фильтровально-теплообменный аппарат

Формула изобретения

Фильтровально-теплообменный аппарат, включающий цилиндрический корпус, заполненный теплоносителем, змеевик для нагреваемой среды с входным и выходным патрубками, подключенными к нижней части корпуса, отличающийся тем, что в корпусе размещен слой сыпучего фильтрующего материала, в который погружены по меньшей мере четыре трубчатых змеевика, концентрично расположенные один внутри другого, при этом входные патрубки двух внешних и двух внутренних змеевиков попарно подключены к нижней части корпуса, а выходные патрубки аналогично размещены на верхнем уровне сыпучего фильтрующего материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к установкам отопления, горячего водоснабжения индивидуальных жилых домов, отдельных сооружений при использовании низкопотенциальных природных источников тепла, хозбытовых стоков и других тепловых отходов.

Известно, что сбрасываемые в водоемы сточные воды должны быть очищены от содержащихся в них взвешенных веществ и других загрязнений, для чего широко применяются фильтры, использующие в качестве фильтрующего материала различные виды загрузки: кварцевый песок, антрацит, мраморную крошку, горелую породу и другие сыпучие материалы.

Известен фильтр, содержащий цилиндрический корпус, верхнее и нижнее сборно-распределительные устройства, слой сыпучего фильтрующего материала, размещенного между ними (Отраслевой каталог "Водоподготовительное оборудование для ТЭС и промышленной энергетики", 1987 г., с. 7-9).

Недостатком данного устройства является то, что в нем происходит только процесс очистки от примесей, содержащихся в сточных водах, но при этом не утилизируется низкопотенциальное тепло.

Известно, что содержащееся в сточных водах низкопотенциальное тепло до последнего времени, как правило, не утилизировалось. Между тем существует постоянная потребность в воде, нагретой до температуры порядка 50-70^oC, что вполне можно обеспечить с помощью тепловых насосов, позволяющих эффективно трансформировать низкопотенциальное тепло до более высоких температур. Однако их непосредственное взаимодействие с неочищенной сточной водой недопустимо, что требует использования промежуточных теплообменников, у которых нагреваемой средой является чистая вода, циркулирующая в контуре испарителя теплового насоса, и которые могли бы оперативно и с минимальными затратами очищаться от загрязнений, осаждающихся на поверхности теплообмена.

Известно устройство для утилизации тепла сточных вод (РФ, патент N 2042099, МПК F 28 С 3/06, 1992), содержащее корпус, частично заполненный теплоносителем, двухзаходный змеевик для нагреваемой воды с входным и выходным патрубками, подключенными к нижней части корпуса, очистительное устройство в виде плавающего на поплавке ротора со щетками и проволочным фильтром.

Недостатками такого устройства являются, наряду с очевидным усложнением его конструкции за счет обеспечения вращательного движения ротора с установленными на нем щетками, следующие теплотехнические факторы.

Так как в двухзаходном змеевике движение нагреваемой воды навстречу охлаждаемому потоку теплоносителя обеспечивает только та его "спираль", которая связана с входным патрубком, в то время как направления движения теплоносителя и нагреваемой воды в спирали, связанной с выходным патрубком, совпадают, наиболее эффективная противоточно-перекрестная схема теплообмена будет реализовываться лишь на половине рабочей поверхности используемого змеевика. Вторая половина его рабочей поверхности будет функционировать в условиях существенно пониженного температурного напора, что отрицательно скажется на общем процессе теплопередачи. При этом, т.к. ротор с поплавком и щетками в совокупности со сливной трубой теплоутилизатора занимают основную часть объема его корпуса, объем, занимаемый змеевиком, а следовательно и рабочая поверхность последнего, будут весьма ограничены, что также приведет к снижению эффективности теплоутилизатора.

Кроме того, утилизация низкопотенциального тепла в данном аппарате осуществляется без глубокой очистки сточных вод и на выход из устройства они поступают недостаточно очищенными.

Задачей предлагаемого изобретения является утилизация низкопотенциального тепла сточных вод, очистка сточных вод от содержащихся в них примесей, а также очистка теплопередающих поверхностей в одном технологическом аппарате.

