CN112797641A - 废水换热装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种废水换热装置及其运行方法，壳体具有外壁板与内壁板，内壁板所包围的废水空间连通有废水进水口与废水出水口；所述外壁板与内壁板之间形成环形的夹层空间，所述夹层空间被分隔成工质换热通道与太阳能换热通道；工质换热通道连通有工质进口和工质出口，以供工质进出；太阳能换热通道连通有太阳能进口和太阳能出口，以供太阳能换热介质进出；在废水空间中还布置有搅拌除冰器，搅拌除冰器连接有动力装置而能够在废水空间中搅动。所述废水换热装置还可复合太阳能供暖***以及热泵***，联合对末端***进行供热。

Description

废水换热装置及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种换热装置，该装置及其***冬季最大限度的取用太阳能和废水中的余热，直接或通过热泵***辅助对建筑物进行供暖。

背景技术

随着世界能源消费量的大幅度增长，人们把能源利用的重点转移到可再生能源的开发和利用上来。太阳能以其取之不尽、廉价、安全、无需运输、清洁无污染等特点受到人们的重视，光热、光电、光化学等太阳能利用技术已迅速地发展起来。

随着生活水平提高，热用户对于供热的要求也越来越高，由于太阳能受季节和天气影响较大、热流密度低，导致各种形式的太阳能直接热利用***在应用上都受到一定的限制，太阳能利用的一些局限性日益显现出来：一是白天太阳能集热器板面温度的上升会导致集热效率下降；二是在夜间或阴雨天没有足够的太阳辐射时，无法实现24h连续供热。

发明内容

本发明的目的是提供一种废水换热装置及其运行方法，解决白天太阳能集热器板面温度的上升会导致集热效率下降，在夜间或阴雨天没有足够的太阳辐射时，无法实现24h连续供热的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种废水换热装置，其特征在于：

壳体具有外壁板与内壁板，内壁板所包围的废水空间连通有废水进水口与废水出水口；

所述外壁板与内壁板之间形成环形的夹层空间，所述夹层空间被分隔成工质换热通道与太阳能换热通道；

工质换热通道连通有工质进口和工质出口，以供工质进出；

太阳能换热通道连通有太阳能进口和太阳能出口，以供太阳能换热介质进出；

在废水空间中还布置有搅拌除冰器，搅拌除冰器连接有动力装置而能够在废水空间中搅动。

所述的废水换热装置，其中：两个呈圆弧形的所述工质换热通道相对设置，两个太阳能换热通道平行设置并且连接在两个工质换热通道之间。

所述的废水换热装置，其中：布置有两个所述搅拌除冰器，所述搅拌除冰器的转动轴布置于圆弧形的工质换热通道的圆心位置，其叶片端部能够与壳体的一端圆弧形部分的内壁板紧密接触。

所述的废水换热装置，其中：两个搅拌除冰器的叶片之间相差90°相位角。

所述的废水换热装置，其中：废水出水口处设置第一电磁阀，第一电磁阀与壳体内的废水水位计联动，以保持壳体内废水水位的稳定。

所述的废水换热装置，其中：工质出口通过第二气管连通气液分离器，气液分离器再由第三气管连通压缩机的入口，压缩机的出口由第一气管进入冷凝器，冷凝器由第一液管连通高压储液罐，高压储液罐通过电子膨胀阀后由第二液管连接至工质进口。

所述的废水换热装置，其中：太阳能集热器的出口通过第四管路并经过第五管路连通至所述太阳能进口，所述第四管路又经第七管路、第八管路连通至所述冷凝器的换热介质入口，冷凝器的换热介质出口由第一管路连通至末端***，末端***由第二管路经循环泵加压后连通至电动三通阀，再经过第三管路连通至太阳能集热器的入口；所述第七管路通过歧管与所述三通阀相接；所述太阳能出口经由第六管路连接至所述循环泵的上游。

所述的废水换热装置，其中：在第五管路上设有第二电磁阀，第二电磁阀与所述压缩机以及废水空间内的水温传感器联动控制。

一种废水换热装置的运行方法，其使用前述废水换热装置，其特征在于：

当太阳能充足时，太阳能集热器加热太阳能换热介质，由第四管路流出，经过第七管路、第八管路进入冷凝器，压缩机不启动，冷凝器不加热太阳能换热介质，太阳能换热介质再由第一管路进入末端***换热，换热后的太阳能换热介质由第二管路经循环泵加压后通过电动三通阀，经过第三管路进入太阳能集热器循环换热；此时，若废水水温低于一预定的第一温度，第二电磁阀开启，使太阳能集热器出来的太阳能换热介质的一部分进入所述太阳能换热通道，从太阳能出口出来的太阳能换热介质经由第六管路以及循环泵返回太阳能集热器；当废水水温高于或等于第一温度时，第二电磁阀关闭。

