專利名稱：污水或地表水源熱泵大管徑換熱裝置及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用熱泵技術(shù)提取污水或地表水中的熱量或冷量的換熱裝 置及其系統(tǒng)，屬于能源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
利用熱泵技術(shù)提取污水或地表水中的低位熱能為建筑物采暖空調(diào)，即污水或地表 水源熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)，具有巨大的節(jié)能潛力，其節(jié)能幅度可達(dá)45%以上。按我國(guó)現(xiàn)有污水 排放量測(cè)算，開發(fā)利用污水低位熱能(按溫降4-5°C )，可為20%的城市建筑物供熱空調(diào)，其 開發(fā)應(yīng)用前景非常廣闊，是建筑節(jié)能減排的有效途徑之一。污水源或地表水源都是水源的一種，相比地下水其主要特點(diǎn)是懸浮物和其它雜質(zhì) 含量大，懸浮物易堵塞換熱設(shè)備或熱泵機(jī)組，其它雜質(zhì)易在換熱壁面形成污垢。一般的過(guò)濾或污水處理方面的技術(shù)，例如機(jī)械格柵、沉淀等，被利用在污水源熱泵 系統(tǒng)中的主要問(wèn)題是初投資過(guò)大、運(yùn)行成本過(guò)高，另外用戶也沒(méi)有足夠的空間安裝這些設(shè) 施。因此，污水源熱泵的技術(shù)關(guān)鍵是防堵、防垢?，F(xiàn)有技術(shù)都采用特殊的過(guò)濾措施防堵，再對(duì)換熱設(shè)備或熱泵機(jī)組定期清污除垢。 按系統(tǒng)形式分為直接式系統(tǒng)和間接式系統(tǒng)，直接式系統(tǒng)是指污水經(jīng)過(guò)濾措施后直接進(jìn)入熱 泵機(jī)組，間接式系統(tǒng)采用中間換熱方式，先將熱量傳遞給清水，清水再進(jìn)入熱泵機(jī)組，這兩 種形式都需要定期清污除垢。由于污垢不可避免地要在換熱壁面上形成，采用直接式系統(tǒng)后，定期對(duì)熱泵機(jī)組 除垢，易損傷機(jī)組，造成蒸發(fā)器或冷凝器換熱管泄漏，風(fēng)險(xiǎn)太大。因此，多采用中間換熱的方 式，目前的工程應(yīng)用也主要是間接式系統(tǒng)。在采用間接式系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)前主要有兩類技術(shù)一類是采用特殊的過(guò)濾措施防堵，再利用現(xiàn)有的換熱設(shè)備中間換熱，例如 筆者作為發(fā)明人開發(fā)的專利號(hào)ZL200410043654. 9、公開號(hào)CN1594112A和專利號(hào) ZL200610010437. 9、公開號(hào) CN1920447A 的專利技術(shù)。二類是直接采用無(wú)堵塞的換熱設(shè)備中間換熱，例如筆者作為發(fā)明人開發(fā)的專 利號(hào) ZL200710144522. 9、公開號(hào) CNlOl 149233A 和專利號(hào) ZL200720117309. 4、公開號(hào) CN201096463Y的專利設(shè)備。第一類技術(shù)的缺點(diǎn)是增加了過(guò)濾設(shè)備，系統(tǒng)工藝流程相對(duì)復(fù)雜，故障點(diǎn)和維護(hù)點(diǎn) 相對(duì)增加。第二類技術(shù)的缺點(diǎn)是換熱設(shè)備內(nèi)的過(guò)流斷面較大，換熱設(shè)備的體積和占地相對(duì) 增加。但筆者認(rèn)為，第二類技術(shù)相對(duì)具有優(yōu)勢(shì)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種污水或地表水源熱泵大管徑換熱裝置及其系統(tǒng)，它 可以有效地解決懸浮物的堵塞和現(xiàn)有技術(shù)為實(shí)現(xiàn)防堵塞而導(dǎo)致的工藝流程復(fù)雜與占地大 等關(guān)鍵問(wèn)題。