КОЛЛЕКТОР ДЛЯ СИСТЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕПЛА СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к системам автономного энергообеспечения помещений в зданиях жилого, культурно-образовательного, торгово-административного, промышленного и другого назначения, как в новом строительстве, так и в реконструируемом фонде с использованием в качестве источника энергии низкопотенциального тепла отходов деятельности человека, в частности к коллекторам для сточных вод.
Известно устройство для утилизации низкопотенциального тепла сточных вод, которое содержит стенку, внутренняя поверхность которого образует проходное сечение для сточных вод (см., например, заявку на изобретение №2006103717, кл. F28D 7/10, опубл. 27.08.2007).
К недостаткам известного технического решения можно отнести тот факт, что размещение теплообменника внутри коллектора приводит к созданию дополнительного гидравлического сопротивления потоку сточных вод. Указанное обстоятельство отрицательно влияет на пропускную способность коллектора, уменьшая ее.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является коллектор для системы утилизации низкопотенциального тепла сточных вод, который содержит стенку, внутренняя поверхность которой образует проходное сечение для сточных вод (см., например, патент Российской Федерации №2249125, к. F03D 9/00, опубл. 27.03.2005).
К недостаткам известного технического решения, выбранного в качестве ближайшего аналога, можно отнести размещение теплообменника внутри коллектора, что вызывает местное сужение проходного сечения коллектора. Местное сужение проходного
сечения коллектора вызывает изменение скорости перемещения сточных вод по коллектору, что отрицательно влияет на пропускную способность коллектора, уменьшая ее. При этом не исключена возможность засорения коллектора в области размещения теплообменника. Следует отметить, что отбор тепла сточных вод в известном техническом решении осуществляется не достаточно эффективно, поскольку поверхность теплообменника, размещенного в коллекторе сточных вод, ограничена проходным сечением коллектора.
Полезная модель направлена на решение задачи по созданию такого коллектора для системы утилизации низкопотенциального тепла сточных вод, который позволил бы повысить эффективность отбора тепла от сточных вод при одновременном сохранении пропускной способности коллектора. Технический результат, который может быть получен при реализации полезной модели заключается в снижении гидравлического сопротивления потоку сточных вод при одновременном сохранении площади теплопередающей поверхности.
Поставленная задача решена за счет того, что в коллекторе для системы утилизации низкопотенциального тепла сточных вод, который содержит стенку, внутренняя поверхность которой образует проходное сечение для сточных вод, стенка выполнена в виде трубчатого элемента из полимерного материала, продольная ось симметрии которого расположена по винтовой линии, при этом наружная стенка трубчатого элемента имеет, по меньшей мере, два расположенных симметрично и параллельно друг другу участка плоской поверхности для соединения смежных витков трубчатого элемента между собой, причем коллектор выполнен с приспособлением для подвода рабочего агента во внутреннюю полость трубчатого элемента и с приспособлением для отвода рабочего агента из внутренней полости трубчатого элемента.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что, трубчатый элемент выполнен с расположенным, по меньшей мере, на части его длины, по меньшей мере, одним продольным выступом для взаимодействия с соединительной муфтой.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен коллектор для системы утилизации низкопотенциального тепла; на фиг.2 - один из вариантов конструктивного выполнения коллектора; на фиг.3 - один из вариантов конструктивного выполнения коллектора; на фиг.4 - один из вариантов конструктивного выполнения приспособления для подвода или отвода рабочего агента соответственно во внутреннюю полость трубчатого элемента или из внутренней полости трубчатого элемента и на фиг.5 - система утилизации низкопотенциального тепла сточных вод, проходящих по коллектору.