所述的废水换热装置的运行方法，其中：

当太阳能不足时，太阳能集热器加热太阳能换热介质，由第四管路流出，经过第七管路、第八管路进入冷凝器，压缩机启动，冷凝器二次加热太阳能换热介质，再由第一管路进入末端***换热，换热后的太阳能换热介质由第二管路经循环泵加压后通过电动三通阀，经过第三管路进入太阳能集热器循环换热；此时，若废水水温低于一预定的第二温度，第二电磁阀关闭，若废水水温高于一预定的第二温度，则第二电磁阀开启；其中第二温度高于第一温度；

当太阳能不能提供热量时，电动三通阀换向，经过循环泵加压的太阳能换热介质经过电动三通阀由第八管路进入冷凝器，压缩机运行而使冷凝器对太阳能换热介质进行加热，加热后的太阳能换热介质由第一管路进入末端***，再由第二管路回到所述循环泵进行加压。

本发明提供一种废水换热装置及其运行方法，能够在白天、夜晚(雨天)实现连续稳定地供热。

附图说明

图1是本发明的正视图。

图2是本发明的后视图。

图3是本发明的左视图。

图4是本发明的右视图。

图5是本发明的俯视图。

图6是本发明的轴测图一。

图7是本发明的轴测图二。

图8是本发明的A-A剖面图。

图9是本发明的B-B剖面图。

图10是图8中Ⅰ处示意图。

图11是图9中Ⅱ处示意图。

图12是本发明的***原理图一。

图13是本发明的***原理图二。

图14是本发明的***原理图三。

图15是本发明的***原理图四。

附图标记说明：1-壳体；2-减速电动机；3-废水进水口；4-废水出水口；5-工质进口；6-太阳能进口；7-太阳能出口；8-工质出口；9-分隔面；10-搅拌除冰器；11-工质换热通道；12-太阳能换热通道；13-外壁板；14-内壁板；15-压缩机；16-冷凝器；17-气液分离器；18-废水换热装置；19-电子膨胀阀；20-高压储液罐；21-第一气管；22-第一液管；23-第二液管；24-第二气管；25-第三气管；26-第一电磁阀；27-第二电磁阀；28-太阳能集热器；29-电动三通阀；30-循环水泵；31-末端***；32-第一管路；33-第二管路；34-第三管路；35-第四管路；36-第五管路；37-第六管路；38-第七管路；39-第八管路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11所示，本发明提供的一种废水换热装置，由壳体1、减速电动机2、废水进水口3、废水出水口4、工质进口5、太阳能进口6、太阳能出口7、工质出口8、分隔面9、搅拌除冰器10、工质换热通道11、太阳能换热通道12、外壁板13、内壁板14组成，其中：

壳体1具有外壁板13与内壁板14，内壁板14所包围的废水空间连通至废水进水口3与废水出水口4(壳体1侧壁的底部设有废水出水口4，壳体1侧壁的顶部设有废水进水口3)，以供废水出入；

所述外壁板13与内壁板14之间形成环形的夹层空间，所述夹层空间被四个竖向布置的分隔面9分隔成四个换热通道，其中两个相对布置的换热通道呈圆弧形而称为工质换热通道11，工质换热通道11的外壁板13侧设有工质进口5和工质出口8，主要作用是供工质进出而与废水进行换热，以提取废水中的热量；另外两个相对布置的换热通道呈平面状并且相互平行而称为太阳能换热通道12，太阳能换热通道12的外壁板13侧设有太阳能进口6和太阳能出口7，主要作用是供太阳能换热介质进出而与废水进行换热，以将通过太阳能吸收的热量储存于壳体1内的废水中；

在壳体1的顶端固定有两个减速电动机2，两个减速电动机2与布置于废水空间中的两个搅拌除冰器10连接，两个搅拌除冰器10的叶片端部能够分别与壳体1的一端弧形部分的内壁板14紧密接触，由减速电动机2带动搅拌除冰器10旋转，可使废水空间中的废水产生强制对流换热；如图8、图9所示，从俯视角度来看，两个搅拌除冰器10的叶片之间的角度相差90°相位角，有利于增强壳体1内废水的混合、搅伴效果，强化废水与工质换热通道11、废水与太阳能换热通道12之间换热；其中，工质换热通道11位于两圆弧端，而搅拌除冰器10的转动轴布置于圆弧端的圆心位置，在转动时搅拌除冰器10端部能够与圆弧形(尤其是半圆形)的内壁板14发生紧密接触，可清除积聚在工质换热通道11的内壁板14上的冰层。

