申请日2010.04.08
公开(公告)日2011.04.13
IPC分类号C02F9/02; F25B30/06
摘要
本实用新型属于利用城市污水的低位能源设备，特别涉及一种直接利用城市干渠污水的热泵系统;其特征在于：所述的直接利用城市干渠污水的热泵系统是在污水干渠的污水出口管出口下面依序装设主要由连续式滚动过滤装置，过滤出水管、带隔栅的污水沉淀装置、沉淀出水管、污水提升泵、逆流式套管换热器、换热器出水管、热泵机组和用户用水管组成。本实用新型不仅设计合理，结构紧凑，而且在污水的前端处理上，既有过滤、沉淀过程，同时又加有前端换热器，完全解决了热泵机组在运行过程中的安全隐患，保证机组连续稳定的运行;同时还具有换热效率高、耐腐蚀、防堵塞以及操作使用十分方便等特点。
权利要求书
1.一种直接利用城市干渠污水的热泵系统，包括污水干渠(1)的污水出口管(2)、热泵机组(20)，其特征在于：在污水干渠(1)的污水出口管(2)出口下装设连续式滚动过滤装置，连续式滚动过滤装置中的空心轴(4)的出口连接过滤出水管(9)的一端，过滤出水管(9)另一端连接在带隔栅的污水沉淀装置上，带隔栅的污水沉淀装置中的沉淀出水管(16)的管段上装有污水提升泵(17)，沉淀出水管(16)的端末连接在逆流式套管换热器(18)的进口上，在逆流式套管换热器(18)的出口上连接换热器出水管(19)，换热器出水管(19)段上装有循环泵(30)，换热器出水管(19)端末与热泵机组(20)甲进口(24)连接，热泵机组(20)的A出口(26)连接热泵水管(21)的一端，热泵水管(21)的另一端与用户用水管(22)的进口连接，用户用水管(22)的出口通过装有循环泵(30)的管路(23)与热泵机组(20)的乙进口(25)连接，热泵机组(20)的B出口(27)以防冻液管路(28)连接在逆流式套管换热器(18)的上部进口上，逆流式套管换热器(18)的下部出口与可进行回流的中水管(29)连接。
2.按权利要求1所述的直接利用城市干渠污水的热泵系统，其特征在于：所述的连续式滚动过滤装置主要由过滤槽(3)、支撑件、空心轴(4)、滚动过滤筛(7)、支架(8)、除污板(6)、排污口(5)和电机带传动(10)组成，与污水干渠(1)的污水出口管(2)出口位置相对应的地面内设有过滤槽(3)，在过滤槽(3)的两侧壁内对称装设由支撑件支撑的两空心轴(4)，两空心轴(4)的一端分别铰接在滚动过滤筛(7)上，两空心轴(4)的另一端分别连通相接在过滤出水管(9)上，靠近空心轴(4)侧的空心轴(4)段上装设由电机带传动(10)驱动的滚动过滤筛(7)，与滚动过滤筛(7)顶部位置相对应的过滤槽(3)两侧槽壁顶端面的支架(8)的横梁上连接除污板(6)，在过滤槽(3)内底面上设有可开、关的排污口(5)。
3.按权利要求1所述的直接利用城市干渠污水的热泵系统，其特征在于：所述的带隔栅的污水沉淀装置由浅水段和深水段组成长方形沉淀槽(11)，在深水段侧的槽壁底面装设过滤箱(15)，过滤箱(15)连接沉淀出水管(16)的一端，沉淀出水管(16)的另一端穿过沉淀槽壁伸露在槽外，在伸露槽外的沉淀出水管(16)段上装有污水提升泵(17)， 沉淀出水管(16)的末端与污水换热器连通相接;在槽内横向装设1～5道过滤用的隔栅，所述的每道隔栅由框架(12)、海砂(14)和筛网(13)组成，以角钢制成厚度为80～120mm的框架(12)，以∮3～∮5mm孔隙的两筛网(13)固定在框架(12)的两侧，在两筛网(13)之间的空间内填充直径大于6.5mm的海砂(14)。