Коллектор для системы утилизации низкопотенциального тепла сточных вод содержит стенку, которая выполнена в виде трубчатого элемента 1 из полимерного материала, например, эластомера. Продольная ось 2 симметрии трубчатого элемента 1 расположена по винтовой линии. Наружная стенка трубчатого элемента 1 в поперечном сечении может иметь любую форму, например, круга, овала или многоугольника. Наружная стенка трубчатого элемента 1 имеет, по меньшей мере, два расположенных симметрично и параллельно друг другу участка 3 и 4 плоской поверхности для соединения смежных витков трубчатого элемента 1 между собой. Смежные витки трубчатого элемента 1 соединены между собой по участкам 3 и 4 его наружной стенки с помощью неразъемного соединения, например, сваркой или клеевым соединением. Проходное сечение для сточных вод, которое образовано внутренней поверхностью стенки коллектора, может иметь любую геометрическую форму, например, форму круга или прямоугольника. Коллектор выполнен с приспособлением 5 для подвода рабочего агента во внутреннюю полость трубчатого элемента 1, которое может быть выполнено, например, в виде штуцера. Коллектор выполнен с приспособлением 6 для отвода рабочего
агента из внутренней полости трубчатого элемента 1, которое может быть выполнено, например, в виде штуцера. Приспособление 5 для подвода рабочего агента во внутреннюю полость трубчатого элемента 1 и приспособление 6 для отвода рабочего агента из внутренней полости трубчатого элемента 1 могут быть расположены на соответствующих торцах трубчатого элемента 1 (на чертежах не изображено), то есть направление их продольной оси симметрии совпадает с направлением оси 2 симметрии трубчатого элемента 1. Приспособление 5 для подвода рабочего агента во внутреннюю полость трубчатого элемента 1 и приспособление 6 для отвода рабочего агента из внутренней полости трубчатого элемента 1 могут быть расположены радиально трубчатому элементу 1 (фиг.4), то есть их продольная оси симметрии расположена перпендикулярно к оси 2 симметрии трубчатого элемента 1. В этом случае на торцах трубчатого элемента 1 могут быть расположены заглушки 7.
В зависимости от протяженности коллектор может быть выполнен в виде одной секции или нескольких секций. В последнем случае внутренняя полость трубчатых элементов 1 смежных секций коллектора должна быть сообщена между собой. Указанное сообщение внутренних полостей смежных трубчатых элементов 1 может быть осуществлено, например, с помощью разъемного соединения в виде переходника (на чертежах не изображен) или с помощью неразъемного соединения, то есть торцы смежных трубчатых элементов 1 сваривают или склеивают между собой, оставляя проход для рабочего агента по внутренним полостям смежных трубчатых элементов 1. При этом смежные секции коллектора могут быть соединены между собой участками 3 и 4 плоской поверхности с помощью неразъемного соединения, например, сваркой или склеиванием. Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения соединения смежных секций коллектора между собой, при котором трубчатый элемент 1 выполнен с расположенным, по меньшей мере, на части его длины, по меньшей мере, одним продольным выступом 8 (фиг.2 и 3) для взаимодействия с соединительной муфтой
9, которая имеет соответствующие выемки для размещения продольных выступов 8 на трубчатых элементах 1, образующих смежные секции коллектора. Продольные выступы 8 могут быть расположены на наружной поверхности стенки смежных секций коллектора (фиг.2) и в этом случае соединительная муфта 9 перекрывает снаружи смежные секции коллектора. Продольные выступы 8 могут быть расположены на внутренней поверхности стенки смежных секций коллектора (фиг.3) и в этом случае соединительная муфта 9 перекрывает изнутри смежные секции коллектора. Возможен и третий вариант конструктивного выполнения устройства (на чертежах не изображен), при котором продольные выступы 8 могут быть расположены на внутренней и на наружной поверхностях стенки смежных секций коллектора. В этом случае используется две соединительных муфты 9, одна из которых перекрывает смежные секции коллектора снаружи, а другая - изнутри.
Система утилизации низкопотенциального тепла сточных вод (фиг.5) содержит тепловой насос 10. С конденсатором 11 теплового насоса 10 сообщена сеть 12 теплоснабжения (на чертежах изображена условно) с трубопроводом 13 для подачи горячей воды и с трубопроводом 14 для отвода горячей воды. С испарителем 15 теплового насоса 1 соединена система сбора и утилизации тепла. Система сбора и утилизации тепла содержит, по меньшей мере, одну секцию коллектора для сточных вод и соединенный через приспособление 6 для отвода рабочего агента с полостью трубчатого элемента 1 трубопровод 16 для отвода рабочего агента (низкопотенциального теплоносителя) и трубопровод 17 для подачи рабочего агента (низкопотенциального теплоносителя) во внутреннюю полость трубчатого элемента 1 через приспособление 5 для подвода рабочего агента. Устройство содержит насос 18 для циркуляции рабочего агента в замкнутом контуре, образованным внутренней полостью трубчатого элемента 1 и испарителем 15 теплового насоса 10. В качестве рабочего агента (низкопотенциального теплоносителя)
может быть использована, например, вода с антифризными добавками этиленгликоля - тосол.