[0012]本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是一種污水或地表水源熱泵大管徑換熱裝置，其 由大管徑管、大管徑管組成的排管、管板、殼體一、殼體二、內(nèi)隔板、外隔板一、外隔板二、污 水或地表水進(jìn)口、污水或地表水出口、清水進(jìn)口、清水出口和封板組成，大管徑管的管徑在 50^150 mm之間，管與管之間留間隙，水平方向并列形成一層管排，并且逐根固定在管板上； 殼體一和殼體二分別與管板連接；內(nèi)隔板設(shè)置在排管與排管的中間位置，每層排管或每?jī)?層排管或每三層排管設(shè)置一個(gè)內(nèi)隔板，其兩側(cè)與殼體一連接，一端與管板連接，另一端與另 一管板留有過(guò)水距離，內(nèi)隔板沿垂直方向與管板的連接方式交替設(shè)置，即上一內(nèi)隔板的一 端與左管板連接，則下一內(nèi)隔板的一端與右管板連接，內(nèi)隔板將每層排管或每?jī)蓪优殴芑?每三層排管的管外空間形成相互串聯(lián)；外隔板一和外隔板二的一端分別與管板連接，兩側(cè) 分別與殼體二連接，外隔板一和外隔板二在垂直方向交替設(shè)置，將每層管排或每?jī)蓪优殴?或每三層排管的管內(nèi)空間形成相互串聯(lián)；封板通過(guò)法蘭或絲扣封閉殼體二兩端；污水或地 表水進(jìn)口和污水或地表水出口分別連接在殼體二上；清水進(jìn)口、清水出口分別連接在殼體 一上。優(yōu)化的，上述污水或地表水源熱泵大管徑換熱裝置，其大管徑管的管徑為 70"l25mmo優(yōu)化的，上述污水或地表水源熱泵大管徑換熱裝置，其大管徑管的管徑為 90 110mm。優(yōu)化的，上述污水或地表水源熱泵大管徑換熱裝置，其大管徑管的管徑為 95 105mm。優(yōu)化的，上述污水或地表水源熱泵大管徑換熱裝置，其特征在于大管徑換熱裝置 還可由兩個(gè)單體大管徑換熱裝置相互串聯(lián)組成，兩個(gè)單體大管徑換熱裝置的污水或地表水 出口相連通，清水進(jìn)口相連通。本實(shí)用新型裝置的運(yùn)行原理為含懸浮物和其它雜質(zhì)的污水或地表水從污水或地 表水進(jìn)口進(jìn)入，經(jīng)外隔板和外隔板的阻隔作用，從大管徑管的管內(nèi)空間依次流過(guò)，流往污水 或地表水出口，并從污水或地表水出口流出；清水則從清水進(jìn)口進(jìn)入，經(jīng)內(nèi)隔板的阻隔作 用，從大管徑管的管外空間依次流過(guò)，再?gòu)那逅隹诹鞒?；污水或地表水與清水成逆流換 熱。一種污水或地表水源熱泵系統(tǒng)，其由大管徑換熱裝置、熱泵機(jī)組、污水或地表水 泵、污水或地表水供水管、污水或地表水排水管、清水泵、清水供水管線、清水回水管線和低 位水箱組成，污水或地表水泵連接在污水或地表水供水管上；污水或地表水供水管與大管 徑換熱裝置的污水或地表水進(jìn)口連接；污水或地表水排水管與大管徑換熱裝置的污水或地 表水出口連接；清水泵連接在清水供水管線上；清水供水管線分別與大管徑換熱裝置的清 水出口和熱泵機(jī)組的進(jìn)口連接；清水回水管線分別與大管徑換熱裝置的清水進(jìn)口和熱泵機(jī) 組的出口連接；低位水箱連接在清水泵和大管徑換熱裝置之間的清水供水管線上。優(yōu)化的，上述污水或地表水源熱泵系統(tǒng)，其大管徑換熱裝置可以多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)。本實(shí)用新型系統(tǒng)的運(yùn)行原理為污水或地表水泵抽送污水或地表水進(jìn)入大管徑換 熱裝置，清水泵抽送清水在大管徑換熱裝置和熱泵機(jī)組之間進(jìn)行循環(huán)，污水或地表水與清 水通過(guò)大管徑換熱裝置進(jìn)行冷熱量交換，熱泵機(jī)組則從清水中提取冷熱量。本實(shí)用新型的裝置與傳統(tǒng)殼管換熱器和筆者曾申請(qǐng)的專利號(hào)為ZL200720117308.X，公開號(hào)為CN201096461的“污水及地表水冷熱源方形殼管換熱器”的區(qū)別在于(1)結(jié)構(gòu)上的差異一本發(fā)明采用了特大管徑管作為換熱管，其直徑為7(Tl50mm， 一般傳統(tǒng)換熱器和ZL200720117308. X的換熱管管徑都不大于50mm。(2)結(jié)構(gòu)上的差異二 本發(fā)明的大管徑換熱裝置的管程(殼程)數(shù)將由一般的6 12 管程(殼程)增加到3(Γ40管程(殼程)，與傳統(tǒng)換熱器和ZL200720117308. X的管、殼程將有 顯著不同。