申请日2011.10.25
公开(公告)日2013.07.17
IPC分类号C02F1/00; B01D61/04; F25B30/06; C02F1/32; C02F3/12; C02F1/20
摘要
为了改善水处理系统的能量效率和进行稳定的温度控制，该水处理系统包括：多个装置(1，2，3，4);多个管段(11，12)，水流过所述多个管段，并且所述多个管段将所述多个装置彼此连接;和热泵(21)，所述热泵从热量吸收管段(11)吸收热量和将从热量吸收管段(11)吸收的热量排出到热量排出管段(12)，至少一个管段(11)为所述热量吸收管段(11)，至少另一个管段(12)为所述热量排出管段。
权利要求书
1.一种水处理系统，包括：
多个装置;
多个管段，水在所述多个管段中流动，并且所述多个管段将所述多个 装置彼此连接，所述多个装置彼此相邻;
热泵，所述热泵从热量吸收管段吸收热量和将从热量吸收管段吸收的 热量排出到热量排出管段，其中所述多个管段中的至少一个被限定为所述 热量吸收管段，并且所述多个管段中的至少另一个被限定为所述热量排出 管段。
2.根据权利要求1所述的水处理系统，还包括用于将热量提供给热量 吸收管段或热量排出管段或将热量从热量吸收管段或热量排出管段中去 除的机构，或用于与水处理系统的外部进行热传递的机构，所述两种机构 补偿来自热量吸收管段的不足或过多的吸收热量或到热量排出管段的不 足或过多的排出热量。
3.根据权利要求2所述的水处理系统，其中所述机构是第二热泵。
4.根据权利要求1所述的水处理系统，还包括至少一个第一中间回路 或第二中间回路，其中第一中间回路设置在热量吸收管段与热泵之间，第 一中间回路将从热量吸收管段吸收的热量传递到热泵，并且其中第二中间 回路设置在热量排出管段和热泵之间，第二中间回路将从热泵排出的热量 传递到热量排出管段。
5.根据权利要求1所述的水处理系统，其中设置多个热量吸收管段， 并且进一步包括设置在所述多个热量吸收管段和所述热泵之间的第一中 间回路，第一中间回路将从所述多个热量吸收管段吸收的热量传递到热 泵。
6.根据权利要求1所述的水处理系统，其中设置多个热量排出管段， 并且还包括设置在所述多个热量排出管段和所述热泵之间的第二中间回 路，第二中间回路将从热泵排出的热量传递到所述多个热量排出管段。
7.根据权利要求1所述的水处理系统，其中热泵选自蒸汽压缩型、吸 收型、吸附型、珀尔帖型和化学类型中的一种类型。
8.根据权利要求1所述的水处理系统，还包括储热装置，该储热装置 用于暂时地储存能够在热泵和热量吸收管段之间交换的热量的至少一部 分，或暂时地储存能够在热泵和热量排出管段之间交换的热量的至少一部 分。
9.根据权利要求8所述的水处理系统，还包括：
第一储热装置，第一储热装置在与热泵连接的连接点的下游设置在热 量吸收管段上;和
第一旁通管路，第一旁通管路在该连接点的上游从热量吸收管段分 支，并且在储热装置的下游与热量吸收管段合流。
10.根据权利要求8所述的水处理系统，还包括：
第一储热装置，第一储热装置在与热泵连接的连接点的下游设置在热 量吸收管段上;
第一旁通管路，第一旁通管路在所述连接点的上游从热量吸收管段分 支，并且在第一储热装置的下游与热量吸收管段合流;和
第一再循环管路，第一再循环管路允许水在所述连接点的上游且在第 一旁通管路的分支点的下游的点处从第一储热装置再循环到热量吸收管 段。
11.根据权利要求8所述的水处理系统，还包括：
第二储热装置，第二储热装置在与热泵连接的连接点的下游设置在热 量排出管段上;
第二旁通管路，第二旁通管路在热量排出管段的所述连接点的上游从 热量排出管段分支，并且在第二储热装置的下游与热量排出管段合流。
12.根据权利要求8所述的水处理系统，还包括：
第二储热装置，第二储热装置在与热泵连接的连接点的下游设置在热 量排出管段上;
