生活热水排水能量回收利用的装置的制作方法

专利名称：：生活热水排水能量回收利用的装置的制作方法专利说明一、
技术领域：
本实用新型涉及实用的对生活热水能量回收利用方法，以及对生活热水(又称卫生热水)排放中的能量回收利用的装置。二
背景技术：
：能源历来为各国所重视，最近的伊拉克之战可称之为能源之战。节能方法、节能措施、节能工艺、节能技术、节能产品的研究和开发为各国重视的课题之一。我国是能耗大国，能源利用效率低，能源紧缺，随着国民经济的发展，需要大量的能源来满足国民经济发展和人民生活水平提高的需要，可以说能源已制约着我国全面小康社会的建设。生活热水在住宅、宾馆、公共浴室、洗浴中心、水上娱乐中心和游泳池等场所广泛使用。制取生活热水需消耗大量的能源，生活热水使用后，水质被污染，使用了部分热量，但大部分热量随排水而排放掉，造成能源的极大浪费。以淋浴为例热水一般由10℃冷水加热成40℃的热水使用，排水温度约30℃，这样66.7％的能量被排放掉了。热水排水温度大于冷水温度，这样就为实现热水排水的能量回收利用提供了有利条件。生活热水具有用水点分散、用水量变化大、用水的随机性大、水质污染、重力排水、排水温度低、且排水温度随排水距离增加而降低及热水的一次性使用等特点，这些提高了热水排水能量回收利用的难度。目前未见到有关生活热水排水能量回收的方法和装置的研究和应用的报道，尤其是简易方便的装置。换热技术和换热装置在各行业中广泛应用，壳管式换热器是目前广泛使用的换热器之一，其特点是冷、热媒均为有压，其管程和壳程按有压流体设计，不能满足热水重力排放的要求；有压流体是满流，热水排水为非满流，因此其换热设计时没有考虑非满流流体换热的特点；其为压力容器，必须满足压力容器的有关要求，换热器选用材料厚度较大，降低了其传热性能，同时为了其安全性，其系统上必须设置自控装置和安全装置；热媒温度较高，一般为高温、高压热水或蒸气，冷、热媒温差大，因此它不适用于小温差换热；冷媒通过换热器的温差根据使用要求确定，一般较为固定，它不能适应热水排水的波动性和随机性要求；它有较大的体积，须有较大的安装空间，它不能在热水排水系统上有限的空间内安装使用。由此可见，现有的壳管式换热器是不能用于热水排水系统的能量回收的。其它形式的换热器，如板式换热器、容积式换热器、半即热换热器、浮动盘管换热器等，都不适用于热水排水系统的能量回收。本实用新型目的是提供对生活热水排水能量回收利用的装置，节省制取生活热水的能量消耗量，或延长电热器、太阳能热水器、热水箱或其它容积式热水器的热水供应时间。该装置结合给排水技术的特点设计，满足排水要求以及方便安装在现有排水系统上，与现有给排水技术完美的结合，简便、易行、实用、成本低廉、回收率高。可用于新建工程，改、扩建工程及现有工程，可用于燃气、油热水器、太阳能热水器、电热水器及中央热水系统。该能量回收装置既能满足热水排水要求，又能回收热水排水能量，可用于住宅、宾馆、公共浴室、洗浴中心、水上娱乐中心和游泳池等热水使用场所。在追求提高生活质量的同时节约能源。尤其是提供一种简易方便的生活热水排水能量回收利用的装置，可以作为排水的标准附件在排水系统中使用。三
发明内容生活热水排水能量回收利用的装置，是将热水排水能量回收器设置在卫生洁具的排水管上或排水干管上，此能量回收器的管程是排水通道，壳程是冷水通道，冷水与热水排水逆向流动，从而使冷水、热水间进行充分的热交换。管程内是热水排水通道，因此管程设计满足排水的坡度要求和过水断面积要求，同时满足重力流流体的充分换热需要。壳程是冷水通道，因此壳程设计满足冷水的过水断面积要求，同时满足冷水的传热要求。根据上述要求，结合给排水技术的特点，设计了脸盆用垂直安装型、水平安装型换热器，洗涤池(盆)用直线安装型、垂直安装型、水平安装型换热器，浴盆或淋浴房用安装型换热器，排水干管用安装型换热器。其结构示意图见附图1-4。排水干管型换热器适用于使用热水的公共场所，如公共浴室、洗浴中心、水上娱乐中心和游泳池等。经换热降温后的热水排水排入下水道。经换热升温后的冷水，部分回加热器再加热后使用，部分与热水混合后直接使用，这就构成了热水排水的再热即用型能量回收方式。该方式和装置减少了加热器的能量消耗量和热水供给量，从而实现节能的目的。经换热升温后的冷水全部回加热器再加热后使用，这就构成了热水排水的再热型能量回收方式。该方式减少了加热器的能量消耗量，从而实现节能的目的。经换热升温后的冷水全部与热水混合后直接使用，这就构成了热水排水的即用型能量回收方式。该方式减少了热水供给量，从而实现节能的目的。结合给排水技术的特点，设计了洗脸盆、洗涤池(盆)、浴盆或淋浴房、排水干管用的三种能量回收方式的系统构成图，见附图5-8。三种能量回收方式各有特点，适用于不同的情况。在选用时，应结合热水的供水温度，制取热水的方式，热水的使用方式，能量回收装置的安装位置与用水点位置、加热器位置的关系确定。