CN101329116A - 具有快速除污功能的干式管壳式污水源热泵机组 - Google Patents

Abstract

具有快速除污功能的干式管壳式污水源热泵机组，它涉及一种干式管壳式污水源热泵机组。针对现有的污水源热泵机组采用污水－水换热形式时，换热管易阻塞、传热温差小，所需换热面积大及污水－制冷剂换热形式时，制冷剂的充注量大、设备庞大问题。污水侧干式换热器通过第一、二、三、四、五、六管路与换热器连通，换热器、污水侧干式换热器、压缩机、带换热器的气液分离器通过四通换向阀、第七、八、九、十、十一管路连通。贮液器与第十三管路、第十二连通，第三、四管路上各设置有两个止回阀，从带换热器的气液分离器出来的第十三管路上设置有单向膨胀阀、电磁阀、干燥过滤器和截止阀。本发明制冷剂充注量少，成本低，换热效率高。

Description

具有快速除污功能的干式管壳式污水源热泵机组

技术领域

本发明涉及一种干式管壳式污水源热泵机组。

背景技术

目前，污水源热泵发展迅速，但由于污水软垢的影响，使得污水源热泵机组的换热类型的灵活性受到了很大限制。污水源热泵的换热问题一直不能很好的解决(海水、湖水、河水热泵也存在同样的问题)，提高污水换热器的换热效率是污水源热泵研制需解决的问题之一(引自：黄国琦.城市污水源热泵的开发和应用.流体机械，2005，33(6)：77.)。在污水换热器中，管壳式换热器占有很大优势，但目前管壳式系统中污水均走管程，由于污水侧为两相流动与换热，因此存在阻塞与换热特性等问题，目前还基于间接利用(引自：吴荣华，孙德兴，马广兴.城市原生污水冷热源水参数特性与应用方法评价.可再生能源.2005-5.总第123期.)。有个别利用污水与制冷剂直接换热的污水换热器，但其形式为满液式，设备庞大，只适合于制冷量大的场合。总结起来，目前的污水源热泵机组存在以下缺点：一、污水在换热管内流动，容易阻塞管道，蒸发温度过低时污水在换热管内结冰也会阻塞换热管道，而采用高流速冲污又大大超出经济可行范围，如专利公开号为CN 101122452A、公开日为2008年2月13日、名称为《管壳换热器换热管束高压头强力轮替冲洗除污方法与装置》的发明专利就存在上述问题。二、应用于污水源热泵的管壳式换热器大多采用间接式换热，传热温差小，所需换热面积大(引自：吴荣华，孙德兴，马广兴.城市原生污水冷热源水参数特性与应用方法评价)。三、个别利用直接换热的管壳式污水换热器均采用满液式，对于满液式蒸发器来说，制冷剂的充注量较大，对于价格昂贵制冷剂来说造价太高，回流不好(引自：陆亚俊，马最良，姚杨.空调工程中的制冷技术.哈尔滨工业大学出版社.1997，第91页)，且只适用于大型场合，应用范围小，不灵活。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的污水源热泵机组与污水换热过程中，采用污水-水换热形式时，热管道易阻塞、传热温差小，所需换热面积大及污水-制冷剂换热形式时，制冷剂的充注量大、设备庞大、造价高，只适合于制冷量大的场合，进而提供一种具有快速除污功能的干式管壳式污水源热泵机组。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的热泵机组包括污水侧干式换热器、压缩机、四通换向阀、换热器、第一止回阀、第二止回阀、第三止回阀、第四止回阀、带换热器的气液分离器、单向膨胀阀、干燥过滤器、截止阀、贮液器、电磁阀、第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路、第六管路、第七管路、第八管路、第九管路、第十管路、第十一管路、第十二管路和第十三管路；所述污水侧干式换热器的分液器的入口端或出口端通过第一管路与第二管路连通，第二管路的两端分别与第三管路的一端和第四管路的一端连通，第三管路的另一端和第四管路的另一端分别与第五管路的两端连通，第五管路与第六管路的一端连通，第六管路的另一端与换热器的一端连通，换热器的另一端通过第七管路与四通换向阀的第一接口连通，四通换向阀的第三接口通过第八管路与污水侧干式换热器的储汽罐的出口端或入口端连通，四通换向阀的第二接口通过第九管路与压缩机的输出端连通，压缩机的输入端与第十管路的一端连通，第十管路的另一端装在带换热器的气液分离器内，四通换向阀的第四接口与第十一管路的一端连通，第十一管路的另一端装在带换热器的气液分离器内，贮液器的一端通过第十二管路与第四管路连通，贮液器的另一端与第十三管路的一端连通，第十三管路在带换热器的气液分离器中螺旋设置，第十三管路的另一端与第三管路连通，第三管路上分别设置有第一止回阀和第二止回阀，且第一止回阀设置在第十三管路与第五管路之间，第四管路上分别设置有第三止回阀和第四止回阀，且第四止回阀设置在第二管路与第十二管路之间，第一止回阀至带换热器的气液分离器之间的第十三管路上依次设置有单向膨胀阀、电磁阀、干燥过滤器和截止阀。

