从管道中流动的废液提取热量的方法、使用该方法的热交换器及设备

摘要

从在管道（2）、尤其是污水收集管中流动的废液提取热量的方法，其中，至少在管道底部安装浸在废液中的热交换器（E）；热交换器（E）通过用足够传导热量的材料包覆管（3）来形成，所述材料围绕所述管进行浇注和适于现场硬化，管（3）用于载热流体的循环，与管道的废液进行的热交换通过模制的包覆体而非附接的任何机械构件进行，浇注材料的上表面与在管道中流动的所述废液直接接触。包覆体以具有不同性能的多个材料层实现，该多个材料层即：绝热材料层（9），其在管（3）和管道（2）的壁之间；接触管的导热材料层（10），其在管和废液之间；以及在表面、与废液相接触的耐磨蚀材料层（11）。

说明书

技术领域

本发明涉及一种方法，用于从在管道中流动的废液提取热量，尤其用 于从污水收集管提取热量，根据所述方法，至少在管道底部安装浸在废液 中的热交换器。

背景技术

污水排放管道或收集管输送污水，污水是温热或温和的，这是因为污 水来源于住宅或第三产业，或其来源于集体活动或工业活动：屠宰场、体 育和休闲基础设施、游泳池、体育馆等。

这些水的显热是这样的能源：其可以有利地被回收，与热泵相配套， 用以建筑物取暖、卫生热水生产或任何其它热力利用的需要。

DE 19719311C5描述一种允许使用从废液提取热量的方法的热交换 器。热交换器的元件可为与管道底部贴合的金属板的形式，或者可呈与载 热流体输入和输出管路连接的U形金属型材的形式。热交换器基本用金属 构件、尤其不锈钢构件实现。这种热交换器生产成本和使用成本比较高。 这些接触热交换器具有其平行于在管道中流动的废液流布置的表面。废液 通路上没有障碍，热交换器表面阻塞的危险性很小。但是，在段部之间可 能局部地产生残留沉积物。

由于废液的接触面积较小和温度较低，与在管道中流动的废液进行热 交换的这种方式式需要较大的展开的接触长度。

热交换器构成附接在管道内部的设备；由于应强制性地密封的液压连 接和由于应适应于管道的内部型廓的热交换器构件的形状，安装被复杂化， 即便这些管道尺寸很大。

发明内容

本发明尤其旨在提供一种允许从在管道、尤其污水收集管中流动的废 液有效地提取热量的方法，其实施快速、简单和经济。期望的是，用于实 施本方法的设备仅需要很少维护，而使用寿命得到提高。

根据本发明，用于从在管道、尤其是污水收集管中流动的废液提取热 量的方法，根据该方法，至少在管道底部安装浸在废液中的热交换器，所 述热交换器通过用足够传导热量的材料包覆管来形成，所述材料围绕所述 管进行浇注和适于现场硬化，所述管用于载热流体的循环，与管道的废液 进行的热交换通过模制的包覆体进行，浇注材料的上表面与在管道中流动 的废液直接接触，该方法的特征在于，所述包覆体以具有不同性能的多个 材料层实现，该多个材料层即：

－绝热材料层，其在所述管和所述管道的壁之间，

－接触所述管的导热材料层，其在所述管和所述废液之间，

－以及在表面、与所述废液相接触的耐磨蚀材料层。

有利地，在管道的废液流动转向或暂时中断之后，通过如下方式直接 在管道内部实现所述热交换器：

－在所述管道的底部布置用于载热流体回路的管，

－以及就地浇注包覆材料以将这些管埋置在该包覆材料中，所述包覆 材料贴合所述管道的下部分的型廓。

包覆材料可由以下材料中的至少一种构成：合成树脂、导热水泥或导 热混凝土、含有导热添加剂或导热助剂的复合材料。

可在所述管道的内表面和集成于该管道中的热交换器之间插置保护 膜。

优选地，管布置成平行于管道的纵向方向。在浇注包覆材料之前，所 述管可通过支架保持平行和间隔开。

在浇注包覆材料之前，可将为金属的或合成纤维制的中间网铺展在一 管层的至少一部分上，以增强机械强度和/或提高传热性。

有利地，所述管呈柔性或半刚性，以便能以大长度、尤其是数十米的 大长度被连续卷绕和展开。所述管可用柔性金属材料或用合成材料（聚丙 烯、塑料）制成。可通过预制实施柔性管层；并且，使所述柔性管层卷绕 在卷盘状支承件上，以便以后将其通过从卷盘展开来安装在废液管道中。

可沿着所述管道的横截面的整个轮廓布置用于载热流体的管；并且， 在所述管道的横截面的整个轮廓上实施对这些管的包覆。

模制材料的内表面可以是水平的或向内凹的弧形。

本发明还涉及交换器，其用于从在管道、尤其是污水收集管中流动的 废液提取热量，所述交换器被设置用于至少在所述管道的底部安装和浸在 所述废液中，其特征在于，所述交换器由管构成，这些管埋置在足够传导 热量的材料中，所述材料围绕用于载热流体循环的所述管浇注，

