Способ утилизации низкопотенциального тепла хозбытовых сточных вод

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к получению горячей воды для нужд банно-прачечного хозяйства, в частности для угледобывающих шахт. Теплоноситель и нагреваемая среда циркулируют в теплообменных контурах теплового насоса. В качестве теплоносителя используют, например, сточные воды банно-прачечного хозяйства угольной шахты, которые перед сбросом в канализацию предварительно аккумулируют в теплоизолированной емкости и осуществляют их последующую многократную циркуляцию в контуре испарителя теплового насоса до тех пор, пока теплоноситель не охладится до 5-10°С. Использование изобретения позволит создать более рациональный и эффективный способ утилизации тепла при малых объемах хозбытовых сточных вод, но с относительно высокой остаточной температурой. 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к получению горячей воды для нужд банно-прачечного хозяйства, в частности для угледобывающих шахт.

В настоящее время на шахтах горячее водоснабжение банно-прачечного хозяйства осуществляется, как правило, от собственной котельной, сжигающей добываемый уголь, что приводит к существенному ухудшению окружающей экологической обстановки и связано со значительными эксплуатационными расходами.

Известен способ и устройство для утилизации тепла бытовых стоков (см. патент США №5301745), отличительной особенностью которых является использование бака-теплообменника с размещенным в нем змеевиковым подогревателем, с помощью которого осуществляется предварительное частичное повышение температуры чистой воды перед ее поступлением в нагревательный котел, снабжающий потребителей горячей водой.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то обстоятельство, что он не решает задачу утилизации тепла кардинально, так как предполагается сохранение нагревательного котла со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является утилизация низкопотенциального тепла городских канализационных сточных вод с помощью теплового насоса и теплообменного модуля, принятый нами за прототип (см. патент РФ №2186309, МПК F 28D 1/047). В этом способе в качестве теплоносителя используется открытый скоростной поток, температура воды в котором составляет порядка 18-20°С при часовом расходе измеряемом сотнями кубометров.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата с помощью данного способа, относится то обстоятельство, что используемый в нем теплоноситель представляет собой мощный высокопроизводительный поток сточных вод с относительно низкой температурой. Поэтому утилизация даже 1-2% содержащегося в сбрасываемой воде тепла успешно решает не только задачу горячего водоснабжения, но даже - и отопления индивидуальных жилых домов, отдельных небольших производственных помещений и т.п. сооружений (зданий). Однако при ограниченном количестве сточных хозбытовых вод, как это имеет место, например, в условиях банно-прачечного хозяйства угольной шахты, где среднесменный расход нагретой воды не превышает 50 м³, а температура сточных вод достигает 30-35°С, указанный расточительный способ утилизации тепла неприменим.

Задача настоящего изобретения - создать более рациональный и эффективный способ утилизации тепла при малых объемах хозбытовых сточных вод, но с относительно высокой остаточной температурой. Технический результат - утилизация тепла сточных вод и, как следствие этого, снижение производительности шахтной котельной вплоть до ее консервации на весенне-летний период, сокращение выбросов в атмосферу вредных дымовых газов, образующихся при сжигании угля, снижение эксплуатационных расходов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе утилизации низкопотенциального тепла сточных вод, путем циркуляции теплоносителя и нагреваемой среды в теплообменных контурах теплового насоса, в качестве теплоносителя используют сточные воды банно-прачечного хозяйства угольной шахты, которые перед сбросом в канализацию предварительно аккумулируют в теплоизолированной емкости и осуществляют их последующую многократную циркуляцию в контуре испарителя теплового насоса до тех пор, пока теплоноситель не охладится до 5-10°С - температуры, гарантирующей надежное испарение хладагента теплового насоса.

Заявленная совокупность существенных признаков, "многократная циркуляция теплоносителя, предварительно аккумулированного в теплоизолированной емкости...", обеспечивает надежный нагрев водопроводной воды как для мытья шахтеров, так и для обеспечения горячей водой прачечной, причем с минимальными затратами.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем,не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижений технического результата.

Следовательно заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертеже представлена технологическая схема способа.

Технологическая схема включает емкость 1, задвижки 2, 6, 15, 16, циркуляционные насосы 3, 8, испаритель 4, тепловой насос 5, конденсатор 9, бак 7, расходную емкость 10, шахтную баню 11, приямок 12, фильтр 13, теплоизолированную емкость 14.

Способ осуществляется следующим образом.

Процесс утилизации низкопотенциального тепла начинается с подачи очищенной шахтной воды с температурой 10-15°С из емкости 1 через открытую задвижку 2 насосом 3 в испаритель 4 теплового насоса 5, где вода охлаждается на 3-5°С, после чего сбрасывается в канализацию через задвижку 6, при этом задвижки 15, 16 закрыты.

Хладагент теплового насоса (озонобезопасный фреон R-142b), испарившийся за счет полученного от шахтной воды тепла, подается компрессором теплового насоса в конденсатор 9, взаимодействующий с водопроводной водой, подаваемой насосом 8 из бака 7.

Нагретая до 45°С вода направляется в расходную емкость 10 для использования по назначению - для горячего водоснабжения шахтной бани 11, а также прачечной.

Сточная хозбытовая вода банно-прачечного хозяйства с температурой порядка 30-35°С собирается в приямке 12 и после очистки в фильтре 13 аккумулируется в теплоизолированной емкости 14, откуда, при закрытых задвижках 2 и 6, будучи направлена насосом 3 в испаритель 4 циркулирует в его контуре, неоднократно возвращаясь в емкость 13 до тех пор, пока температура воды в ней не понизится до 5-10°С, после чего через открытую задвижку 6 охлажденная вода сбрасывается в канализацию.

Описанный цикл работы теплового насоса продолжается в течение примерно одной смены (порядка 5-6 ч), после чего все повторяется вновь.

Периодически трубопровод, по которому циркулирует сточная вода банно-прачечного хозяйства, промывается очищенной шахтной водой и таким образом очищается от возможных нежелательных отложений на его стенках.

Использование низкопотенциальной теплоты хозбытовых сточных вод банно-прачечного хозяйства угольных шахт не только обеспечит определенную экономию угля, но и значительно снизит техногенную нагрузку на окружающую природную среду.

Кроме того, применение предложенного способа утилизации тепла позволит с минимальными затратами обеспечить горячей водой баню и прачечную шахты независимо от работы котельной.

Для реализации заявленного способа не требуется разработка и освоение производства нового сложного оборудования, так как основной элемент технологической схемы (тепловой насос) уже много лет выпускается серийно.

Формула изобретения

Способ утилизации низкопотенциального тепла хозбытовых сточных вод путем циркуляции теплоносителя и нагреваемой среды в теплообменных контурах теплового насоса, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используют, например, сточные воды банно-прачечного хозяйства угольной шахты, которые перед сбросом в канализацию предварительно аккумулируют в теплоизолированной емкости и осуществляют их последующую многократную циркуляцию в контуре испарителя теплового насоса до тех пор, пока теплоноситель не охладится до 5-10°С.

РИСУНКИ