本发明的有益效果是：一、制冷剂的充注量很少，使用成本降低，且不需设贮液器，使机组的重量和体积大大缩小。二、污水是在换热管外流动，不堵塞换热管，即使因蒸发温度过低而在换热管外结冰，也只是影响传热效果，且换热管无胀裂传热危害。三、由于氟利昂蒸汽在换热管内具有较大的流速，可将润滑油带回压缩机中，且制冷剂冲注量小。四、打破了常规的污水走管程的设计思路，实现了干式管壳式换热器在污水源热泵中的应用，大大提高了换热效率。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图(实线箭头表示制冷循环的走向，虚线箭头表示制热循环的走向)，图2是污水侧干式换热器40的整体结构主视图，图3是图2的左视图，图4是图2的右视图，图5是图2的A-A剖视图，图6是中间隔板3的主视图，图7是图6的B部放大图，图8是图6的左视图，图9是堵头隔板4的主视图，图10是图9的左视图，图11是具体实施方式八的结构示意图(实线箭头表示制冷循环的走向，虚线箭头表示制热循环的走向)，图12是具体实施方式九的结构示意图(实线箭头表示制冷循环的走向，虚线箭头表示制热循环的走向)。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的热泵机组包括污水侧干式换热器40、压缩机41、四通换向阀42、换热器43、第一止回阀44、第二止回阀45、第三止回阀46、第四止回阀47、带换热器的气液分离器48、单向膨胀阀49、干燥过滤器50、截止阀51、贮液器52、电磁阀53、第一管路54、第二管路55、第三管路56、第四管路57、第五管路58、第六管路59、第七管路60、第八管路61、第九管路62、第十管路63、第十一管路64、第十二管路65和第十三管路66；所述污水侧干式换热器40的分液器30的入口端或出口端通过第一管路54与第二管路55连通，第二管路55的两端分别与第三管路56的一端和第四管路57的一端连通，第三管路56的另一端和第四管路57的另一端分别与第五管路58的两端连通，第五管路58与第六管路59的一端连通，第六管路59的另一端与换热器43的一端连通，换热器43的另一端通过第七管路60与四通换向阀42的第一接口连通，四通换向阀42的第三接口通过第八管路61与污水侧干式换热器40的储汽罐31的出口端或入口端连通，四通换向阀42的第二接口通过第九管路62与压缩机41的输出端连通，压缩机41的输入端与第十管路63的一端连通，第十管路63的另一端装在带换热器的气液分离器48内，四通换向阀42的第四接口与第十一管路64的一端连通，第十一管路64的另一端装在带换热器的气液分离器48内，贮液器52的一端通过第十二管路65与第四管路57连通，贮液器52的另一端与第十三管路66的一端连通，第十三管路66在带换热器的气液分离器48中螺旋设置，第十三管路66的另一端与第三管路56连通，第三管路56上分别设置有第一止回阀44和第二止回阀45，且第一止回阀44设置在第十三管路66与第五管路58之间，第四管路57上分别设置有第三止回阀46和第四止回阀47，且第四止回阀47设置在第二管路55与第十二管路65之间，第一止回阀44至带换热器的气液分离器48之间的第十三管路66上依次设置有单向膨胀阀49、电磁阀53、干燥过滤器50和截止阀51。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式还包括视液镜67；所述视液镜67设置在单向膨胀阀49和电磁阀53之间的第十三管路66上。可方便观察制冷剂的流过量。