4.按权利要求1所述的直接利用城市干渠污水的热泵系统，其特征在于：所述的逆流式套管换热器由壳体、沉淀水进口(31)、管子(32)、端板(33)、冷冻液进口(35)、隔板(34)和换热器水出口(36)组成，壳体的一侧法兰与端板(33)的一端连接，端板(33)的另一端与沉淀水进口(31)连接，壳体的另一侧法兰与端板(33)的一端连接，端板(33)的另一端与换热器水出口(36)连接;壳体的两端口内对称设有两隔板(34)，在两隔板(34)之间分布装设由若干个管子(32)组成的管排，所述的每个管子(32)的两端以机械膨胀和粘接的固接方式均连接在两隔板(34)上，在壳体两端的任一侧外侧面的下半部分别连接两冷冻液进口(35)。
说明书
直接利用城市干渠污水的热泵系统
技术领域
本实用新型属于利用城市污水的低位能源设备，特别涉及一种直接利用城市干渠污水的热泵系统。
背景技术
随着全球经济的快速发展和社会的不断进步，人类对能源的需求量增速惊人，因此而导致的能源危机、环境恶化，已成为人类生存与发展过程中的一大难题。近年来，人们为了解决这一难题，正以极大的努力从两个方面不断的探索。一是在满足人们生产、生活基本需求的前提下，最大限度的减少能源消耗，如杜绝高能耗、低产出的工业产品，改造高能耗的生产工艺，提高建筑物围护结构的隔热性能，降低能耗等;二是开发新的清洁能源，如利用低位能源(空气、土地、水、太阳能、工业废热等)来代替一部分初始高位能源(煤、石油、天然气等)。低位能源主要产生于垃圾焚烧厂、污水处理厂、火力发电厂、生产工艺性冷却、送变电设施、冷冻仓库、地铁、地下街道以及土壤中、江河湖泊中，它们分布及广、潜能巨大。然而，由于人们对它们的认识有限，加之技术、经济因素的影响，至今没有广泛的加以应用。在上述未有效利用的低位能源中，城市污水因一年四季变化较小，数量稳定，具有冬暖夏凉(相对于环境温度)的温度特征，且赋有的热量较大，易于通过污水处理厂或城市排水主管道进行收集等特点，被公认为是易于回收利用的极好清洁能源。特别是污水源热泵的研制发明成功，为在实际工程中推广和应用城市污水低位能源提供了可靠的技术保证。可以说，有效的回收和利用城市污水中的低温热能，将是21世纪城市污水资源化的一条重要途径。目前，在回收和利用城市污水中的低温热能设备中的污水源热泵系统普遍采用两种应用形式，一是单独的沉淀后直接进入热泵机组;二是城市原生污水不经过过滤的前处理，只经过热泵机组前端换热器，再进入热泵机组。单独沉淀后直接进入热泵机组的应用形式，很好的利用了污水中的热能，但很容易造成热泵换热器的堵塞问题，更会造成换热器冻裂，制冷剂泄露，热泵系统不能正常运行的严重后果。城市原生污水不经处理而进入热泵机组前端换热器，会造成换热器效率下降，甚至堵塞，因此需要频繁的清洗工作，大约每周需要清洗一次，严重影响了热泵系统的正常运行。
发明内容
本实用新型旨在为了避免上述技术中存在的缺点和不足之处，而提供一种直接利用城市干渠污水的热泵系统;该系统不仅设计合理，结构紧凑，而且在污水的前端处理上，旣有过滤、沉淀过程，同时又加有前端换热器，完全解决了热泵机组在运行过程中的安全隐患，保证机组连续稳定的运行;同时还具有换热效率高、耐腐蚀、防堵塞以及操作使用十分方便等特点。
本实用新型的目的是采用如下的技术方案实现的：所述的直接利用城市干渠污水的热泵系统，包括污水干渠的污水出口管、热泵机组，其特征在于：在污水干渠的污水出口管出口下装设连续式滚动过滤装置，连续式滚动过滤装置中的空心轴的出口连接过滤出水管的一端，过滤出水管另一端连接在带隔栅的污水沉淀装置上，带隔栅的污水沉淀装置中的沉淀出水管的管段上装有污水提升泵，沉淀出水管的端末连接在逆流式套管换热器的进口上，在逆流式套管换热器的出口上连接换热器出水管，换热器出水管段上装有循环泵，换热器出水管端末与热泵机组甲进口连接，热泵机组的A出口连接热泵水管的一端，热泵水管的另一端与用户用水管的进口连接，用户用水管的出口通过装有循环泵的管路与热泵机组的乙进口连接，热泵机组的B出口以防冻液管路连接在逆流式套管换热器的上部进口上，逆流式套管换热器的下部出口与可进行回流的中水管连接。
