申请日2013.11.21
公开(公告)日2014.10.01
IPC分类号F24H4/02
摘要
本实用新型涉及一种深度回收洗浴污水废热的系统。更具体而言本实用新型涉及废热回收领域。针对家用及宾馆等个人小型洗浴场所的洗浴废水排放温度高、热量浪费的现状，本实用新型提出一种先通过与自来水直接换热，再通过热泵深度回收的双级热回收系统，由“集成一体化水箱”和“集成一体化浴台”两部分组成，将复杂的系统紧凑化，简单化，使之占用空间小，能够很好地布置在各类独立卫浴间内，有效解决家用或酒店卫浴空间不足的问题。这种集成方式不仅有利于产品的产业化，更有利于产品的安装、使用和维护，并具家用所需的美观要求。
权利要求书
1.一种深度回收洗浴污水废热的系统，包括集成一体化水箱(1)、集成一体化浴台(2)，混水装置(3)、膨胀装置(4)、上下水系统(5)和制冷剂管路系统(6)，其特征在于：
集成一体化水箱(1)内部主要由下述部件组成：压缩机(1a)，直接浸没式冷凝器(1b)，启动热源(1c);
上下水系统(5)分为两路，其中一路引入自来水并与混水装置(3)的第一个接口相连，混水装置(3)的第二个接口与集成一体化水箱(1)的热水出水管相连，混水装置(3)的第三个接口与洗浴装置相连并将冷水和热水混合后送出;上下水系统(5)的另外一路经过集成一体化浴台(2)中的上层预热盘(2a)，管内自来水被预热，然后通入集成一体化水箱(1)的底部入水口，预热后的水送入所述水箱(1);
制冷剂管路系统(6)依次连接压缩机(1a)、直接浸没式冷凝器(1b)、膨胀装置(4)、集成一体化浴台(2)的下层蒸发盘(2b)，其中的制冷剂工作过程如下：低温低压的气态制冷剂经过压缩机(1a)压缩，转化为高温高压制冷剂气体，从压缩机(1a)出来的高温高压制冷剂气体再流经浸没于集成一体化水箱(1)的直接浸没式冷凝器(1b)，通过直接浸没式冷凝器(1b)对水箱中的水进行加热;从直接浸没式冷凝器(1b)中流出的制冷剂液体再次进入膨胀装置(4)，节流成为低温低压的制冷剂，低温低压的制冷剂进入集成一体化浴台(2)的下层蒸发盘(2b)吸收洗浴污水的余热后蒸发，并再次进入压缩机(1a)开始下一个热泵循环;
集成一体化浴台(2)主要由上层预热盘(2a)和下层蒸发盘(2b)组成，洗浴装置流出的洗浴污水由所述浴台(2)进行收集，先流经上层预热 盘(2a)并预热流过上层预热盘的自来水，然后再流经下层蒸发盘(2b)将热量交换给流经下层蒸发盘(2b)的制冷剂，最后由排水口排走。
2.根据权利要求1所述的一种深度回收洗浴污水废热的系统，其特征在于：集成一体化水箱分成上下两个内胆，上下两个内胆之间由带有通孔的隔板进行分隔，直接浸没式冷凝器(1b)浸没在下内胆中，上内胆中设置所述启动热源(1c)，启动热源(1c)采用电加热器;上下内胆侧面布置压缩机和有关控制器并与上下内胆共同封装成一体结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种深度回收洗浴污水废热的系统，其特征在于：启动热源(1C)提供系统启动时所需的初始热量，当水温不满足要求作为辅助热源，当热回收系统出现故障时作为备用热源。