具体实施方式三：结合图2～图10说明本实施方式，本实施方式的污水侧干式换热器40由壳体1、蛇形换热管束2、多个中间隔板3、两个堵头隔板4、转轴12、密封轴承18、分液器30和储汽罐31组成；所述壳体1由换热腔体5、第一管板15和第二管板16组成，所述换热腔体5位于第一管板15和第二管板16之间且与第一管板15和第二管板16连接，换热腔体5的顶端侧壁和底端侧壁上分别设有污水进水口8和污水出水口9，所述两个堵头隔板4设置在换热腔体5内的两端，两个堵头隔板4之间的换热腔体5内沿轴向设置有多个中间隔板3，两个堵头隔板4与多个中间隔板3上下交替设置，所述每个中间隔板3由两个夹板10和胶皮垫11组成，所述胶皮垫11位于两个夹板10的中间且三者可拆卸连接，所述每个堵头隔板4由两个堵头夹板13和胶皮垫14组成，所述胶皮垫14位于两个堵头夹板13的中间且三者可拆卸连接，所述蛇形换热管束2穿过两个堵头隔板4和多个中间隔板3分别装在第一管板15和第二管板16上，每个蛇形换热管32的上端管口分别与分液器30连通，每个蛇形换热管32的下端管口分别与储汽罐31连通，蛇形换热管束2插装在第一管板15和第二管板16上，所述转轴12的侧壁上设有外螺纹，转轴12的一端穿过第一管板15、两个堵头隔板4上的螺纹孔和多个中间隔板3上的螺纹孔装在第二管板16上，转轴12与两个堵头隔板4和多个中间隔板3螺纹连接，转轴12与第一管板15之间装有密封轴承18。

本实施方式的污水侧干式换热器具有以下优点：一、在壳体内除垢，不用拆装污水侧干式换热器，使得部件使用寿命加长。二、具有自动清洗的功能，节省了劳力和费用。三、可大大缩短除污耗时，除污时不用停机，设备的使用效率大大提高。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图2、图6～图10说明本实施方式，本实施方式的胶皮垫11上设有与穿过的蛇形换热管32数量相同的管孔19，所述两个夹板10上位于胶皮垫11上的管孔19位置处设有换热管穿入孔20，所述穿过胶皮垫11的管孔19内的蛇形换热管32的外壁与胶皮垫11的管孔19的内壁相接触；所述胶皮垫14上设有与穿过的蛇形换热管32数量相同的管孔21，两个堵头夹板13上位于胶皮垫14的管孔21位置处设有蛇形换热管穿入孔22，所述穿过胶皮垫14的管孔21内的蛇形换热管32的外壁与胶皮垫14的管孔21的内壁相接触，所述堵头隔板4的小头端33上设有多个污水通过孔23。如此设置，结构简单。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

工作原理是：污水走壳程，制冷剂走管程，除污时人工正向和反向旋转转轴，通过转轴上的螺纹使得堵头隔板和多个中间隔板沿轴向移动。此时通过胶皮垫和橡胶垫的往复移动对蛇形换热管束进行刮擦，这样就除去了附着在蛇形换热管束外壁上的污垢。

