申请日2014.03.19
公开(公告)日2014.06.04
IPC分类号F24J3/00; F25B30/06
摘要
本发明公开了一种城镇原生污水冷热量的回收利用装置，包括套管式管段、中介水系统、热泵机组和末端循环系统;所述套管式管段包括外管和内管，在内外管之间设置有螺旋状翅片，在套管式管段两端分别设置有传热介质进水管和传热介质出水管;中介水系统的输送管线依次联接套管式管段上的传热介质出水管、中介水系统的输送泵、热泵机组和传热介质进水管;末端循环系统的循环管道依次联接热泵机组、循环泵和末端供冷供热设备。本发明的积极效果是：无阻塞、无污染、无(主动式)清污维护过程，能适应原生污水来水量自然变化的高效、稳定回收城镇原生污水冷热量的换热应用。
权利要求书
1.一种城镇原生污水冷热量的回收利用装置，其特征在于：包括套管式 管段、中介水系统、热泵机组和末端循环系统;所述套管式管段包括外管和内 管，在内外管之间设置有螺旋状翅片，在套管式管段两端分别设置有传热介质 进水管和传热介质出水管;中介水系统的输送管线依次联接套管式管段上的传 热介质出水管、中介水系统的输送泵、热泵机组和传热介质进水管;末端循环 系统的循环管道依次联接热泵机组、循环泵和末端供冷供热设备。
2.根据权利要求1所述的一种城镇原生污水冷热量的回收利用装置，其 特征在于：所述热泵机组通过传输管道依次与传输泵、蓄冷蓄热装置联接。
3.根据权利要求2所述的一种城镇原生污水冷热量的回收利用装置，其 特征在于：所述蓄冷蓄热装置与末端供冷供热设备并联或串联。
4.根据权利要求1所述的一种城镇原生污水冷热量的回收利用装置，其 特征在于：所述套管式管段至少由两段通过承插口搭接方式串联。
5.根据权利要求1所述的一种城镇原生污水冷热量的回收利用装置，其 特征在于：还设置有多热源换热集热器与所述中介水系统并联，所述多热源换 热集热器的热源包括城镇原生污水源、太阳能、生物质能、浅层地热能及工业 余热废热。
6.根据权利要求1所述的一种城镇原生污水冷热量的回收利用装置，其 特征在于：所述套管式管段的传热介质进水管设置在布水器上，所述套管式管 段的传热介质出水管设置在集水器上，在布水器和集水器上分别设置有布水口 和集水口。
7.根据权利要求6所述的一种城镇原生污水冷热量的回收利用装置，其 特征在于：各布水口的开口大小根据各自所承受的压强大小而设置，以确保流 入各螺旋状翅片间的流道内的传热介质量均匀。
说明书
一种城镇原生污水冷热量的回收利用装置
技术领域
本发明涉及一种回收城镇原生污水冷热量并将其作为热泵冷热源的回收 利用装置。
背景技术
利用各种清洁的可再生能源作为热泵冷热源为建筑物制冷、供暖和加热生 活热水等具有重要的节能减排意义。城镇原生污水是一种尚未大规模开发和利 用的优良低位热源，具有水温波动小、数量巨大、生成量稳定等特点。城镇原 生污水的夏季温度低于室外环境温度，冬季温度则高于室外环境温度，在整个 制冷季和供暖季，水温波动不大，水中蕴藏着大量低温热能。城镇污水生成量 大，而且随着我国城镇化发展，其水量将越来越大。
污水源热泵系统本身不存在像地埋管地源热泵受地质条件限制，地下水源 热泵受地下水水量和水资源保护限制，空气源热泵在热带地区室外环境温度很 高或寒冷地区室外环境温度很低时运行效率低甚至无法运行以及冬季除霜等 局限性。因此，城镇原生污水较其他冷热源具有明显优势和广阔的发展前景与 综合效益。
自发展、推广可再生能源建筑应用技术以来，城镇原生污水的利用一直备 受重视。然而到目前为止，污水源热泵技术未能大规模推广应用，主要原因是 城镇原生污水水质很差。比如，城镇生活污水常含有较高的有机物(如淀粉、 蛋白质、油脂等)，大量柔性纤维状杂物与发丝、柔性漂浮物和微尺度悬浮物; 而工业污水水质也各不相同，一般来讲，工业污水中含有金属及无机化合物、 油类、有机污染物等成分，同时工业污水的pH值往往偏离7，具有一定酸碱 度。正是因为污水的这些特殊性导致污水源热泵在应用过程中出现下列问题。
1.污水流经管道和换热设备时，由于污水中小尺度污染物浓度高，极易在 换热表面沉积形成污垢、黏性污泥层或贴附形成生物膜、油膜等。而漂浮物和 悬浮物等堵塞管道和设备入口，其最终会阻塞污水的流动，同时由于传热热阻 的增加而恶化换热过程。