第二旁通管路，第二旁通管路在热量排出管段的所述连接点的上游从 热量排出管段分支，并在第二储热装置的下游与热量排出管段合流;和
第二再循环管路，第二再循环管路允许水在热量排出管段的连接点的 上游并在第二旁通管路的分支点的下游的点处从第二储热装置再循环到 热量排出管段。
13.根据权利要求8所述的水处理系统，还包括：
第二储热装置，第二储热装置在与热泵连接的连接点的下游设置在热 量排出管段上;
第二旁通管路，第二旁通管路在热量排出管段的所述连接点的上游从 热量排出管段分支，并且在第二储热装置的下游与热量排出管段合流;和
第二再循环管路，第二再循环管路允许水在热量排出管段的所述连接 点的上游并在第二旁通管路的分支点的下游的点处从第二储热装置再循 环到热量排出管段，
其中第二储热装置具有到第二再循环管路的出口和来自热量排出管 段的入口，所述出口定位成比所述入口低。
14.根据权利要求8所述的水处理系统，还包括：
第一中间回路，第一中间回路分别地热连接到热量吸收管段和热泵， 并且允许第一热介质在第一中间回路中流动，第一热介质在在热量吸收管 段中流动的水和热泵之间进行热传递;
第一中间回路旁通管路，当在第一热介质流动所沿的方向上看时，第 一中间回路旁通管路在与热泵连接的连接点的下游从第一中间回路分支， 并且在所述连接点的上游与热量吸收管段合流;和
第三储热装置，第三储热装置设置在第一中间回路旁通管路上，第三 储热装置暂时地储存在第一中间回路中流动的第一热介质的至少一部分。
15.根据权利要求8所述的水处理系统，还包括：
第三中间回路，第三中间回路分别地热连接到热量吸收管段和热泵， 并且允许第一热介质在第三中间回路中流动，第一热介质在在热量吸收管 段中流动的水和热泵之间进行热传递;和
第三储热装置，第三储热装置暂时地储存第一热介质的至少一部分，
其中第三中间回路包括;
第一循环回路，第一循环回路热连接到热量吸收管段，并且允许 第一热介质通过第三储热装置循环;和
第二循环回路，第二循环回路热连接到热泵，并且允许第一热介 质通过第三储热装置循环。
16.根据权利要求8所述的水处理系统，还包括：
第二中间回路，第二中间回路分别地热连接到热量排出管段和热泵， 并且允许第二热介质在第二中间回路中流动，第二热介质在在热量排出管 段中流动的水和热泵之间进行热传递;
第二中间回路旁通管路，当在第二热介质流动所的方向上看时，第二 中间回路旁通管路在与热泵连接的连接点的下游从第二中间回路分支，并 且在所述连接点的上游与热量排出管段合流;和
设置在第二中间回路旁通管路上的第四储热装置，第四储热装置暂时 地储存在第二中间回路中流动的第二热介质的至少一部分。
17.根据权利要求8所述的水处理系统，还包括：
第四中间回路，第四中间回路分别地热连接到热量排出管段和热泵， 并且允许第二热介质在第四中间回路中流动，第二热介质在在热量排出管 段中流动的水和热泵之间进行热传递;和
暂时地储存第二热介质的至少一部分的第四储热装置，
其中第四中间回路包括;
第三循环回路，第三循环回路热连接到热量排出管段，并且允许 第二热介质通过第四储热装置循环;和
第四循环回路，第四循环回路热连接到热泵，并且允许第二热介 质通过第四储热装置循环。
18.根据权利要求8所述的水处理系统，还包括：
第四中间回路，第四中间回路分别地热连接到热量排出管段和热泵， 并且允许第二热介质在第四中间回路中流动，第二热介质在在热量排出管 段中流动的水和热泵之间进行热传递;和
暂时地储存第二热介质的至少一部分的第四储热装置，其中
第四中间回路包括：
第三循环回路，第三循环回路热连接到热量排出管段，并且允许 第二热介质通过第四储热装置循环;和
第四循环回路，第四循环回路热连接到热泵，并且允许第二热介 质通过第四储热装置循环;并且其中
第四储热装置具有到第四循环回路的出口和来自第四循环回路的入 口，所述出口定位成比所述入口低。