具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式的转轴12的外端设有手柄25。如此设置，方便转轴12转动。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式的转轴12的一端通过转轴支座27装在第二管板16上。如此设置，便于转轴12安装定位。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式七：结合图11和图12说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式的换热器43是送风系统室内机43-1或板式制冷剂-水换热器43-2。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：结合图11说明本实施方式，本实施方式是将本发明的热泵机组用于污水换热站的一个具体实施例，污水与制冷剂直接换热，污水走壳程，制冷剂走管程，打破了常规的污水走管程的设计思路，实现了污水侧干式换热器40在污水源热泵中的应用。污水处理厂的二级出水由水泵打入到污水侧干式换热器40中，与制冷剂进行换热。制冷剂在蛇形换热管32内边流动边相变，大大提高了热泵机组的效率。制冷剂与污水换热，在换热过程中，定期进行污水侧干式换热器40内的自动除污。从污水侧干式换热器40出来的制冷剂经压缩机41(单向膨胀阀49)后通过换热器43(这里的换热器是送风系统室内机43-1)将热量(冷量)传递给室内空气，达到空气调节的作用，很好实现了把污水作为冷热源的目的。本实施方式中的送风系统室内机43-1可采用市场上已有产品，例如由美的集团生产。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：结合图12说明本实施方式，此实施例是将本发明的热泵机组用于污水换热站的一个具体实施例，污水与制冷剂直接换热，污水走壳程，制冷剂走管程，打破了常规的污水走管程的设计思路，实现了污水侧干式换热器40在污水源热泵中的应用。污水处理厂的二级出水由水泵打入到污水侧干式换热器40中，与制冷剂进行换热。制冷剂在蛇形换热管32内边流动边相变，大大提高了换热器的效率。制冷剂与污水换热，在换热过程中，定期进行污水侧干式换热器40内的自动除污。从污水侧干式换热器40中出来的制冷剂经压缩机41(单向膨胀阀49)后在换热器43(这里的换热器是板式制冷剂-水换热器43-2)内将热量(冷量)传递给清水，以供生产使用，很好实现了把污水作为冷热源的目的。本实施方式中的板式制冷剂-水换热器43-2可采用市场上的已有产品，例如由武汉研鑫制冷设备有限公司生产。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

制冷循环的工作过程是：高温高压的制冷剂气体进入污水侧干式换热器40内，在污水侧干式换热器40中冷凝放热，将热量传递给污水，然后出来的低温高压的液体经过第一管路54、第四管路57、第四止回阀47和第十二管路后进入贮液器52内，然后从贮液器52中流出，通过第十三管路66进入带换热器的气液分离器48内预热第十管路63中的制冷剂气体(其中含有少量液体，经过预热使得这少部分液体吸热而变为气体，保证进入压缩机41的全为气体)，第十三管路66中的制冷剂穿过带换热器的气液分离器48后，通过第十三管路66、截止阀51、干燥过滤器50、电磁阀53及视液镜67进入单向膨胀阀49，经过单向膨胀阀49后制冷剂变为低温低压的制冷剂液体，然后经过第一止回阀44、第五管路58、第六管路59进入换热器43内，低温低压的制冷剂气体在换热器43中吸热气化而变成高温低压的制冷剂气体(在制冷循环中，换热器43的作用是作为蒸发器)，在换热器43中制冷剂吸走了换热器43中另一侧工质(空气或者水)的热量，而制得人们所需要的低温工质。从换热器43中出来的高温低压的制冷剂气体经过第七管路60及四通换向阀42(走实线)后进入带换热器的气液分离器48中，带换热器的气液分离器48中上部的制冷剂气体从带换热器的气液分离器48中的气体入口进入第十管路63中，在带换热器的气液分离器48的下部被预热确保从带换热器的气液分离器48中出来的全为制冷剂气体，从换热器的气液分离器48中出来的制冷剂气体通过第十管路63进入压缩机41中，在压缩机41内被压缩变为高温高压的制冷剂气体，从压缩机41出来的高温高压的制冷剂气体经过第九管路62、四通换向阀42及第八管路61后进入污水侧干式换热器40的储汽罐31中，然后进入污水侧干式换热器40中，完成一次制冷循环。即将换热器43中空气或者水中的热量传递给污水侧干式换热器40中的污水，得到低温的空气或者水。

