CN117303560B - 一种污水热泵和太阳能联动加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理工艺技术领域，提出了一种污水热泵和太阳能联动加热装置，包括：太阳能热水循环系统、曝气生化池系统、以及制冷剂循环系统，在压缩机组件的作用下，并将高温、高压的气态制冷剂输送至换热器组件中，在曝气池内通过换热器组件与污水进行换热。换热后的制冷剂温度下降，转化为液体，经过膨胀阀组件节流膨胀后，与太阳能热水系统进行换热，制冷剂获得热量汽化，变为气态，再次回到压缩机组件中，不断循环。相对于传统的太阳能供热，本发明由于可以迅速转移太阳能热水的热量，且结合了热泵技术，相对于传统空气热源热泵，本发明采用太阳能作为热源，效率更高，可以大幅降低污水加热能耗，具有很高的使用价值。

Description

一种污水热泵和太阳能联动加热装置

技术领域

本发明涉及污水处理工艺技术领域，具体的，涉及一种污水热泵和太阳能联动加热装置。

背景技术

污水处理工艺就是对城市生活污水和工业废水的各种经济、合理、科学、行之有效的工艺方法。污水处理被广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域。城市污水处理工艺应根据处理规模、水质特性、受纳水体的环境功能及当地的实际情况和要求，经全面技术经济比较后优选确定。

在污水生物处理工艺中，通常需要一定的温度条件，以保持微生物的最佳活性状态，提高污水处理效率，对好氧生物处理工艺，通常最佳温度为30-35℃，夏季气温高，好氧不需要额外加温，但冬季气温低，尤其是北方，好氧池需要进行加热。常用的加热方式是采用蒸汽加热，但该种方式能耗较高，成本较大。

鉴于此，本发明提出一种污水热泵和太阳能联动加热装置。

发明内容

本发明提出一种污水热泵和太阳能联动加热装置，解决了相关技术中的目前，在污水生物处理工艺中，通常采用蒸汽加热的方式对污水进行升温，但该种方式存在能耗较高，成本较大的问题。

本发明的技术方案如下： 一种污水热泵和太阳能联动加热装置，包括太阳能热水循环系统、曝气生化池系统、以及设置于曝气生化池系统与太阳能热水循环系统之间的制冷剂循环系统；

所述曝气生化池系统包括池体，用于对污水进行盛放；

所述太阳能热水循环系统包括太阳能热水器、循环泵、蒸发器组件以及连接管，其中：

太阳能热水器，利用太阳能对水进行加热，所述太阳能热水器包括热水出管；

蒸发器组件，设置于太阳能热水器外侧，用于将经太阳能热水器加热后的水进行盘旋输送；

连接管，连接于蒸发器组件底端，用于将经蒸发器组件盘旋输送后的水进行输出；

循环泵，设置于太阳能热水器与连接管之间，所述循环泵通过连接管对蒸发器组件内部盘旋输送后的水进行抽吸，并重新输送至太阳能热水器中进行加热；

所述制冷剂循环系统包括蒸发器组件、压缩机组件、膨胀阀组件以及换热器组件，其中：

压缩机组件，设置于蒸发器组件一侧，所述压缩机组件包括压缩机主体，所述压缩机主体的吸气端连接有进气管，所述进气管延伸至壳体内侧，并与螺旋内管上端口固定连通，所述压缩机主体的排气端连接有排气管，所述排气管延伸至池体内部；

换热器组件，铺设于曝气生化池系统内侧，用于将压缩机组件制成的高温、高压的气态制冷剂输送至曝气生化池系统底部，使其与曝气生化池系统内部所盛放的污水进行换热而转化为液体；

膨胀阀组件，设置于换热器组件与蒸发器组件之间，用于将从换热器组件中流出的液体制冷剂进行节流膨胀后输送至螺旋内管中，使液体制冷剂重新气化，所述膨胀阀组件包括阀体，在所述阀体的进出两端口分别连接有第二阀管、第一阀管，所述第一阀管延伸至壳体内侧，并与螺旋内管下端口固定连通，所述第二阀管延伸至池体内部，并与位于曝气风机下侧的汇总管固定连通；

所述蒸发器组件包括壳体，在所述壳体内侧设置有螺旋外管，所述热水出管延伸至壳体，并与螺旋外管相连通，在所述螺旋外管内侧设置有螺旋内管，所述螺旋内管与螺旋外管之间形成空腔；

所述换热器组件包括对称设置于池体底部的两个汇总管，两个所述汇总管之间固定连通有若干个蛇形盘管，所述排气管底端与其下侧的汇总管固定连通；

所述曝气生化池系统还包括固定安装于池体外壁上的曝气风机，所述曝气风机的出风端连接有充气管，所述充气管的底端固定连通有汇气管，所述汇气管的外壁上固定连通有多个呈水平放置的分气管，每个所述分气管的上端壁均分布有多个曝气盘；

