CN107388608A - 热循环装置及资源化回收水厕系统 - Google Patents

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Abstract

针对现有技术中热水器中的热水只能一次性使用，难以实现循环利用的问题，本发明提供一种热循环装置及资源化回收水厕系统，包括给压循环装置，该给压循环装置包括密闭的大水箱、设置在大水箱内上部的小水箱、设置在大水箱顶部的热水出水管、设置在小水箱侧部的冷水返回管以及设置在大水箱内设置的当大水箱内的液位高于小水箱底部时能够隔绝大水箱与小水箱的浮阀；其中，热水出水管的出水位置低于冷水返回管的回水位置；其中，所述的热水出水管连接用热单元的进水端，该用热单元的出水端连接冷水返回管；大水箱侧部下端连接有用于加热大水箱内部液体的加热元件。本发明利用太阳能为能源，循环利用热水，具有绿色、高效的优点。

Description

热循环装置及资源化回收水厕系统
技术领域
本发明涉及水循环领域，尤其涉及一种热循环装置及资源化回收水厕系统，尤其适合用于旅游区、大型活动现场的粪便收集与资源化以及太阳能热水器的无动力水循环系统。
背景技术
太阳能（solar energy），是指太阳的热辐射能（参见热能传播的三种方式:辐射），主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。
现今的太阳能热水器把太阳能转换成热能主要依靠真空集热管，真空集热管利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而得到所需热水。同时，人类粪便中富含N、P营养物质。随着水厕技术在城乡广泛推广，粪便通常均排放到化粪池中，并最终进入市政污水处理厂得到处理。在此过程中，大部分N通过硝化-反硝化过程得到去除；磷大部分通过污泥进行回收。由于城市污泥成分复杂，现在尚未有很好技术实现污泥的资源化，最终大部分污泥被填埋，磷也随之损失。N、P都是作物必须的营养元素，不能有效地对人类粪便中的N、P物质进行循环利用，既是极大的浪费，也是对环境的污染。
当前，限制人类粪便循环利用的关键在于：（1）水厕系统排出的粪便含水量大，有恶臭，且大部分人口集中到城镇后，到农田的距离也增加了。农民使用粪便作为肥料，即使排除卫生因素，运输成本高，收集难，施用不便。（2）人类粪便不可避免带有病原菌、寄生虫卵等污染物质，因此收集的粪便应该便于下一步的处理，如堆肥。
一些现有技术提出改进的干厕设计，然而，在当前水厕普及的情况下，另外推行干厕系统显然有困难。设计一种与现行卫生设施系统相兼容的粪便烘干、脱臭设施，将极大方便粪便的收集、运输和下一步处理，从而有助于实现人类粪便的资源化。
太阳能在人类粪便烘干过程中是可以免费利用的资源，利用太阳能加热水，并用热水烘干人类粪便，将有助于实现上述目标。但通常太阳能热水器都是安装在屋顶，而冷水下沉热水上浮。要顺利利用热水加热人类粪便进行烘干，就需要首先把热水引导到厕所的下方。如果热水是一次性利用，则只需要把位于楼顶的热水通过阀门放下来。但这种利用方式，一方面需要不断往楼顶补充自来水，而引下来的水又很难再次抽提到楼顶实现再次利用。如果利用抽水机抽提，则需要额外的能源。因此需要一种基于太阳能为动力的自动循环系统。
发明内容
针对现有技术中存在引下来的水无法自动返回到热水器的问题，热水只能一次性使用，难以实现循环利用，本发明提供一种热循环装置及资源化回收水厕系统，其结构简单，采用太阳能作为能量来源，不设置其他能量输入，对比现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步。
