专利名称：污水及地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻装置及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用污水、地表水源(城市污水、江河湖水、海水等)作为热泵低位冷热源时系统的滤面无阻塞防阻装置的改进。
背景技术：
利用污水、地表水源作为热泵冷热源为建筑物供暖空调具有重要的节能与环保价值，是缓解能源消耗紧张、减轻环境污染的有效途径之一，但需要有效、经济地解决水源技术问题。污水、地表水均含有悬浮物，在热泵提取热量或冷量的过程中，换热设备很容易造成“瞬时”阻塞。尽管象地表水中的悬浮物相对含量并不高，但由于用水量很大，每万平方米建筑物需用水量在50-100t/h之间，这使得经过热泵系统的绝对悬浮物数量很大，普通的过滤方法或设备的滤面堵塞频繁、清洗周期短，不能满足系统连续、稳定的供水要求，因此需要采取特殊的过滤防阻措施。
申请人已在中国专利ZL03132553.X及ZL200420018341.3中公开了一种城市污水冷热源的应用方法和装置，在ZL200420019192.2及ZL200410043654.9中公开了一种设置有滚筒格栅的城市污水水力自清装置，前两种需要将装置浸泡在污水或地表水中，限制了方法和装置的使用范围，后两种则做了改进，设备可安装在机房，但将滤筒外分为供水区和回水区，进入装置的悬浮物大量停留在筒外供水区中而很难排出。另外，上述两种装置均有悬浮物在滤面上挂壁，反冲洗水力不够等现象。
申请人同时检索到中国专利CN2526071Y中公开了一种“滤水器”，该设备运行后，当滤面被阻塞时，设备的进出口压差增大，通过压差信号传递，排污阀打开，利用系统的水压高于设备外的大气压力，滤面进出水反向，通过旋转的扫臂将滤面上的污染物反冲洗排出。此设备适用于闭式循环水系统(水封闭循环)，污染物含量少，系统静压水压大。在热泵系统中，污水、地表水为开式循环(水不重复利用，不封闭循环)，污染物含量大，系统静压水压低，若利用此设备(经试验)，排污阀开启频繁，滤面反冲洗效率低，同时由于频繁的排污过程，系统供水压力与流量很不稳定。
还有很多与CN2526071Y中装置类似的除污方法与装置，均是针对闭式系统的。另外，中国专利ZL01220095.6公告了一种“利用城市污水提供能源的空调装置”，CN2612906A公开了一种“采油厂联合站污水余热回收利用热泵装置”，还有一些其它相关的专利文献，包括一些公开发表的学术论文，都涉及到了这类非清洁水源的热能利用问题，但对阻塞问题未提出具体的解决办法。
发明内容
为了解决热泵系统换热设备的阻塞及过滤装置存在清洗周期短、维护困难，不能满足系统连续、稳定的供水要求问题，本发明提供一种污水及地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻装置及其系统。本发明的污水、地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻装置为申请人在ZL200420019192.2及ZL200410043654.9中公开的装置的改进，在原有基础上增加压力与流量平衡措施，将原装置的筒外分区彻底合并。
本发明的污水及地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻装置包括外壳体、旋转滤筒、筒内进水区、筒内出水区、带动旋转滤筒转动的传动装置、筒外进水口、筒外排水口、筒内进水区出口、筒内出水区进口，外壳体上分别设置有筒外进水口和筒外排水口，旋转滤筒设置在外壳体的内部，旋转滤筒的内部分为筒内进水区、筒内出水区，筒内进水区与筒内进水区出口连通，筒内出水区与筒内出水区进口连通。
