直接利用城市乾渠汙水的熱泵系統的製作方法

2023-07-30 10:12:26

專利名稱：直接利用城市乾渠汙水的熱泵系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於利用城市汙水的低位能源設備，特別涉及一種直接利用城市幹 渠汙水的熱泵系統。
技術背景 隨著全球經濟的快速發展和社會的不斷進步，人類對能源的需求量增速驚人， 因此而導致的能源危機、環境惡化，已成為人類生存與發展過程中的一大難題。近年 來，人們為了解決這一難題，正以極大的努力從兩個方面不斷的探索。一是在滿足人們 生產、生活基本需求的前提下，最大限度的減少能源消耗，如杜絕高能耗、低產出的工 業產品，改造高能耗的生產工藝，提高建築物圍護結構的隔熱性能，降低能耗等；二是 開發新的清潔能源，如利用低位能源(空氣、土地、水、太陽能、工業廢熱等)來代替一 部分初始高位能源(煤、石油、天然氣等)。低位能源主要產生於垃圾焚燒廠、汙水處理 廠、火力發電廠、生產工藝性冷卻、送變電設施、冷凍倉庫、地鐵、地下街道以及土壤 中、江河湖泊中，它們分布及廣、潛能巨大。然而，由於人們對它們的認識有限，加之 技術、經濟因素的影響，至今沒有廣泛的加以應用。在上述未有效利用的低位能源中， 城市汙水因一年四季變化較小，數量穩定，具有冬暖夏涼(相對於環境溫度)的溫度特 徵，且賦有的熱量較大，易於通過汙水處理廠或城市排水主管道進行收集等特點，被公 認為是易於回收利用的極好清潔能源。特別是汙水源熱泵的研製發明成功，為在實際工 程中推廣和應用城市汙水低位能源提供了可靠的技術保證。可以說，有效的回收和利用 城市汙水中的低溫熱能，將是21世紀城市汙水資源化的一條重要途徑。目前，在回收和 利用城市汙水中的低溫熱能設備中的汙水源熱泵系統普遍採用兩種應用形式，一是單獨 的沉澱後直接進入熱泵機組；二是城市原生汙水不經過過濾的前處理，只經過熱泵機組 前端換熱器，再進入熱泵機組。單獨沉澱後直接進入熱泵機組的應用形式，很好的利用 了汙水中的熱能，但很容易造成熱泵換熱器的堵塞問題，更會造成換熱器凍裂，製冷劑 洩露，熱泵系統不能正常運行的嚴重後果。城市原生汙水不經處理而進入熱泵機組前端 換熱器，會造成換熱器效率下降，甚至堵塞，因此需要頻繁的清洗工作，大約每周需要 清洗一次，嚴重影響了熱泵系統的正常運行。
發明內容本實用新型旨在為了避免上述技術中存在的缺點和不足之處，而提供一種直接 利用城市乾渠汙水的熱泵系統；該系統不僅設計合理，結構緊湊，而且在汙水的前端處 理上，旣有過濾、沉澱過程，同時又加有前端換熱器，完全解決了熱泵機組在運行過程 中的安全隱患，保證機組連續穩定的運行；同時還具有換熱效率高、耐腐蝕、防堵塞以 及操作使用十分方便等特點。本實用新型的目的是採用如下的技術方案實現的所述的直接利用城市乾渠汙 水的熱泵系統，包括汙水乾渠的汙水出口管、熱泵機組，其特徵在於在汙水乾渠的汙水出口管出口下裝設連續式滾動過濾裝置，連續式滾動過濾裝置中的空心軸的出口連接 過濾出水管的一端，過濾出水管另一端連接在帶隔柵的汙水沉澱裝置上，帶隔柵的汙水 沉澱裝置中的沉澱出水管的管段上裝有汙水提升泵，沉澱出水管的端末連接在逆流式套 管換熱器的進口上，在逆流式套管換熱器的出口上連接換熱器出水管，換熱器出水管段 上裝有循環泵，換熱器出水管端末與熱泵機組甲進口連接，熱泵機組的A出口連接熱泵 水管的一端，熱泵水管的另一端與用戶用水管的進口連接，用戶用水管的出口通過裝有 循環泵的管路與熱泵機組的乙進口連接，熱泵機組的B出口以防凍液管路連接在逆流式 套管換熱器的上部進口上，逆流式套管換熱器的下部出口與可進行回流的中水管連接。所述的連續式滾動過濾裝置主要由過濾槽、支撐件、空心軸、滾動過濾篩、支架、除汙板、排汙口和電機帶傳動組成，與汙水乾渠的汙水出口管出口位置相對應的地 面內設有過濾槽，在過濾槽的兩側壁內對稱裝設由支撐件支撐的兩空心軸，兩空心軸的 一端分別鉸接在滾動過濾篩上，兩空心軸的另一端分別連通相接在過濾出水管上，靠近 空心軸側的空心軸段上裝設由電機帶傳動驅動的滾動過濾篩，與滾動過濾篩頂部位置相 對應的過濾槽兩側槽壁頂端面的支架的橫梁上連接除汙板，在過濾槽內底面上設有可 開、關的排汙口。