制热循环的工作过程是：低温低压的制冷剂液体经过污水侧干式换热器40的分液器30后进入污水侧干式换热器40中，制冷剂在污水侧干式换热器40中从另一侧污水中吸热气化变为高温低压的制冷剂气体，高温低压的制冷剂气体经过第八管路61、四通换向阀42(走虚线)和第十一管路64进入带换热器的气液分离器48中，经过气液分离以及带换热器的气液分离器48中的预热，从带换热器的气液分离器48中出来的低压高温的制冷剂气体经过第十管路63进入压缩机41中，经压缩以后变为高温高压的制冷剂气体，从压缩机41中出来的高温高压的制冷剂气体经过第九管路62、四通换向阀42(走虚线)及第七管路60进入到换热器43中，在换热器43中高温高压的制冷剂气体冷凝放热变为低温高压的制冷剂液体，并将热量传递给换热器43中另一侧工质(空气或水)，从换热器43中出来的低温高压的制冷剂液体经过第六管路59、第五管路59、第三止回阀46、第四管路57和第十二管路65从贮液器52的一端进入贮液器52，从贮液器52另一端出来的制冷剂经过第十三管路66穿过带换热器的气液分离器48，在带换热器的气液分离器48内预热带换热器的气液分离器48中的第十管路63中的制冷剂气体，然后从带换热器的气液分离器48中出来的第十三管路66中的制冷剂，经过第十三管路66、截止阀51、干燥过滤器50、电磁阀53、视液镜67进入单向膨胀阀49中，经过单向膨胀阀49后制冷剂变为低温低压的制冷剂液体，低温低压的制冷剂液体经过第三管路56、第二止回阀45、第一管路54进入污水侧干式换热器40的分液器30中，然后进入污水侧干式换热器40中，完成一次制热循环。即将污水侧干式换热器40中污水的热量，传递给换热器43中的空气或者水，得到高温的空气或者水。

Claims (7)

1、一种具有快速除污功能的干式管壳式污水源热泵机组，所述热泵机组包括污水侧干式换热器(40)、压缩机(41)、四通换向阀(42)、换热器(43)、第一止回阀(44)、第二止回阀(45)、第三止回阀(46)、第四止回阀(47)、带换热器的气液分离器(48)、单向膨胀阀(49)、干燥过滤器(50)、截止阀(51)、贮液器(52)、电磁阀(53)、第一管路(54)、第二管路(55)、第三管路(56)、第四管路(57)、第五管路(58)、第六管路(59)、第七管路(60)、第八管路(61)、第九管路(62)、第十管路(63)、第十一管路(64)、第十二管路(65)和第十三管路(66)；其特征在于：所述污水侧干式换热器(40)的分液器(30)的入口端或出口端通过第一管路(54)与第二管路(55)连通，第二管路(55)的两端分别与第三管路(56)的一端和第四管路(57)的一端连通，第三管路(56)的另一端和第四管路(57)的另一端分别与第五管路(58)的两端连通，第五管路(58)与第六管路(59)的一端连通，第六管路(59)的另一端与换热器(43)的一端连通，换热器(43)的另一端通过第七管路(60)与四通换向阀(42)的第一接口连通，四通换向阀(42)的第三接口通过第八管路(61)与污水侧干式换热器(40)的储汽罐(31)的出口端或入口端连通，四通换向阀(42)的第二接口通过第九管路(62)与压缩机(41)的输出端连通，压缩机(41)的输入端与第十管路(63)的一端连通，第十管路(63)的另一端装在带换热器的气液分离器(48)内，四通换向阀(42)的第四接口与第十一管路(64)的一端连通，第十一管路(64)的另一端装在带换热器的气液分离器(48)内，贮液器(52)的一端通过第十二管路(65)与第四管路(57)连通，贮液器(52)的另一端与第十三管路(66)的一端连通，第十三管路(66)在带换热器的气液分离器(48)中螺旋设置，第十三管路(66)的另一端与第三管路(56)连通，第三管路(56)上分别设置有第一止回阀(44)和第二止回阀(45)，且第一止回阀(44)设置在第十三管路(66)与第五管路(58)之间，第四管路(57)上分别设置有第三止回阀(46)和第四止回阀(47)，且第四止回阀(47)设置在第二管路(55)与第十二管路(65)之间，第一止回阀(44)至带换热器的气液分离器(48)之间的第十三管路(66)上依次设置有单向膨胀阀(49)、电磁阀(53)、干燥过滤器(50)和截止阀(51)。

