CN101413731A - 一种污水源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污水源的热泵系统，由压缩机、冷凝器、蒸发器、换向阀、膨胀阀组成。其中冷凝器或蒸发器设计成污水源热交换器。该污水源热交换器包含有套管及贯穿其中的换热管，套管的两端与换热管之间设置有连接接头和压盖，受热介质的进出接口开设在套管的管壁上；换热管伸出套管之外的两端设置有三通接头和端盖，三通接头的径向设置污水进、出接口；换热管内设置有节距式链轴除垢器。另系统内还加设有压缩机辅助蒸发器、过滤净化装置、加药装置。本发明系统的冷凝器或蒸发器采用结构相同的污水源热交换器，能满足系统的长期有效运行，延长污水源热泵系统的使用寿命；所增设的辅助蒸发器可保证系统即使在过热或过冷的环境温度下，均能正常工作。

Description

一种污水源热泵系统

技术领域

本发明涉及水源热泵技术，特别涉及一种污水源的热泵系统。

背景技术

水源热泵是一种新型的可供热、制冷装置，由于它具有环保及节能的优良特性，现已倍受人们的关注。目前面市的水源热泵系统装置中的蒸发器或冷凝器主要为板式、集束式、翅片式、套管式等结构。这些结构的蒸发器或冷凝器不能应用于城市原生污水、工业循环水等非自然水为热源的热泵系统。这是因为非自然水、特别是原生污水中含有泥沙、固态废弃物、有机物、微生物等，热交换过程中，不仅会堵塞换热管道，而且易于结垢，严重地影响换热效果，使系统机组效率下降，不能长期稳定工作。为充分利用有大量来源、流量稳定、水体冬暖夏凉的原生污水，极有必要研究设计适于热泵系统应用的蒸发器或冷凝器，及在系统中匹配相应组件，使整个系统正常高效率运行。

发明内容

本发明提供了一种污水源热泵系统，目的之一是通过对释放和转移热量的蒸发器或冷凝器部件的结构进行改进，使系统能够应用原生污水进行采暖和制冷；目的之二是通过对系统进行优化设计，合理匹配组成件，使系统能稳定运行。

本发明的技术解决方案：

本发明系统包括现有传统热泵系统的压缩机、冷凝器、蒸发器、换向阀、膨胀阀等基本组成件。而其中冷凝器或蒸发器为污水源热交换器。该污水源热交换器包含有套管及贯穿其中的换热管，套管的两端与换热管之间连接设置有部件连接接头和压盖，受热介质的进、出接口开设在套管的管壁上；换热管伸出套管之外的两端之端部设置有部件三通接头和端盖，三通接头的径向设置与换热管内腔相通的污水进、出接口；换热管内设置有节距式链轴除垢器。

本发明的进一步技术解决方案：

所述污水源热交换器的套管两端与换热管之间设置的连接接头为圆柱状凸台，其凸出的外圆与套管的内径相应匹配；其内圆与换热管的外径相应匹配，连接接头与换热管为焊接；所述压盖呈中空的翻边状，通过内圆螺纹与连接接头圆柱面上设置的外螺纹旋接，连接接头的凸台面上放置橡胶密封件。

所述污水源热交换器的换热管为材质是铜、或钢、或合金的螺旋管、或直光管、或波纹管。换热管的两端设置的三通接头的一端与换热管焊接，另一端设置外圆螺纹、与设置有内圆螺纹的端盖通过橡胶密封件旋接压紧，密封住换热管轴向通道。

所述污水源热交换器的换热管内，轴向所设置的节距式链轴除垢器由节距链轴、若干单元节距以及设置在节距体上的除垢刷组成。单元节距或呈环状、或为圆柱状、或为多棱柱状；除垢刷刷毛的径向长度与换热管内径相应匹配，该除垢刷为刚柔并济材质，或为软钢丝、或为塑料丝、或为牲畜毛制成。当单元节距为环状时，各节距环通过环环相扣连接成环链，且该环链的两端设节距链轴；当单元节距为圆柱状、或为多棱柱状时，各节距单元的两端分别设置凸肩、凹槽，相邻单元节距凸肩插入凹槽内，通过销轴连接成节距链轴。节距链轴两端设置有“O形圈”穿过换热管的密封端盖，其中一端连接驱动装置；或其中一端与超越离合器的被动圈相连接，超越离合器的主动轮轴穿过端盖并与之构成旋转密封，轴端连接驱动装置。