所述的帶隔柵的汙水沉澱裝置由淺水段和深水段組成長方形沉澱槽，在深水段 側的槽壁底面裝設過濾箱，過濾箱連接沉澱出水管的一端，沉澱出水管的另一端穿過沉 澱槽壁伸露在槽外，在伸露槽外的沉澱出水管段上裝有汙水提升泵，沉澱出水管的末端 與熱泵機組中的汙水換熱器連通相接；在槽內橫向裝設1 5道過濾用的隔柵，所述的 每道隔柵由框架、海砂和篩網組成，以角鋼製成厚度為80 120mm的框架，以#3 Φ 5mm孔隙的兩篩網固定在框架的兩側，在兩篩網之間的空間內填充直徑大於6.5mm的 海砂。所述的逆流式套管換熱器由殼體、沉澱水進口、管子、端板、冷凍液進口、隔 板和換熱器水出口組成，殼體的一側法蘭與端板的一端連接，端板的另一端與沉澱水進 口連接，殼體的另一側法蘭與端板的一端連接，端板的另一端與換熱器水出口連接；殼 體的兩埠內對稱設有兩隔板，在兩隔板之間分布裝設由若干個管子組成的管排，所述 的每個管子的兩端以機械膨脹和粘接的固接方式均連接在兩隔板上，在殼體兩端的任一 側外側面的下半部分別連接兩冷凍液進口。本實用新型的原理和操作分述於下由於在本實用新型是針對城市汙水排水溫度隨所在地理緯度不同、汙水組成不 同有所變化，一般冬季為8 20°C，夏季為23 28°C的條件；在本實用新型中依序裝設 由連續式滾動過濾裝置、帶隔刪的汙水沉澱裝置、汙水提升泵、逆流式套管換熱器、熱 泵機組、末端用戶用水管的直接利用城市乾渠汙水的熱泵系統。1、當該熱泵系統在冬季供熱運行時，汙水經連續式滾動過濾裝置過濾後，在帶 隔刪的汙水沉澱裝置中經沉澱處理，並經細砂隔刪再次過濾處理，由汙水提升泵加壓流 經逆流式套管換熱器一即水-水式套管換熱器，換熱之後的汙水回流後可做中水使用， 或直接排到汙水於渠，汙水換熱器與熱泵蒸發器之間加循環泵，以加有防凍液的水為換 熱介質，換出來的熱量被熱泵機組(5)吸收，再釋放給空調末端用戶用水管。2、當該熱泵系統在夏季製冷運行時，熱泵前端系統水路進行切換，即末端用戶用水管系統水進熱泵蒸發器，降溫後供向用戶，汙水換熱器的介質水進入冷凝器，升溫 後將熱量帶走，經汙水換熱器釋放給汙水主幹渠的汙水中。在本實用新型的構思過程中，對系統內的設備在數量、型號等方面進行優化設 計與選擇，並通過上位機控制將其組成一個有機整體，保證系統時刻節能、穩定運行， 大幅度降低機組運行費用。汙水源熱泵系統努力的目標就是系統運行穩定可靠，高效節 能。穩定可靠的目標首先是要求換熱器防堵、耐腐蝕，其次要求是水源熱泵主機、附屬 設備、電控部分運行故障率低；高效節能的目標首先是要求每個相對獨立的設備，如換 熱器的換熱效率高，水源熱泵主機的能效比高，水泵的效率高等，除此之外還要通過一 套優化的控制程序將這些相對獨立的設備有機結合起來，並通過智能化的控制保證系統 高效運行。從而使本實用新型具有換熱效率高、耐腐蝕、防堵塞，並根據工程項目對熱 量的實際需求，及其所在地的汙水實際溫度與流量，合理選擇換熱器型號與數量，保證 系統內設備的合理匹配，使系統在一定汙水流量下的高效運行。水源熱泵機組硬體構成 中只有壓縮機、電磁閥為運動及耗能部件。少量的運轉部件是保證運行可靠的前提，從 根本上杜絕了大量的維修工作量。綜以上所採取的技術方案，實現本實用新型的目的。與現有技術相比，本實用新型不僅設計合理，結構緊湊，而且在汙水的前端處 理上，旣有過濾、沉澱過程，同時又加有前端換熱器，完全解決了熱泵機組在運行過程 中的安全隱患，保證機組連續穩定的運行；同時還具有換熱效率高、耐腐蝕、防堵塞以 及操作使用十分方便等特點。