19.根据权利要求1所述的水处理系统，其中热泵是蒸汽压缩型热泵， 并且被配置为使得在热量排出管段的一部分的出口处的水的温度是从 20℃至35℃，热量在所述部分和所述热泵之间传递。
20.根据权利要求19所述的水处理系统，其中在热量吸收管段中流动 的水的温度在热量吸收管段的一部分的入口处是从20℃至35℃，热量在所 述部分和所述热泵之间传递。
21.根据权利要求19所述的水处理系统，还包括用于加热或冷却热量 排出管段或热量吸收管段的不同于热泵的装置。
22.根据权利要求19所述的水处理系统，还包括至少设置在热量排出 管段与热泵之间或设置在热量吸收管段和蒸汽压缩型热泵之间的中间回 路，中间回路在热量排出管段和热泵之间或在热量吸收管段和热泵之间执 行热传递。
23.根据权利要求19所述的水处理系统，其中热泵加热在反渗透膜装 置的入口管段中流动的水，使得该水的温度是从23℃至25℃。
24.根据权利要求19所述的水处理系统，其中热泵加热在紫外线氧化 装置的入口管段中流动的水，使得该水的温度是从20℃到30℃。
25.根据权利要求19所述的水处理系统，其中热泵加热在氨汽提装置 的入口管段中流动的水，使得该水的温度是从20℃到35℃。
26.根据权利要求19所述的水处理系统，其中热泵加热在需氧处理装 置的入口管段中流动的水，使得该水的温度是从20℃到30℃。
27.一种使用水处理系统的水处理方法，所述水处理系统包括多个装 置和多个管段，流体在所述多个管段中流动，所述多个管段将所述多个装 置彼此连接，所述多个装置彼此相邻，
所述方法包括下述步骤：
通过热泵从热量吸收管段吸收热量，并且将从热量吸收管段吸收的热 量排出到热量排出管段，其中所述多个管段中的至少一个被限定为所述热 量吸收管段，并且所述多个管段中的至少另一个被限定为所述热量排出管 段。
28.一种水处理方法，包括下述步骤：
通过热量排出管段供送水，和通过热量吸收管段供送水，热量排出管 段和热量吸收管段被分别地热连接到蒸汽压缩型热泵;和
操作蒸汽压缩型热泵，使得冷凝制冷剂的步骤在热量排出管段中执 行，蒸发制冷剂的步骤中在热量吸收管段中执行，
其中操作蒸汽压缩型热泵的步骤包括控制在热量排出管段中流动的 水的水温度，使得在热量排出管段的一部分的出口处的水温度是从20℃至 35℃，热量在所述部分和蒸汽压缩型热泵之间传递。
说明书
水处理系统和水处理方法
技术领域
本发明涉及水处理系统和水处理方法，并且更具体地，涉及降低能量 消耗的水处理系统。
背景技术
诸如纯水生产系统之类的水处理系统由用于水处理的各种装置和连 接所述各种装置的管线构成。这样的装置的示例是离子交换装置、反渗透 膜(RO膜)和过滤装置。为了最大限度地提高性能(去除杂质或类似的特 性)，每个装置都有最佳的水温度范围。另一方面，在使用位置处可能需 要诸如25℃、60℃和80℃的不同的温度。由于伴随着循环操作，来自泵的 热量的进入，在进行循环操作的部位处，循环水的温度倾向于容易地增加。 因此，在水处理系统中，由于各种因素的影响，如装置的温度要求、系统 要求和系统配置，需要在系统内的不同位置处调整温度。
专利文献1公开了超纯水生产装置。从原水槽供给的原水由脱气槽或 反渗透膜装置处理，并且被供给到随后的步骤中。在反渗透膜装置中的反 渗透膜的标准设计温度是25℃。因此，为了将被处理的水的温度调整到RO 膜装置的入口处的这个温度处或附近，在原水槽和脱气槽之间设置几个热 交换器。
专利文献2公开了用在水处理系统中用于热交换的热泵的示例。热泵 已知为高效节能的热交换系统。热泵捕捉来自外部热源的热量，并且供给 捕获的热量到待加热的部分，或者从待冷却的部分捕获热量并且将被捕获 的热量排放到外部。
专利文献1：JP2009-183800A
专利文献2：JP2002-16036A
专利文献3：JP2006-095479A。
发明内容
要解决的技术问题
以往，为了调节在水处理系统中通过的待处理的水的温度，一般都提 供诸如冷却塔或锅炉的装置。然而，这样的系统的配置在能源效率和诸如 二氧化碳的排放量的环境负担方面具有以下的问题。
