CN108827034A - 一种城市原生污水旁通渠换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市原生污水旁通渠换热系统，包括污水旁通渠，污水旁通渠设在污水干渠与用户区之间，污水旁通渠的两端通过旁通渠连接管分别连通污水干渠的上游和下游；还包括位于污水旁通渠内的盘管换热机构、加热清洁机构和用于控制该换热系统运行的控制机构；盘管换热机构密封连通用户区的热泵机组。本发明污水旁通渠的宽流道和大空间以及换热盘管的间距控制和沿水流方向排列，使污水顺畅的流经污水旁通渠，有效的避免污水换热过程出现堵塞的情况；加热清洁机构能有效除去管壁污垢；初过滤系统的过滤可除去污水中不溶解、漂浮性物质；将污水直接引入污水旁通渠进行冷热量传递，从而污水不进入建筑内部，不会影响建筑物的环境卫生。

Description

一种城市原生污水旁通渠换热系统

技术领域

本发明属于污水源热泵技术领域，涉及一种城市原生污水换热系统，具体涉及一种城市原生污水旁通渠换热系统。

背景技术

城市污水具有冬暖夏凉、水温较为稳定以及污水热能可在低温区利用 等优点。且城市污水温度比室外空气温度、土壤温度、地下以及地表水温 度等更有利于热泵制冷热力循环温区，从而使得污水源热泵的制热制冷性 能都高于其他热泵系统。但污水源热泵中污水换热器的堵塞、结垢以及腐 蚀问题一直是影响其发展的重要因素，尤其是对于节能效果更好的原生污 水换热器来说，合理解决这些问题，对于原生污水源热泵系统的发展至关重要。对于常规的原生污水源热泵项目，现有的技术大多采用从污水干渠 引水至建筑物底层，待换热后再返回至下游干渠，除了必须的取水能耗外，引污水进建筑物，对建筑室内的卫生也会产生较大威胁，这种从污水中获 取冷热量的方法存在的问题，也限制了原生污水源热泵的发展。

综上所述，原生污水源热泵系统中的堵塞、结垢、管道腐蚀以及建筑环境污染等问题对于原生污水源热泵系统极其关键，解决这些问题对于充分利用原生污水源热泵系统为用户服务、降低其能耗提高其效率以及原生污水源热泵项目的发展具有积极的推动作用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种城市原生污水旁通渠换热系统，克服现有原生污水源热泵系统易出现堵塞、结垢、管道腐蚀以及建筑环境污染等问题的缺陷。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种城市原生污水旁通渠换热系统，包括污水旁通渠，污水旁通渠设在污水干渠与用户区之间，污水旁通渠的两端通过旁通渠连接管分别连通污水干渠的上游和下游；

还包括位于污水旁通渠内的用于污水源热泵换热的盘管换热机构、用于清洗盘管换热机构的加热清洁机构和用于控制该换热系统运行的控制机构；所述盘管换热机构密封连通用户区的热泵机组。

可选地，所述盘管换热机构包括换热盘管，换热盘管通过盘管支架固定在污水旁通渠内，换热盘管的各管道平行于污水旁通渠设置，且换热盘管的上层管道与下层管道交错设置；换热盘管通过冷却水进水管和冷却水出水管连通用户区的热泵机组。

可选地，所述冷却水出水管上设有循环泵。

可选地，所述加热清洗机构包括加压喷头，加压喷头通过喷头支架固定在换热机构的正上方；加压喷头连通有加热清洗引水管，加热清洗引水管连接外部自来水网管，在加热清洗引水管上设有电加热器；在加热清洗引水管上还设有电磁阀E，电磁阀E连接所述控制机构，电磁阀E的开口大小能通过控制机构进行调节。

可选地，所述加压喷头在平行于污水旁通渠的方向每间隔250mm设置一个，加压喷头在位于换热盘管同一层的各管道排布方向上保持与管道数量一致。

可选地，在旁通渠连接管的引入段设有初过滤机构，初过滤机构包括初过滤单元，初过滤单元连通有自动清洁引水管和自动清洁排水管，自动清洁引水管接在外部自来水管网上，自动清洁排水管接入污水干渠。