本實用新型共有二幅附圖。其中附圖1是本實用新型的具體實施例的主視結構示意圖；附圖2是圖1中的A處放大示意圖。圖中1、汙水乾渠，2、汙水出口管，3、過濾槽，4、空心軸，5、排汙口， 6、除汙板，7、滾動過濾篩，8、支架，9、過濾出水管，10、電機帶傳動，11、長方形 沉澱槽，12、框架，13、篩網，14、海砂，15、過濾箱，16、沉澱出水管，17、汙水提 升泵，18、逆流式套管換熱器，19、換熱器出水管，20、熱泵機組，21、熱泵水管， 22、用戶用水管，23、循環管路，24、甲進口，25、乙進口，26、A出口，27、B出口， 28、防凍液管路，29、回流的中水管，30、循環泵，31、沉澱水進口，32、管子，33、 端板，34、隔板，35、冷凍液進口，36、換熱器水出口。
具體實施方式
圖1、2所示是本實用新型的具體實施例，它是某城市在回收和利用城市汙水低 位能源而安裝的汙水源熱泵系統，它的結構包括包括汙水乾渠1的汙水出口管2、熱泵 機組20，其特徵在於在汙水乾渠1的汙水出口管2出口下裝設主要由過濾槽3、支撐 件、空心軸4、滾動過濾篩7、支架8、除汙板6、排汙口 5和電機帶傳動組成的連續式滾 動過濾裝置；連續式滾動過濾裝置中的空心軸4的出口連接過濾出水管9的右端，過濾出 水管9左端連接在帶隔柵的汙水沉澱裝置上；所述的帶隔柵的汙水沉澱裝置由淺水段和 深水段組成長方形沉澱槽11，在深水段側的槽壁底面裝設過濾箱15，過濾箱15連接沉澱 出水管16的左端，沉澱出水管16的右端穿過沉澱槽壁伸露在槽外，沉澱出水管16的末端與熱泵機組中的(如圖2所示)汙水換熱器18連通相接；在槽內橫向裝設2道過濾用 的隔柵，所述的每道隔柵由框架12、海砂14和篩網13組成，以角鋼製成厚度為100_ 的框架，以# 5mm孔隙的兩篩網13固定在框架12的兩側，在兩篩網13之間的空間內填 充直徑大於6.5mm的海砂14 ；帶隔柵的汙水沉澱裝置中的沉澱出水管16的管段上裝有汙 水提升泵17，沉澱出水管16的端末連接在逆流式套管換熱器18的進口上；所述的逆流 式套管換熱器由殼體、沉澱水進口 31、管子32、端板33、冷凍液進口 35、隔板34和換 熱器水出口 36組成，殼體的右側法蘭與端板33的一端連接，端板33的另一端與沉澱水 進口 31連接，殼體的左側法蘭與端板33的一端連接，端板33的另一端與換熱器水出口 36連接；殼體的兩埠內對稱設有兩隔板34，在兩隔板34之間分布裝設由若干個管子 32組成的管排，所述的每個管子32的兩端以機械膨脹和粘接的固接方式均連接在兩隔板 34上，在殼體兩端的任一側外側面的下半部分別連接兩冷凍液進口 35;在逆流式套管換 熱器18的出口上連接換熱器出水管19，換熱器出水管19段上裝有循環泵30，換熱器出 水管19端末與熱泵機組20的甲進口 24連接，熱泵機組20的A出口 26連接熱泵水管21 的右端，熱泵水管的左端與用戶用水管22的進口連接，用戶用水管22的出口通過裝有循 環泵30的管路23與熱泵機組20的乙進口 25連接，熱泵機組20的B出口 27以防凍液管 路28連接在逆流式套管換熱器18的上部進口上，逆流式套管換熱器18的下部出口與可 進行回流的中水管29連接。 以上所述 ，僅為本實用新型的較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護範圍 並不局限於此，所有熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型公開的技術範圍內，根據 本實用新型的技術方案及其本實用新型的構思加以等同替換或改變均應涵蓋在本實用新 型的保護範圍之內。