所述曝气盘与分气管相连通，且所述曝气盘设置于蛇形盘管下侧。

优选的，所述太阳能热水器包括加热仓、加热器和对加热仓、加热器进行安装的支架，所述加热器设置有多个，多个所述加热器均匀排布于加热仓一侧，在所述加热仓的两端分别连接有冷水进管和热水出管。

优选的，所述加热器包括由外到内依次设置的真空玻璃管、金属片筒以及金属棒，在所述金属棒顶端固接有加热头，所述加热头延伸至加热仓内部，用于对加热仓内部流动的水进行加热，位于所述加热头一侧的金属棒外壁上固定套设有端盖，所述端盖与金属片筒螺纹连接，所述真空玻璃管上端口固定套设于端盖外壁上。

本发明的工作原理及有益效果为：

本发明中，通过设置太阳能热水循环系统、曝气生化池系统、以及设置于曝气生化池系统与太阳能热水循环系统之间的制冷剂循环系统，在压缩机组件的作用下，将低温、低压的气态制冷剂通过压缩制成高温、高压的气态制冷剂，并将高温、高压的气态制冷剂输送至换热器组件中，在曝气池内通过换热器组件与污水进行换热，并在曝气工作中，对污水进行均匀升温。换热后的制冷剂温度下降，转化为液体，经过膨胀阀组件节流膨胀后，与太阳能热水系统进行换热，制冷剂获得热量汽化，变为气态，再次回到压缩机组件中，不断循环。制冷剂吸收太阳能热水系统的热量，给好氧池提供热量。相对于传统的太阳能供热，本发明由于可以迅速转移太阳能热水的热量，且结合了热泵技术，相对于传统空气热源热泵，本发明采用太阳能作为热源，效率更高，可以大幅降低污水加热能耗，具有很高的使用价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提出的一种污水热泵和太阳能联动加热装置立体结构示意图；

图2为本发明提出的换热器组件、曝气生化池系统结构组成示意图；

图3为本发明提出的太阳能热水器结构组成示意图；

图4为本发明提出的加热器结构组成示意图；

图5为本发明提出的壳体内部结构示意图；

图6为本发明提出的蒸发器组件结构组成示意图；

图7为本发明提出的一种污水热泵和太阳能联动加热系统图；

图中：1、太阳能热水器；11、加热仓；12、热水出管；13、冷水进管；14、支架；15、加热器；151、加热头；152、金属棒；153、金属片筒；154、真空玻璃管；155、端盖；2、循环泵；3、蒸发器组件；31、壳体；32、螺旋外管；33、螺旋内管；34、空腔；4、连接管；5、膨胀阀组件；51、第一阀管；52、阀体；53、第二阀管；6、压缩机组件；61、进气管；62、压缩机主体；63、排气管；7、换热器组件；71、汇总管；72、蛇形盘管；8、曝气生化池系统；81、池体；82、曝气风机；83、充气管；84、汇气管；85、分气管；86、曝气盘。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

请参阅图1与图2，一种污水热泵和太阳能联动加热装置，包括太阳能热水循环系统、曝气生化池系统8、以及设置于曝气生化池系统8与太阳能热水循环系统之间的制冷剂循环系统。其中，曝气生化池系统8包括池体81，用于对污水进行盛放。曝气生化池系统8还包括固定安装于池体81外壁上的曝气风机82，曝气风机82的出风端连接有充气管83，充气管83的底端固定连通有汇气管84，汇气管84的外壁上固定连通有多个呈水平放置的分气管85，每个分气管85的上端壁均分布有多个曝气盘86。启动曝气风机82，曝气风机82通过充气管83向汇气管84内部输送气体，汇气管84内部气体排进每个分气管85中，并经分气管85上的曝气盘86进行曝气。

请参阅图1、图3以及图4，太阳能热水循环系统包括太阳能热水器1、循环泵2、蒸发器组件3以及连接管4，其中，太阳能热水器1利用太阳能对水进行加热。太阳能热水器1包括加热仓11、加热器15和对加热仓11、加热器15进行安装的支架14，加热器15设置有多个，多个加热器15均匀排布于加热仓11一侧，在加热仓11的两端分别连接有冷水进管13和热水出管12。加热器15包括由外到内依次设置的真空玻璃管154、金属片筒153以及金属棒152，在金属棒152顶端固接有加热头151，加热头151延伸至加热仓11内部，用于对加热仓11内部流动的水进行加热，位于加热头151一侧的金属棒152外壁上固定套设有端盖155，端盖155与金属片筒153螺纹连接，真空玻璃管154上端口固定套设于端盖155外壁上。金属棒152内部具有真空容腔，在真空容腔中装有介质或纯水，经过辐射热能的加热，内部受热的液体气化为蒸汽，对加热头151进行升温，此时，流经加热仓11内部的水与加热头151实现热交换，对水进行加热。