2.污水常引起管道和设备腐蚀，尤其是污水中的硫化氢易使管道和设备腐 蚀生锈。
3.由于污水流动阻塞使换热设备流动阻力不断增大，引起流经换热设备污 水量的不断减少，同时传热热阻的不断增大，又引起传热系数的不断减小，因 此污水源热泵运行稳定性比其他水源热泵差，其制冷量和供热量随运行时间延 长而衰减的速率越来越快。
4.由于污水的流动阻塞和换热量的衰减，使得污水源热泵的运行维护频繁。
因此，要推广应用该技术，必须开发出一套既高效适用又能长期稳定运行 的应用方法。
中国专利CN1687677A公开了一种“城市原生污水冷热源直流输送换热应 用方法”，该方法适用于城市污水干渠中污水的余热回收利用，其工作原理为： 污水泵将污水从城市污水干渠输送至热泵机组附近并返回时，利用直流输送管 线兼作污水换热系统，污水通过输送管壁将冷热量传递给管外环间流动的热载 体后返回污水干渠下游，热载体将冷热量经热载体管线和热载泵传递给热泵机 组后经过热载体管线返回直流输送管线的内外管间环状空间。为了减少原生污 水进入直流输送管线可能发生阻塞，并保证污水进入管线水量，该方法要求输 送管线内管直径至少为50mm，管内流速至少为0.5m/s。但由于原生污水水质 的影响，若将该方法用于回收提取城市原生污水中的冷热量，在换热过程中， 并不能避免直流输送管线和污水泵等设备的结垢、腐蚀与污染甚至阻塞以及其 所导致换热量衰减等问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种无阻塞、无污染、无(主 动式)清污维护过程的城镇原生污水冷热量的回收利用装置，能适应原生污水 来水量自然变化的高效、稳定回收城镇原生污水冷热量的换热应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种城镇原生污水冷热量的 回收利用装置，包括套管式管段、中介水系统、热泵机组和末端循环系统;所 述套管式管段包括外管和内管，在内外管之间设置有螺旋状翅片，在套管式管 段两端分别设置有传热介质进水管和传热介质出水管;中介水系统的输送管线 依次联接套管式管段上的传热介质出水管、中介水系统的输送泵、热泵机组和 传热介质进水管;末端循环系统的循环管道依次联接热泵机组、循环泵和末端 供冷供热设备。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：城镇原生污水在城镇污水管网流 动过程中，作为污水管网组成部分的套管式管段兼作为污水换热器，污水始终 保持在污水管网中流动，不进入其他管道和设备。原生污水通过套管式管段的 内管管壁将冷热量传递给内外管间流动的传热介质(中介水)，传热介质在内 外管间收集原生污水冷热量后，进入热泵机组的冷凝器或蒸发器，将冷热量传 递给热泵机组后返回套管式管段的内外管间。
进一步地，本发明的城镇原生污水冷热量的回收利用装置依据流经套管式 管段污水水量变化，调节管段内外管间中的传热介质流动速度，从而控制与污 水换热的传热介质流量。
使用者在应用本发明时，利用污水管网中的套管式管段作为污水换热系 统，省去了污水换热管道、污水泵等设备，系统初投资低，工艺简单，易于安 装，运行稳定。本发明的城镇原生污水冷热量的回收利用装置其换热设备(套 管式管段)是污水管网的组成部分，其管段内管内径与邻近非套管式管段内径 相同，保证了无大尺寸污物阻塞过流断面的问题，管内壁由于受到污水自然流 动的冲刷和清洗，污染极其有限，同时也省去了主动式清污维护过程。同时， 用户可根据实际需要，将多段套管式管段联接起来，使其联合运行。本发明的 城镇原生污水冷热量的回收利用装置根据流经套管式管段污水水量变化，通过 调节传热介质流动速度，控制与污水换热的传热介质流量，同时在热泵机组用 户侧可设置蓄冷(热)系统，在最大限度回收城镇原生污水冷热量供用户使用 的同时，将一时富余的冷(热)量蓄存起来，做到移峰填谷。另外，本发明的 城镇原生污水冷热量的回收利用装置还可与太阳能、生物质能、其他类型浅层 地热能及工业余热、废热系统等联合运行，相互补充。