所述的连续式滚动过滤装置主要由过滤槽、支撑件、空心轴、滚动过滤筛、支架、除污板、排污口和电机带传动组成，与污水干渠的污水出口管出口位置相对应的地面内设有过滤槽，在过滤槽的两侧壁内对称装设由支撑件支撑的两空心轴，两空心轴的一端分别铰接在滚动过滤筛上，两空心轴的另一端分别连通相接在过滤出水管上，靠近空心轴侧的空心轴段上装设由电机带传动驱动的滚动过滤筛，与滚动过滤筛顶部位置相对应的过滤槽两侧槽壁顶端面的支架的横梁上连接除污板，在过滤槽内底面上设有可开、关的排污口。
所述的带隔栅的污水沉淀装置由浅水段和深水段组成长方形沉淀槽，在深水段侧的槽壁底面装设过滤箱，过滤箱连接沉淀出水管的一端，沉淀出水管的另一端穿过沉淀槽壁伸露在槽外，在伸露槽外的沉淀出水管段上装有污水提升 泵，沉淀出水管的末端与热泵机组中的污水换热器连通相接;在槽内横向装设1～5道过滤用的隔栅，所述的每道隔栅由框架、海砂和筛网组成，以角钢制成厚度为80～120mm的框架，以∮3～∮5mm孔隙的两筛网固定在框架的两侧，在两筛网之间的空间内填充直径大于6.5mm的海砂。
所述的逆流式套管换热器由壳体、沉淀水进口、管子、端板、冷冻液进口、隔板和换热器水出口组成，壳体的一侧法兰与端板的一端连接，端板的另一端与沉淀水进口连接，壳体的另一侧法兰与端板的一端连接，端板的另一端与换热器水出口连接;壳体的两端口内对称设有两隔板，在两隔板之间分布装设由若干个管子组成的管排，所述的每个管子的两端以机械膨胀和粘接的固接方式均连接在两隔板上，在壳体两端的任一侧外侧面的下半部分别连接两冷冻液进口。
本实用新型的原理和操作分述于下：
由于在本实用新型是针对城市污水排水温度随所在地理纬度不同、污水组成不同有所变化，一般冬季为8～20℃，夏季为23～28℃的条件;在本实用新型中依序装设由连续式滚动过滤装置、带隔删的污水沉淀装置、污水提升泵、逆流式套管换热器、热泵机组、末端用户用水管的直接利用城市干渠污水的热泵系统。
1、当该热泵系统在冬季供热运行时，污水经连续式滚动过滤装置过滤后，在带隔删的污水沉淀装置中经沉淀处理，并经细砂隔删再次过滤处理，由污水提升泵加压流经逆流式套管换热器一即水-水式套管换热器，换热之后的污水回流后可做中水使用，或直接排到污水于渠，污水换热器与热泵蒸发器之间加循环泵，以加有防冻液的水为换热介质，换出来的热量被热泵机组(5)吸收，再释放给空调末端用户用水管。
2、当该热泵系统在夏季制冷运行时，热泵前端系统水路进行切换，即末端用户用水管系统水进热泵蒸发器，降温后供向用户，污水换热器的介质水进入冷凝器，升温后将热量带走，经污水换热器释放给污水主干渠的污水中。
在本实用新型的构思过程中，对系统内的设备在数量、型号等方面进行优化设计与选择，并通过上位机控制将其组成一个有机整体，保证系统时刻节能、稳定运行，大幅度降低机组运行费用。污水源热泵系统努力的目标就 是系统运行稳定可靠，高效节能。稳定可靠的目标首先是要求换热器防堵、耐腐蚀，其次要求是水源热泵主机、附属设备、电控部分运行故障率低;高效节能的目标首先是要求每个相对独立的设备，如换热器的换热效率高，水源热泵主机的能效比高，水泵的效率高等，除此之外还要通过一套优化的控制程序将这些相对独立的设备有机结合起来，并通过智能化的控制保证系统高效运行。从而使本实用新型具有换热效率高、耐腐蚀、防堵塞，并根据工程项目对热量的实际需求，及其所在地的污水实际温度与流量，合理选择换热器型号与数量，保证系统内设备的合理匹配，使系统在一定污水流量下的高效运行。水源热泵机组硬件构成中只有压缩机、电磁阀为运动及耗能部件。少量的运转部件是保证运行可靠的前提，从根本上杜绝了大量的维修工作量。
综以上所采取的技术方案，实现本实用新型的目的。
与现有技术相比，本实用新型不仅设计合理，结构紧凑，而且在污水的前端处理上，旣有过滤、沉淀过程，同时又加有前端换热器，完全解决了热泵机组在运行过程中的安全隐患，保证机组连续稳定的运行;同时还具有换热效率高、耐腐蚀、防堵塞以及操作使用十分方便等特点。