CN114590855A - 一种热水水力空化消毒系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种热水水力空化消毒系统，包括集热水箱、太阳能集热器、热水供水泵、空气源热泵、机组循环泵、太阳能循环泵、水力空化消毒加热装置、用户端设备和冷水供水泵。集热水箱、太阳能集热器、太阳能循环泵通过水管连接构成回路；集热水箱、空气源热泵、机组循环泵通过水管连接构成回路；集热水箱、热水供水泵、水力空化消毒加热装置和用户端设备通过水管连接成回路；冷水通过冷水供水泵被供应至集热水箱。本发明针对传统热水系统能量利用率低，存在消毒隐患的缺点，提供一种热水水力空化消毒系统，能够增大消毒效率，且无消毒副产物影响，同时可以对热水进行二次加热，提高能源利用效率，对热水系统的改进和设计具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及热水系统，具体涉及一种热水水力空化消毒系统。
背景技术
水是人类生存的必要资源，为了有效利用淡水资源，城镇依河而建依江而建。但是随着工业的发展和人口不断增长，用水安全问题愈发严重。根据联合国教科文组织2018年数据，在欠发达低区，每年有约50万人死于水传播的水媒疾病。在热水系统中，热水在经过长时间循环，途径热水管道、用水设备，容易产生嗜肺军团菌，洗浴用热水是常用的生活用水，不卫生的洗浴用热水严重威胁着人们的生命健康。
对于现有的水处理方式，主要采用氯进行消毒处理，但是，近年来病菌抗药性的增强和氯消毒副产物的产生使得氯消毒的发展受到了限制，而当下主流的消毒手段如催化消毒、芬顿法等也存在消毒副产物较多、效率较低的缺点。水力空化是指当流体局部压力下降至该点饱和蒸汽压以下时，空化气泡产生、生长，最终溃灭的过程，在空化气泡溃灭的过程中会产生高温高压的环境以及强大的剪切应力，利用这种高温高压的环境可以通过破环细胞壁的方式有效灭杀细菌。水力空化具有较高的效率且没有任何消毒副产物，在经济方面也具有绝对的优势。
发明内容
本发明针对传统的热水系统能量利用率低，存在消毒隐患的缺点，提供一种热水水力空化消毒系统，能够增大消毒效率，且无消毒副产物影响，同时水力空化发生时释放出大量的热量，可以对热水进行二次加热，从而提高能源利用效率，对热水系统的改进和设计具有重要意义。
本发明采用的技术方案如下：一种热水水力空化消毒系统，包括集热水箱、太阳能集热器、热水供水泵、空气源热泵、机组循环泵、太阳能循环泵、水力空化消毒加热装置、用户端设备和冷水供水泵，所述水箱、太阳能集热器、太阳能循环泵通过水管连接构成加热回路；所述水箱、空气源热泵、机组循环泵通过水管连接构成加热回路；所述水箱、热水供水泵、水力空化消毒加热装置和用户端设备通过水管连接成供水回路；冷水通过冷水供水泵被供应至集热水箱。所述用户端设备包括常见的热水系统用户端设备，包括但不限于混水阀、淋浴器等。首先冷水通过自来水供水管进入集热水箱，随后通过两种路径进行换热加热。路径一是冷水通过太阳能循环泵被输送至太阳能集热器换热，换热完成后通过回路流入集热水箱。路径二是冷水通过机组循环泵被输送至空气源热泵换热，换热完成后通过回路流入集热水箱。随后热水通过热水供水泵流经水力空化消毒加热装置进行消毒和二次加热，随后加热好的热水被供应至用户端设备，未使用的热水循环回集热水箱。
所述水力空化加热消毒装置由外壳、转子、定子和驱动系统组成，所述外壳为蜗壳式结构，外壳侧方设有热水入口，外壳上方设有热水出口。热水由热水入口进入，经由转子高速旋转，在热水出口甩出。所述定子为圆柱形实体，设有多个未穿透的定子空化单元，中间有中空的热水通道。热水由热水入口流入后，经由热水通道流入定转子之间的间隙中，发生强烈的水力空化反应。所述转子为半开式叶轮结构，其叶片型线为二阶贝塞尔曲线拟合而成。所述转子叶片上设有多个未穿透的转子盲孔。所述转子使用联轴器与外壳外的电机相连接，穿出外壳的部分轴通过动静轴封实现与外壳的密封。
本水力空化加热杀毒装置在转子区域和定转子之间发生强烈的剪切空化和附着空化，释放出高达几千K的局部热点，强烈的局部冲击波和剪切应力，大量羟基自由基和过氧化氢自由基，以机械效应、热力学效应和化学效应的形式影响着周围的液体环境，利用这种液体环境可以实现对热水的消毒和再加热，有效提高能源利用效率。
本发明的优点在于：
1、水力空化消毒加热装置结构简单，操作方便，能量利用率高，无消毒副产物，易实现大规模应用。
2、水力空化消毒加热装置具备一定扬程，有利于将热水输送至用户端，分担了热水循环泵的使用压力。
3、水力空化消毒加热装置有辅助加热的功能，增大了能量利用效率。
附图说明
图1是本发明热水水力空化消毒系统流程图；
图2是本发明水力空化消毒加热装置的外壳结构示意图；
图3是本发明水力空化消毒加热装置的定子结构示意图；
图4是本发明水力空化消毒加热装置的转子结构示意图；