(3)結(jié)構(gòu)上的差異三本發(fā)明的大管徑換熱裝置的每管程的管根數(shù)只有幾根或十 幾根，與傳統(tǒng)換熱器和ZL200720117308.X每管程幾十根管的差距巨大。(4)功能上的差異一本發(fā)明采用特大管徑后，含懸浮物的污水或地表水可順暢地 通過(guò)，具有防堵功能，不需單獨(dú)再采取防堵措施，解決了污水或地表水熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 之一；而傳統(tǒng)換熱器和ZL200720117308. X采用直徑不大于50mm的管徑時(shí)，都需要另外采取 防堵措施。(5)功能上的差異二 本發(fā)明采用大管徑，大管徑管壁相對(duì)較厚，為污水或地表水 的腐蝕性相對(duì)留有一定的腐蝕余量。(6)效果上的差異一本發(fā)明的大管徑換熱裝置由于不需再采取防堵措施，使得熱 泵系統(tǒng)的工藝流程明顯簡(jiǎn)單、故障點(diǎn)和維護(hù)量大大減小。(7)效果上的差異二 雖然采取大管徑后，換熱裝置的體積和占地會(huì)增大，但由于 沒(méi)有了防堵措施，較傳統(tǒng)換熱器加防堵措施的綜合占地相反要減少30%以上。(8)克服了技術(shù)偏見一本領(lǐng)域的技術(shù)人員都認(rèn)為換熱器應(yīng)該結(jié)構(gòu)緊湊，管徑越 小，相對(duì)會(huì)越緊湊，換熱器體積和占地會(huì)越小，因此認(rèn)為不應(yīng)該采用大管徑換熱管。而實(shí)際 采用較小的換熱管換熱器后，雖然換熱器的體積和占地減小了，但由于需要設(shè)置防堵措施， 其綜合占地反而比大管徑換熱裝置的占地明顯增加。(9)克服了技術(shù)偏見二 本領(lǐng)域的技術(shù)人員都認(rèn)為殼管換熱器的殼體應(yīng)該采用圓 柱形，方形不耐壓。而實(shí)際污水或地表水熱泵系統(tǒng)中，該換熱裝置的承壓可不超過(guò)0. 3MPa, 而本發(fā)明的大管徑換熱裝置的管、殼程數(shù)很多，即內(nèi)隔板、外隔板一和外隔板二的數(shù)量很 多，都可起到拉筋作用，而且距離很近，完全可承壓到0. 3MPa以上，這也克服了 ZL200720117308. X 的缺陷。該裝置及其系統(tǒng)具有如下有益效果( 1)采用大管徑換熱管后，污水或地表水直接進(jìn)入換熱裝置進(jìn)行換熱，前端不需設(shè) 置過(guò)濾網(wǎng)或防阻裝置，解決了污水或地表水源熱泵的堵塞問(wèn)題；(2)由于無(wú)需設(shè)置防堵措施，使得整個(gè)系統(tǒng)的工藝流程明顯簡(jiǎn)單化，故障點(diǎn)也明顯 減少；(3)采用大管徑后，管壁會(huì)適當(dāng)增大，但系統(tǒng)為開式循環(huán)，接近無(wú)壓狀態(tài)，適當(dāng)增加 的壁厚不需要對(duì)承壓不起作用，留有了足夠的腐蝕余量；(4)換熱裝置采用逆流換熱，換熱效率高；采用大管徑后，流動(dòng)阻力小，水泵能耗 低；(5)相對(duì)傳統(tǒng)的殼管換熱器，管的數(shù)量可減少75%左右，清洗工作量減少，利于維
護(hù)管理。
圖1是本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的B-B剖面圖；圖3是圖1的C-C剖面圖；圖4是是圖1的A向圖；圖5是本實(shí)用新型的實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實(shí)用新型系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本實(shí)用新型的大管徑換熱裝置它由大管徑管1、大管 徑管1組成的排管2、管板3、殼體一4-1、殼體二4-2、內(nèi)隔板5、外隔板一6-1、外隔板二6-2、 污水或地表水進(jìn)口 7、污水或地表水出口 8、清水進(jìn)口 9、清水出口 10和封板11組成，大管徑 管1的管徑在5(T150 mm之間，管與管之間留有間隙，水平方向并列形成一層管排2，并且逐 根固定在管板3上；殼體一 4-1和殼體二 4-2分別與管板3連接；內(nèi)隔板5設(shè)置在排管2與 排管2的中間位置，每層排管2或每?jī)蓪优殴?