Коллектор для системы утилизации низкопотенциального тепла сточных вод работает следующим образом.
При прокладке коллектора сточных вод соединяют внутреннюю полость трубчатого элемента 1 через приспособление 6 для отвода рабочего агента и приспособление 5 для подвода рабочего агента соответственно с трубопроводом 16 для отвода рабочего агента и с трубопроводом 17 для подачи рабочего агента. Затем осуществляют засыпку грунтом коллектора сточных вод. Длину коллектора сточных вод, образованного трубчатым элементом 1, определяют расчетным путем с учетом потребляемой мощности сети 12 теплоснабжения, климатических условий и прочих условий. В случае необходимости необходимую длину коллектора сточных вод формируют путем стыковки двух и более отдельных секций, которые соединяют между собой с помощью соединительной муфты 9.
С началом отопительного сезона с помощью насоса 18 для циркуляции рабочего агента запускают в работу контур циркуляции рабочего агента (низкопотенциального теплоносителя). Для этого, используя соответствующие перемычки (на чертежах не изображены), рабочий агент с помощью насоса 18 для циркуляции рабочего агента подают на вход испарителя 15 теплового насоса 10. Далее через испаритель 15 теплового насоса 10 рабочий агент по трубопроводу 17 для подачи рабочего агента поступает через приспособление 5 для подвода рабочего агента в полость трубчатого элемента 1 и возвращается через приспособление 6 для отвода рабочего агента по трубопроводу 16 для отвода рабочего агента на вход насоса 18 для циркуляции рабочего агента. Таким образом, обеспечивается циркуляция рабочего агента (низкопотенциального теплоносителя) в системе сбора и утилизации тепла сточных вод, протекающих по коллектору сточных вод.
При циркуляции рабочего агента в системе сбора и утилизации тепла рабочий агент проходит по внутренней полости трубчатого элемента 1, что сопровождается отбором
тепла из сточных вод через стенки трубчатого элемента 1. Нагретый таким образом рабочий агент подают в испаритель 15 теплового насоса 10, где происходит утилизация тепла (теплосъем) за счет взаимодействия рабочего агента (низкопотенциального теплоносителя) с циркулирующим в контуре теплового насоса 10 низкокипящим хладагентом, с испарением и образованием паров. Термотрансформация переданного рабочим агентом тепла до более высокого температурного уровня происходит путем сжатия паров компрессором. В результате этого пары низкокипящего хладагента нагреваются и передают тепло через конденсатор 11 теплового насоса 10 подогреваемой воде. При этом следует отметить, что на работу компрессора теплового насоса 10 затрачивают энергию, например, электрическую энергию. Воду, подаваемую в конденсатор 11 теплового насоса 10 от сети 12 теплоснабжения по трубопроводу 14 для отвода горячей воды, нагревают с помощью теплового насоса 10 до некоторой температуры, определяемой техническими характеристиками теплового насоса 10, и затем по трубопроводу 13 для подачи горячей воды возвращают в сеть 12 теплоснабжения. В случае необходимости в самые холодные периоды отопительного сезона для пикового подогрева воды, поступающей по трубопроводу 13 для подачи горячей воды в сеть 12 теплоснабжения, включают пиковый электроподогреватель 19, который расположен в водоаккумуляторе 20. Для повышения эффективности теплообмена между сточными водами и рабочим агентом целесообразно, чтобы движение рабочего агента в полости трубчатого элемента 1 по винтовой траектории осуществлялось навстречу направлению перемещения сточных вод внутри коллектора.
Таким образом, коллектор выполняет одновременно две функции: основную - обеспечивает беспрепятственный проход сточных вод и дополнительную - осуществляет отбор тепла сточных вод для последующей утилизации, то есть выполняет функцию теплообменника.