2、根据权利要求1所述的具有快速除污功能的干式管壳式污水源热泵机组，其特征在于：所述热泵机组还包括视液镜(67)；所述视液镜(67)设置在单向膨胀阀(49)和电磁阀(53)之间的第十三管路(66)上。

3、根据权利要求1或2所述的具有快速除污功能的干式管壳式污水源热泵机组，其特征在于：所述污水侧干式换热器(40)由壳体(1)、蛇形换热管束(2)、多个中间隔板(3)、两个堵头隔板(4)、转轴(12)、密封轴承(18)、分液器(30)和储汽罐(31)组成；所述壳体(1)由换热腔体(5)、第一管板(15)和第二管板(16)组成，所述换热腔体(5)位于第一管板(15)和第二管板(16)之间且与第一管板(15)和第二管板(16)连接，换热腔体(5)的顶端侧壁和底端侧壁上分别设有污水进水口(8)和污水出水口(9)，所述两个堵头隔板(4)设置在换热腔体(5)内的两端，两个堵头隔板(4)之间的换热腔体(5)内沿轴向设置有多个中间隔板(3)，两个堵头隔板(4)与多个中间隔板(3)上下交替设置，所述每个中间隔板(3)由两个夹板(10)和胶皮垫(11)组成，所述胶皮垫(11)位于两个夹板(10)的中间且三者可拆卸连接，所述每个堵头隔板(4)由两个堵头夹板(13)和胶皮垫(14)组成，所述胶皮垫(14)位于两个堵头夹板(13)的中间且三者可拆卸连接，所述蛇形换热管束(2)穿过两个堵头隔板(4)和多个中间隔板(3)分别装在第一管板(15)和第二管板(16)上，每个蛇形换热管(32)的上端管口分别与分液器(30)连通，每个蛇形换热管(32)的下端管口分别与储汽罐(31)连通，蛇形换热管束(2)插装在第一管板(15)和第二管板(16)上，所述转轴(12)的侧壁上设有外螺纹，转轴(12)的一端穿过第一管板(15)、两个堵头隔板(4)上的螺纹孔和多个中间隔板(3)上的螺纹孔装在第二管板(16)上，转轴(12)与两个堵头隔板(4)和多个中间隔板(3)螺纹连接，转轴(12)与第一管板(15)之间装有密封轴承(18)。

4、根据权利要求3所述的具有快速除污功能的干式管壳式污水源热泵机组，其特征在于：所述胶皮垫(11)上设有与穿过的蛇形换热管(32)数量相同的管孔(19)，所述两个夹板(10)上位于胶皮垫(11)上的管孔(19)位置处设有换热管穿入孔(20)，所述穿过胶皮垫(11)的管孔(19)内的蛇形换热管(32)的外壁与胶皮垫(11)的管孔(19)的内壁相接触；所述胶皮垫(14)上设有与穿过的蛇形换热管(32)数量相同的管孔(21)，两个堵头夹板(13)上位于胶皮垫(14)的管孔(21)位置处设有蛇形换热管穿入孔(22)，所述穿过胶皮垫(14)的管孔(21)内的蛇形换热管(32)的外壁与胶皮垫(14)的管孔(21)的内壁相接触，所述堵头隔板(4)的小头端(33)上设有多个污水通过孔(23)。

5、根据权利要求3所述的具有快速除污功能的干式管壳式污水源热泵机组，其特征在于：所述转轴(12)的外端设有手柄(25)。

6、根据权利要求3所述的具有快速除污功能的干式管壳式污水源热泵机组，其特征在于：所述转轴(12)的一端通过转轴支座(27)装在第二管板(16)上。

7、根据权利要求1所述的具有快速除污功能的干式管壳式污水源热泵机组，其特征在于：所述换热器(43)是送风系统室内机(43-1)或板式制冷剂-水换热器(43-2)。

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