CN101943528A - 污水或地表水源热泵畅通型换热装置及其系统 - Google Patents

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吴荣华
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Abstract

污水或地表水源热泵畅通型换热装置及其系统，涉及一种利用热泵技术提取污水或地表水中的热量或冷量的换热装置及其系统，属于能源技术领域。本发明的目的是解决悬浮物的堵塞和现有技术为实现防堵塞而导致的工艺流程复杂与占地大等关键问题。本发明的装置由大管径管、管板、壳体、内外隔板、封板、污水或地表水进出口、清水进出口等组成，系统由该装置、热泵机组、水泵和连接管路等组成，污水或地表水在大管径管内顺畅地流动，清水在壳内与污水成逆流换热，热泵机组再从清水中提取热量。本发明适用于污水或地表水源热泵间接式系统，前端不需设置过滤网或防阻装置，实现无堵塞的连续换热、取热，系统工艺流程简化，换热效率高，占地少。

Description

污水或地表水源热泵畅通型换热装置及其系统
技术领域
本发明涉及一种利用热泵技术提取污水或地表水中的热量或冷量的换热装置及其系统，属于能源技术领域。
背景技术
利用热泵技术提取污水或地表水中的低位热能为建筑物采暖空调，即污水或地表水源热泵供热空调系统，具有巨大的节能潜力，其节能幅度可达45％以上。按我国现有污水排放量测算，开发利用污水低位热能(按温降4-5℃)，可为20％的城市建筑物供热空调，其开发应用前景非常广阔，是建筑节能减排的有效途径之一。
污水源或地表水源都是水源的一种，相比地下水其主要特点是悬浮物和其它杂质含量大，悬浮物易堵塞换热设备或热泵机组，其它杂质易在换热壁面形成污垢。
一般的过滤或污水处理方面的技术，例如机械格栅、沉淀等，被利用在污水源热泵系统中的主要问题是初投资过大、运行成本过高，另外用户也没有足够的空间安装这些设施。因此，污水源热泵的技术关键是防堵、防垢。
现有技术都采用特殊的过滤措施防堵，再对换热设备或热泵机组定期清洗除垢。按系统形式分为直接式系统和间接式系统，直接式系统是指污水经过滤措施后直接进入热泵机组，间接式系统采用中间换热方式，先将热量传递给清水，清水再进入热泵机组，这两种形式都需要定期清污除垢。
由于污垢不可避免地要在换热壁面上形成，采用直接式系统后，定期对热泵机组清污除垢，易损伤机组，造成蒸发器或冷凝器换热管泄漏，风险太大。因此，多采用中间换热的方式，目前的工程应用也主要是间接式系统。
在采用间接式系统时，当前主要有两类技术：
一类是采用特殊的过滤措施防堵，再利用现有的换热设备中间换热，例如笔者作为发明人开发的专利号ZL200410043654.9、公开号CN1594112A和专利号ZL200610010437.9、公开号CN1920447A的专利技术。
二类是直接采用无堵塞的换热设备中间换热，例如笔者作为发明人开发的专利号ZL200710144522.9、公开号CN101149233A和专利号ZL200720117309.4、公开号CN201096463Y的专利设备。
第一类技术的缺点是增加了过滤设备，系统工艺流程相对复杂，故障点和维护点相对增加。第二类技术的缺点是换热设备内的过流断面较大，换热设备的体积和占地相对增加。但笔者认为，第二类技术相对具有优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种污水或地表水源热泵畅通型换热装置及其系统，它可以有效地解决悬浮物的堵塞和现有技术为实现防堵塞而导致的工艺流程复杂，占地大等关键问题。
本发明的畅通型换热装置如图1、2、3、4、5所示，它由大管径管1、管板2、壳体3-1、壳体3-2、内纵隔板4、内横隔板5、外纵隔板6、外横隔板7、旁通孔8、封板9、污水或地表水进口10、污水或地表水出口11、清水进口12、清水出口13组成，大管径管1固定在管板2上；壳体3-1和3-2分别与管板2连接；内纵隔板4固定在管板2和壳体3-1上，将壳体3-1内部分成两部分；内横隔板5一端与管板连接，另一端与另一管板2留有一定的过水距离，两侧与壳体3-1和内纵隔板4连接，将壳体3-1内部的两部分各形成多壳程；外纵隔板6固定在管板2和壳体3-2上，将壳体3-2内部分成两部分；外横隔板7一端与管板连接，两侧与壳体3-2和内纵隔板4连接，将所有大管径管1形成多管程；旁通孔9设置在内纵隔板4的下部，使壳体3-1内部的两部分连通；封板9通过法兰或丝扣封闭壳体3-2两端；污水或地表水进口10和污水或地表水出口11分别连接在壳体3-2上部；清水进口12、清水出口13分别连接在壳体3-1上部；大管径管1的管径在50～150mm之间；每管程内的管在水平方向可以设置多排，在垂直方向可以设置一排或一排以上。
运行原理为：含悬浮物和其它杂质的污水或地表水从污水或地表水进口10进入该换热装置，经外纵隔板6和外横隔板7与封板9的阻隔，从大管径管1内以多管程的形式依次流过，流往污水或地表水出口11，并从污水或地表水出口11流出；清水则从清水进口12进入，经内纵隔板4和内横隔板5的阻隔和旁通孔9的旁通，从大管径管1外和壳体3-1内以多壳程的形式依次流过，并从清水出口13流出，污水或地表水与清水成纯逆流换热。
