一種城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置，包括套管式管段、中介水系統(tǒng)、熱泵機組和末端循環(huán)系統(tǒng)；所述套管式管段包括外管和內(nèi)管，在內(nèi)外管之間設(shè)置有螺旋狀翅片，在套管式管段兩端分別設(shè)置有傳熱介質(zhì)進水管和傳熱介質(zhì)出水管；中介水系統(tǒng)的輸送管線依次聯(lián)接套管式管段上的傳熱介質(zhì)出水管、中介水系統(tǒng)的輸送泵、熱泵機組和傳熱介質(zhì)進水管；末端循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)管道依次聯(lián)接熱泵機組、循環(huán)泵和末端供冷供熱設(shè)備。本實用新型的優(yōu)點是：無阻塞、無污染、無（主動式）清污維護過程，能適應(yīng)原生污水來水量自然變化的高效、穩(wěn)定回收城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的換熱應(yīng)用。
【專利說明】—種城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種回收城鎮(zhèn)原生污水冷熱量并將其作為熱泵冷熱源的回收利
田悲晉
/Tl 目.ο
【背景技術(shù)】
[0002]利用各種清潔的可再生能源作為熱泵冷熱源為建筑物制冷、供暖和加熱生活熱水等具有重要的節(jié)能減排意義。城鎮(zhèn)原生污水是一種尚未大規(guī)模開發(fā)和利用的優(yōu)良低位熱源，具有水溫波動小、數(shù)量巨大、生成量穩(wěn)定等特點。城鎮(zhèn)原生污水的夏季溫度低于室外環(huán)境溫度，冬季溫度則高于室外環(huán)境溫度，在整個制冷季和供暖季，水溫波動不大，水中蘊藏著大量低溫熱能。城鎮(zhèn)污水生成量大，而且隨著我國城鎮(zhèn)化發(fā)展，其水量將越來越大。
[0003]污水源熱泵系統(tǒng)本身不存在像地埋管地源熱泵受地質(zhì)條件限制，地下水源熱泵受地下水水量和水資源保護限制，空氣源熱泵在熱帶地區(qū)室外環(huán)境溫度很高或寒冷地區(qū)室外環(huán)境溫度很低時運行效率低甚至無法運行以及冬季除霜等局限性。因此，城鎮(zhèn)原生污水較其他冷熱源具有明顯優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展前景與綜合效益。
[0004]自發(fā)展、推廣可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)以來，城鎮(zhèn)原生污水的利用一直備受重視。然而到目前為止，污水源熱泵技術(shù)未能大規(guī)模推廣應(yīng)用，主要原因是城鎮(zhèn)原生污水水質(zhì)很差。比如，城鎮(zhèn)生活污水常含有較高的有機物(如淀粉、蛋白質(zhì)、油脂等)，大量柔性纖維狀雜物與發(fā)絲、柔性漂浮物和微尺度懸浮物；而工業(yè)污水水質(zhì)也各不相同，一般來講，工業(yè)污水中含有金屬及無機化合物、油類、有機污染物等成分，同時工業(yè)污水的PH值往往偏離7，具有一定酸堿度。正是因為污水的這些特殊性導(dǎo)致污水源熱泵在應(yīng)用過程中出現(xiàn)下列問題。
[0005]1.污水流經(jīng)管道和換熱設(shè)備時，由于污水中小尺度污染物濃度高，極易在換熱表面沉積形成污垢、黏性污泥層或貼附形成生物膜、油膜等。而漂浮物和懸浮物等堵塞管道和設(shè)備入口，其最終會阻塞污水的流動，同時由于傳熱熱阻的增加而惡化換熱過程。
[0006]2.污水常引起管道和設(shè)備腐蝕，尤其是污水中的硫化氫易使管道和設(shè)備腐蝕生銹。
[0007]3.由于污水流動阻塞使換熱設(shè)備流動阻力不斷增大，引起流經(jīng)換熱設(shè)備污水量的不斷減少，同時傳熱熱阻的不斷增大，又引起傳熱系數(shù)的不斷減小，因此污水源熱泵運行穩(wěn)定性比其他水源熱泵差，其制冷量和供熱量隨運行時間延長而衰減的速率越來越快。
[0008]4.由于污水的流動阻塞和換熱量的衰減，使得污水源熱泵的運行維護頻繁。
[0009]因此，要推廣應(yīng)用該技術(shù)，必須開發(fā)出一套既高效適用又能長期穩(wěn)定運行的應(yīng)用方法。
[0010]中國專利CN1687677A公開了 一種“城市原生污水冷熱源直流輸送換熱應(yīng)用方法”，該方法適用于城市污水干渠中污水的余熱回收利用，其工作原理為:污水泵將污水從城市污水干渠輸送至熱泵機組附近并返回時，利用直流輸送管線兼作污水換熱系統(tǒng)，污水通過輸送管壁將冷熱量傳遞給管外環(huán)間流動的熱載體后返回污水干渠下游，熱載體將冷熱量經(jīng)熱載體管線和熱載泵傳遞給熱泵機組后經(jīng)過熱載體管線返回直流輸送管線的內(nèi)外管間環(huán)狀空間。為了減少原生污水進入直流輸送管線可能發(fā)生阻塞，并保證污水進入管線水量，該方法要求輸送管線內(nèi)管直徑至少為50mm，管內(nèi)流速至少為0.5m/s。但由于原生污水水質(zhì)的影響，若將該方法用于回收提取城市原生污水中的冷熱量，在換熱過程中，并不能避免直流輸送管線和污水泵等設(shè)備的結(jié)垢、腐蝕與污染甚至阻塞以及其所導(dǎo)致?lián)Q熱量衰減等問題。。