4.根据权利要求1或2所述的一种深度回收洗浴污水废热的系统，其特征在于：集成一体化浴台(2)的上层预热盘和下层蒸发盘均为槽盘，每层槽盘上开有自中心向外的渐开线排水沟槽，上层预热盘上沟槽内置有渐开线式布置的金属细径管道，管道布置在沟槽内，上层预热盘的槽内中心的金属管与水箱的进水口连接，槽外侧的管头与自来水管连接，当所述浴台(2)水平放置并在系统正常运行时，上层预热盘收集洗浴污水，并使之从中心汇水口顺槽沟向外流动，并从外侧进入下层蒸发盘，同时自来水自外向内顺槽渐次吸热，从而污水从盘中心向盘外环流动，自来水由盘外环向盘中心流动，实现自来水和污水的逆流换热，当污水从上层预热盘外侧流入下层蒸发盘外侧时，下层蒸发盘上沟槽内置有渐开线式布置的金属细径管道，管道布置在沟槽内，管道内介质为制冷剂，下层蒸发盘中心的金属管与膨胀装置(4)的出口连接，槽外侧的金属管头与压缩机进口连接，制冷剂由盘中心内向盘外环流动，污水由外环向中心流动，最终由中心的 排水口排出，实现制冷剂和污水的逆流换热。
5.根据权利要求3所述的一种深度回收洗浴污水废热的系统，其特征在于：集成一体化浴台(2)的上层预热盘和下层蒸发盘均为槽盘，每层槽盘上开有自中心向外的渐开线排水沟槽，上层预热盘上沟槽内置有渐开线式布置的金属细径管道，管道布置在沟槽内，上层预热盘的槽内中心的金属管与水箱的进水口连接，槽外侧的管头与自来水管连接，当所述浴台(2)水平放置并在系统正常运行时，上层预热盘收集洗浴污水，并使之从中心汇水口顺槽沟向外流动，并从外侧进入下层蒸发盘，同时自来水自外向内顺槽渐次吸热，从而污水从盘中心向盘外环流动，自来水由盘外环向盘中心流动，实现自来水和污水的逆流换热，当污水从上层预热盘外侧流入下层蒸发盘外侧时，下层蒸发盘上沟槽内置有渐开线式布置的金属细径管道，管道布置在沟槽内，管道内介质为制冷剂，下层蒸发盘中心的金属管与膨胀装置(4)的出口连接，槽外侧的金属管头与压缩机进口连接，制冷剂由盘中心内向盘外环流动，污水由外环向中心流动，最终由中心的排水口排出，实现制冷剂和污水的逆流换热。
6.根据权利要求1或2所述的一种深度回收洗浴污水废热的系统，其特征在于：集成一体化浴台中的预热盘与蒸发盘可以是单级结构，也可以是多级结构。
7.根据权利要求3所述的一种深度回收洗浴污水废热的系统，其特征在于：集成一体化浴台中的预热盘与蒸发盘可以是单级结构，也可以是多级结构。
8.根据权利要求4所述的一种深度回收洗浴污水废热的系统，其特征在于：集成一体化浴台中的预热盘与蒸发盘可以是单级结构，也可以是多级结 构。
9.根据权利要求5所述的一种深度回收洗浴污水废热的系统，其特征在于：集成一体化浴台中的预热盘与蒸发盘可以是单级结构，也可以是多级结构。
说明书
一种深度回收洗浴污水废热的系统
技术领域
本发明属于能源技术领域，涉及一种回收家用、酒店客房等小型洗浴场所洗浴污水废热的系统，具体涉及一种利用换热器和热泵双级深度回收洗浴污水废热的系统。
背景技术
家用热水器的洗浴热水在40℃左右，喷淋人体后，温度仍然很高，大约在35℃-37℃左右，目前的状况是这些温度较高的热水都直接排至下水道，一方面造成能源的极大浪费，另一方面随着电和天然气价格的进一步上涨，居民的洗浴用水耗电或耗气支出进一步增加，因此在当前能源越来越紧张、居民用能成本越来越高的情况下，如果能有效将这部分热量回收循环利用，则无论是对节约能源、节省电费，还是环境保护都有很大的意义。
目前，已有一些利用热泵对洗浴污水废热回收利用的专利和产品，即利用热泵原理，以排出的洗浴污水作为低温冷源，抽取其中的热量对自来水进行加热，实现洗浴污水中热量的回收。但这些公开的方法或多或少存在着各种问题，而不适用家用或酒店客房等小型洗浴场所，具体包括：