本发明的系统如图6所示，它由畅通型换热装置14、热泵机组15、污水或地表水泵16、污水或地表水供水管17、污水或地表水排水管18、清水泵19、清水供水管线20、清水回水管线21和低位水箱22组成，污水或地表水泵16连接在污水或地表水供水管17上；污水或地表水供水管17与畅通型换热装置14的污水或地表水进口10连接；污水或地表水排水管18与畅通型换热装置14的污水或地表水出口11连接；清水泵19连接在清水供水管线20上；清水供水管线20分别与畅通型换热装置14的清水出口13和热泵机组15的进口连接；清水回水管线21分别与畅通型换热装置14的清水进口12和热泵机组15的出口连接；低位水箱22连接在清水泵19和畅通型换热装置14之间的清水供水管线20上。
运行原理为：污水或地表水泵16抽送污水或地表水进入畅通型换热装置14，清水泵19抽送清水在畅通型换热装置14和热泵机组15之间进行循环，污水或地表水与清水通过畅通型换热装置14进行冷热量交换，热泵机组15从清水中提取冷热量。
该装置及其系统具有如下有益效果：
(1)采用大管径换热方式，污水或地表水直接进入换热装置进行换热，前端不需设置过滤网或防阻装置，解决了污水或地表水源热泵的堵塞问题。
(2)采用大管径后，管壁会适当增大，但系统为开式循环，接近无压状态，不存在承压问题，适当增加的壁厚不需要对承压起作用，因此留有了足够的腐蚀余量。
(3)换热装置采用纯逆流换热，换热效率高；采用大管径后，流动阻力小，水泵能耗。
(4)相对传统的壳管换热器，管的数量减少75％左右，清洗工作量减少，利于维护管理；
(5)污水或地表水的进口、出口和清水的进口、出口都在换热装置的上部，下部无连接口，最大限度地减小了换热装置的占用空间。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图
图2是图1的A向图
图3是图1的B-B剖面图
图4是图1的C-C剖面图
图5是图1的D-D剖面图
图6是本发明系统的结构示意图
图7是具体实施方式八的结构示意图
实施方式
具体实施方式一，结合图1、图2、图3、图4、图5进行说明。本实施方式的畅通型换热装置它由大管径管1、管板2、壳体3-1、壳体3-2、内纵隔板4、内横隔板5、外纵隔板6、外横隔板7、旁通孔8、封板9、污水或地表水进口10、污水或地表水出口11、清水进口12、清水出口13组成，大管径管1固定在管板2上；壳体3-1和3-2分别与管板2连接；内纵隔板4固定在管板2和壳体3-1上，将壳体3-1内部分成两部分；内横隔板5一端与管板连接，另一端与另一管板2留有一定的过水距离，两侧与壳体3-1和内纵隔板4连接，将壳体3-1内部的两部分各形成多壳程；外纵隔板6固定在管板2和壳体3-2上，将壳体3-2内部分成两部分；外横隔板7一端与管板连接，两侧与壳体3-2和内纵隔板4连接，将所有大管径管1形成多管程；旁通孔9设置在内纵隔板4的下部，使壳体3-1内部的两部分连通；封板9通过法兰或丝扣封闭壳体3-2两端；污水或地表水进口10和污水或地表水出口11分别连接在壳体3-2上部；清水进口12、清水出口13分别连接在壳体3-1上部；大管径管1的管径在50～150mm之间；每管程内的管在水平方向可以设置多排，在垂直方向可以设置一排或一排以上。
具体实施方式二(参见图1～图5)，本实施方式的大管径管1的管径为70～125mm，其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三(参见图1～图5)，本实施方式的大管径管1的管径为90～110mm，其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四(参见图1～图5)，本实施方式的大管径管1的管径为95～105mm，其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五，本实施方式的每管程内的管在垂直方向是单排管或两排管或三排管，其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六，本实施方式的每管程内的管在垂直方向是单排管，其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式七，本实施方式是本发明系统的具体实施方式，结合图6进行说明，它由畅通型换热装置14、热泵机组15、污水或地表水泵16、污水或地表水供水管17、污水或地表水排水管18、清水泵19、清水供水管线20、清水回水管线21和低位水箱22组成，污水或地表水泵16连接在污水或地表水供水管17上；污水或地表水供水管17与畅通型换热装置14的污水或地表水进口10连接；污水或地表水排水管18与畅通型换热装置14的污水或地表水出口11连接；清水泵19连接在清水供水管线20上；清水供水管线20分别与畅通型换热装置14的清水出口13和热泵机组15的进口连接；清水回水管线21分别与畅通型换热装置14的清水进口12和热泵机组15的出口连接；低位水箱22连接在清水泵19和畅通型换热装置14之间的清水供水管线20上。
具体实施方式八(参见图7)，本实施方式的系统中畅通型换热装置14可以多个串联或并联，其它组成和连接关系与具体实施方式七相同。