實用新型內(nèi)容
[0011]本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供了一種無阻塞、無污染、無(主動式)清污維護過程的城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置，能適應(yīng)原生污水來水量自然變化的高效、穩(wěn)定回收城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的換熱應(yīng)用。
[0012]本實用新型的技術(shù)方案是:一種城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置，包括套管式管段、中介水系統(tǒng)、熱泵機組和末端循環(huán)系統(tǒng)；所述套管式管段包括外管和內(nèi)管，在內(nèi)外管之間設(shè)置有螺旋狀翅片，在套管式管段兩端分別設(shè)置有傳熱介質(zhì)進水管和傳熱介質(zhì)出水管；中介水系統(tǒng)的輸送管線依次聯(lián)接套管式管段上的傳熱介質(zhì)出水管、中介水系統(tǒng)的輸送泵、熱泵機組和傳熱介質(zhì)進水管；末端循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)管道依次聯(lián)接熱泵機組、循環(huán)泵和末端供冷供熱設(shè)備。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點是:城鎮(zhèn)原生污水在城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)流動過程中，作為污水管網(wǎng)組成部分的套管式管段兼作為污水換熱器，污水始終保持在污水管網(wǎng)中流動，不進入其他管道和設(shè)備。原生污水通過套管式管段的內(nèi)管管壁將冷熱量傳遞給內(nèi)外管間流動的傳熱介質(zhì)(中介水)，傳熱介質(zhì)在內(nèi)外管間收集原生污水冷熱量后，進入熱泵機組的冷凝器或蒸發(fā)器，將冷熱量傳遞給熱泵機組后返回套管式管段的內(nèi)外管間。
[0014]進一步地，本實用新型的城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置依據(jù)流經(jīng)套管式管段污水水量變化，調(diào)節(jié)管段內(nèi)外管間中的傳熱介質(zhì)流動速度，從而控制與污水換熱的傳熱介質(zhì)流量。
[0015]使用者在應(yīng)用本實用新型時，利用污水管網(wǎng)中的套管式管段作為污水換熱系統(tǒng)，省去了污水換熱管道、污水泵等設(shè)備，系統(tǒng)初投資低，工藝簡單，易于安裝，運行穩(wěn)定。本實用新型的城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置其換熱設(shè)備(套管式管段)是污水管網(wǎng)的組成部分，其管段內(nèi)管內(nèi)徑與鄰近非套管式管段內(nèi)徑相同，保證了無大尺寸污物阻塞過流斷面的問題，管內(nèi)壁由于受到污水自然流動的沖刷和清洗，污染極其有限，同時也省去了主動式清污維護過程。同時，用戶可根據(jù)實際需要，將多段套管式管段聯(lián)接起來，使其聯(lián)合運行。本實用新型的城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置根據(jù)流經(jīng)套管式管段污水水量變化，通過調(diào)節(jié)傳熱介質(zhì)流動速度，控制與污水換熱的傳熱介質(zhì)流量，同時在熱泵機組用戶側(cè)可設(shè)置蓄冷(熱)系統(tǒng)，在最大限度回收城鎮(zhèn)原生污水冷熱量供用戶使用的同時，將一時富余的冷(熱)量蓄存起來，做到移峰填谷。另外，本實用新型的城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置還可與太陽能、生物質(zhì)能、其他類型淺層地熱能及工業(yè)余熱、廢熱系統(tǒng)等聯(lián)合運行，相互補充。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]本實用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:[0017]圖1是本實用新型的用于回收城鎮(zhèn)原生污水冷冷熱量的套管式管段結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是套管式管段布水器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是套管式管段串聯(lián)搭接方式示意圖；