所述的一种热循环装置，其技术方案在于：包括给压循环装置，该给压循环装置包括密闭的大水箱、设置在大水箱内上部的小水箱、设置在大水箱 顶部 的热水出水管、设置在小水箱侧部的冷水返回管以及设置在大水箱内设置的当大水箱内的液位高于小水箱底部时能够隔绝大水箱与小水箱的浮阀；其中，热水出水管的出水位置低于冷水返回管的回水位置；其中，所述的热水出水管连接用热单元的进水端，该用热单元的出水端连接冷水返回管；其中，小水箱的底部设有连通大水箱的连通孔且该小水箱的顶部设有连通大气的泄压孔；其中，大水箱侧部下端连接有用于加热大水箱内部液体的加热元件。
进一步的，所述的给压循环装置中的大水箱的侧部下端连接有用于加热大水箱内部液体的太阳能集热器。
一种使用了上述热循环装置的资源化回收水厕系统，其技术方案在于：包括设置在卫生间屋顶上的给压循环装置、连通设置在抽水马桶下方的矩形粪便收集框以及矩形粪便收集框侧部设置的与用于处理烘干矩形粪便收集框内粪便时产生废气、废水的废料处理装置；其中，所述的矩形粪便收集框内设置有烘干用散热管，该烘干用散热管的进水端连接热水出水管，该烘干用散热管的出水端连接冷水返回管。
进一步的，所述的矩形粪便收集框的底部和四个侧壁上设置有相互连通的烘干用散热管。
进一步的，所述的矩形粪便收集框内的所有侧壁上均设置有保温层。
进一步的，所述的废料处理装置包括一端连通矩形粪便收集框的连通管；连通管的另一端连接冷凝器；冷凝器的出口端连接除臭单元；除臭单元的出口端连接连通大气的排气管。
进一步的，所述的除臭单元包括设置在该除臭单元内部的活性炭和生石灰。
进一步的，所述的冷凝器上设置有用于排出废水的排水口。
本发明的有益效果是：本发明利用太阳能为能源，借助大水箱中的压力将大水箱中的热水的压入用热单元里，再从用热单元回到大水箱上部的小水箱中，实现循环利用热水，具有绿色、高效的优点。
附图说明
图1为太阳能热循环装置示意图。
图2为资源化回收水厕系统的结构示意图。
其中，1. 给压循环装置；2. 用热单元；3. 废料处理装置；4.卫生间；5.抽水马桶；6. 矩形粪便收集框；101.大水箱；102.小水箱；103. 热水出水管；104. 冷水返回管；105.浮阀；106. 太阳能集热器；201. 烘干用散热管；301.连通管；302.冷凝器；303.除臭单元；304.排气管；601.保温层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
所述的一种热循环装置，其技术方案在于：包括给压循环装置1，该给压循环装置1包括密闭的大水箱101、设置在大水箱101内上部的小水箱102、设置在大水箱101 顶部 的热水出水管103、设置在小水箱102侧部的冷水返回管104以及设置在大水箱101内设置的当大水箱101内的液位高于小水箱102底部时能够隔绝大水箱101与小水箱102的浮阀105；其中，热水出水管103的出水位置低于冷水返回管104的回水位置；其中，所述的热水出水管103连接用热单元2的进水端，该用热单元2的出水端连接冷水返回管104；其中，小水箱102的底部设有连通大水箱101的连通孔且该小水箱102的顶部设有连通大气的泄压孔；其中，大水箱101侧部下端连接有用于加热大水箱101内部液体的加热元件。
需要明确的是：加热元件用于加热大水箱101中的液体，当大水箱101中的液体温度升高大水箱101上方的空气温度也会升高进而发生膨胀增大了压力。
具体实施例I：如图1，进一步的，所述的给压循环装置1中的大水箱101的侧部下端连接有用于加热大水箱101内部液体的太阳能集热器106。
需要明确的是：所述的太阳能集热器106是加热元件中的一种，还可以是电加热或其他加热手段。
需要明确的是：大水箱101中的液体优选为比热容较大的水。