热水供水温度可分为三类以燃气热水器为代表类的热水器，其热水供水温度一般在40℃左右；以电热水器、太阳能热器为代表类的热水器，其热水供水温度可达85℃；中央热水系统热水供水温度一般约60℃。以热水排水与冷水传热平均温差7℃为例，对不同能量回收方式的不同回收装置、不同热水供水温度的可达热回收率进行了计算，见附表1。从附表1中可以看出再热即用型能量回收方式的热回收率最高，对浴盆、洗脸盆、排水干管的热回收率分别可达43％、48％、30％。这是因为，选用此方式时，通过换热器的冷水量最大，冷水温升最小，冷、热水传热温差最大，因而传热量最大。且其热回收率与供水温度无关，这是因为，不管热水供水温度如何变化，通过换热器的冷水量都等于其用水量。再热型能量回收方式的热回收率随热水供水温度越接近热水使用温度而提高，这因为热水供水温度越接热水使用温度时，通过换热器的冷水量就越大，冷水温升就越小，冷、热水传热温差就越大，因而传热量就越大。即用型能量回收方式的热回收率随热水供水温度的升高而提高，这因为热水供水温度升高时，冷水的混合比例就越大，使用的冷水量就越大，通过换热器的冷水量越大，冷水温升就越小，冷、热水传热温差就越大，因而传热量就越大；反之，热回率降低，热水供水温度等于热水使用温度时，其热回率为零，此时不需混合冷水使用，通过换热的冷水量为零，不实现能量回收。可见正确选择热回收方式是十分重要的。四图1脸盆用换热器结构示意图(1A垂直安装型、1B水平安装型)图2洗涤池(盆)用换热器结构示意图(2A直线安装型、2B垂直安装型、2C水平安装型)图3浴盆或淋浴房用换热器结构示意图图4排水干管用换热器结构示意图图5洗脸盆用的三种能量回收方式系统图(存水弯亦可设置于换热器后)，5A洗脸盆再热即用型、5B洗脸盆即用型、5C洗脸盆再热型。图6洗涤池(盆)用的三种能量回收方式系统图(存水弯亦可设置于换热器后)洗涤池(盆)6A再热即用型、6B即用型、6C再热型。图7浴盆或淋浴房用的三种能量回收方式系统图，7A再热即用型、7B即用型、7C再热型。图8排水干管用的三种能量回收方式系统图，8A再热即用型、8B即用型、8C再热型。图1-4中冷水出1、排水入2、冷水入3、排水出4、管程5、壳程6；图5-7中洗涤盆或洗涤池11、接用水点冷水管12、接加热器冷水管13、冷水入14、排水出15、换热器16、存水弯17；图8中排水入21、接用水点冷水管12、接加热器冷水管13、冷水入14、排水出15、换热器16附表1本实用新型不同能量回收方式的不同回收装置、不同热水供水温度可达热回收率附表2本实用新型不同换热面积的不同回收装置、不同能量回收方式及不同热水供水温度可实现的热回收率五具体实施方式1、热水排水能量回收装置。换热器的管程为排水通道，因而管程设计满足排水坡度要求(直线安装型和排水干管安装型的管程不需设计坡度，其排水坡度在安装时实现)，其坡度值不小国家相关规范对不同排水管管径排水坡度的最小值使排水顺畅排放。脸盆、洗涤池(盆)用安装形换热器拐弯处设置排水检查口，以便管道堵塞时清通。冷水从壳管中流过，排水与冷水逆向流动，这样热水排水的能量通过管程传递给冷水，实现能量回收。单个卫生洁具的热水排水量按相应卫生洁具的额定用水量确定，管程管径为相应卫生洁具的标准排水管管径；冷水量按相应卫生洁具的额定用水量确定，壳程中每一回程的过水断面积不小于相应卫生洁具的标准冷水管过水面积。排水干管型能量回收装置的管程的排水量为相应排水管径的最大排水量，最大冷水量与其最大排水量同，壳程中每一回程的过水断面积按通过最大冷水量确定。以上有关参数可按相关规范和手册中的条款确定。为了充分实现重力流流体的传热交换，管程内表面可做成内螺旋状、光管状或将管程做成波纹状。管程的外表面与回收器的外壳形成壳程。壳程是冷水通道，可形成多回程，每回程满足冷水的过水断面积要求。为了增加冷水侧的传热面积，管程外表面可做成外螺旋状、螺纹状、波纹状、光管状或增加传热肋片、翅片等。管程设有排水的入口、出口，壳程设有冷水入口、出口。这样就形成了一个完整的热水排能量回收装置。能量回收装置的材料管程选用传热性能好的材料制成，如金属管为好，如铝、铸铁、铜等，不能对水质造成二次污染。壳程可选用与管程相同材料，也可选用隔热性能良好的材料制成。为了满足能量回收装置的排水、能量回收及安装要求，结合给排水技术的特点，可设计成洗脸用垂直、水平安装型换热器，洗涤池(盆)用直线、垂直、水平安装型换热器，浴盆或淋浴房用安装型换热器，排水干管用安装型换热器，见附图。管程管径设计成DN32、DN40、DN50、DN75、DN100、DN150、DN200等，换热器有效长度可设计成500mm、1000mm、1500mm、2000mm、2500mm、3000mm等，以满足传热面积要求为准则。2、热水排水能量回收利用方式的构成。