權利要求1.一種直接利用城市乾渠汙水的熱泵系統，包括汙水乾渠(1)的汙水出口管(2)、熱 泵機組(20)，其特徵在於在汙水乾渠(1)的汙水出口管(2)出口下裝設連續式滾動過 濾裝置，連續式滾動過濾裝置中的空心軸(4)的出口連接過濾出水管(9)的一端，過濾出 水管(9)另一端連接在帶隔柵的汙水沉澱裝置上，帶隔柵的汙水沉澱裝置中的沉澱出水 管(16)的管段上裝有汙水提升泵(17)，沉澱出水管(16)的端末連接在逆流式套管換熱器 (18)的進口上，在逆流式套管換熱器(18)的出口上連接換熱器出水管(19)，換熱器出水 管(19)段上裝有循環泵(30)，換熱器出水管(19)端末與熱泵機組(20)甲進口(24)連 接，熱泵機組(20)的A出口(26)連接熱泵水管(21)的一端，熱泵水管(21)的另一端與 用戶用水管(22)的進口連接，用戶用水管(22)的出口通過裝有循環泵(30)的管路(23) 與熱泵機組(20)的乙進口(25)連接，熱泵機組(20)的B出口(27)以防凍液管路(28) 連接在逆流式套管換熱器(18)的上部進口上，逆流式套管換熱器(18)的下部出口與可進 行回流的中水管(29)連接。
2.按權利要求1所述的直接利用城市乾渠汙水的熱泵系統，其特徵在於所述的連 續式滾動過濾裝置主要由過濾槽(3)、支撐件、空心軸(4)、滾動過濾篩(7)、支架(8)、 除汙板(6)、排汙口(5)和電機帶傳動(10)組成，與汙水乾渠(1)的汙水出口管(2)出口 位置相對應的地面內設有過濾槽(3)，在過濾槽(3)的兩側壁內對稱裝設由支撐件支撐的 兩空心軸(4)，兩空心軸(4)的一端分別鉸接在滾動過濾篩(7)上，兩空心軸(4)的另一 端分別連通相接在過濾出水管(9)上，靠近空心軸(4)側的空心軸(4)段上裝設由電機帶 傳動(10)驅動的滾動過濾篩(7)，與滾動過濾篩(7)頂部位置相對應的過濾槽(3)兩側槽 壁頂端面的支架(8)的橫梁上連接除汙板(6)，在過濾槽(3)內底面上設有可開、關的排 汙口(5)。
3.按權利要求1所述的直接利用城市乾渠汙水的熱泵系統，其特徵在於所述的帶 隔柵的汙水沉澱裝置由淺水段和深水段組成長方形沉澱槽(11)，在深水段側的槽壁底面 裝設過濾箱(15)，過濾箱(15)連接沉澱出水管(16)的一端，沉澱出水管(16)的另一端 穿過沉澱槽壁伸露在槽外，在伸露槽外的沉澱出水管(16)段上裝有汙水提升泵(17)， 沉澱出水管(16)的末端與汙水換熱器連通相接；在槽內橫向裝設1 5道過濾用的隔 柵，所述的每道隔柵由框架(12)、海砂(14)和篩網(13)組成，以角鋼製成厚度為80 120mm的框架(12)，以# 3 # 5mm孔隙的兩篩網(13)固定在框架(12)的兩側，在兩 篩網(13)之間的空間內填充直徑大於6.5mm的海砂(14)。
4.按權利要求1所述的直接利用城市乾渠汙水的熱泵系統，其特徵在於所述的逆 流式套管換熱器由殼體、沉澱水進口(31)、管子(32)、端板(33)、冷凍液進口(35)、隔 板(34)和換熱器水出口(36)組成，殼體的一側法蘭與端板(33)的一端連接，端板(33) 的另一端與沉澱水進口(31)連接，殼體的另一側法蘭與端板(33)的一端連接，端板(33) 的另一端與換熱器水出口(36)連接；殼體的兩埠內對稱設有兩隔板(34)，在兩隔板 (34)之間分布裝設由若干個管子(32)組成的管排，所述的每個管子(32)的兩端以機械膨 脹和粘接的固接方式均連接在兩隔板(34)上，在殼體兩端的任一側外側面的下半部分別 連接兩冷凍液進口(35)。
專利摘要本實用新型屬於利用城市汙水的低位能源設備，特別涉及一種直接利用城市乾渠汙水的熱泵系統；其特徵在於所述的直接利用城市乾渠汙水的熱泵系統是在汙水乾渠的汙水出口管出口下面依序裝設主要由連續式滾動過濾裝置，過濾出水管、帶隔柵的汙水沉澱裝置、沉澱出水管、汙水提升泵、逆流式套管換熱器、換熱器出水管、熱泵機組和用戶用水管組成。本實用新型不僅設計合理，結構緊湊，而且在汙水的前端處理上，既有過濾、沉澱過程，同時又加有前端換熱器，完全解決了熱泵機組在運行過程中的安全隱患，保證機組連續穩定的運行；同時還具有換熱效率高、耐腐蝕、防堵塞以及操作使用十分方便等特點。
文檔編號C02F9/02GK201795638SQ201020155428
公開日2011年4月13日 申請日期2010年4月8日 優先權日2010年4月8日
發明者孫世海 申請人:大連鴻源熱能設備製造有限公司