与所述管道的废液进行的热交换通过模制的包覆体而非附接的任何机 械构件来进行，浇注材料的上表面与在所述管道中流动的废液直接接触，

热交换器按照前述方法实施。

浸在废液中的热交换器具有按均匀角度分布的至少五根平行的管。

本发明还涉及废液管道中、尤其是污水收集管中热量提取的设备，其 特征在于，其在底部具有至少一根据前述方法实施的热交换器，所述热交 换器浸在废液中。

所述设备可以在管道内壁的位于废液上方的区域上具有管，所述管暴 露于在管道中存在的大气，由载热流体流经过，以回收水蒸汽冷凝的潜热 和显热的一部分。

因此，本发明在于直接在管道内部实施一种表面接触式、平行流式的 整体交换器，其由管构成，这些管埋置在就地浇注、贴合管道下部分型廓 的材料中。

热交换通过模制壁、而不是通过附接的冷作（chaudronnée）机械构 件进行。

附图说明

除上述布置以外，本发明还包括一定数量的其它布置，后面将就参照 附图描述的一些非限制性实施例对其进行更明确地说明。附图中：

图1是污水管道的横向竖直剖面图，根据本发明的热交换器在下部分 安装在该污水管道中。

图2是根据本发明的热交换器的一实施变型的更大比例的局部竖直横 剖面图。

图3是用于实施根据本发明的热交换器的一层平行管的横向竖直剖面 图，在该层平行管上方置有一网状物。

图4是管道的类似于图1的横向竖直剖面图，所述管道在下部分具有 凹槽，用于接纳模制的热交换器。

图5是类似于图4的较小比例的横向竖直剖面图，示出弯月面状的热 交换器。

图6是类似于图5的横向竖直剖面图，热交换器的管沿着管道内截面 的整个周边分布，在整个该周边上有模制壁。

图7是两个管层及夹箍形支承件的更大比例的横剖面示意图，对于一 管层，夹箍形支承件是在打开位置，而对于另一管层，夹箍形支承件则在 封闭位置。

图8是可用于热交换器的环纹管的局部图。

图9是具有在下部分的热交换器且在上部分的载热流体管的设备的横 剖面图，以及

图10-12是不同型廓的载热流体管及翅片的横剖面图。

具体实施方式

参照附图尤其是图1，可以看到，为从在管道2、特别是污水收集管中 流动的废液1中提取热量，至少在管道底部安装浸在废液1中的热交换器 E。废液的假定的最大液位1a用虚线示出。

该热交换器E由基本平行于管道纵向方向的柔性管或半刚性管3构 成。这些管3按层布置，用足够传导热量的材料4包覆，该材料围绕管浇 注和适于硬化。管3用于载热流体的循环，与管道的废液1进行的热交换 通过模制的包覆体而非附接的任何机械构件进行。浇注材料的上表面5与 在管道中流动的废液1直接接触。

包覆材料4可由合成树脂构成，或者由导热水泥或导热混凝土构成， 或者由必要时含有导热添加剂或导热助剂的复合材料构成。

在炉中使用的基于碳化硅的导热水泥或导热砖成本比较高。含有铁素 体碳钢或金属针的水泥非常适于实施根据本发明的热交换器。

包覆材料4特别是含导热材料的水泥，尤其被选择以具有大于 5W/m.°K的导热率。

有利地，热电偶插入包覆材料4的层中，以控制载热流体的循环和热 交换。

不同管3之间的液压连接取决于载热流体的流量。在几何上平行布置 的管3可以或者串联或者并联地进行液力连接。

优选地，能以如下方式将热交换器E直接在管道2内实施：在管道底 部中布置管3，和就地浇注包覆材料4以将这些管埋置在该包覆材料中， 所述包覆材料贴合管道下部分的型廓。在这些操作之前，管道1中的废液 流动转向或暂时中断。在变型中，热交换器E可被预制；在这种情况下， 其长度受引入管道中的条件限制。

管3可预先被固定在支架6上（图7），所述支架由两个半壳体6a、 6b形成，所述两个半壳体装配在一起，以按照均匀间隔束持这些管3（图 7），以便保持各管之间的间距。这些管可由夹具固定在管道1的壁的内表 面上。

在管道中安置好管层3之后，围绕管浇注包覆材料4，包覆材料当场 硬化，以保持和保护管层3。包覆材料4在废液2和流经每个管的载热流 体之间形成光滑的热交换壁5。

保护膜7（图2），尤其是塑料材料片，可布置在管道2的内表面与集 成在该管道中的热交换器E之间。

有利地，在浇注包覆材料之前，在一管3层的至少一部分上展开（图 2和3）中间网8、尤其是金属的或合成纤维制的中间网，以便在该网具有 导热性能时、尤其是在该网是金属的时，加强机械强度和/或提高传热性。