所述压缩机与换向阀之间串接设置辅助蒸发器。

所述蒸发器前串接有过滤净化装置或加药装置，或串接有过滤净化装置和加药装置。

所述的作为冷凝器或蒸发器可由数个相同结构的污水源热交换器并联组合构成。

本发明的有益效果：

(一)本发明系统的冷凝器或蒸发器设计为污水源热交换器，该热交换器的换热管内设置有节距式链轴除垢器，在系统经过过滤净化装置处理后的污水进入蒸发器或冷凝器还可得到进一步的除污，有效去除细泥沙、有机质、微生物等杂质，避免蒸发器或冷凝器的换热管堵塞和结垢，保证蒸发器或冷凝器长期有效运行，从而保证污水源热泵系统的良好性能和使用寿命。

(二)本发明系统的污水源热交换器换热管内的节距式链轴除垢器的节距链轴，可连接有超越离合器，通过设置于超越离合器主动轮轴轴端的驱动装置，驱动节距式链轴除垢刷对换热器内壁进行连续、或者定时地主动除污，进一步确保污水源热泵系统运行的可靠性和稳定性。

(三)本发明在压缩机出口与换向阀进口之间串接有辅助蒸发器，可在夏季高温环境下，帮助压缩机散热；而在冬季可吸收压缩机排出的热能，提高制热效率，保证系统机组在环境温度过热或过冷的情况下，无须频繁停机，均能正常工作。

(四)本发明在蒸发器前串接有污水除污装置、加药装置，可预先对进入热泵机组冷凝器(或蒸发器)的污水进行初滤除污、净化污水内杂质，提高整个系统的除污能力。

(五)本发明系统的冷凝器或蒸发器设计为污水源热交换器，该热交换器可呈可设置成U型、O型、S型等弯曲环型结构，有利于系统的布局和安装。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图；

图2为本发明系统作为蒸发或冷凝所用污水源热交换器的基本结构示意图；

图3为本发明系统所用污水源热交换器的节距式链轴除垢器单元节距呈圆柱状而连接成链轴的结构示意图；

图4为本发明系统所用污水源热交换器的优选实施例结构示意图；

具体实施方式

如图1所示：

本发明系统包括现有传统热泵系统的压缩机1、冷凝器2、蒸发器3、换向阀4、膨胀阀5等基本组成件。系统中压缩机吸气口11与换向阀低压回气口41之间串联有辅助蒸发器6；在蒸发器前串接有过滤净化装置7及加药(除絮剂)装置8；而其中冷凝器或蒸发器为如图2所示的污水源热交换器。

又如图2所示：

本发明系统具有冷凝或蒸发功能的污水源热交换器，包含有套管31及贯穿其中的换热管32，套管内壁与换热管外壁之间为受热介质的流通通道33。套管的两端与换热管之间连接设置有连接接头311和压盖312，受热介质的进接口313、出接口314开设在套管的管壁上；换热管伸出套管之外的两端之端部设置有三通接头321和端盖322，三通接头的径向设置与换热管内腔相通的污水进接口323、出接口324；换热管内设置有由节距链轴341、若干单元节距342以及设置在节距体外的除垢刷343组成的节距式链轴除垢器34，图中所示单元节距为矩形环，环环相扣连接成链，两端再连接节距链轴。另：图中所示换热管为螺旋管。本发明系统受热介质从受热介质进接口313进入，徘徊在螺旋流通通道33内受热后，再从受热介质的出接口314流出，受热介质的进接口313与受热介质的出接口314的部位交错、方位相反。污水介质从污水介质进接口323进入，在换热管内、节距链轴在驱动装置36的带动下旋转，污水经搅动散热后，再从污水介质的出接口324流出，污水介质的进接口323与污水介质的出接口324的部位交错、方位相反。如此，受热介质与污水介质逆向流动，使两者最大程度地进行了热交换。其热交换过程中各单元节距342体外所设置的柔性除垢刷343不间断地对换热管内壁除垢。

如图3所示：

本发明换热管内所设节距式链轴除垢器的单元节距342为圆柱形(图中未表示多棱柱状)，单元节距两端分别设置凸肩344、凹槽345，相邻单元节距凸肩插入凹槽内，通过销轴346连接成链轴；单元节距上设置软钢丝除垢刷343。该除垢刷还可为软钢丝、塑料丝或牲畜毛制成，径向尺寸与换热管内径相适应。

如图4所示为本发明所用污水源热交换器的优选实施例：

本实施例中，所述的节距式链轴除垢器34链轴341一端与超越离合器35的被动圈351相连接，超越离合器的主动轮轴352与端盖322构成旋转密封，且轴端连接驱动装置36。当输入电能，驱动装置通过超越离合器带动节距式链轴除垢器按设计的方向转动，实施对换热管内表面除污。其节距式链轴的转速，除污工作时间、间隔时间、污物残留量等参数均可通过计算机设定控制，达到自动除污的最佳效果。

