申请日2007.06.07
公开(公告)日2007.11.07
IPC分类号F28D1/06
摘要
污水及地表水热泵明渠式换热槽换热方法及其装置，涉及一种热泵明渠式换热槽换热方法及其装置。本发明的目的是为解决现有系统工艺相对复杂，大量的污垢使得换热效率衰减太快，清洗维护周期短，操作工作量太大的问题。本发明的方法将污水或地表水送入截面积至少为300mm×40mm的流道内，该流道的倾斜坡度或水力坡度为0.5%～6%，污水或地表水在流道内成非满管的明渠式流动。本发明的装置多个换热管(3)并联连接在流道底面(4)上并与流道底面(4)保持有间隙。本发明的方法污水按非满管明渠流动，由于是开放式的，不仅不会出现堵塞问题，而且对换热面的清洗维护更容易，而且流道数少，清洗工作量小，甚至可在线清洗。本发明的装置具有结构简单，易于维护的优点。
权利要求书
1、一种污水及地表水热泵明渠式换热槽换热方法，其特征在于污水及地 表水热泵明渠式换热槽换热方法的步骤如下：(1)将污水或地表水送入截面 积至少为300mm×40mm的流道内，该流道的倾斜坡度或水力坡度为 0.5%～6%，污水或地表水在流道内成非满管的明渠式流动;(2)污水或地表 水流经的所述流道为长直流道或折线流道;(3)在所述流道的底面或两侧布 置管束或板面，换热介质在管束或板面腔体内流动形成换热槽;(4)流道壁 面上的管束或板面通过介质连通部件连接，换热介质与污水或地表水通过流 道壁面的管束或板面进行换热;(5)换热介质再进入热泵机组的蒸发器或冷 凝器，或者热泵机组的制冷剂直接进入流道壁面的管束或板面，制冷剂与污 水或地表水换热。
2、根据权利要求1所述的污水及地表水热泵明渠式换热槽换热方法，其 特征在于在水源与建筑物之间的某一段内的地下或地上，或者在机房和其它 选定的地方设置污水的长直流道或串联流道，在流道的底面或两侧布置换热 管束或板面，形成长直换热槽，污水或地表水由水泵抽送进入单个流道或串 联流道内明渠流动，换热介质在管束或板面腔体内流动。
3、根据权利要求1所述的污水及地表水热泵明渠式换热槽换热方法，其 特征在于单个流道或换热槽进行串联组合形成折线流道，污水或地表水自上 而下，从第一个流道或换热槽逐一流向最后一个流道或换热槽。
4、根据权利要求1所述的污水及地表水热泵明渠式换热槽换热方法，其 特征在于热泵机组的制冷剂直接进入串联组合的流道或换热槽，制冷剂按串、 并联组合的流道或换热槽进入污水或地表水换热槽中的换热管束或板面，通 过换热面与污水或地表水进行换热，提取热能，由液态变为气态后，从换热 槽出来进入压缩机压缩，再进入冷凝器冷凝放热，从冷凝器出来后经节流膨 胀，然后再次进入污水或地表水的换热槽，作为冷凝器，使制冷剂的流向相 反，并且制冷剂向污水或地表水中放热，污水或地表水则自上而下流动。
5、一种权利要求1污水及地表水热泵明渠式换热槽换热方法所用的装置， 该装置由污水或地表水进口(1)、污水或地表水出口(2)、多个换热管(3)、流道 底面(4)、介质连管(5)、壳体(6)、左封头(7)、右封头(8)、多个垫块(9)和多个 挡水板(10)组成，污水或地表水进口(1)连接在壳体(6)的上部，污水或地表水 出口(2)连接在壳体(6)的底部，其特征在于多个换热管(3)并联连接在流道底面 (4)上并与流道底面(4)保持有间隙，多个换热管(3)的两端分别与两个介质连管 (5)连通，换热管(3)与流道底面(4)共同设置有0.5%～6%的倾斜坡度;流道底面 (4)的两侧与壳体(6)的内壁相连接，流道底面(4)的端头与介质连管(5)连接;多 个垫块(9)固定在每个流道底面(4)的上端介质连管(5)的侧面，多个挡水板(10) 固定在垫块(9)的上侧，左封头(7)和右封头(8)分别与壳体(6)固定连接，换热管 (3)与流道底面(4)形成换热槽(11)。
6、根据权利要求5所述的污水及地表水热泵明渠式换热槽换热装置，其 特征在于换热管(3)与流道底面(4)的共同倾斜坡度为1%。
7、根据权利要求5所述的污水及地表水热泵明渠式换热槽换热装置，其 特征在于换热管(3)与流道底面(4)的共同倾斜坡度为2%。
8、根据权利要求5所述的污水及地表水热泵明渠式换热槽换热装置，其 特征在于换热管(3)与流道底面(4)的共同倾斜坡度为3%。
9、根据权利要求5所述的污水及地表水热泵明渠式换热槽换热装置，其 特征在于换热管(3)与流道底面(4)的共同倾斜坡度为4%。
10、根据权利要求5所述的污水及地表水热泵明渠式换热槽换热装置， 其特征在于换热管(3)与流道底面(4)的共同倾斜坡度为5%。
说明书
污水及地表水热泵明渠式换热槽换热方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种热泵明渠式换热槽换热方法及其装置。
背景技术
城市污水与地表水(江河湖海水)是良好的低位、可再生、清洁的能源， 开发利用城市污水与地表水可作为热泵冷热源为建筑物供热或空调，即污水 或地表水热泵供热与空调，具有重要的节能与环保价值。例如，将10℃左右 的污水降低5℃，提取5℃的温差热能，该热能是低位的，再利用热泵循环原 理进行高位转化，使之达到50℃左右或更高，然后为建筑物供热，以达到建 筑节能的目的，利用城市污水与地表水作为热泵冷热源没有煤的燃烧过程， 具有环保作用。较传统的供热系统节能幅度达45%，污染物的排放量也成比 例减少。