(1)采用简单的换热器换热，简单的低程度的进行了一些热回收利用，无法实现热量的深层次回收，仍有大量低品位热量随着污水排走，如中国专利“节能节水型淋浴底座(中华人民共和国，专利号：ZL200520078458.5)”、“淋浴房专用热水器(中华人民共和国，专利号：ZL200610104570.0)”、“一 种用于洗浴废水的热能交换回收装置(中华人民共和国，申请号：201010162747.9)”、“废水余热回收装置及其热水器(中华人民共和国，申请号：201020672452.1)”、“洗浴废水热量回收的淋浴房(中华人民共和国，申请号：201120034601.6)”。
(2)直接采用热泵提取热量的单级热回收方式，而没有先与低品位的自来水换热，使得回收效率大幅度降低，回收代价增加，如中国专利“洗浴废水余热循环利用装置(中华人民共和国，申请号：200610044652.0)”、“回收洗澡水余热的二氧化碳热泵热水器(中华人民共和国，申请号：201010564629.0)”“余热回热式即热型热泵热水器(中华人民共和国，申请号：200920141101.5)”、“带废热回收装置的空气源热泵热水器(中华人民共和国，专利号：ZL200620024573.9)”。
(3)系统或分设多个水箱，无法小型化，或需要建洗澡废水收集池，安装比较繁琐，不适合于面积小及已装修定型的浴室，不能应用于家用和酒店客房等个人洗浴场所。应用场合不同，对技术发明的要求也完全不同，目前已有的一些专利只能应用大型洗浴场合洗浴污水废热的回收，如公共浴室、游泳馆等，大规模的公共浴室与家用、如中国专利“一种洗浴废水两级热回收装置(中华人民共和国，申请号：201210366509.9)”，“一种公共浴池余热回收热泵洗澡机(中华人民共和国，专利号ZL200610112860.X)”、“一种两级废水热能回收装置，申请号：201020645625.0”。
酒店客房的洗浴特点和应用场合有很大的差别，包括：
1)家用和酒店客房等小型洗浴场合的洗浴空间有限，在有限的空间实现洗浴污水废热的深度回收，对系统的构造和流程要求较高;
2)家用和酒店客房等小型洗浴场合的洗浴较分散，洗浴时间随机性较 强，洗浴污水量较小，洗浴间隔周期较长，不同于大型公共浴室的洗浴时间、空间集中，洗浴污水量较大，洗浴间隔周期较短，洗浴污水废热的排放收集方便，回收与利用容易。家用或酒店客房用的余热回收系统要求布置简单，回收方便，易于控制。
解决家用或酒店客房用的热泵余热回收系统的另一方式是采用即热型的系统，省却了大水箱，有利于在家用有限空间安装。如中国专利“即热式热泵节能热水器(中华人民共和国，专利号：ZL200620053000.9)”，但其最大问题是没有启动热源，这会带来两个比较严重的问题：1)在洗浴初期，只能从自来水中提取热量，浪费大量的自来水，在水资源越来越紧张的城市是另一种浪费;2)由于洗浴废水的排放总是滞后于洗浴，并且在家用或宾馆等个人洗浴的场合，洗浴过程中人员打开热水阀和关闭热水阀的时间较短，这种即热型机组运行控制困难，甚至于整个机组无法运行。有可能机组刚启动，由于洗浴人员关闭热水阀又不得不马上停止，当洗浴人员再次打开阀门时，由于洗浴废水排放的滞后，机组必须滞后启动，此时有可能热水龙头里流出的是冷水而无法洗浴，这种系统自身的滞后与即热要求的同时是有矛盾，最后的结果不是机组频繁启停或干脆不启动(失去热回收意义)，就是在洗浴过程中，洗浴人员保持热水阀一直常开，以牺牲水资源和能源为代价保证系统能够稳定运行。