[0020]圖4是本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5是具有蓄冷(熱)功能的本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6是多管段串聯(lián)的本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖7是多熱源聯(lián)合換熱的本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]一種城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置，如圖4所示，包括套管式管段、中介水系統(tǒng)(包括輸送管線13和輸送泵14)、熱泵機組15和末端循環(huán)系統(tǒng)(包括循環(huán)管道16、循環(huán)泵17和末端供冷(熱)設(shè)備18)四部分。
[0025]其中:套管式管段同時具備換熱與輸送的功能，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:外管1、螺旋狀翅片2、內(nèi)管3、傳熱介質(zhì)進水管4、布水器5、布水口 6、集水器7、傳熱介質(zhì)出水管8、聯(lián)接插口 9和聯(lián)接承口 10組成。城鎮(zhèn)原生污水在套管式管段內(nèi)管3內(nèi)由上游(聯(lián)接承口 10的方向)流向下游(聯(lián)接插口 9的方向)，傳熱介質(zhì)從其進水管4進入環(huán)狀布水器5進行分流，通過布水口 6進入由外管1、螺旋狀翅片2和內(nèi)管3組成的螺旋狀流道，傳熱介質(zhì)經(jīng)此流道向集水器7方向流動。城鎮(zhèn)原生污水與傳熱介質(zhì)流動方向相反，兩者通過內(nèi)管3管壁逆流換熱。傳熱介質(zhì)完成換熱從套管式管段另一端經(jīng)過集水器7 (結(jié)構(gòu)同布水器5)收集通過傳熱介質(zhì)出水管8送出。
[0026]布水器的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，由于傳熱介質(zhì)受到重力的作用，位于下部的布水口傳熱介質(zhì)壓強較高，上部壓強較低，各布水口可以采用不同開口大小等方法使流入各螺旋狀流道的傳熱介質(zhì)量均勻。
[0027]套管式管段之間串聯(lián)(或與普通污水管聯(lián)接)采用如圖3所示承插式搭接方法。安裝方法同普通混凝土污水管道一樣，將第二段管段(圖中左側(cè)管段)的聯(lián)接插口 9插入第一段管段(圖中右側(cè)管段)的聯(lián)接承口 10內(nèi)，對位后先用嵌縫材料嵌縫，然后用密封材料密封，使之成為一個牢固的封閉的聯(lián)接。對于套管式管段之間串聯(lián)的情況，傳熱介質(zhì)從第一段套管式管段的傳熱介質(zhì)出水管8流出，通過聯(lián)接管線11經(jīng)傳熱介質(zhì)進水管4進入第二段套管式管段內(nèi)進行換熱。
[0028]套管式管段內(nèi)外管間采用螺旋狀翅片2的優(yōu)點如下:污水管網(wǎng)埋設(shè)于地下空間，通過螺旋狀翅片可以起到支撐作用，維持內(nèi)外管相對位置，均勻布置的翅片可使內(nèi)外管間受力均勻；螺旋狀翅片增加污水與傳熱介質(zhì)的換熱面積，增強換熱效果；螺旋狀翅片將傳熱介質(zhì)分隔成多束，避免傳熱介質(zhì)長期積存于環(huán)狀空間底部，造成熱短路。
[0029]本實用新型的工作原理是:原生污水12在城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)中流動時，利用作為污水管網(wǎng)組成部分的套管式管段兼作污水換熱器，污水在管段內(nèi)管3內(nèi)流動，不進入其他管道或設(shè)備中，通過內(nèi)管3管壁將冷熱量傳給內(nèi)外管間螺旋狀空間內(nèi)流動的傳熱介質(zhì)后繼續(xù)流向下游。傳熱介質(zhì)經(jīng)中介水系統(tǒng)中的輸送管線13和輸送泵14將冷熱量傳遞給熱泵機組15后經(jīng)輸送管線13送回套管式管段。熱泵機組15的蒸發(fā)器、冷凝器對冷熱量進行傳輸與轉(zhuǎn)換，冷熱量經(jīng)末端循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)管道16和循環(huán)泵17的輸送，并通過末端供冷(熱)設(shè)備18傳遞給冷熱用戶。為了實現(xiàn)大溫差換熱，降低傳熱介質(zhì)流速，減少中介水系統(tǒng)的能源消耗，污水與傳熱介質(zhì)在換熱時可根據(jù)實際需要，部分或完全采用逆流換熱。