运行原理为利用一级水泵将污水或地表水引入防阻装置，防阻装置内设转筒滤网，转筒滤网内部分割为进水区与出水区两部分，污水经进水区滤网后直接流入(或再经二级水泵提升后进入)换热器或蒸发器，污水在换热器或蒸发器内进行冷热交换后再经反冲泵(或直接)返回至转筒滤网的出水区，对贴敷在出水区滤网上的悬浮物进行反冲洗，反冲水与悬浮物再一起从防阻装置中排出，同时还可以在筒外设置毛刷，借助转筒的旋转作用对反冲洗不掉或反冲效果不好时的悬浮物进行清刷。
本发明的污水及地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻系统由污水泵及管路、防阻装置、换热系统组成，可以有如下几种连接方式一、二级泵系统一级泵通过管路与防阻装置的外壳连通，防阻装置的筒内进水区出口与换热系统的输入端之间通过二级泵连通，换热系统的输出端与防阻装置的筒内出水区连通，防阻装置再与系统的排水管路连通，具体连接方式为它由一级泵、污水及地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻装置、二级泵、换热器、连接管路、排水管路组成，一级泵经连接管路与防阻装置的筒外进水口连通，防阻装置的筒内进水区出口与换热器的进口通过二级泵连通，换热器的出口通过连接管路与防阻装置的筒内出水区进口连通，防阻装置的筒外排水口与排水管路连通。
二、反冲泵静压管系统一级泵通过管路与防阻装置的外壳连通，防阻装置的筒内进水区与换热系统的输入端之间直接连通，换热系统的输出端分成两条支路，一条支路与防阻装置筒内出水区通过反冲泵连通，防阻装置再通过静压水管与排水管路连通，另一条支路直接排水。静压水管(具有5-15m的静压高度)的作用是为了提高防阻装置的内部静压，以使得污水在没有二级水泵的作用下依然流往换热器。具体连接方式为由一级泵、防阻装置、换热器、反冲泵、连接管路、静压水管、排水管路、排水支路组成，级泵经连接管路与防阻装置的筒外进水口连通，防阻装置的筒内进水区出口经连接管路与换热器的进口连通，换热器的出口分别与防阻装置的筒内出水区进口和排水支路连通，其中换热器的出口与防阻装置的筒内出水区进口之间的连接管路上设置有反冲泵，筒外排水口通过静压水管与排水管路连通。
三、反冲泵控制阀系统一级泵通过管路与防阻装置的外壳连通，防阻装置的筒内进水区与换热系统的输入端之间直接连通，换热系统的输出端分成两条支路，一条支路与防阻装置筒内出水区通过反冲泵连通，防阻装置再通过控制阀与排水管路连通，另一条支路直接排水。控制阀的作用与静压水管相同也是为了提高防阻装置的内部静压，以使得污水在没有二级水泵的作用下依然流往换热器。但控制阀在部分关闭时才能提高防阻装置的内部静压，当引入的污水含有大尺径悬浮物时，该阀的进口容易堵塞，此时利用静压水管较好。具体连接方式为它由一级泵、防阻装置、换热器、反冲泵、连接管路、控制阀、排水管路、排水支路组成，一级泵经连接管路与防阻装置的筒外进水口连通，防阻装置的筒内进水区出口经连接管路与换热器的进口连通，换热器的出口分别与防阻装置的筒内出水区进口和排水支路连通，其中换热器的出口与防阻装置的筒内出水区进口之间的连接管路上设置有反冲泵，筒外排水口通过控制阀0与排水管路连通。
本发明的装置与申请人在ZL200420019192.2及ZL200410043654.9中公开的一种“设置有滚筒格栅的城市污水水力自清方法及其装置”中的装置的差别在于取消了筒外分区，解决了悬浮物停留在筒外供水区难以排出的问题，另外增设毛刷，在反冲洗效果不好悬浮物挂壁时起到清刷作用。