具体而言，用于加热或冷却的能量被单独地提供给需要加热或冷却的 每个部分。例如，当锅炉用于加热时，通过输入到锅炉的热能量，产生具 有比要被加热部分的温度高的温度的热水或蒸汽，并且热水或蒸汽的热量 被提供给要被加热部分。在冷却塔用于冷却时，产生具有比要待冷却的部 分的温度低的温度的冷却水，并且从要待冷却的部分捕获热量。温度控制 所需要的总能量是要被加热或冷却的每部分所需要的能量的总和。
对于水处理系统，使用捕获自待冷却的部分的热量作为提供给要被加 热部分的热量通常是困难的。这样的过程可以通过热交换器实现，但是要 求要待冷却的部分的温度高于要被加热的部分的温度。另外，如果在高温 侧和低温侧之间不存在大的温差，有效的热传递是不可能的。在水处理系 统中，许多部分被控制在大约室温处，并且不存在大的温差。此外，待冷 却的部分的温度不是总高于要被加热的部分的温度。其结果是，仅在有限 的部分处可以有效地使用热交换器。
不同于热交换器，热泵可以从低温热源传递热量到高温热源。然而， 使用诸如空气热量之类的外部热源的热泵取决于外部的温度条件在性能 上波动较大。例如，在从低温度空气中吸收热量时，热吸收效率在很大程 度上下降。因此，使用诸如空气热量之类的外部热源的热泵很容易受到由 外部温度的影响，并且在水处理系统中的水温度的稳定控制是困难的。提 供具有过多容量的热泵可能会降低外部温度条件的波动的影响，但对成本 有很大的影响。
鉴于上述问题做出本发明，并且本发明旨在提供高效节能的和能够进 行稳定的温度控制的水处理系统和水处理方法。
技术方案
根据本发明的水处理系统包括：多个装置;多个管段，水在所述多个 管段中流动并且所述多个管段将所述多个装置彼此连接，所述装置彼此相 邻;以及热泵，所述热泵从热量吸收管段吸收热量，并且将从热量吸收管 段吸收的热量排出到热量排出管段，其中所述管段中的至少一个被限定为 所述热量吸收管段，并且所述管段中的至少另一个被限定为所述热量排出 管段。
热泵可以从将从中吸收热量的部分捕捉热量，并把热量传递到将从中 排出热量的部分。因此，当水处理系统包括需要热吸收(冷却)的部分(热 量吸收管段)和需要热量排出(加热)的部分(热量排出管段)时，可以 借助热泵装置将热量从热量吸收管段传递到热量排出管段。由于为了冷却 被去除的热量可以用于加热另一部分，因此可以大大提高能源效率。
此外，每个热量吸收管段和每个热量排出管段，不仅是用于温度控制 的部分，也是稳定的热源。具体而言，如上所述，当外部的热量被用于热 量吸收或热量排出时，热泵性能容易受外部热源的温度波动的影响。当使 用外部空气为热源时，外界的低空气温度使热量吸收困难，并且降低热泵 性能。在地下水或海水作为热源使用时，会发生类似的问题，尽管它们不 表现出如空气的大的温度波动。另一方面，在根据本发明的热源中，几乎 没有温度波动发生，因为在水处理系统中的经受水温度控制的管段用作热 源(热量吸收管段或热量排出管段)。作为结果，热泵的性能较小受到诸 如外部空气温度或海水温度的外部环境的影响，并且可以稳定地保持令人 满意的热泵性能。此外，在使用空气作为热源的热泵的情况下，当外部空 气温度下降到约0℃时，需要除霜。另外，在使用地下水或海水作为热源 的热泵的情况下，需要废水处理或防腐蚀保护。在本发明中不存在这样的 问题。
根据本发明的另一个方面，提供使用水处理系统的水处理方法，水处 理系统包括多个装置和水在其中流动的多个管段，所述多个管段将所述多 个装置彼此连接，所述多个装置彼此相邻。该方法包括下述步骤：通过热 泵从热量吸收管段吸收热量，并且将从热量吸收管段吸收的热量排出到热 量排出管段，其中至少一个管段被限定为热量吸收管段，并且至少另一个 管段被限定为热量排出管段。
有益效果
因此，本发明可以提供高效节能的和能够进行稳定的温度控制的水处 理系统和水处理方法。