请参阅图1、图5以及图6，蒸发器组件3，设置于太阳能热水器1外侧，用于将经太阳能热水器1加热后的水进行盘旋输送。连接管4连接于蒸发器组件3底端，用于将经蒸发器组件3盘旋输送后的水进行输出。循环泵2设置于太阳能热水器1与连接管4之间，循环泵2通过连接管4对蒸发器组件3内部盘旋输送后的水进行抽吸，并重新输送至太阳能热水器1中进行加热。

其中，蒸发器组件3包括壳体31，在壳体31内侧设置有螺旋外管32，热水出管12、连接管4均延伸至壳体31，并均与螺旋外管32相连通，在螺旋外管32内侧设置有螺旋内管33，螺旋内管33与螺旋外管32之间形成空腔34。热水出管12将热水输送至螺旋外管32中，热水在空腔34中流动，并最终进入到连接管4中。

请参阅图1、图2、图5、图6以及图7，制冷剂循环系统包括蒸发器组件3、压缩机组件6、膨胀阀组件5以及换热器组件7，其中，压缩机组件6设置于蒸发器组件3一侧，用于将低温、低压的气态制冷剂通过压缩制成高温、高压的气态制冷剂。换热器组件7铺设于曝气生化池系统8内侧，用于将压缩机组件6制成的高温、高压的气态制冷剂输送至曝气生化池系统8底部，使其与曝气生化池系统8内部所盛放的污水进行换热而转化为液体。膨胀阀组件5，设置于换热器组件7与蒸发器组件3之间，用于将从换热器组件7中流出的液体制冷剂进行节流膨胀后输送至螺旋内管33中，使液体制冷剂重新气化。

其中，压缩机组件6包括压缩机主体62，压缩机主体62的吸气端连接有进气管61，进气管61延伸至壳体31内侧，并与螺旋内管33上端口固定连通，压缩机主体62的排气端连接有排气管63，排气管63延伸至池体81内部。换热器组件7包括对称设置于池体81底部的两个汇总管71，两个汇总管71之间固定连通有若干个蛇形盘管72，排气管63底端与其下侧的汇总管71固定连通。膨胀阀组件5包括阀体52，在阀体52的进出两端口分别连接有第二阀管53、第一阀管51，第一阀管51延伸至壳体31内侧，并与螺旋内管33下端口固定连通，第二阀管53延伸至池体81内部，并与位于曝气风机82下侧的汇总管71固定连通。首先，在压缩机主体62的作用下，将低温、低压的气态制冷剂通过压缩制成高温、高压的气态制冷剂，高温、高压的气态制冷剂经排气管63输送至换热器组件7上的一个的汇总管71中，接着，经若干个蛇形盘管72输送至另外一个汇总管71中，在此过程中，蛇形盘管72外壁温度升高，在池体81内与污水进行换热。换热后的制冷剂温度下降，转化为液体，通过第二阀管53输送至阀体52，经过阀体52节流膨胀后，压力降低，温度下降至-10-5℃后进入到螺旋内管33内，与太阳能热水系统进行换热，制冷剂获得热量汽化，变为气态，再次回到压缩机主体62中，不断循环。

值得注意的是，曝气盘86与分气管85相连通，且曝气盘86设置于蛇形盘管72下侧，可以将底侧完成热转化的污水充分与上侧污水进行曝气混合。

工作原理及使用流程：首先，在压缩机主体62的作用下，将低温、低压的气态制冷剂通过压缩制成高温、高压的气态制冷剂，高温、高压的气态制冷剂经排气管63输送至换热器组件7上的一个的汇总管71中，接着，经若干个蛇形盘管72输送至另外一个汇总管71中，在此过程中，蛇形盘管72外壁温度升高，在池体81内与污水进行换热，与此同时，启动曝气风机82，曝气风机82通过充气管83向汇气管84内部输送气体，汇气管84内部气体排进每个分气管85中，并经分气管85上的曝气盘86进行曝气，可以将底侧完成热转化的污水充分与上侧污水进行曝气混合，使得污水升温更加均匀。换热后的制冷剂温度下降，转化为液体，通过第二阀管53输送至阀体52，经过阀体52节流膨胀后，压力降低，温度下降至-10-5℃后进入到螺旋内管33内，此时，热水出管12将热水输送至螺旋外管32中，热水在空腔34中流动，对螺旋内管33进行加热，使得制冷剂与太阳能热水系统进行换热，制冷剂获得热量汽化，变为气态，再次回到压缩机主体62中，不断循环。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种污水热泵和太阳能联动加热装置，其特征在于，包括太阳能热水循环系统、曝气生化池系统（8）、以及设置于曝气生化池系统（8）与太阳能热水循环系统之间的制冷剂循环系统；