[0030]上面描述了本實用新型的城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置的最基本的實現(xiàn)方式，但是并不構(gòu)成對本實用新型的限制，例如，只要是能夠保證或增強污水與傳熱介質(zhì)換熱量和換熱速率的方式，都是可行的。為了有效保證并增強污水與傳熱介質(zhì)換熱效果，本實用新型還進行了如下改進:
[0031]改進一:
[0032]根據(jù)蓄冷(熱)裝置設(shè)置方式不同，可分為與末端循環(huán)系統(tǒng)并聯(lián)和串聯(lián)兩種。以串聯(lián)為例，如圖5所示。本實施方式中城鎮(zhèn)原生污水流經(jīng)套管式管段進行換熱，并通過中介水系統(tǒng)將載有冷熱量的換熱介質(zhì)送達熱泵機組15內(nèi)進行冷熱量的傳輸與轉(zhuǎn)換，上述工作過程與圖4所不相同。之后，冷熱量經(jīng)蓄冷(熱)傳輸系統(tǒng)(包括傳輸管道19和傳輸泵20)輸送至蓄冷(熱)裝置21內(nèi)儲存，末端用戶所需冷(熱)量從蓄冷(熱)裝置21中提取，經(jīng)末端循環(huán)系統(tǒng)將冷(熱)量輸送至末端供冷(熱)設(shè)備18，將冷熱量傳遞給冷熱用戶。
[0033]改進二:
[0034]當一個套管式管段換熱量不夠時，可根據(jù)實際需要將兩段或兩段以上管段聯(lián)合運行進行換熱。如圖6所示為兩段套管式管段串聯(lián)運行(搭接方式見圖3)。傳熱介質(zhì)由第一段管段(圖中下側(cè)管段)的傳熱介質(zhì)進水管4進入螺旋狀流道，與污水完成換熱后由傳熱介質(zhì)出水管8排出，經(jīng)過聯(lián)接管線11，從第二管段(圖中上側(cè)管段)傳熱介質(zhì)進水管口 4進入并進行換熱，最后由傳熱介質(zhì)出水管8排出，并經(jīng)中介水系統(tǒng)輸送至熱泵機組15。其余工作過程與圖4所示相同。
[0035]改進三:
[0036]本實施方式為多熱源并聯(lián)運行實施，包括城鎮(zhèn)原生污水源、太陽能、生物質(zhì)能、其他類型淺層地熱能及工業(yè)余熱、廢熱等聯(lián)合。如圖7所示，為污水源與太陽能聯(lián)合運行。傳熱介質(zhì)經(jīng)中介水系統(tǒng)分流輸送至套管式管段和太陽能集熱器22進行換熱。兩部分換熱量的匹配由傳熱介質(zhì)分流量決定。換熱后的傳熱介質(zhì)合流或分別進入熱泵機組15。其余工作過程與圖4所示相同。
【權(quán)利要求】
1.一種城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置，其特征在于:包括套管式管段、中介水系統(tǒng)、熱泵機組和末端循環(huán)系統(tǒng)；所述套管式管段包括外管和內(nèi)管，在內(nèi)外管之間設(shè)置有螺旋狀翅片，在套管式管段兩端分別設(shè)置有傳熱介質(zhì)進水管和傳熱介質(zhì)出水管；中介水系統(tǒng)的輸送管線依次聯(lián)接套管式管段上的傳熱介質(zhì)出水管、中介水系統(tǒng)的輸送泵、熱泵機組和傳熱介質(zhì)進水管；末端循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)管道依次聯(lián)接熱泵機組、循環(huán)泵和末端供冷供熱設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置，其特征在于:所述熱泵機組通過傳輸管道依次與傳輸泵、蓄冷蓄熱裝置聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置，其特征在于:所述蓄冷蓄熱裝置與末端供冷供熱設(shè)備并聯(lián)或串聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置，其特征在于:所述套管式管段至少由兩段通過承插口搭接方式串聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置，其特征在于:還設(shè)置有多熱源換熱集熱器與所述中介水系統(tǒng)并聯(lián)，所述多熱源換熱集熱器的熱源包括城鎮(zhèn)原生污水源、太陽能、生物質(zhì)能、淺層地熱能及工業(yè)余熱廢熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置，其特征在于:所述套管式管段的傳熱介質(zhì)進水管設(shè)置在布水器上，所述套管式管段的傳熱介質(zhì)出水管設(shè)置在集水器上，在布水器和集水器上分別設(shè)置有布水口和集水口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種城鎮(zhèn)原生污水冷熱量的回收利用裝置，其特征在于:各布水口的開口大小根據(jù)各自所承受的壓強大小而設(shè)置，以確保流入各螺旋狀翅片間的流道內(nèi)的傳熱介質(zhì)量均勻。
【文檔編號】F24J3/00GK203771804SQ201420125624
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】馬榮江, 孫杰, 余南陽 申請人:西南交通大學(xué)