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：
本發(fā)明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。按我國現(xiàn)有污水 排放量測算，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)中的主要問題是初投資過大、運(yùn)行成本過高，另外用戶也沒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。現(xiàn)有技術(shù)都采用特殊的過濾措施防堵，再對換熱設(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)是增加了過濾設(shè)備，系統(tǒng)工藝流程相對復(fù)雜，故障點(diǎn)和維護(hù)點(diǎn) 相對增加。第二類技術(shù)的缺點(diǎn)是換熱設(shè)備內(nèi)的過流斷面較大，換熱設(shè)備的體積和占地相對 增加。但筆者認(rèn)為，第二類技術(shù)相對具有優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明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) 鍵問題。
本發(fā)明的裝置如圖1、2、3、4所示，它由大管徑管1、大管徑管1組成的排管2、管板 3、殼體4-1、殼體4-2、內(nèi)隔板5、外隔板6-1、外隔板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50 150mm之間， 管與管之間留有一定的間隙，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4-1和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或每兩層排管2或每三層排管2設(shè)置一個(gè)內(nèi)隔板，其兩側(cè)與殼體4-1連接，一端與管板3 連接，另一端與另一管板3留有一定的過水距離，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或每兩層排管2或每三層排管2的管外空間形成相互串聯(lián)；外隔板 6-1和外隔板6-2的一端分別與管板3連接，兩側(cè)分別與殼體4-2連接，外隔板6-1和外隔 板6-2在垂直方向交替設(shè)置，將每層管排2或每兩層排管2或每三層排管2的管內(nèi)空間形 成相互串聯(lián)；封板11通過法蘭或絲扣封閉殼體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4-2上；清水進(jìn)口 9、清水出口 10分別連接在殼體4-1上。本發(fā)明裝置的運(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 7進(jìn)入，經(jīng)外隔板6-1和外隔板6-2的阻隔作用，從大管徑管1的管內(nèi)空間依次流過， 流往污水或地表水出口 8，并從污水或地表水出口 8流出；清水則從清水進(jìn)口 9進(jìn)入，經(jīng)內(nèi) 隔板5的阻隔作用，從大管徑管1的管外空間依次流過，再從清水出口 10流出；污水或地表 水與清水成逆流換熱。本發(fā)明的系統(tǒng)如圖5所示，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。本發(fā)明系統(tǒng)的運(yùn)行原理為污水或地表水泵14抽送污水或地表水進(jìn)入大管徑換 熱裝置12，清水泵17抽送清水在大管徑換熱裝置12和熱泵機(jī)組13之間進(jìn)行循環(huán)，污水或 地表水與清水通過大管徑換熱裝置12進(jìn)行冷熱量交換，熱泵機(jī)組13則從清水中提取冷熱 量。本發(fā)明的裝置與傳統(tǒng)殼管換熱器和筆者曾申請的專利號(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70 150mm，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30 40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，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，大管徑管壁相對較厚，為污水或地表水 的腐蝕性相對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5、外隔板6-1和外隔板6-2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) 置過濾網(wǎng)或防阻裝置，解決了污水或地表水源熱泵的堵塞問題；(2)由于無需設(shè)置防堵措施，使得整個(gè)系統(tǒng)的工藝流程明顯簡單化，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)，接近無壓狀態(tài)，適當(dāng)增加 的壁厚不需要對承壓不起作用，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是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意2是圖1的B-B剖面3是圖1的C-C剖面4是是圖1的A向5是具體實(shí)施方式
五的結(jié)構(gòu)示意6是本發(fā)明系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一，結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的大管徑換熱裝 置它由大管徑管1、大管徑管1組成的排管2、管板3、殼體4-1、殼體4-2、內(nèi)隔板5、外隔板 6-1、外隔板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50 150mm之間，管與管之間留有一定的間隙，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4-1和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或每兩層排管2或每三層排管2設(shè)置 一個(gè)內(nèi)隔板，其兩側(cè)與殼體4-1連接，一端與管板3連接，另一端與另一管板3留有一定的 過水距離，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或每兩層排管2 或每三層排管2的管外空間形成相互串聯(lián)；外隔板6-1和外隔板6-2的一端分別與管板3 連接，兩側(cè)分別與殼體4-2連接，外隔板6-1和外隔板6-2在垂直方向交替設(shè)置，將每層管 排2或每兩層排管2或每三層排管2的管內(nèi)空間形成相互串聯(lián)；封板11通過法蘭或絲扣封 閉殼體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4-2上；清水 進(jìn)口 9、清水出口 10分別連接在殼體4-1上。
具體實(shí)施方式
二(參見圖1 圖4)，本實(shí)施方式的大管徑管1的管徑為70 125mm,其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三(參見圖1 圖4)，本實(shí)施方式的大管徑管1的管徑為90 1 IOmm,其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四(參見圖1 圖4)，本實(shí)施方式的大管徑管1的管徑為95 105mm,其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五(參見圖5)，本實(shí)施方式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)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六，本實(shí)施方式是本發(fā)明系統(tǒng)的具體實(shí)施方式
，結(jié)合圖6進(jìn)行說明。 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。
具體實(shí)施方式
七，本實(shí)施方式的系統(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)系與具體實(shí)施方式
六相同。
權(quán)利要求
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4 1、殼體4 2、內(nèi)隔板5、外隔板6 1、外隔板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50～150mm之間，管與管之間留有一定的間隙，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4 1和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或每兩層排管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4 1連接，一端與管板3連接，另一端與另一管板3留有一定的過水距離，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或每兩層排管2或每三層排管2的管外空間形成相互串聯(lián)；外隔板6 1和外隔板6 2的一端分別與管板3連接，兩側(cè)分別與殼體4 2連接，外隔板6 1和外隔板6 2在垂直方向交替設(shè)置，將每層管排2或每兩層排管2或每三層排管2的管內(nèi)空間形成相互串聯(lián)；封板11通過法蘭或絲扣封閉殼體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4 2上；清水進(jìn)口9、清水出口10分別連接在殼體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5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)。
全文摘要
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。本發(fā)明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)鍵問題。本發(fā)明的裝置由大管徑管、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)組再從清水中提取熱量。本發(fā)明適用于污水或地表水源熱泵間接式系統(tǒng)，前端不需設(shè)置過濾網(wǎng)或防阻裝置，實(shí)現(xiàn)無堵塞連續(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)F28F1/00GK101915511SQ20101025491
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者吳榮華, 遲芳 申請人:青島科創(chuàng)新能源科技有限公司