устройство для очистки и утилизации низкопотенциального тепла сточных вод

Формула изобретения

Устройство для очистки и утилизации низкопотенциального тепла сточных вод, содержащее тепловой аккумулятор и теплообменник-утилизатор, отличающееся тем, что тепловой аккумулятор выполнен в виде фильтрующей насыпи, содержащей горизонтально расположенную на поверхности насыпи систему распределения сточных вод по поверхности насыпи, выполненную из дренажных труб, перфорированных сверху, один или несколько слоев фильтрующего материала, расположенных сверху вниз в порядке убывания коэффициента фильтрации материала и разделенных между собой пленкой из водопроницаемого материала, препятствующей взаимному проникновению слоев фильтрующего материала, в толще фильтрующих материалов установлено один или несколько теплообменников-утилизаторов низкопотенциального тепла очищаемых сточных вод, причем теплообменники-утилизаторы расположены на границах слоев фильтрующих материалов, где из-за разницы значений коэффициентов фильтрации материалов образуется подпор и накопление фильтруемых сточных вод, обеспечивающий интенсификацию теплообмена, при этом насыпь теплоизолируется со всех сторон, кроме основания, при необходимости повышения эффективности фильтрации и утилизации теплоты в малодренирующих грунтах, в основании фильтрующей насыпи возможно выполнение шурфов, заполненных крупнофракционным фильтрующим материалом, а в шурфы встроены дополнительные теплообменники-утилизаторы, при этом расстояние между трубами сточных вод и отверстиями перфорации вдоль труб равно толщине насыпи между дренажными трубами и ближайшим теплообменником, причем масса насыпи определена по формуле:

M=(0,95÷1,4)·N,

где М - масса фильтрующего материала в насыпи, т;

N - количество жильцов в доме, чел.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергосбережения, в частности к использованию теплоты сточных вод для теплоснабжения зданий.

Известны устройства для утилизации теплоты сточных вод в индивидуальных домах, в которых сточные воды собираются в баки-накопители (патент Великобритании № GB 2440151, F28D 1/02F, 2008 г). Бак-накопитель является теплоизолированным тепловым аккумулятором, в котором расположен теплообменник-утлизатор. Недостатком такого технического решения является то, что теплообменные поверхности засоряются содержащимся в сточных водах примесями.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является фильтровально-теплообменный аппарат (патент РФ № 2161763, F28C 3/04, 2001 г.),требующий периодической очистки, что усложняет конструкцию (прототип).

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу очистки сточных вод от примесей без использования дополнительных фильтрующих элементов, требующих чистки, либо специальных устройств, очищающих теплообменные поверхности, усложняющих конструкцию.

Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для очистки и утилизации низкопотенциального тепла сточных вод содержит тепловой аккумулятор и теплообменник-утилизатор, тепловой аккумулятор при этом выполнен в виде фильтрующей насыпи, содержащей горизонтально расположенную на поверхности насыпи систему распределения сточных вод по поверхности насыпи, выполненную из дренажных труб, перфорированных сверху, один или несколько слоев фильтрующего материала, расположенных сверху вниз в порядке убывания коэффициента фильтрации материала и разделенных между собой пленкой из водопроницаемого материала, препятствующей взаимному проникновению слоев фильтрующего материала, в толще фильтрующих материалов установлено один или несколько теплообменников-утилизаторов низкопотенциального тепла очищаемых сточных вод, причем теплообменники-утилизаторы располагаются на границах слоев фильтрующих материалов, где из-за разницы значений коэффициентов фильтрации материалов образуется подпор и накопление фильтруемых сточных вод, обеспечивающий интенсификацию теплообмена, при этом насыпь теплоизолируется со всех сторон, кроме основания, при необходимости повышения эффективности фильтрации и утилизации теплоты в малодренирующих грунтах, в основании фильтрующей насыпи возможно выполнение шурфов, заполненных крупнофракционным фильтрующим материалом, а в шурфы встроены дополнительные теплообменники-утилизаторы, при этом расстояние между трубами сточных вод и отверстиями перфорации вдоль труб равно толщине насыпи между дренажными трубами и ближайшим теплообменником, причем масса насыпи рассчитывается по формуле

M=(0,95÷1,4)×N,

где

M - масса фильтрующего материала в насыпи, т;

N - количество жильцов в доме, чел.

Предлагаемое устройство позволяет решить поставленную техническую задачу, потому что в нем тепловой аккумулятор и теплообменник-утилизатор совмещены с последней ступенью придомовых очистных сооружений, что позволяет избежать использования дополнительных фильтрующих элементов, требующих чистки, либо специальных устройств, очищающих теплообменные поверхности, что усложняет конструкцию устройства.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой, представленной на чертеже.

Фильтрующая насыпь ограничена сверху и с боков теплоизоляционным ограждением 1. В верхней части насыпи расположен регистр перфорированных дренажных труб 2. Насыпь образована слоями из засыпки с различным коэффициентом фильтрации, убывающим в направлении сверху вниз, например, керамзита 3, гравия 4 и песка 5. Слои во избежание перемешивания разделены пленкой 6 из водопроницаемого материала, например геоткани. В толще насыпи на границах разделения фильтрующих слоев расположены теплообменники-утилизаторы 7, выполненные, например, в виде змеевиков.

В случае установки устройства в слабоденирующих грунтах под фильтрующей насыпью дополнительно организованы шурфы 8, заполненные крупнофракционным фильтрующим материалом 9, например керамзитом. В шурфах размещены дополнительные теплообменники-утилизаторы 10.

Принцип работы предлагаемого изобретения состоит в следующем: сточные воды, истекающие из регистра дренажных труб 2, благодаря перфорации равномерно распределяются в верхних слоях насыпи и проникают в нижние слои, задерживаясь в зоне разделения слоев насыпи, где располагаются теплообменники-утилизаторы 7, благодаря чему теплота сточных вод передается теплоносителю в теплообменниках-утилизаторах. Частично теплота сточных вод накапливается в толще насыпи, что позволяет утилизировать ранее накопленную теплоту при отсутствии расхода сточных вод. Теплоизоляционные ограждения 1 позволяет сохранить накопленную теплоту.

Как и прототип, предлагаемое изобретение позволяет избежать засорения теплообменных поверхностей содержащимися в сточных водах примесями, но в отличие от прототипа позволяет это сделать без использования дополнительных фильтрующих элементов, требующих чистки. Таким образом, предлагаемое изобретение является более простым в изготовлении и обслуживании по сравнению с прототипом.