉积，相当于用枪打碎空中的飞碟。对于工业和生活污水中，常见的柔软的粘性的污垢，超声波对其作用相当于用锤子轧棉化，效果很有限。

(2)超声波的声源，即发射声信号的装置，是换能器，通常它是利用压电晶体的共振原理工作，发射以某一频率为中心的窄带超声波。因而，能去除的污垢，也必须是能在水中引起共振的污垢，这就只能对一小部分污垢有作用。对于工业和生活污水中，常见的大小不一，质量不同，性质各异的污垢，是无能为力。

(3)由于超声波除垢是硬碰硬，这就需要大功率的超声波发射装置。

为利用简单的声波效应的声学除垢防垢方法，解决工业和生活污水的除垢防垢问题，必须重新研究作为基础理论的水声学。

水声学是声学的一个分支学科，它主要研究声波在水下的产生、传播和接收，用以解决与水下目标探测、信息传输和水下作业有关的声学问题。声波是已知的唯一能够在水中远距离传播的波动，在这方面远比电磁波(无线电波、光波等)好。

声波在水中的传播，水体及其边界，组成复杂多变的传播媒质，它的复杂多变，主要随水况和环境而变化，从而有不同的传播规律。

从水中声源发出的声信号，在水中传播过程中逐渐损失能量，这种传播损失分为扩展损失和衰减损失。