需要明确的是：出水端及进水端均与大水箱101连接的太阳能集热器106通过接收太阳能而加热大水箱101中的水。同时，大水箱101中的液面高于小水箱102的底部，此时浮阀105关闭，大水箱101成为密封的整体。由于大水箱101中的水逐渐变热，大水箱101上方空间中的空气被逐渐加热，开始膨胀，气体膨胀所产生的压力将大水箱101中的热水通过大水箱101的顶部设置的热水出水管103排出，流入用热单元2内，通过用热单元2将热量释放至需要加热的空间后，经过冷水返回管104返回小水箱102中。由于热水出水管103的出水位置低于冷水返回管104的回水位置，存在一个高度差，可以自大水箱101中在气压的帮助下持续地把水经用热单元2抽吸到小水箱102中来，实现循环。
具体实施例I：如图2，一种使用了上述热循环装置的资源化回收水厕系统，其技术方案在于：包括设置在卫生间屋顶上的给压循环装置1、连通设置在抽水马桶5下方的矩形粪便收集框6以及矩形粪便收集框6侧部设置的与用于处理烘干矩形粪便收集框6内粪便时产生废气、废水的废料处理装置3；其中，所述的矩形粪便收集框6内设置有烘干用散热管201，该烘干用散热管201的进水端连接热水出水管103，该烘干用散热管201的出水端连接冷水返回管104。
需要明确的是：烘干用散热管201相当于用热单元2中的一种。
需要明确的是：所述的废料处理装置3在现有技术中为常见技术。
进一步的，所述的矩形粪便收集框6的底部和四个侧壁上设置有相互连通的烘干用散热管201。
需要明确的是：当然也可以在矩形粪便收集框6的所有侧壁上均设置烘干用散热管201。如果矩形粪便收集框6的顶部设置烘干用散热管201的话会造成卫生间过热的问题。
进一步的，所述的矩形粪便收集框6内的所有侧壁上均设置有保温层601。
需要明确的是：所述的矩形粪便收集框6的施工方法是：在普通水厕抽水马桶5下挖掘一矩形坑，修平边壁后，首先贴上保温材料设置保温层601，再在底部和四个边壁上安装烘干用散热管201，并用橡胶条密封缝隙，防止漏水。
进一步的，所述的废料处理装置3包括一端连通矩形粪便收集框6的连通管301；连通管301的另一端连接冷凝器302；冷凝器302的出口端连接除臭单元303；除臭单元303的出口端连接连通大气的排气管304。
需要明确的是： 所述的冷凝器302设置在空气流通好且温度较低的位置。
优选的，所述的除臭单元303包括设置在该除臭单元303内的活性炭和生石灰。
进一步的，所述的冷凝器302上设置有用于排出废水的排水口。
优选的，排气管304的高度高于卫生间4的房顶大约2m。
需要明确的是：排气管304需要高于卫生间4的顶部2m，一方面避免残留臭气污染环境，另一方面也是利用高空与地面间的温差形成一个抽吸效果，加强尾气的排放效率。
需要明确的是：其中水厕屋顶的大水箱101与小水箱、水厕地板下的烘干用散热管201间的距离可随建筑物的设计而因地制宜地调整。
优选的，所述的大水箱101为长方体，外包裹保温材料，长宽高可依据需要而自由设计。所述小水箱102位于大水箱内的一侧靠上的位置。在垂直方向，小水箱102高度应占大水箱101高度的1/3~1/2。在水平方向，小水箱102宽度应占大水箱101宽度的1/4~1/3。小水箱102在垂直、水平方向的比例关系是保障大水箱101中能够形成足够气压的关键。
冷水返回管104的管口呈水平，距离小水箱102底高度在2~5cm。
热水出水管103的管口距离小水箱102底所处高度低5~2cm。冷水返回管104和热水出水管103的管口高度差应在4~10cm内。热水出水管103最高处与冷水返回管104在大水箱101内的管口高度差应在8~15cm，热水出水管103最高处与冷水返回管104的管口的高度差应在5~8cm内。
小水箱102和大水箱101间的连通孔的孔径为3~5cm。浮阀105支点距离小水箱102底距离5cm。浮阀105总重量在50~100g。