本发明系统作制冷或制热工作时，输入的电能驱动压缩机，压缩机输出机械能将冷媒压缩升温，冷媒成为高温高压气态后，进入冷凝器与待加热的冷却水进行热量交换，水吸热升温，冷媒放热降温后成为液态，流经膨胀阀，经节流降压成为低温低压液态，进入蒸发器后冷媒不断吸收污水中的热能而汽化，变为低温低压的气态后流回压缩机，完成一个工作循环。如此周而复始，水温不断升高，达到生产热水之目的。其中蒸发器或冷凝器的热交换是通过污水源热交换器完成的：制冷介质从进口313进入，沿着螺旋通道前进，从接口314流出，制热介质在流动的同时向换热管放(吸)热，污水从接口323进入，从接口324流出，污水沿着换热管内腔流动的同时，与换热管内表面进行热能交换，制冷介质与污水逆向流动有助于提高换热效果。

本发明系统由于蒸发或冷凝的热交换是通过污水源热交换器完成的：热交换器连接的驱动装置通过超越离合器带动节距式链轴除垢器旋转，柔性除垢刷343与换热管内表面密切接触，在旋转的同时清除换热管内表面污垢；当设备运行足够的时间，可以全面拆解，清除换热管外表面的污垢。

综上，本发明系统的冷凝器或蒸发器设计为污水源热交换器，能满足系统的长期有效运行，延长污水源热泵系统的使用寿命，从而达到了预期的发明目的。

Claims (10)

1、一种污水源热泵系统，由压缩机、冷凝器、蒸发器、换向阀、膨胀阀组成，其特征在于：所述的冷凝器或蒸发器为污水源热交换器，该污水源热交换器包含有套管及贯穿其中的换热管，套管的两端与换热管之间连接设置有部件连接接头和压盖，受热介质的进、出接口开设在套管的管壁上；换热管伸出套管之外的两端之端部设置有部件三通接头和端盖，三通接头的径向设置与换热管内腔相通的污水进、出接口；换热管内设置有节距式链轴除垢器。

2、根据权利要求1所述的一种污水源热泵系统，其特征在于：所述作为冷凝器或蒸发器的污水源热交换器的套管两端与换热管之间设置的连接接头为圆柱状凸台，其凸出的外径与套管的内径相应匹配；其内径与换热管的外径相应匹配，连接接头与换热管为焊接；所述压盖呈中空的翻边状，通过内螺纹与连接接头圆柱面上设置的外螺纹旋接，连接接头的凸台面上放置橡胶密封件。

3、根据权利要求1所述的一种污水源热泵系统，其特征在于：所述作为冷凝器或蒸发器的污水源热交换器的换热管的两端设置的三通接头的一端与换热管焊接，另一端设置外螺纹、与设置有内螺纹的端盖连接，并压紧橡胶密封件密封住换热管轴向通道。

4、根据权利要求1所述的一种污水源热泵系统，其特征在于：所述作为冷凝器或蒸发器的污水源热交换器的换热管内，轴向所设置的节距式链轴除垢器由节距链轴、若干单元节距以及设置在节距体上的除垢刷组成，单元节距或呈环状、或为圆柱状、或为多棱柱状，节距链轴两端设置有“O形圈”穿过换热管的密封端盖，轴端连接驱动装置。

5、根据权利要求4所述的一种污水源热泵系统，其特征在于：所述作为冷凝器或蒸发器的污水源热交换器的换热管内的节距式链轴除垢器单元节距为环状时，各节距环通过环环相扣连接成环链，且该环链的两端设节距链轴；或单元节距为圆柱状、或为多棱柱状时，各节距单元的两端分别设置凸肩、凹槽，相邻单元节距凸肩插入凹槽内，通过销轴连接成节距链轴。

6、根据权利要求4所述的一种污水源热泵系统，其特征在于：所述作为冷凝器或蒸发器的污水源热交换器的换热管内的节距式链轴除垢器除垢刷刷毛的径向长度与换热管内径相应匹配，该除垢刷或为软钢丝、或为塑料丝、或为牲畜毛制成。

7、根据权利要求4所述的一种污水源热泵系统，其特征在于：所述作为冷凝器或蒸发器的污水源热交换器的换热管内的节距式链轴除垢器节距链轴的其中一端连接驱动装置；或其中一端与超越离合器的被动圈相连接，超越离合器的主动轮轴穿过端盖并与之构成旋转密封，轴端连接驱动装置。

8、根据权利要求1所述的一种污水源热泵系统，其特征在于：所述压缩机与换向阀之间串接设置辅助蒸发器；所述蒸发器前串接有过滤净化装置或加药装置，或串接有过滤净化装置和加药装置。

9、根据权利要求1所述的一种污水源热泵系统，其特征在于：所述作为冷凝器或蒸发器可由数个相同结构的污水源热交换器并联组合构成。

10、根据权利要求1所述的一种污水源热泵系统，其特征在于：所述作为冷凝器或蒸发器的污水源热交换器的换热管为材质是铜、或钢、或合金的螺旋管、或直光管、或波纹管。

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