所述曝气生化池系统（8）包括池体（81），用于对污水进行盛放；

所述太阳能热水循环系统包括太阳能热水器（1）、循环泵（2）、蒸发器组件（3）以及连接管（4），其中：

太阳能热水器（1），利用太阳能对水进行加热，所述太阳能热水器（1）包括热水出管（12）；

蒸发器组件（3），设置于太阳能热水器（1）外侧，用于将经太阳能热水器（1）加热后的水进行盘旋输送；

连接管（4），连接于蒸发器组件（3）底端，用于将经蒸发器组件（3）盘旋输送后的水进行输出；

循环泵（2），设置于太阳能热水器（1）与连接管（4）之间，所述循环泵（2）通过连接管（4）对蒸发器组件（3）内部盘旋输送后的水进行抽吸，并重新输送至太阳能热水器（1）中进行加热；

所述制冷剂循环系统包括蒸发器组件（3）、压缩机组件（6）、膨胀阀组件（5）以及换热器组件（7），其中：

压缩机组件（6），设置于蒸发器组件（3）一侧，所述压缩机组件（6）包括压缩机主体（62），所述压缩机主体（62）的吸气端连接有进气管（61），所述进气管（61）延伸至壳体（31）内侧，并与螺旋内管（33）上端口固定连通，所述压缩机主体（62）的排气端连接有排气管（63），所述排气管（63）延伸至池体（81）内部；

换热器组件（7），铺设于曝气生化池系统（8）内侧，用于将压缩机组件（6）制成的高温、高压的气态制冷剂输送至曝气生化池系统（8）底部，使其与曝气生化池系统（8）内部所盛放的污水进行换热而转化为液体；

膨胀阀组件（5），设置于换热器组件（7）与蒸发器组件（3）之间，用于将从换热器组件（7）中流出的液体制冷剂进行节流膨胀后输送至螺旋内管（33）中，使液体制冷剂重新气化，所述膨胀阀组件（5）包括阀体（52），在所述阀体（52）的进出两端口分别连接有第二阀管（53）、第一阀管（51），所述第一阀管（51）延伸至壳体（31）内侧，并与螺旋内管（33）下端口固定连通，所述第二阀管（53）延伸至池体（81）内部，并与位于曝气风机（82）下侧的汇总管（71）固定连通；

所述蒸发器组件（3）包括壳体（31），在所述壳体（31）内侧设置有螺旋外管（32），所述热水出管（12）延伸至壳体（31），并与螺旋外管（32）相连通，在所述螺旋外管（32）内侧设置有螺旋内管（33），所述螺旋内管（33）与螺旋外管（32）之间形成空腔（34）；

所述换热器组件（7）包括对称设置于池体（81）底部的两个汇总管（71），两个所述汇总管（71）之间固定连通有若干个蛇形盘管（72），所述排气管（63）底端与其下侧的汇总管（71）固定连通；

所述曝气生化池系统（8）还包括固定安装于池体（81）外壁上的曝气风机（82），所述曝气风机（82）的出风端连接有充气管（83），所述充气管（83）的底端固定连通有汇气管（84），所述汇气管（84）的外壁上固定连通有多个呈水平放置的分气管（85），每个所述分气管（85）的上端壁均分布有多个曝气盘（86）；

所述曝气盘（86）与分气管（85）相连通，且所述曝气盘（86）设置于蛇形盘管（72）下侧。

2.根据权利要求1所述的一种污水热泵和太阳能联动加热装置，其特征在于，所述太阳能热水器（1）包括加热仓（11）、加热器（15）和对加热仓（11）、加热器（15）进行安装的支架（14），所述加热器（15）设置有多个，多个所述加热器（15）均匀排布于加热仓（11）一侧，在所述加热仓（11）的两端分别连接有冷水进管（13）和热水出管（12）。

3.根据权利要求2所述的一种污水热泵和太阳能联动加热装置，其特征在于，所述加热器（15）包括由外到内依次设置的真空玻璃管（154）、金属片筒（153）以及金属棒（152），在所述金属棒（152）顶端固接有加热头（151），所述加热头（151）延伸至加热仓（11）内部，用于对加热仓（11）内部流动的水进行加热，位于所述加热头（151）一侧的金属棒（152）外壁上固定套设有端盖（155），所述端盖（155）与金属片筒（153）螺纹连接，所述真空玻璃管（154）上端口固定套设于端盖（155）外壁上。