可选地，在污水干渠上设有电磁阀A；在初过滤单元的两侧的旁通渠连接管的引入段上分别设有电磁阀B和电磁阀D；在自动清洁引水管和自动清洁排水管上分别设有电磁阀F和电磁阀G；在旁通渠连接管的排出段上设有电磁阀C和止回阀H；电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C、电磁阀D、电磁阀F、电磁阀G和止回阀H均连接所述控制机构，且各电磁阀的开口大小能通过控制机构调节。

可选地，在所述污水旁通渠上部设有廊道，在廊道上设有检修机构，检修机构包括检修爬梯，检修爬梯上方设有人孔。

可选地，在污水旁通渠内还设有水位监测器，水位监测器的探头靠近污水旁通渠底部。

可选地，所述旁通渠连接管和污水旁通渠之间具有一定高度差和倾斜度，使旁通渠连接管的引入段高于污水旁通渠，污水旁通渠高于旁通渠连接管的排出段。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

通过上述技术方案，本发明由于污水旁通渠的宽流道和大空间以及盘管换热机构的换热盘管的间距控制和沿水流方向排列，可以使污水顺畅的流经污水旁通渠，有效的避免污水换热过程出现堵塞的情况；同时，利用加热清洁机构的定时热水冲洗，可将溶解于污水中各种污染物沉积在管道壁上的污垢有效的除去，污水旁通渠内的换热盘管可采用塑料管，可以很大程度上避免金属管道容易出现的腐蚀和结垢的问题，且易于除垢，有效的解决了污水换热系统出现结垢和腐蚀的问题；利用初过滤系统的过滤可除去污水中不溶解、漂浮性物质。

采用本发明改变常规污水源热泵系统中的污水进入建筑物进行冷热量传递的供回路线，将污水直接引入污水旁通渠进行冷热量传递，从而污水不进入建筑内部，不会影响建筑物的环境卫生。

本发明结构简单，在污水干渠旁边加污水旁通渠，利用水流势能，省去取水能耗，将多个污水泵精简为一个循环水泵，并且用户区也无需再采用费用昂贵、能耗较高的原生污水专用热泵机组，在该系统中采用技术成熟的盘管换热机构、加压喷淋机构等，安装及操作技术手段易于获取，在各机构之间采用自控系统，无需人员频繁操作即可实现整个城市原生污水旁通渠换热系统的运行，并且本系统可在原生污水干渠沿线的任何部位使用，就近提供冷热量给需要的建筑物，方便、清洁且管理维护方便。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为图1的I-I截面图。

图3为图1的II-II截面图。

图4为本发明的控制机构的信号流程说明图。

图5为本发明的盘管换热机构运行原理示意图。

图6为本发明的加热清洁机构运行原理示意图。

图7为本发明的初过滤机构自动清理运行原理示意图。

图中的标号分别表示：1-污水旁通渠，2-污水干渠，3-用户区，4-旁通渠连接管，5-盘管换热机构，6-加热清洁机构，7-控制机构，8-初过滤机构， 9-检修机构，10-水位监测器；

11-廊道；

31-热泵机组；

51-换热盘管，52-盘管支架，53-冷却水进水管，54-冷却水出水管，55- 循环泵；

61-加压喷头，62-喷头支架，63-加热清洗引水管，64-电加热器；

81-初过滤单元，82-自动清洁引水管，83-自动清洁排水管；

91-检修爬梯，92-人孔。

具体实施方式

本发明的技术思路是，在污水干渠旁利用污水旁通渠进行污水源热泵换热，通过污水旁通渠及盘管换热机构的换热方式获取原生污水中的冷热量，再将提取的冷热量利用冷却水送至各个建筑物满足用户端的冷热需求，从而解决常规原生污水源热泵系统中常出现的堵塞、结垢、腐蚀等问题，并达到降低系统能耗、避免建筑物内环境卫生影响、减小系统的规模和成本的目的。

以下结合说明书附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1至图7所示，本发明提供一种城市原生污水旁通渠换热系统，包括污水旁通渠1，污水旁通渠1设在污水干渠2与用户区3之间，污水旁通渠1的两端通过旁通渠连接管4分别连通污水干渠2的上游和下游。

还包括位于污水旁通渠1内的用于污水源热泵换热的盘管换热机构5、用于清洗盘管换热机构5的加热清洁机构6和用于控制该换热系统运行的控制机构7；所述盘管换热机构5密封连通用户区3的热泵机组31。