图中，1.集热水箱，2.太阳能集热器，3.空气源热泵，4.太阳能循环泵，5.机组循环泵，6.用户端，7.热水供水泵，8.水力空化消毒加热装置，9.冷水供水泵，10.流体入口，11.流体出口，12.转子盲孔，13.定子空化单元。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方法，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
如图1所示，为本发明热水水力空化消毒系统流程图，本发明热水水力空化消毒系统由集热水箱1、太阳能集热器2、热水供水泵7、空气源热泵3、机组循环泵5、太阳能循环泵4、水力空化消毒加热装置8、用户端设备6和冷水供水泵9构成。所述水箱1、太阳能集热器2、太阳能循环泵4通过水管连接构成加热回路；所述集热水箱1、空气源热泵3、机组循环泵5通过水管连接构成加热回路；所述集热水箱1、热水供水泵2、水力空化消毒加热装置8和用户端设备6通过水管连接成供水回路；冷水通过冷水供水泵9被供应至集热水箱。所述用户端设备包括常见的热水系统用户端设备，包括但不限于混水阀、淋浴器等。
首先冷水通过冷水供水泵进入集热水箱，随后通过两种路径进行换热加热。路径一是冷水通过太阳能循环泵被输送至太阳能集热器换热，换热完成后热水通过回路流入集热水箱。路径二是冷水通过机组循环泵被输送至空气源热泵换热，换热完成后热水通过回路流入集热水箱。随后热水通过热水供水泵流经消毒加热水力空化装置进行消毒和二次加热，加热好的热水被供应至用户端设备，未使用的热水循环回集热水箱。
图2为本发明水力空化消毒加热装置的外壳结构示意图，所述外壳为离心蜗壳状，由两个垂直圆侧面、一个上侧面和一个圆周侧面组成，热水由流体入口10流入，在内部水力空化反应后在流体出口11离心甩出。
图3是本发明水力空化消毒加热装置转子结构示意图，所述转子为半开式叶轮结构，位于外壳内侧面和定子之间。转子型线使用贝塞尔二阶曲线拟合而成，具有良好的液体输运效果。转子上设有多个未穿透的转子盲孔12，可以有效促进剪切空化产生。叶轮与轴相连接，轴通过联轴器与外壳外的电机相连接，穿出外壳的部分轴通过动静轴封实现与外壳的密封。
图4是本发明水力空化消毒加热装置定子结构示意图，所述定子8为圆柱体结构，位于外壳内侧面和转子之间，其中圆面与转子叶片相对放置。定子上设由多个未穿透的定子空化单元13，促进剪切空化的发生。所述定子空化单元13为矩形凹槽，热水流入和流出时在流入和流出区域形成基于开尔文-亥姆霍兹效应的剪切空化区，发生强烈的剪切空化效果。
以上虽结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但并不局限于本发明的保护范围，所属领域的技术人员应明白，在本发明的技术方案基础上，本领域的技术人员无需付出创造性劳动就可对本发明的各种等效结构或等效流程进行修改或变形，或直接或间接应用于其他相关技术领域，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种热水水力空化消毒系统，其特征在于，包括集热水箱、太阳能集热器、热水供水泵、空气源热泵、机组循环泵、太阳能循环泵、水力空化消毒加热装置、用户端设备和冷水供水泵，所述水箱、太阳能集热器、太阳能循环泵通过水管连接构成加热回路；所述水箱、空气源热泵、机组循环泵通过水管连接构成加热回路；所述水箱、热水供水泵、水力空化消毒加热装置和用户端设备通过水管连接成供水回路；冷水通过冷水供水泵被供应至集热水箱。
2.根据权利要求1所述的热水水力空化消毒系统，其特征还在于，所述水力空化消毒加热装置由外壳、转子、定子和驱动系统组成，其中，定子和转子在外壳内部相对放置，所述外壳为离心蜗壳式结构，外壳侧方设有热水入口，外壳上方设有热水出口，热水由热水入口进入，经由转子高速旋转，在热水出口甩出。
3.根据权利要求1所述的热水水力空化消毒系统，其特征还在于，所述用户端设备包括常见的洗浴系统用户端设备，包括但不限于混水阀、淋浴器等。
4.根据权利要求2所述的水力空化消毒加热装置，其特征还在于，所述定子为圆柱形实体，上设有多个未穿透的定子空化单元，中间有中空的热水通道，热水由热水入口流入后，经由热水通道流至定转子之间的间隙中，发生强烈的水力空化反应。
5.根据权利要求2所述的水力空化消毒加热装置，其特征还在于，所述转子为半开式叶轮结构，其叶片型线为二阶贝塞尔曲线拟合而成，所述转子叶片上设有多个未穿透的转子盲孔。
6.根据权利要求2所述的水力空化消毒加热装置，其特征还在于，所述驱动系统包括电机、联轴器和动静轴封等，来进行转子的驱动和外壳的密封。
7.根据权利要求4所述的定子空化单元，其特征还在于，所述空化单元为矩形凹槽。
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