从整个系统的形式来看，仅是将防阻装置的外隔板取消了，而其它形式基本相同，但原理上发生了一定的变化(1)原来将筒外分成供水区与回水区，利用外隔板隔开，二级泵的主要作用是防止外隔板局部不严密而引起供水与回水短路，故设二级泵弱带强制引水进入换热器，若不考虑短路现象，二级泵是可以取消的；现在供水区与回水区合二为一，彻底抛弃了外隔板，二级泵则起压力与流量平衡作用，流量与一级泵相等；(2)原方法中一级泵克服全程管路与设备流动阻力，二级泵设有一定的扬程减小供回区流量短路；现方法中一级泵克服引水管路与排水管路阻力，二级泵克服换热器及其连接管路阻力与防阻装置筒内出水区滤面反冲阻力，实现筒外压力平衡，满足换热器流量要求；(3)压力与流量平衡的水力学原理增加后，除可以直接将原防阻装置的筒外供水区与回水区合二为一以外，还可在筒外设置毛刷，或取消二级泵而增加反冲泵等。
前述CN2526071Y中虽然公开了如下技术特征滤水器由壳体、圆筒形滤网、电机及减速装置组成，圆筒形滤网设置在壳体的内部，圆筒形滤网的内部设有可转动的反冲洗扫臂，但是该装置与本发明装置有很大的区别(1)前面已说明CN2526071Y中的装置是一种间歇性的滤面阻塞然后反冲洗装置，运行时不能排污，排污时不能运行，适用于闭式循环水系统的除污；本发明装置是一种连续性的无阻塞反冲洗装置，运行时同时反冲洗滤面上的污染物，适用于开式循环水系统，系统并不除污。
(2)本发明装置与CN2526071Y中的装置在结构上有两处不同，本发明装置在滤筒内部设有内隔板将转筒内部分成了进水区与出水区两部分，CN2526071Y中的装置在滤筒内部设有一个可旋转的反冲洗扫臂，另外本发明装置设有四个进出水口，而CN2526071Y中的装置设有三个，其中一个排污口设有自控阀。这两处的不同使得装置的运行机理完全不同本装置运行时转筒滤面连续旋转，进水区进水，水被利用后(经换热器后)再进入出水区反冲洗，这是实现连续防阻的关键，而CN2526071Y中的装置运行时可旋转的反冲洗扫臂不动，排污口自动阀关闭，当滤面被堵塞后，装置的两个进出水口压差增大，通过压差传感排污口自动阀打开，反冲洗扫臂旋转，开始向外排污同时反冲洗滤面。另外，本发明装置还设有毛刷，当反冲洗效果不好时，可起到辅助清刷滤面的作用。因此，尽管装置的结构类似，但完全不同。
图1是本发明装置的结构示意图，图2是图1的A向视图。图3是本发明装置增设毛刷后的结构示意图，图4是本发明的二级泵系统示意图，图5是本发明的反冲泵静压管系统示意图，图6是本发明的反冲泵控制阀系统示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一如图1和图2所示，本实施方式的滤面无阻塞防阻装置由外壳体1、旋转滤筒3、筒内进水区4-1、筒内出水区4-2、带动旋转滤筒3转动的传动装置5、筒外进水口6、筒外排水口7、筒内进水区出口8、筒内出水区进口9组成，外壳体1上分别设置有筒外进水口6和筒外排水口7，旋转滤筒3设置在外壳体1的内部，旋转滤筒3的内部分为筒内进水区4-1、筒内出水区4-2，筒内进水区4-1与筒内进水区出口8连通，筒内出水区4-2与筒内出水区进口9连通。
具体实施方式
二如图3所示，根据实际需要还可以在防阻装置内增设毛刷10，毛刷10的一端固定连接在外壳体1的内壁上，毛刷10的另一端与旋转滤筒3的表面相接触。防阻装置运行时，毛刷10静止不动，在旋转滤筒3的旋转作用下对旋转滤面进行清刷。毛刷10的增加是为了清刷掉挂壁在滤面上反冲洗不掉的污物，和当反冲洗效果不好时起辅助的清刷作用，以保证滤面的清洗效果。
工作原理防阻装置工作时，电机及减速器等传动装置5带动可旋转滤筒3旋转，滤面在筒内进水区4-1与筒内出水区4-2之间连续交换，旋转速度是可以调节的。污水从筒外进水口6进入筒外区间2，在压差作用下经滤面进入筒内进水区4-1，悬浮物被隔离在滤面之上，污水再从筒内进水区出口8流往换热器，在换热器内进行冷热交换后再从筒内出水区进口9进入筒内出水区4-2，从出水区4-2出水反冲旋转的滤面，将隔离在滤面上的悬浮物冲掉，污水与悬浮物再一起从筒外排水口7排出。
具体实施方式