通过上述技术方案，本发明由于污水旁通渠1的宽流道和大空间以及盘管换热机构5的换热盘管51的间距控制和沿水流方向排列，可以使污水顺畅的流经污水旁通渠1，有效的避免污水换热过程出现堵塞的情况；同时，利用加热清洁机构6的定时热水冲洗，可将溶解于污水中各种污染物沉积在管道壁上的污垢有效的除去，污水旁通渠1内的换热盘管51可采用塑料管，可以很大程度上避免金属管道容易出现的腐蚀和结垢的问题，且易于除垢，有效的解决了污水换热系统出现结垢和腐蚀的问题；利用初过滤系统8的过滤可除去污水中不溶解、漂浮性物质。采用本发明改变常规污水源热泵系统中的污水进入建筑物进行冷热量传递的供回路线，将污水直接引入污水旁通渠进行冷热量传递，从而污水不进入建筑内部，不会影响建筑物的环境卫生。

本发明结构简单，在污水干渠旁边加污水旁通渠，利用水流势能，省去取水能耗，将多个污水泵精简为一个循环水泵，并且用户区也无需再采用费用昂贵、能耗较高的原生污水专用热泵机组，在该系统中采用技术成熟的盘管换热机构、加压喷淋机构等，安装及操作技术手段易于获取，在各机构之间采用自控系统，无需人员频繁操作即可实现整个城市原生污水旁通渠换热系统的运行，并且本系统可在原生污水干渠沿线的任何部位使用，就近提供冷热量给需要的建筑物，方便、清洁且管理维护方便。

在本实施方式中，盘管换热机构5包括换热盘管51，换热盘管51通过盘管支架52固定在污水旁通渠1内，换热盘管51的各管道平行于污水旁通渠1设置，且换热盘管51的上层管道与下层管道交错设置，便于加压喷头61能清洗到尽可能多的换热盘管51，提高清洗效率；换热盘管51通过冷却水进水管53和冷却水出水管54连通用户区3的热泵机组31。换热盘管51的尺寸与间距、横截面总盘管数量由综合考虑工程中污水旁通渠1的宽度以及负担用户所需冷热量的大小所决定，材质采用塑料。

具体的，冷却水出水管54上设有循环泵55，从而将换热后的冷却水泵送到用户端。

在本实施方式中，加热清洗机构6包括加压喷头61，加压喷头61通过喷头支架62固定在换热机构5的正上方；加压喷头61连通有加热清洗引水管63，加热清洗引水管63连接外部自来水网管，在加热清洗引水管63 上设有电加热器64，通过电加热器64加热自来水用于热清洗换热盘管51 从而提高清洗效率；在加热清洗引水管63上还设有电磁阀E，电磁阀E连接所述控制机构7，电磁阀E的开口大小能通过控制机构7进行调节。

更具体的，加压喷头61在平行于污水旁通渠1的方向每间隔250mm 设置一个，加压喷头61在位于换热盘管51同一层的各管道排布方向上保持与管道数量一致，用于提高清洗效率。

本实施方式在旁通渠连接管4的引入段设有初过滤机构8，利用初过滤机构8的过滤可除去污水中不溶解、漂浮性物质，初过滤机构8包括初过滤单元81，初过滤单元81连通有自动清洁引水管82和自动清洁排水管83，自动清洁引水管82接在外部自来水管网上，自动清洁排水管83接入污水干渠2。自动清洁引水管82和自动清洁排水管83用于清洗初过滤机构8的初过滤单元81。

具体的，在污水干渠2上设有电磁阀A；在初过滤单元81的两侧的旁通渠连接管4的引入段上分别设有电磁阀B和电磁阀D；在自动清洁引水管82和自动清洁排水管83上分别设有电磁阀F和电磁阀G；在旁通渠连接管4的排出段上设有电磁阀C和止回阀H；电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C、电磁阀D、电磁阀F、电磁阀G和止回阀H均连接所述控制机构7，且各电磁阀的开口大小能通过控制机构7调节。