中国专利“淋浴热气热水余热回收式热泵热水器(中华人民共和国，申请号：201320102848.6)”与“废热回收双源热泵热水系统(中华人民共和国，申请号：201110239271.9)”均公布了一种利用热泵原理分别从洗浴废水和空气中取热的方法，但该方法同样不适合于面积小及已装修定型的浴室，也不适合家用和酒店客房个人洗浴场所。其理由如下：首先这些方法均未设置独 立的启动热源，从而使得在洗浴初期只能从自来水或室内空气中提取热量。如前所述，从自来水中提取热量意味着浪费大量的自来水，也存在运行控制的困难，从室内空气中提取热量用以满足系统启动所需的热量不具备可操作性，因为很难提取足够的启动热量使得热水满足洗浴要求，并且会使得空气温度越来越低无法满足洗浴所需的环境温度;其次不同于大型公共浴室，为了保证浴室内的空气品质，需要排放一定空气，从而可以充分回收这部分空气中的热量，而家用或酒店客房的个人洗浴场所，洗浴时间短，洗浴过程中为了保证洗浴时的空气温度不至于太低，是不能排放空气的;最后家用或酒店客房的个人洗浴场所的空间是有限的，即使能够实现上述构想，其整个系统安装也存在较大的困难。
此外，“一种洗浴废水两级热回收装置(中华人民共和国，专利号：ZL201210366509.9)”公开了一种通过换热和热泵回收的两级热回收装置，但该装置存在的主要问题同样是没有独立的启动热源，同样存在上述在洗浴初期，只能从自来水中提取热量，浪费大量的自来水的问题，并且该装置要求单设集水槽、蒸发器、换热器，冷凝器，集热箱，整个装置庞大，安装比较繁琐，不适合于面积小及已装修定型的浴室，不适合家用和酒店客房个人洗浴场所。
综上所述，目前已公开的洗浴废水的热回收方式或由于回收量小，不能深度回收;或由于回收效率低，回收代价大;或由于无独立启动热源，浪费宝贵的水资源;或系统构造复杂，无法小型化，不满足安装空间的限制，都不能适用于家用或酒店客房的个人洗浴场所。针对家用或酒店客房的个人洗浴废热回收所需要解决的两个关键问题：一是高效，二是所需空间小，安装简单，提出本发明的专利。
发明内容
本发明针对家用洗浴或酒店客房等小型洗浴场合提出了一种深度回收家用或酒店客房等小型洗浴场所洗浴污水废热的系统。
本发明采用的技术方案是：
一种深度回收家用或酒店客房等小型洗浴场所洗浴污水废热的系统，包括集成一体化水箱1、集成一体化浴台2，混水装置3、膨胀装置4、自来水管路系统5和制冷剂管路系统6。
与传统洗浴系统相比，其特征在于：水箱为集成一体化水箱1。集成一体化水箱1内部主要组成部分有：压缩机1a，直接浸没式冷凝器1b，启动热源1c。
上下水系统5分为两路，其中一路引入自来水并与混水装置3的第一个接口相连，混水装置3的第二个接口与集成一体化水箱1的热水出水管相连，混水装置3的第三个接口与洗浴装置相连并将冷水和热水混合后送出;上下水系统5的另外一路经过集成一体化浴台2中的上层预热盘2a，管内自来水被预热，然后通入集成一体化水箱1的底部入水口，预热后的水送入所述水箱1;
制冷剂管路系统6依次连接压缩机1a、直接浸没式冷凝器1b、膨胀装置4、集成一体化浴台2的下层蒸发盘2b，其中的制冷剂工作过程如下：低温低压的气态制冷剂经过压缩机1a压缩，转化为高温高压制冷剂气体，从压缩机1a出来的高温高压制冷剂气体再流经浸没于集成一体化水箱1的直接浸没式冷凝器1b，通过直接浸没式冷凝器1b对水箱中的水进行加热;从直接浸没式冷凝器1b中流出的制冷剂液体再次进入膨胀装置4，节流成为低温低压的制冷剂，低温低压的制冷剂进入集成一体化浴台2的下层蒸发盘2b 吸收洗浴污水的废热后蒸发，并再次进入压缩机1a开始下一个热泵循环;
集成一体化浴台2主要由上层预热盘2a和下层蒸发盘2b组成，洗浴装置流出的洗浴污水由所述浴台2进行收集，先流经上层预热盘2a并预热流过上层预热盘的自来水，然后再流经下层蒸发盘2b将热量交换给流经下层蒸发盘2b的制冷剂，最后由排水口排走;