该能源的利用(或污水热泵系统)由热能的提取与转化两个过程组成， 其中的提取过程是指污水或地表水通过换热设备进行换热，是系统的技术关 键，也是当前应用的主要技术障碍。由于污水和地表水中含有一定数量的悬 浮物和大量的杂质，利用它的循环又是开式的，换热设备中的悬浮物与杂质 呈迅速的累积过程，堵塞与软垢污染问题极其严重。若没有有效的解决或应 对措施时，系统不可能正常运行。
既有的技术方案一种是浸泡式装置，将换热器直接放在污水池或江河之 中，例如专利号为ZL01218852.2、授权公告日为2002年3月6日、名称为“污 水水源空调装置”的实用新型专利，该类装置效率低，维护困难。
既有的技术方案另一种是先对污水或地表水做过滤处理，开发过滤技术 与设备，再利用一般的换热方式进行换热，例如专利号为ZL03132553.X、授 权公告日为2005年1月26日、名称为“城市污水冷热源的应用方法和装置” 的发明专利;中国专利申请号为200410155197.2、公开号为CN1587872A、公 开日为2005年3月2日、名称为“城市污水集中供热(冷)装置”的发明专 利申请，这样虽然解决了堵塞问题，但也使得系统工艺相对复杂，而关键问 题是一般的换热方式通常只适应于清水，污水或地表水换热时，大量的污垢 使得换热效率衰减太快，清洗维护周期短，操作工作量太大。
中国专利申请号为200510009925.3、公开号为CN1687677A、公开日为 2005年10月26日、名称为“城市原生污水冷热源直流输送换热应用方法”的 发明专利申请，在水源距离长(污水或地表水与建筑物的距离)时有一定的 优势，但距离较近时，投资较高，另外，水管内的维护工作较难。
发明内容
本发明的目的是为解决现有系统工艺相对复杂，换热效率低，大量的污 垢使得换热效率衰减太快，清洗维护周期短，操作工作量太大，输送换热法 在水源距离较近时，投资较高，水管内的维护工作较难的问题，提供一种污 水及地表水热泵明渠式换热槽换热方法及其装置。本发明污水及地表水热泵 明渠式换热槽换热方法的步骤如下：1、将污水或地表水送入截面积至少为 300mm×40mm的流道内，该流道的倾斜坡度或水力坡度为0.5%～6%，污水 或地表水在流道内成非满管的明渠式流动;2、污水或地表水流经的所述流道 为长直流道或折线流道;3、在所述流道的底面或两侧布置管束或板面，换 热介质(清水或制冷剂)在管束或板面腔体内流动形成换热槽;4、流道壁 面上的管束或板面通过介质连通部件连接(串联或并联)，换热介质与污水或 地表水通过流道壁面的管束或板面进行换热;5、换热介质再进入热泵机组 的蒸发器或冷凝器，或者热泵机组的制冷剂直接进入流道壁面的管束或板面， 制冷剂与污水或地表水换热。本发明的方法具有如下的优点：(1)流道的截 面积足够大，即使有悬浮物，也不会造成流通断面的完全堵塞，水流可保持 流量稳定地流动;(2)由于流通断面很大，若按满管流动，势必造成很低的 流速，换热效率会很低，而按非满管明渠式流动，则可保持较高的流速，另 外，雷诺数很大，换热效率较高;(3)污水按单流道流动，所有流道相互串 联，较大的流量经过一个流道，大量的悬浮物或杂质可由水流带动并随水流 流动，当流速较大时还有冲刷作用，减轻壁面污垢;(4)污水按非满管明渠 流动，由于是开放式的，不仅不会出现堵塞问题，而且对换热面的清洗维护 更容易，而且流道数少，清洗工作量小，甚至可在线清洗;(5)不需要采取 防堵技术与设备，工艺简化，投资降低。而且采取明渠流动的形式，流动阻 力很小，能耗低;(6)该方法较中国专利申请号为200510009925.3、公开号 为CN1687677A、公开日为2005年10月26日、名称为“城市原生污水冷热 源直流输送换热应用方法”的发明专利申请开发的输送换热法的优点是同等 的流动长度，换热面积要高出几倍，甚至几十倍，另外，本发明的方法为非 满管流，较输送换热法这一满管流的流动阻力小很多，相比之下几乎为零， 能耗低，投资低。本发明污水及地表水热泵明渠式换热槽换热装置由污水或 地表水进口1、污水或地表水出口2、多个换热管3、流道底面4、介质连管5、 壳体6、左封头7、右封头8、多个垫块9和多个挡水板10组成，污水或地表 水进口1连接在壳体6的上部，污水或地表水出口2连接在壳体6的底部， 多个换热管3并联连接在流道底面4上并与流道底面4保持有间隙，多个换 热管3的两端分别与两个介质连管5连通，换热管3与流道底面4共同设置 有0.5%～6%的倾斜坡度;流道底面4的两侧与壳体6的内壁相连接，流道底 面4的端头与介质连管5连接;多个垫块9固定在每个流道底面4的上端介 质连管5的侧面，多个挡水板10固定在垫块9的上侧，左封头7和右封头8 分别与壳体6固定连接，换热管3与流道底面4形成换热槽11。本发明的装 置具有结构简单，易于维护的优点。