三如图4所示，本实施方式的二级泵系统由一级泵11、污水及地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻装置13、二级泵14、换热器15、连接管路12、排水管路16组成，一级泵11经连接管路12与防阻装置13的筒外进水口6连通，二级泵14的进口经连接管路12与防阻装置13的筒内进水区出口8连通，二级泵14的出口经连接管路12与换热器15的进口连通，换热器15的出口通过连接管路12与防阻装置13的筒内出水区进口9连通，防阻装置13的筒外排水口7与排水管路16连通。
一级泵11抽引污水经连接管路12进入防阻装置13，二级泵再从防阻装置13中抽引污水经连接管路12进入换热器15，污水在换热器15内进行冷热交换后通过连接管路12进入防阻装置13，污水经防阻装置13反冲滤面并携带悬浮物一起通过排水管路16排出。
具体实施方式
四如图5所示，本实施方式的反冲泵静压管系统由一级泵11、防阻装置13、换热器15、反冲泵17、连接管路12、静压水管18、排水管路16、排水支路19组成，一级泵11经连接管路12与防阻装置13的筒外进水口6连通，防阻装置13的筒内进水区出口8经连接管路12与换热器15的进口连通，换热器15的出口分别与防阻装置13的筒内出水区进口9和排水支路19连通，其中换热器15的出口与防阻装置13的筒内出水区进口9之间的连接管路12上设置有反冲泵17，筒外排水口7通过静压水管18与排水管路16连通。
一级泵11抽引污水经连接管路12进入防阻装置13，污水在水压差作用下经连接管路12进入换热器15，污水在换热器15内进行冷热交换后部分通过反冲泵17及连接管路12进入防阻装置13，污水经防阻装置13反冲滤面并携带悬浮物一起通过静压水管18至排水管路16排出，另一部分污水经排水支路19排水。
具体实施方式
五如图6所示，本实施方式的反冲泵控制阀系统由一级泵11、防阻装置13、换热器15、反冲泵17、连接管路12、控制阀20、排水管路16、排水支路19组成，一级泵11经连接管路12与防阻装置13的筒外进水口6连通，防阻装置13的筒内进水区出口8经连接管路12与换热器15的进口连通，换热器15的出口分别与防阻装置13的筒内出水区进口9和排水支路19连通，其中换热器15的出口与防阻装置13的筒内出水区进口9之间的连接管路12上设置有反冲泵17，筒外排水口7通过控制阀20与排水管路16连通。
一级泵11抽引污水经连接管路12进入防阻装置13，污水在水压差作用下经连接管路12进入换热器15，污水在换热器15内进行冷热交换后部分通过反冲泵17及连接管路12进入防阻装置13，污水经防阻装置13反冲滤面并携带悬浮物一起通过控制阀20至排水管路16排出，另一部分污水经排水支路19排水。
权利要求
1.污水及地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻装置，其特征在于所述防阻装置为转筒连续防阻装置，它包括外壳体(1)、旋转滤筒(3)、筒内进水区(4-1)、筒内出水区(4-2)、带动旋转滤筒(3)转动的传动装置(5)、筒外进水口(6)、筒外排水口(7)、筒内进水区出口(8)、筒内出水区进口(9)，外壳体(1)上分别设置有筒外进水口(6)和筒外排水口(7)，旋转滤筒(3)设置在外壳体(1)的内部，旋转滤筒(3)的内部分为筒内进水区(4-1)、筒内出水区(4-2)，筒内进水区(4-1)与筒内进水区出口(8)连通，筒内出水区(4-2)与筒内出水区进口(9)连通。
2.根据权利要求1所述的污水及地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻装置，其特征在于所述防阻装置还包括毛刷(10)，毛刷(10)的一端固定连接在外壳体(1)的内壁上，毛刷(10)的另一端与旋转滤筒(3)的外表面相接触。