再热即用型洗脸盆、洗涤池、浴盆或淋浴房将相应的换热器设置于卫生洁具下面，将卫生洁具的排水管接至换热排水入处，换热器排水出接至下水道，将原冷水管接至换热器冷水入处，换热器冷出接至卫生洁具冷水管，同时接至加热器冷水管处，这样就构成了卫生洁具再热即用型能量回收利用方式。排水干管将排水干管型换热器设置于排水干管上，将原排水干管出口接至换热器排水入处，换热器排水出接至下游排水干管入口处，将原冷水管接至换热器冷水入处，换热器冷水出接至用水点和加热器冷水管处，这样就构成了排水干管再热即用型能量回收利用方式(其它不使用热水的卫生洁具的排水不能在排水干管型换热器前接入排水干管，否则会降低热回收率)。即用型去掉再热即用型的回加热器的冷水管，即构成即用型能量回收利用方式。再热型卫生洁具再热型同卫生洁具再热即用型，按再热型使用即可；排水干管再热型去掉排水干管再热即用型的去用水点的冷水管，即构成排水干管再热型能量回收利用方式。3、热回收率的计算用换热器的有关计算方法，结合该能量回收利用装置和方式的特点，对不同传热面积的不同回收装置、不同能量回收方式、不同热水供水温度的可实现热回收率进行了计算，其结果见附表2。从上表可以看出传热面积越大，其热回率越高，对不同的能量回收方式，其影响是不同的。如淋浴时，热水供水温度为85℃，采用再热型能量回收方式时，当换热面积为0.301平方米时，其传热温差为7.7℃，热回收率为16.4％，随着传热面积的增加，冷水出水温度接近热水排水温度，其传热温差非常小，热回收率提高不多。这说明，此时用增加传热面积的方法来提高热回率是不经济的。当热水供水温度为40℃，采用即用型能量回收方式时，无论传热面积如何大，其热回收率为零，其原因如前述。总之，选用适当面积的换热回器，选用合适的能量回收方式，单个卫生洁具的热水排水可实现35％-42％的热回收率，排水干管型换热器可实现20％-27％的热回收率。其热回收利用效果是十分理想的，节能效果十分显著。<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="862">附表1不同能量回收方式的不同热回收装置、不同供水温度可达热回收率序号排水入温度TP1℃排水出温度TP2℃冷水出温度TL2冷水入温度TL1热供水温度TR℃使用温度T℃用水量或排水量QL/S经换器冷水量QLL/S冷水混水量QLL/S热水量QRL/S热回收率％浴盆再热即用型不同供水温度的可达热回收率(理论回收率66.7％)13017231040400.150.150.0000.15043.3323017231060400.150.150.0810.06943.3333017231085400.150.150.1090.04143.33浴盆再热型不同供水温度的热回收率(理论回收率66.7％)43017231040400.150.1500.0000.15043.3353024.03231060400.150.0690.0810.06919.9163026.44231085400.150.0410.1090.04111.88浴盆即用型不同供水温度的可达热回收率(理论回收率66.7％)73030231040400.150.0000.0000.1500.0083022.97231060400.150.0810.0810.06923.4293020.56231085400.150.1090.1090.04131.45洗脸盆再热即用型不同供水温度的可达热回收率(理论回收率74.1％)103017231037370.20.20.0000.20048.15113017231060370.20.20.1240.07648.15123017231085370.20.20.1550.04548.15洗脸盆再热型不同供水温度的可达热回收率(理论回收率74.1％)133017231037370.20.2000.0000.20048.15143025.08231060370.20.0760.1240.07618.22153027.06231085370.20.0450.1550.04510.87洗脸盆即用型不同供水温度的可达热回收率(理论回收率74.1％)163030231037370.20.0000.0000.2000.00173021.92231060370.20.1240.1240.07629.93183019.94231085370.20.1550.1550.04537.28排水干管再热即用型不同供水温度的可达热回收率(理论回收率53.3％)192617191040403.33.30.0003.30030.00202617191060403.33.31.6101.69030.00212617191085403.33.32.2501.05030.00排水干管再热型不同供水温度的可达热回收率