本实施方式中，在所述污水旁通渠1上部设有廊道11，在廊道11上设有检修机构9，检修机构9包括检修爬梯91，检修爬梯91上方设有人孔92。

在其他实施方式中，在污水旁通渠1内还设有水位监测器10，水位监测器10的探头靠近污水旁通渠1底部。为保证换热系统的高效率运行，在污水旁通渠1内的污水水位需保持在换热盘管51的最高点之上，使换热盘管51完全浸没在污水流体中充分的换热，另一方面，污水的水位也不能过高，否则会达到加压喷头61和廊道11的高度，可能导致加压喷头61的堵塞和廊道11上各个装置的损坏。在本发明中设置水位监测器10从而控制污水的水位高度，为保持污水水位在换热盘管51之上，加压喷头61之下，在水位监测器10中，设置污水最低水位为换热盘管51最高处的水位之上 100mm，同时设置污水最高水位为加压喷头61最低处水位之下300mm。

优选的，旁通渠连接管4和污水旁通渠1之间具有一定高度差和倾斜度，使旁通渠连接管4的引入段高于污水旁通渠1，污水旁通渠1高于旁通渠连接管4的排出段。利用水流势能，省去取水能耗。

本发明的工作过程如下：

(一)换热及水位控制过程：如图4所示，用户端有冷热量出入需求时，向控制机构7的控制器传入开启信号j，盘管换热机构5运行，控制机构7的控制器向电磁阀D输出开口开大信号d直至电磁阀D为全开状态，将流入污水旁通渠1的污水中的冷热量传递给在换热盘管51中循环的冷却水，然后冷却水通过冷却水出水管54由循环泵55送到用户端，在负荷末端交换热量再由冷却水进水管53送回换热盘管51，如此满足用户端冷热量需求和冷却水的循环，经过盘管换热后的污水再由旁通渠连接管4排入污水干渠2。

同时，根据水位监测器10的监测结果决定控制器向三个电磁阀A、B、 C输出的信号变化。换热过程中，当水位监测器10监测水位低于最低水位，水位监测器10向控制器传入信号i，则控制器向电磁阀A输出开口关小信号a`，向电磁阀B输出开口开大信号b，若电磁阀A为全关状态且电磁阀B 为全开状态，则向电磁阀C输出开口缩小信号c`，直至污水水位恢复规定水位；当水位监测器10监测水位超过最高水位，水位监测器10向控制器传入信号i`，控制器向电磁阀C输出开口开大信号c，若电磁阀C为全开状态，则向电磁阀A输出开口开大信号a，向电磁阀B输出开口关小信号b`，直至污水水位恢复规定水位。

(二)热清洗换热盘管：当用户端停止冷热量出入需求时，向控制器传入停止信号j`，控制器向电磁阀A、C输出开口开大信号a、c,向电磁阀B 输出开口关小信号b`，直至电磁阀A、C为全开状态，电磁阀B为全关状态，从而污水不再流经污水旁通渠1，回到污水干渠2通过该段，污水旁通渠1 和旁通渠连接管4内的剩余污水也排出至污水干渠2。盘管换热机构5停止运行，开启加热清洗机构6对换热盘管51进行加热清洗。

结合图6，在盘管换热机构5进行污水源热泵换热后，当用户端停止冷热量出入需求时，向控制器传入停止信号j`，控制器向电磁阀E输出开启信号e，向电加热器64输出开启信号h。清洗水由加热清洗引水管63引入，再由电加热器64加热，然后通过加压喷头61加压喷射至换热盘管51上，除去各种附着在换热盘管51壁上的污染物，带有污染物的清洗水最后由旁通渠连接管4排入污水干渠2，从而完成对换热盘管51的加热清洗过程。当加热清洗过程结束后，控制器向电加热器64输出关闭信号h`，向电磁阀 E输出关闭信号e`。

(三)清洗初过滤机构：结合图7，在盘管换热机构5进行污水源热泵换热后，当用户端停止冷热量出入需求时，向控制器传入停止信号j`，控制器向电磁阀B、D输出开口关小信号b`、d`，直至电磁阀B、D为全关状态，开启初过滤机构8中的自动清洁引水管82和自动清洁排水管83对初过滤机构8进行清洁，向电磁阀F输出开启信号f，向电磁阀G输出开启信号g，清洁水由自动清洁引水管82引入，对初过滤机构8进行清洁处理，然后由自动清洁排水管83排出，从而完成对初过滤机构8的自动清洁过程。当自动清洁过程结束后，控制器向电磁阀F输出关闭信号f`，向电磁阀G输出关闭信号g`。