本发明的工作过程是：初次使用时，通过嵌套在大水箱101中的小水箱102往大水箱101中加水，直至大水箱101中的浮阀105浮起，封闭大水箱101。在太阳光的照射下，太阳能集热器106利用热水上浮冷水下沉的原理加热大水箱101中的水，同时加热大水箱101上部的空气。由于大水箱101中的水逐渐变热，大水箱101上方空间中的空气被逐渐加热，开始膨胀，气体膨胀所产生的压力将大水箱101中的热水通过大水箱101的顶部设置的热水出水管103排出，流入矩形粪便收集框6内的烘干用散热管201内，通过烘干用散热管201将热量释放至矩形粪便收集框6的空间后，经过冷水返回管104返回小水箱102中。第一次使用时，需要随时往大水箱101中补充水，直至把烘干用散热管201中的水管和与小水箱102相连的冷水返回管104都充满。此后，大水箱101中的水就可以周期性地压入烘干用散热管201，同时烘干用散热管201中的水返回到小水箱102，此后再次进入大水箱101，实现水的无动力循环。
以上所述仅为发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种热循环装置，其特征在于：包括给压循环装置（1），该给压循环装置（1）包括密闭的大水箱（101）、设置在大水箱（101）内上部的小水箱（102）、设置在大水箱（101） 顶部 的热水出水管（103）、设置在小水箱（102）侧部的冷水返回管（104）以及设置在大水箱（101）内设置的当大水箱（101）内的液位高于小水箱（102）底部时能够隔绝大水箱（101）与小水箱（102）的浮阀（105）；其中，热水出水管（103）的出水位置低于冷水返回管（104）的回水位置；其中，所述的热水出水管（103）连接用热单元（2）的进水端，该用热单元（2）的出水端连接冷水返回管（104）；其中，小水箱（102）的底部设有连通大水箱（101）的连通孔且该小水箱（102）的顶部设有连通大气的泄压孔；其中，大水箱（101）侧部下端连接有用于加热大水箱（101）内部液体的加热元件。
2.根据权利要求1所述的一种热循环装置，其特征在于：所述的给压循环装置（1）中的大水箱（101）的侧部下端连接有用于加热大水箱（101）内部液体的太阳能集热器（106）。
3.一种使用了权利要求2所述的热循环装置的资源化回收水厕系统，其特征在于：包括设置在卫生间（4）屋顶上的给压循环装置（1）、连通设置在抽水马桶（5）下方的矩形粪便收集框（6）以及矩形粪便收集框（6）侧部设置的与用于处理烘干矩形粪便收集框（6）内粪便时产生废气、废水的废料处理装置（3）；其中，所述的矩形粪便收集框（6）内设置有烘干用散热管（201），该烘干用散热管（201）的进水端连接热水出水管（103），该烘干用散热管（201）的出水端连接冷水返回管（104）。
4.根据权利要求3所述的一种资源化回收水厕系统，其特征在于：所述的矩形粪便收集框（6）的底部和四个侧壁上设置有相互连通的烘干用散热管（201）。
5.根据权利要求3所述的一种资源化回收水厕系统，其特征在于：所述的矩形粪便收集框（6）内的所有侧壁上均设置有保温层（601）。
6.根据权利要求3所述的一种资源化回收水厕系统，其特征在于：所述的废料处理装置（3）包括一端连通矩形粪便收集框（6）的连通管（301）；连通管（301）的另一端连接冷凝器（302）；冷凝器（302）的出口端连接除臭单元（303）；除臭单元（303）的出口端连接连通大气的排气管（304）。
7.根据权利要求6所述的一种资源化回收水厕系统，其特征在于：所述的除臭单元（303）包括填充在该除臭单元（303）内的活性炭和生石灰。
8.根据权利要求6所述的一种资源化回收水厕系统，其特征在于：所述的冷凝器（302）上设置有用于排出废水的排水口。
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