或每三層排管2設(shè)置一個(gè)內(nèi)隔板，其兩側(cè)與 殼體一 4-1連接，一端與管板3連接，另一端與另一管板3留有過(guò)水距離，內(nèi)隔板5沿垂直 方向與管板的連接方式交替設(shè)置，即上一內(nèi)隔板5的一端與左管板3連接，則下一內(nèi)隔板5 的一端與右管板3連接，內(nèi)隔板5將每層排管2或每?jī)蓪优殴?或每三層排管2的管外空 間形成相互串聯(lián)；外隔板一 6-1和外隔板二 6-2的一端分別與管板3連接，兩側(cè)分別與殼體 二 4-2連接，外隔板一 6-1和外隔板二 6-2在垂直方向交替設(shè)置，將每層管排2或每?jī)蓪优?管2或每三層排管2的管內(nèi)空間形成相互串聯(lián)；封板11通過(guò)法蘭或絲扣封閉殼體二 4-2兩 端；污水或地表水進(jìn)口 7和污水或地表水出口 8分別連接在殼體二 4-2上；清水進(jìn)口 9、清 水出口 10分別連接在殼體一 4-1上。實(shí)施例2如圖廣圖4所示，本實(shí)用新型的大管徑管1的管徑為7(Tl25mm，其它組成和連接 關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3如圖廣圖4所示，本實(shí)用新型的大管徑管1的管徑為9(Tll0mm，其它組成和連接 關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4如圖廣圖4所示，本實(shí)用新型的大管徑管1的管徑為95 105mm，其它組成和連接 關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例5如圖5所示，本實(shí)用新型的大管徑換熱裝置可由兩個(gè)單體大管換徑熱裝置相互串 聯(lián)組成，兩個(gè)單體的污水或地表水出口 8相連通，清水進(jìn)口 9相連通，其它組成和連接關(guān)系 與實(shí)施例1相同。實(shí)施例6[0055]如圖6所示，本實(shí)用新型由大管徑換熱裝置12、熱泵機(jī)組13、污水或地表水泵14、 污水或地表水供水管15、污水或地表水排水管16、清水泵17、清水供水管線18、清水回水管 線19和低位水箱20組成，污水或地表水泵14連接在污水或地表水供水管15上；污水或地 表水供水管15與大管徑換熱裝置12的污水或地表水進(jìn)口 7連接；污水或地表水排水管16 與大管徑換熱裝置12的污水或地表水出口 8連接；清水泵17連接在清水供水管線18上； 清水供水管線18分別與大管徑換熱裝置12的清水出口 10和熱泵機(jī)組13的進(jìn)口連接；清 水回水管線19分別與大管徑換熱裝置12的清水進(jìn)口 9和熱泵機(jī)組13的出口連接；低位水 箱20連接在清水泵17和大管徑換熱裝置12之間的清水供水管線18上。實(shí)施例7本實(shí)用新型的系統(tǒng)中大管徑換熱裝置12可以多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)，其它組成和連接 關(guān)系與實(shí)施例6相同。
權(quán)利要求1.一種污水或地表水源熱泵大管徑換熱裝置，其特征在于它由大管徑管(1 )、大管徑 管(1)組成的排管(2)、管板(3)、殼體一(4-1)、殼體二(4-2)、內(nèi)隔板(5)、外隔板一(6-1)、 外隔板二( 6-2 )、污水或地表水進(jìn)口( 7 )、污水或地表水出口( 8 )、清水進(jìn)口( 9 )、清水出口 (10)和封板(11)組成，大管徑管(1)的管徑在5(T150 mm之間，管與管之間留間隙，水平方 向并列形成一層管排(2)，并且逐根固定在管板(3)上；殼體一(4-1)和殼體二(4-2)分別 與管板(3)連接；內(nèi)隔板(5)設(shè)置在排管(2)與排管(2)的中間位置，每層排管(2)或每?jī)?