如图1、图2、图7、图8、图9、图12、图13所示，本发明运行原理，废水出水口4处设置第一电磁阀26，第一电磁阀26与壳体1内废水水位计联动，废水水位高于设定值时，第一电磁阀26打开，废水水位低于设定值时，第一电磁阀26关闭，保持壳体1内废水水位的稳定；

壳体1内废水温度≥15℃时，不需要太阳能补热，工质通过工质换热通道11的内壁板14不断吸收壳体1内废水中的热量，减速电动机2带动搅拌除冰器10转动，搅动壳体1内的废水，使其温度变得均匀；

经过工质不断的吸收壳体1内废水中的热量，废水温度降低，废水温度＜15℃时，太阳能换热介质通过太阳能换热通道12将热量传递给壳体1内的废水，也可以通过废水进水口3补充温度相对较高的废水；

壳体1内废水温度逐渐降低，降低至0℃时，工质换热通道11的内壁板14凝结有冰层，冰层在搅拌除冰器10与内壁板14的紧密接触时，被搅拌除冰器10转动剥落，随着搅拌除冰器10转动，混入废水中，提取废水中的凝固潜热。

如图12所示，本发明还提供一种热泵循环***，由压缩机15、冷凝器16、气液分离器17、废水换热装置18、电子膨胀阀19、高压储液罐20、第一气管21、第一液管22、第二液管23、第二气管24、第三气管25组成，其中：

工质在废水换热装置18内吸收热量，由液态蒸发变为气态，经过第二气管24进入气液分离器17，经气液分离后，由第三气管25进入压缩机15进行压缩，压缩机15将低温、低压的气体压缩成高温、高压的气体，再由第一气管21进入冷凝器16与末端循环水进行热交换，高温、高压气体放热冷凝成高压液体，由第一液管22进入高压储液罐20，再经过电子膨胀阀19节流后，由第二液管23进入废水换热装置18，工质在废水换热装置18内吸收热量，循环换热。

如图13所示，本发明提供一种联合太阳能供暖***，由压缩机15、冷凝器16、气液分离器17、废水换热装置18、电子膨胀阀19、高压储液罐20、第一气管21、第一液管22、第二液管23、第二气管24、第三气管25、第一电磁阀26、第二电磁阀27、太阳能集热器28、电动三通阀29、循环水泵30、末端***31、第一管路32、第二管路33、第三管路34、第四管路35、第五管路36、第六管路37、第七管路38、第八管路39组成，其中：

太阳能充足时，太阳能集热器28加热太阳能换热介质，由第四管路35流出，经过第七管路38、第八管路39进入冷凝器16，压缩机15不启动，冷凝器16不加热太阳能换热介质，再由第一管路32进入末端***31换热，换热后的太阳能换热介质由第二管路33经循环泵30加压后通过电动三通阀29，经过第三管路34进入太阳能集热器28循环换热；第二电磁阀27与废水换热装置18内的水温传感器、压缩机15联动，当废水的水温＜15℃，压缩机15不运行时，第二电磁阀27开启，太阳能集热器28的太阳能换热介质分流，一部分经过第二电磁阀27后，进入废水换热装置18中的太阳能换热通道12，与废水换热装置18内的污水进行热交换，加热废水换热装置18内的污水(从太阳能出口7出来的太阳能换热介质经由第六管路37以及循环泵30返回太阳能集热器28)，当废水水温≥15℃时，第二电磁阀27关闭。

如图14所示，所述联合太阳能供暖***，当太阳能不足时，太阳能集热器28加热太阳能换热介质，由第四管路35流出，经过第七管路38、第八管路39进入冷凝器16，压缩机15启动，冷凝器16二次加热太阳能换热介质，再由第一管路32进入末端***31换热，换热后的太阳能换热介质由第二管路33经循环泵30加压后通过电动三通阀29，经过第三管路34进入太阳能集热器28循环换热；第二电磁阀27与废水换热装置18内的水温传感器、压缩机15联动，当废水水温＜30℃，而且压缩机15运行时，第二电磁阀27关闭。