3.污水及地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻系统，其特征在于所述系统为二级泵系统，它由一级泵(11)、权利要求1所述污水及地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻装置(13)、二级泵(14)、换热器(15)、连接管路(12)、排水管路(16)组成，一级泵(11)经连接管路(12)与防阻装置(13)的筒外进水口(6)连通，防阻装置(13)的筒内进水区出口(8)与换热器(15)的进口通过二级泵(14)连通，换热器(15)的出口通过连接管路(12)与防阻装置(13)的筒内出水区进口(9)连通，筒外排水口(7)与排水管路(16)连通。
4.污水及地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻系统，其特征在于所述系统为反冲泵静压管系统，它由一级泵(11)、权利要求1所述污水及地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻装置(13)、换热器(15)、反冲泵(17)、连接管路(12)、静压水管(18)、排水管路(16)、排水支路(19)组成，一级泵(11)经连接管路(12)与防阻装置(13)的筒外进水口(6)连通，防阻装置(13)的筒内进水区出口(8)经连接管路(12)与换热器(15)的进口连通，换热器(15)的出口分别与防阻装置(13)的筒内出水区进口(9)和排水支路(19)连通，其中换热器(15)的出口与防阻装置(13)的筒内出水区进口(9)之间的连接管路(12)上设置有反冲泵(17)，筒外排水口(7)通过静压水管(18)与排水管路(16)连通。
5.污水及地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻系统，其特征在于所述系统为反冲泵控制阀系统，它由一级泵(11)、权利要求1所述污水及地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻装置(13)、换热器(15)、反冲泵(17)、连接管路(12)、控制阀(20)、排水管路(16)、排水支路(19)组成，级泵(11)经连接管路(12)与防阻装置(13)的筒外进水口(6)连通，防阻装置(13)的筒内进水区出口(8)经连接管路(12)与换热器(15)的进口连通，换热器(15)的出口分别与防阻装置(13)的筒内出水区进口(9)和排水支路(19)连通，其中换热器(15)的出口与防阻装置(13)的筒内出水区进口(9)之间的连接管路(12)上设置有反冲泵(17)，筒外排水口(7)通过控制阀(20)与排水管路(16)连通。
全文摘要
污水及地表水源热泵无阻塞压力平衡防阻装置及其系统，涉及一种利用污水、地表水源作为热泵低位冷热源时系统的滤面无阻塞防阻装置的改进。为解决热泵系统换热设备的阻塞及过滤装置存在清洗周期短、维护困难，不能满足系统连续、稳定的供水要求问题，防阻装置的外壳体(1)上设置有筒外进水口(6)和筒外排水口(7)，旋转滤筒(3)设置在外壳体(1)的内部，旋转滤筒(3)的内部分为筒内进水区(4－1)、筒内出水区(4－2)，筒内进水区(4－1)与筒内进水区出口(8)连通，筒内出水区(4－2)与筒内出水区进口(9)连通。本发明装置及系统为连续的滤面无阻塞防阻过程，系统供水压力与运行流量稳定，无清污维护过程，设备尺寸小，造价低。
文档编号B01D33/06GK1920447SQ20061001043
公开日2007年2月28日 申请日期2006年8月25日 优先权日2006年8月25日
发明者吴荣华, 孙德兴, 徐莹 申请人:哈尔滨工业大学