層排管(2)或每三層排管(2)設(shè)置一個(gè)內(nèi)隔板(5)，其兩側(cè)與殼體一(4-1)連接，一端與管板 (3)連接，另一端與另一管板(3)留有過(guò)水距離，內(nèi)隔板(5)沿垂直方向與管板的連接方式 交替設(shè)置，即上一內(nèi)隔板(5)的一端與左管板(3)連接，則下一內(nèi)隔板(5)的一端與右管板 (3 )連接，內(nèi)隔板(5 )將每層排管(2 )或每?jī)蓪优殴?2 )或每三層排管(2 )的管外空間形成 相互串聯(lián)；外隔板一(6-1)和外隔板二(6-2)的一端分別與管板(3)連接，兩側(cè)分別與殼體 二( 4-2 )連接，外隔板一(6-1)和外隔板二( 6-2 )在垂直方向交替設(shè)置，將每層管排(2 )或 每?jī)蓪优殴?2)或每三層排管(2)的管內(nèi)空間形成相互串聯(lián)；封板(11)通過(guò)法蘭或絲扣封 閉殼體二(4-2)兩端；污水或地表水進(jìn)口(7)和污水或地表水出口(8)分別連接在殼體二 (4-2)上；清水進(jìn)口(9)、清水出口(10)分別連接在殼體一(4-1)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水或地表水源熱泵大管徑換熱裝置，其特征在于大管徑管 (1)的管徑為70 125mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水或地表水源熱泵大管徑換熱裝置，其特征在于大管徑管 (1)的管徑為90 110mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水或地表水源熱泵大管徑換熱裝置，其特征在于大管徑管 (1)的管徑為95 105mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水或地表水源熱泵大管徑換熱裝置，其特征在于大管徑換 熱裝置還可由兩個(gè)單體大管徑換熱裝置相互串聯(lián)組成，兩個(gè)單體大管徑換熱裝置的污水或 地表水出口(8)相連通，清水進(jìn)口(9)相連通。
6.一種污水或地表水源熱泵系統(tǒng)，其特征在于它由大管徑換熱裝置(12)、熱泵機(jī)組 (13)、污水或地表水泵(14)、污水或地表水供水管(15)、污水或地表水排水管(16)、清水泵 (17)、清水供水管線(18)、清水回水管線(19)和低位水箱(20)組成，污水或地表水泵(14) 連接在污水或地表水供水管(15)上；污水或地表水供水管(15)與大管徑換熱裝置(12)的 污水或地表水進(jìn)口(7)連接；污水或地表水排水管(16)與大管徑換熱裝置(12)的污水或地 表水出口(8)連接；清水泵(17)連接在清水供水管線(18)上；清水供水管線(18)分別與大 管徑換熱裝置(12)的清水出口(10)和熱泵機(jī)組(13)的進(jìn)口連接；清水回水管線(19)分別 與大管徑換熱裝置(12)的清水進(jìn)口(9)和熱泵機(jī)組(13)的出口連接；低位水箱(20)連接 在清水泵(17)和大管徑換熱裝置(12)之間的清水供水管線(18)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的污水或地表水源熱泵系統(tǒng)，其特征在于大管徑換熱裝置(12) 可以多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)。
專利摘要污水或地表水源熱泵大管徑換熱裝置及其系統(tǒng)，涉及一種利用熱泵技術(shù)提取污水或地表水中的熱量或冷量的換熱裝置及其系統(tǒng)，屬于能源技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型的目的是解決懸浮物的堵塞和現(xiàn)有技術(shù)為實(shí)現(xiàn)防堵塞而導(dǎo)致的工藝流程復(fù)雜與占地大等關(guān)鍵問(wèn)題。本實(shí)用新型的裝置由大管徑管、管板、殼體、內(nèi)外隔板、污水或地表水進(jìn)出口、清水進(jìn)出口、封板等組成，系統(tǒng)由該換熱裝置、熱泵機(jī)組、水泵和連接管路等組成，污水或地表水在大管徑管內(nèi)順暢地流動(dòng)，清水在管外與污水呈逆流換熱，熱泵機(jī)組再?gòu)那逅刑崛崃?。本?shí)用新型適用于污水或地表水源熱泵間接式系統(tǒng)，前端不需設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)或防阻裝置，實(shí)現(xiàn)無(wú)堵塞連續(xù)換熱、取熱，具備足夠的腐蝕余量，占地小，換熱效率高。
文檔編號(hào)F28F1/00GK201909570SQ20102055334
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月9日
發(fā)明者吳榮華, 遲芳 申請(qǐng)人:青島科創(chuàng)新能源科技有限公司