(四)检修过程：当需要检修时，检修人员可由人孔92进入，由检修爬梯91下至廊道11和污水旁通渠1底部，从而可以直接对其中各个机构和部件进行检修。当系统在过渡季节期间长时间未使用，在下一次使用之前，清洗人员可以由人孔92进入，由检修爬梯91到污水旁通渠1内，对换热盘管51进行人工清洗。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种城市原生污水旁通渠换热系统，其特征在于，包括污水旁通渠(1)，污水旁通渠(1)设在污水干渠(2)与用户区(3)之间，污水旁通渠(1)的两端通过旁通渠连接管(4)分别连通污水干渠(2)的上游和下游；

还包括位于污水旁通渠(1)内的用于污水源热泵换热的盘管换热机构(5)、用于清洗盘管换热机构(5)的加热清洁机构(6)和用于控制该换热系统运行的控制机构(7)；所述盘管换热机构(5)密封连通用户区(3)的热泵机组(31)。

2.如权利要求1所述的换热系统，其特征在于，所述盘管换热机构(5)包括换热盘管(51)，换热盘管(51)通过盘管支架(52)固定在污水旁通渠(1)内，换热盘管(51)的各管道平行于污水旁通渠(1)设置，且换热盘管(51)的上层管道与下层管道交错设置；换热盘管(51)通过冷却水进水管(53)和冷却水出水管(54)连通用户区(3)的热泵机组(31)。

3.如权利要求2所述的换热系统，其特征在于，所述冷却水出水管(54)上设有循环泵(55)。

4.如权利要求1所述的换热系统，其特征在于，所述加热清洗机构(6)包括加压喷头(61)，加压喷头(61)通过喷头支架(62)固定在换热机构(5)的正上方；加压喷头(61)连通有加热清洗引水管(63)，加热清洗引水管(63)连接外部自来水网管，在加热清洗引水管(63)上设有电加热器(64)；在加热清洗引水管(63)上还设有电磁阀E，电磁阀E连接所述控制机构(7)，电磁阀E的开口大小能通过控制机构(7)进行调节。

5.如权利要求2或4所述的换热系统，其特征在于，所述加压喷头(61)在平行于污水旁通渠(1)的方向每间隔250mm设置一个，加压喷头(61)在位于换热盘管(51)同一层的各管道排布方向上保持与管道数量一致。

6.如权利要求1所述的换热系统，其特征在于，在旁通渠连接管(4)的引入段设有初过滤机构(8)，初过滤机构(8)包括初过滤单元(81)，初过滤单元(81)连通有自动清洁引水管(82)和自动清洁排水管(83)，自动清洁引水管(82)接在外部自来水管网上，自动清洁排水管(83)接入污水干渠(2)。

7.如权利要求6所述的换热系统，其特征在于，在污水干渠(2)上设有电磁阀A；在初过滤单元(81)的两侧的旁通渠连接管(4)的引入段上分别设有电磁阀B和电磁阀D；在自动清洁引水管(82)和自动清洁排水管(83)上分别设有电磁阀F和电磁阀G；在旁通渠连接管(4)的排出段上设有电磁阀C和止回阀H；电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C、电磁阀D、电磁阀F、电磁阀G和止回阀H均连接所述控制机构(7)，且各电磁阀的开口大小能通过控制机构(7)调节。

8.如权利要求1所述的换热系统，其特征在于，在所述污水旁通渠(1)上部设有廊道(11)，在廊道(11)上设有检修机构(9)，检修机构(9)包括检修爬梯(91)，检修爬梯(91)上方设有人孔(92)。

9.如权利要求1所述的换热系统，其特征在于，在污水旁通渠(1)内还设有水位监测器(10)，水位监测器(10)的探头靠近污水旁通渠(1)底部。

10.如权利要求1所述的换热系统，其特征在于，所述旁通渠连接管(4)和污水旁通渠(1)之间具有一定高度差和倾斜度，使旁通渠连接管(4)的引入段高于污水旁通渠(1)，污水旁通渠(1)高于旁通渠连接管(4)的排出段。