Claims (8)

1.一种污水或地表水源热泵畅通型换热装置，其特征在于它由大管径管1、管板2、壳体3-1、壳体3-2、内纵隔板4、内横隔板5、外纵隔板6、外横隔板7、旁通孔8、封板9、污水或地表水进口10、污水或地表水出口11、清水进口12、清水出口13组成，大管径管1固定在管板2上；壳体3-1和3-2分别与管板2连接；内纵隔板4固定在管板2和壳体3-1上，将壳体3-1内部分成两部分；内横隔板5一端与管板连接，另一端与另一管板2留有一定的过水距离，两侧与壳体3-1和内纵隔板4连接，将壳体3-1内部的两部分各形成多壳程；外纵隔板6固定在管板2和壳体3-2上，将壳体3-2内部分成两部分；外横隔板7一端与管板连接，两侧与壳体3-2和内纵隔板4连接，将所有大管径管1形成多管程；旁通孔9设置在内纵隔板4的下部，使壳体3-1内部的两部分连通；封板9通过法兰或丝扣封闭壳体3-2两端；污水或地表水进口10和污水或地表水出口11分别连接在壳体3-2上部；清水进口12、清水出口13分别连接在壳体3-1上部；大管径管1的管径在50～150mm之间；每管程内的管在水平方向可以设置多排，在垂直方向可以设置一排或一排以上。
2.根据权利要求1所述的污水或地表水源热泵畅通型换热装置，其特征在于大管径管1的管径为70～125mm。
3.根据权利要求1所述的污水或地表水源热泵畅通型换热装置，其特征在于大管径管1的管径为90～110mm。
4.根据权利要求1所述的污水或地表水源热泵畅通型换热装置，其特征在于大管径管1的管径为95～105mm。
5.根据权利要求1所述的污水或地表水源热泵畅通型换热装置，其特征在于每管程内的管在垂直方向是单排管或两排管或三排管。
6.根据权利要求1所述的污水或地表水源热泵畅通型换热装置，其特征在于每管程内的管在垂直方向是单排管。
7.一种污水或地表水源热泵系统，其特征在于它由畅通型换热装置14、热泵机组15、污水或地表水泵16、污水或地表水供水管17、污水或地表水排水管18、清水泵19、清水供水管线20、清水回水管线21和低位水箱22组成，污水或地表水泵16连接在污水或地表水供水管17上；污水或地表水供水管17与畅通型换热装置14的污水或地表水进口10连接；污水或地表水排水管18与畅通型换热装置14的污水或地表水出口11连接；清水泵19连接在清水供水管线20上；清水供水管线20分别与畅通型换热装置14的清水出口13和热泵机组15的进口连接；清水回水管线21分别与畅通型换热装置14的清水进口12和热泵机组15的出口连接；低位水箱22连接在清水泵19和畅通型换热装置14之间的清水供水管线20上。
8.根据权利要求7所述的污水或地表水源热泵系统，其特征在于畅通型换热装置14可以多个串联或并联。
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