(理论回收率53.3％)222617191040403.33.3000.0003.30030.00232621.39191060403.31.6901.6101.69015.37242623.14191085403.31.0502.2501.0509.55排水干管即用型不同供水温度的可达热回收率(理论回收率53.3％)252626191040403.30.0000.0003.3000.00262621.61191060403.31.6101.6101.69014.63272619.86191085403.32.2502.2501.05020.45</table></tables><tablesid="table2"num="002"><tablewidth="1087">附表2不同换热面积的不同热回收装置、不同能量回收方式及不同供水温度可实现的热回收率序号公称直径DNMM排水管外径dMM换热器有效长度LMM换热面积FM2换热系数KKJ/M2℃排水入温度TP1℃冷水出温度TL2冷水入温度TL1热供水温度TR℃使用温度T℃用水量或排水量QL/S经换器冷水量QLL/S冷水混水量QLL/S热水量QRL/S排水出温度TP2℃热回收率％淋浴时再热即用型不同热水供水温度的热回收率(理论回收率66.7％)1DN40485000.301440.93016.11040400.150.1500.0000.15023.920.32DN404810000.602880.93019.31040400.150.1500.0000.15020.731.03DN404815000.904320.93021.31040400.150.1500.0000.15018.737.74DN404820001.205760.93022.71040400.150.1500.0000.15017.342.35DN40485000.301440.93016.11060400.150.1500.0680.08223.920.36DN404810000.602880.93019.31060400.150.1500.0740.07620.731.07DN404815000.904320.93021.31060400.150.1500.0780.07218.737.78DN404820001.205760.93022.71060400.150.1500.0800.07017.342.39DN40485000.301440.93016.11085400.150.1500.0980.05223.920.310DN404810000.602880.93019.31085400.150.1500.1030.04720.731.011DN404815000.904320.93021.31085400.150.1500.1060.04418.737.712DN404820001.205760.93022.71085400.150.1500.1080.04217.342.3淋浴时再热型不同热水供水温度的热回收率(理论回收率66.7％)13DN40485000.301440.93016.11040400.150.1500.0000.15023.920.314DN404810000.602880.93019.31040400.150.1500.0000.15020.731.015DN404815000.904320.93021.31040400.150.1500.0000.15018.737.716DN404820001.205760.93022.71040400.150.1500.0000.15017.342.317DN40485000.301440.93019.21060400.150.0900.0600.09024.518.418DN404810000.602880.93023.41060400.150.0900.0600.09022.026.819DN404815000.904320.93025.91060400.150.0900.0600.09020.531.820DN404820001.205760.93027.51060400.150.0900.0600.09019.535.0</table></tables><tablesid="table3"num="003"><tablewidth="1087">附表2不同换热面积的不同热回收装置、不同能量回收方式及不同供水温度可实现的热回收率序号公称直径DNMM排水管外径dMM换热器有效长度LMM换热面积FM2换热系数KKJ/M2℃排水入温度TP1℃冷水出温度TL2冷水入温度TL1热供水温度TR℃使用温度T℃用水量或排水量QL/S经换器冷水量QLL/S冷水混水量QLL/S热水量QRL/S排水出温度TP2℃热回收率％21DN40485