如图15所示，所述联合太阳能供暖***，当太阳能不能提供热量时，电动三通阀29换向，末端太阳能换热介质经过循环泵30加压，经过电动三通阀29由第八管路39进入冷凝器16，压缩机15运行，冷凝器16对末端太阳能换热介质加热，再由第一管路32进入末端***31，与末端***31热交换后，由第二管路33、经循环泵30加压，经过电动三通阀29由第八管路39进入冷凝器16往复循环供热。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种废水换热装置，其特征在于：

壳体具有外壁板与内壁板，内壁板所包围的废水空间连通有废水进水口与废水出水口；

所述外壁板与内壁板之间形成环形的夹层空间，所述夹层空间被分隔成工质换热通道与太阳能换热通道；

工质换热通道连通有工质进口和工质出口，以供工质进出；

太阳能换热通道连通有太阳能进口和太阳能出口，以供太阳能换热介质进出；

在废水空间中还布置有搅拌除冰器，搅拌除冰器连接有动力装置而能够在废水空间中搅动。

2.根据权利要求1所述的废水换热装置，其特征在于：两个呈圆弧形的所述工质换热通道相对设置，两个太阳能换热通道平行设置并且连接在两个工质换热通道之间。

3.根据权利要求2所述的废水换热装置，其特征在于：布置有两个所述搅拌除冰器，所述搅拌除冰器的转动轴布置于圆弧形的工质换热通道的圆心位置，其叶片端部能够与壳体的一端圆弧形部分的内壁板紧密接触。

4.根据权利要求3所述的废水换热装置，其特征在于：两个搅拌除冰器的叶片之间相差90°相位角。

5.根据权利要求1所述的废水换热装置，其特征在于：废水出水口处设置第一电磁阀，第一电磁阀与壳体内的废水水位计联动，以保持壳体内废水水位的稳定。

6.根据权利要求1所述的废水换热装置，其特征在于：工质出口通过第二气管连通气液分离器，气液分离器再由第三气管连通压缩机的入口，压缩机的出口由第一气管进入冷凝器，冷凝器由第一液管连通高压储液罐，高压储液罐通过电子膨胀阀后由第二液管连接至工质进口。

7.根据权利要求6所述的废水换热装置，其特征在于：太阳能集热器的出口通过第四管路并经过第五管路连通至所述太阳能进口，所述第四管路又经第七管路、第八管路连通至所述冷凝器的换热介质入口，冷凝器的换热介质出口由第一管路连通至末端***，末端***由第二管路经循环泵加压后连通至电动三通阀，再经过第三管路连通至太阳能集热器的入口；所述第七管路通过歧管与所述三通阀相接；所述太阳能出口经由第六管路连接至所述循环泵的上游。

8.根据权利要求7所述的废水换热装置，其特征在于：在第五管路上设有第二电磁阀，第二电磁阀与所述压缩机以及废水空间内的水温传感器联动控制。

9.一种废水换热装置的运行方法，其使用如权利要求8所述的废水换热装置，其特征在于：

当太阳能充足时，太阳能集热器加热太阳能换热介质，由第四管路流出，经过第七管路、第八管路进入冷凝器，压缩机不启动，冷凝器不加热太阳能换热介质，太阳能换热介质再由第一管路进入末端***换热，换热后的太阳能换热介质由第二管路经循环泵加压后通过电动三通阀，经过第三管路进入太阳能集热器循环换热；此时，若废水水温低于一预定的第一温度，第二电磁阀开启，使太阳能集热器出来的太阳能换热介质的一部分进入所述太阳能换热通道，从太阳能出口出来的太阳能换热介质经由第六管路以及循环泵返回太阳能集热器；当废水水温高于或等于第一温度时，第二电磁阀关闭。

10.根据权利要求9所述的废水换热装置的运行方法，其特征在于：

当太阳能不足时，太阳能集热器加热太阳能换热介质，由第四管路流出，经过第七管路、第八管路进入冷凝器，压缩机启动，冷凝器二次加热太阳能换热介质，再由第一管路进入末端***换热，换热后的太阳能换热介质由第二管路经循环泵加压后通过电动三通阀，经过第三管路进入太阳能集热器循环换热；此时，若废水水温低于一预定的第二温度，第二电磁阀关闭，若废水水温高于一预定的第二温度，则第二电磁阀开启；其中第二温度高于第一温度；

当太阳能不能提供热量时，电动三通阀换向，经过循环泵加压的太阳能换热介质经过电动三通阀由第八管路进入冷凝器，压缩机运行而使冷凝器对太阳能换热介质进行加热，加热后的太阳能换热介质由第一管路进入末端***，再由第二管路回到所述循环泵进行加压。

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