Для решения поставленной задачи в фильтровально-теплообменном аппарате, включающем цилиндрический корпус, заполненный теплоносителем, змеевик для нагреваемой среды с входным и выходным патрубками, подключенными к нижней части корпуса, размещен слой сыпучего фильтрующего материала, в который погружены по меньшей мере четыре трубчатых змеевика для нагреваемой среды, концентрично расположенные один внутри другого, при этом входные патрубки двух внешних и двух внутренних змеевиков попарно подключены к нижней части корпуса, а выходные патрубки аналогично размещены на верхнем уровне сыпучего фильтрующего материала.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид аппарата и направления движения потоков, на фиг. 2 - вид А-А, на фиг. 3 - разрез по Б-Б.

Аппарат включает в себя вертикальный цилиндрический корпус 1, установленный на основании 2, снабженном нижним сборно-распределительным устройством 3 с закрепленной на нем коррозионно-стойкой перфорированной решеткой 4 с припаянными к ней накладками 5, изготовленными из специального мелкопористого материала (ВПЯМ марки 25Х75Н), крышку 6, снабженную верхним сборно-распределительным устройством 7, а также два патрубка 8, снабженных тройниками, позволяющими аппарату взаимодействовать с различными источниками и потребителями воды. Между сборно-распределительными устройствами размещен слой сыпучего фильтрующего материала 9, состоящий из кварцевого песка и антрацита, последний используют для увеличения грязеемкости. В слое сыпучего фильтрующего материала 9 размещены по меньшей мере четыре трубчатых змеевика 10, 11, 12, 13, при этом входные патрубки двух внешних и двух внутренних змеевиков посредством патрубков 14 и угольников 15 попарно подключены к корпусу аппарата в нижней его части, а выходные патрубки аналогично размещены на верхнем уровне сыпучего материала, после чего они объединяются в общий трубопровод, связывающий аппарат с испарителем теплового насоса.

Количество змеевиков, равное четырем, является оптимальным, так как не только обеспечивает создание требуемой поверхности теплообмена при заданном напоре и расходе нагреваемой воды, поступающей из испарителя теплового насоса, но и упрощает гибку труб за счет перехода на меньший диаметр последних, а также - деление общего потока воды между змеевиками (каждый раз пополам).

Фильтровально-теплообменный аппарат работает следующим образом.

Исходная вода - теплоноситель, через патрубок 8 и верхнее сборно-распределительное устройство 7 поступает в корпус аппарата 1 и проходит через слой сыпучего фильтрующего материала 9 в направлении сверху вниз. Примеси, содержащиеся в воде, задерживаются сыпучим фильтрующим материалом, а осветленная вода собирается нижним сборно-распределительным устройством 3 и отводится из аппарата. Рабочий цикл фильтрования заканчивается по достижении одного из заданных показателей: разности давлений воды, поступающей на очистку и уже очищенной, или осветления определенного количества воды за фильтроцикл. В течение всего рабочего цикла в змеевиках аппарата 10, 11, 12, 13 движется снизу вверх нагреваемая вода, поступающая из испарителя теплового насоса и забирающая низкопотенциальное тепло от теплоносителя. Таким образом в аппарате реализуется противоточно-перекрестная схема движения, обеспечивающая наиболее эффективный обмен между теплоносителем и нагреваемой водой. По окончании рабочего цикла подача исходной воды временно прекращается для удаления задержанных фильтрующим материалом примесей, что осуществляется с помощью промывной воды, подаваемой в аппарат снизу вверх до резкого посветления сбрасываемых с дренажа образующихся шламовых вод. При этом одновременно с регенерацией фильтрующей загрузки происходит очистка и рабочих поверхностей змеевика, погруженных в слой взрыхляемого фильтрующего материала - кварцевого песка и антрацита. При необходимости указанные процессы могут быть интенсифицированы за счет подачи вместе с промывной водой сжатого воздуха.

По сравнению с традиционными автономными теплообменниками предложенная совмещенная конструкция фильтровально-теплообменного аппарата позволяет:

отказаться от достаточно трудоемкого в изготовлении дорогостоящего корпуса теплообменника;

отказаться от дополнительных производственных площадей, необходимых для размещения автономных теплообменников;

исключить операции, связанные с периодической разборкой и чисткой загрязненных поверхностей теплообмена, выполняя последнюю одновременно с регенерацией фильтрующей загрузки промывной водой.

В совокупности указанные технические преимущества предлагаемого устройства обеспечат получение ощутимого экономического эффекта.