同时，其特征还表现在：“集成一体化水箱”内部分为上下两个内胆，中间用带有通孔的隔板隔开，上内胆内布置启动热源1c，其中启动热源1c可以为电加热器，用以提供系统启动时所需的初始热量，同时当水温不满足要求时作为辅助热源，当热回收系统出现故障时作为备用热源。下内胆内布置热泵系统的冷凝器，冷凝器直接浸没在下内胆内，这种方式更有利于换热。由于热水上升，冷水下沉，通过冷凝器加热的热水就会在上下内胆内通过隔板的通孔实现循环，使得热水温度更加均匀。集成一体化水箱外部除进行保温隔热外，在上下内胆侧面布置压缩机和相关控制器，并封装成一体结构。
本发明另一技术特征在于：浴台为双级吸收污水废热的“集成一体化浴台”。
其内部主要由预热盘2a和蒸发盘2b组成。在“集成一体化浴台”中，洗浴污水首先由洗浴台进行收集，先流经预热盘2a进行第一次废热回收，再流经蒸发盘2b进行第二次废热回收;自来水管路的另一路上水流经预热盘2a，与一次污水进行换热，并通过管道5b进入水箱1;从预热盘2a流出的一次污水再流经蒸发盘2b，将洗浴废热传递到制冷剂中;从蒸发盘2b流出的二次污水则直接排至下水道。
“集成一体化浴台”实现三部分功能：污水收集、与自来水换热和与热泵系统蒸发器内制冷剂换热，因此采用了分层螺旋双罗盘结构：上层盘 体实现与自来水换热，称为“预热盘”，下层盘体实现污水与蒸发器内的制冷剂换热，称为“蒸发盘”。
“集成一体化浴台”设有三至四只台腿，台下设有两层槽盘，每层槽盘上开有图2所示的自中心向外的渐开线排水沟槽。上层盘上沟槽内置有渐开线式布置的金属细径管道，管道布置在沟槽内，上层盘槽槽内中心的金属管出口与水箱的进水口连接，槽外侧的管头进口与自来水管连接。当浴台水平放置并在系统正常运行时，槽盘收集淋浴人洗浴的污水，过滤后并使之从中心汇水口顺槽沟向外流动，并从外侧进入下层盘体，同时自来水自外向内顺槽渐次吸热，从而污水从盘中心向盘外环流动，自来水由盘外环向盘中心流动，实现自来水和污水的逆流换热。同理，当污水从上层盘体外侧流入下层盘体外侧时，下层盘上沟槽内置有渐开线式布置的金属细径管道，管道布置在沟槽内，管道内介质为制冷剂，下层盘槽中心的金属管与膨胀装置的出口连接，槽外侧的金属管头与压缩机进口连接，制冷剂由盘中心内向盘外环流动，污水由外环向中心流动，最终由中心口排出。实现制冷剂和污水的逆流换热;
“集成一体化浴台”中的预热盘2a与蒸发盘2b可以是单级结构，也可以是多级结构。当为多级结构时，同样按照上述方式在级与级之间实现自来水与污水，制冷剂与污水的逆流换热。
本发明具有以下优点及突出性效果：
(一)在系统流程设计上：相比传统的电热水器或者是采用简单换热热能回收方式，本项目提出的系统采用先通过自来水和洗浴污水换热，再用热泵深度回收两级回收方式，回收的热能更多，效率更高，更节能，采用电加热器提供启动热量的方式，无需消耗额外的自来水，运行控制更加 简单。
(二)在装置的结构设计上，将整个系统分成两个部分，一体化的水箱和一体化的浴台，从而将复杂的系统集成化，简单化，使之占用空间小，能够很好地布置在各类独立卫浴间内,使得这种方式的应用成为可能，这种方式不仅有利于产品的产业化，更有利于产品的安装、使用和维护，并具备居民用户所需的美观要求。
(三)“集成一体化的水箱”设计中在水箱中采用浸没式冷凝器方式更有利于换热，减少了产品的体积，节省了空间，同时设置的启动热源提供了统启动时所需的初始热量，或当水温不满足要求时作为辅助热源，或当热回收系统出现故障时作为备用热源。
(四)“集成一体化浴台”设计中，采用了分层螺旋双罗盘结构设计，在有限的空间内完成了两级逆流换热，实现了系统的紧凑化布置，解决了这种方式使用最受限制的空间不足问题。