000.301440.93022.31085400.150.0600.0900.06025.116.422DN404810000.602880.93027.21085400.150.0600.0900.06023.122.923DN404815000.904320.93029.91085400.150.0600.0900.06022.026.524DN404820001.205760.930301085400.150.0600.0900.06022.026.7淋浴时即用型不同热水供水温度的热回收率(理论回收率66.7％)25DN40485000.301440.93016.11040400.150.0000.0000.15030.00.026DN404810000.602880.93019.31040400.150.0000.0000.15030.00.027DN404815000.904320.93021.31040400.150.0000.0000.15030.00.028DN404820001.205760.93022.71040400.150.0000.0000.15030.00.029DN40485000.301440.93020.41060400.150.0760.0760.07424.717.530DN404810000.602880.93024.11060400.150.0840.0840.06622.126.231DN404815000.904320.93026.11060400.150.0880.0880.06220.531.732DN404820001.205760.93027.31060400.150.0920.0920.05819.435.333DN40485000.301440.93018.41085400.150.1010.1010.04924.318.934DN404810000.602880.93021.91085400.150.1070.1070.04321.528.335DN404815000.904320.930241085400.150.1110.1110.03919.734.436DN404820001.205760.93025.31085400.150.1130.1130.03718.538.4排水干管再热即用型的热回收率(理论回收率53.3％)37DN1001145003.57960.92613.11060403.33.3001.4071.89322.910.338DN10011410007.15920.92615.11060403.33.3001.4701.83020.917.039DN100114150010.73880.92616.61060403.33.3001.5211.77919.422.040DN100114200014.31840.92617.81060403.33.3001.5641.73618.226.0</table></tables><tablesid="table4"num="004"><tablewidth="1090">附表2不同换热面积的不同热回收装置、不同能量回收方式及不同供水温度可实现的热回收率序号公称直径DNMM排水管外径dMM换热器有效长度LMM换热面积FM2换热系数KKJ/M2℃排水入温度TP1℃冷水出温度TL2冷水入温度TL1热供水温度TR℃使用温度T℃用水量或排水量QL/S经换器冷水量QLL/S冷水混水量QLL/S热水量QRL/S排水出温度TP2℃热回收率％41DN100114250017.8980.92618.61060403.33.3001.5941.70617.428.7排水干管再热即用型的热回收率(理论回收率53.3％)42DN1501655007.77150.92612.91060407.747.7403.2874.45323.19.743DN150165100015.5430.92614.91060407.747.7403.4324.30821.116.344DN150165150023.31450.92616.31060407.747.7403.5424.19819.721.045DN150165200031.0860.92617.51060407.747.7403.6424.09818.525.046DN150165250038.85750.92618.31060407.747.7403.7124.02817.727.7排水干管再热型的热回收率(理论回收率53.3％)47DN1001145003.57960.926161060403.31.5001.5001.80023.39.148DN10011410007.15920.926191060403.31.6101.6101.69021.614.649DN100114150010.73880.92620.91060403.31.6881.6881.61220.418.650DN100114200014.31840.926221060403.31.7371.7371.56319.721.151DN100114250017.8980.926231060403.31.7841.7841.51619.023.4排水干管再热型的热回收率(理论回收率53.3％)52DN1501655007.77150.92615.61060407.743.4863.4864.25423.58.453DN150165100015.5430.92618.61060407.743.7393.7394.00121.813.854DN150165150023.31450.92620.41060407.743.9093.9093.83120.717.555DN150165200031.0860.92621.71060407.744.0424.0423.69819.920.456DN150165250038.85750.92622.61060407.744.1394.1393.60119.322.5排水干管即用型的热回收率(理论回收率53.3％)57DN1001145003.57960.92615.21060403.31.8271.4731.82723.19.658DN10011410007.15920.92618.61060403.31.7061.5941.70621.614.859DN100114150010.73880.926211060403.31.6081.6921.60820.617.960DN100114200014.31840.926231060403.31.5161.7841.51620.019.961DN100114250017.8980.92624.61060403.31.4361.8641.43619.621.2</table></tables><tablesid="table5"num="005"><tablewidth="1084">附表2不同换热面积的不同热回收装置、不同能量回收方式及不同供水温度可实现的热回收率序号公称直径DNMM排水管外径dMM换热器有效长度LMM换热面积FM2换热系数KKJ/M2℃排水入温度TP1℃冷水出温度TL2冷水入温度TL1热供水温度TR℃使用温度T℃用水量或排水量QL/S经换器冷水量QLL/S冷水混水量QLL/S热水量QRL/S排水出温度TP2℃热回收率％排水干管即用型的热回收率(理论回收率53.3％)62DN1501655007.77150.92614.81060407.744.3153.4254.31523.38.963DN150165100015.5430.926181060407.744.0543.6854.05421.814.064DN150165150023.31450.92620.61060407.743.8113.9293.81120.817.465DN150165200031.0860.92622.61060407.743.6014.1393.60120.119.566DN150165250038.85750.926241060407.743.4404.3003.44019.820.7</table></tables>权利要求1.生活热水排水能量回收利用装置，其特征是一种换热器，管程是满足排水和换热要求的排水通道，壳程是满足冷水给水和换热要求的冷水通道，冷水与热水排水逆向流动，设置在卫生洁具的排水管上或排水干管上。2.由权利要求1所述的生活热水排水能量回收利用装置，其特征是管程设有排水坡度，满足重力排水要求。3.由权利要求1所述的生活热水排水能量回收利用装置，其特征是管程内表面为光管状、波纹状或内螺旋状。4.由权利要求1所述的生活热水排水能量回收利用装置，其特征是管程外表面为光管状、波纹状、外螺旋状、螺纹状或增加传热肋片、翅片。5.由权利要求1所述的生活热水排水能量回收利用装置，其特征是壳程为多回程冷水通道，其过水断面满足相应卫生洁具的标准冷水配管断面积要求和相应排水干管管径的最大排水量的冷水量要求。专利摘要生活热水排水能量回收利用装置，本换热器的管程是满足排水和换热要求的排水通道，壳程是满足冷水给水和换热要求的冷水通道，冷水与热水排水逆向流动，设置在卫生洁具的排水管上或排水干管上。管程内表面为光管状、波纹状或内螺旋状。管程外表面为光管状、波纹状、外螺旋状、螺纹状或增加传热肋片、翅片。本实用新型装置减少了加热器的能量消耗量和热水供给量，从而实现节能的目的。文档编号F28D7/10GK2660459SQ0325960公开日2004年12月1日申请日期2003年7月16日优先权日2003年7月16日发明者孙明建申请人:孙明建