管3的包覆体可按不同性能的多个材料层来实现，该多个材料层即：

－绝热材料层9（图2），其在管3和管道2的壁之间，或者在使用膜 7时则在管3和这种膜之间；

－接触管的导热材料层10，其在管和废液之间；以及

－在表面的耐侵蚀材料层11。

有利地，柔性或半刚性的管3被选择成能按很大长度、尤其是数十米 的很大长度在卷盘上卷绕和展开。因此，可根据废液流量实施热交换器E， 其长度足以允许获得所需的效能，虽然材料4的包覆体通常具有的导热率 低于金属的导热率。

管3可用柔性金属材料（铜、铝）或合成材料（聚丙烯、柔性塑料材 料）制成。

管的型面可以是光滑的，或者可以如图8上的型面12所示呈环纹状。 环纹状型面允许增大与包覆体的接触交换面积，允许确保对管3和刚性包 覆材料4之间的不均匀膨胀的一定补偿。

优选地，在一个热交换器E中存在的管3的数量至少等于五个，这些 管均匀地间隔开。

管3的横截面可根据所用的材料和制造方式呈圆形或椭圆形。

柔性管3的管层可被预制和卷绕在卷盘状支承件上，以便以后通过从 卷盘展开将它们安置在管道1中。

也可以在工厂预制交换器板，所述交换器板通过粘接被固定在格栅形 支承件上或柔性膜上。

根据图4，管道2在下部分具有凹槽13，通过围绕管3浇注材料4而 获得的交换器E被安装在该凹槽中。凹槽13例如具有矩形横截面，由交 换器E填充，交换器的上表面5保持水平。

根据图2和5的实施例，管3沿着管道2的截面的弧形段分布，模制 材料的内表面5a呈向内凹的圆弧形。

根据图6的实施例，管3沿着管道横截面的整个轮廓布置，在所示的 实施例中沿圆周布置，包覆体也完全围绕管道的内表面设置，以致交换器 E的一部分位于废液上方。该上部分与管道1的内部大气进行热交换。

根据图9的实施例，用于从废液1中提取热量的设备除浸在废液中的 交换器E之外，还具有热交换管14，这些管14布置成层，置于管道2的 内部和上部分中，在废液1的流通区域之外。管14固定在管道内壁的位于 废液上方的区域上，暴露于存在于管道2中的大气。管14由载热流体流经 过，以回收来自废液的水蒸汽的冷凝的潜热和显热的一部分。在管上形成 的冷凝水滴掉落在废液中，如箭头G所示。

管14平行于管道的纵向方向定向，它们并联或串联地连接，以形成流 体回路，流体回路一般具有热泵。有利地，该流体回路与交换器E的流体 回路相同。

管14在外部可以是光滑的，或可具有附接的翅片以增大交换面积。翅 片可以是螺旋状的、纵向的、横向的，尤其是在与管的轴线正交的平面中， 或者呈环纹状。根据图9和10，管14具有圆形截面，和具有圆环状翅片 15。根据图11，管14具有圆形截面，带有长圆形翅片15a。根据图12， 管14b具有长圆形截面，带有长圆形翅片15b。

管14可以是金属的、或者是合成材料或塑料材料制的。管14可为刚 性的、半刚性的或柔性的。有利地，管14适于被卷绕在卷盘上，使得能将 其以单一整体且无需接头以很长的长度、尤其是数十米的长度安置。

热交换器E在管道1内部的安置具有许多优越性。

热交换器适合于所有的管道型廓：椭圆形、曲线形和矩形，当其就地 浇注时，其长度不受限制。

所用的管是成本较低的普通管，不需要制造特殊的冷作机械构件。

组成件的重量较轻，以致组成件无需操作装置即可插入到管道2内。

热交换器在其长度上具有连续性，漏泄危险性有限，因为在大长度即 数十米上仅需要极少的液压接头。管层的连接可用标准压缩密封垫圈进行。 在管道内部的堵塞（encombrement）小。在废液特别是污水的通路上不会 形成任何障碍。

现场修理仅需很少的操作装置和工具即可进行。在发生偶然断裂的情 况下，可用套筒和护板进行快速修复。

大长度的柔性管状板可由狭孔、尤其是人孔引入。

合成材料或无机包覆体或复合树脂的腐蚀危险性低。

本发明可应用于从含料流体和/或腐蚀性流体、研磨流体回收热量，尤 其在城市清洁卫生网中。

本发明还可用在化污池的上游和下游之间的净化站（STEP）中，因为 所述装置是可逆式，可将热量传递给在处理前应被加热的废液。

本发明可应用于排放一种热废液或多种热废液的任何住宅、第三产业、 工业设施：游泳池、校舍、大学、行政建筑物、食品工业、化学工业、石 油化学工业。

设备密封性可通过压缩空气增压和压力保持来进行控制。

每个管3中流量的平衡可借助校准膜片进行。在管发生意外漏泄的情 况下，可实施对该管的堵塞以将其与回路断开。