CN102734982A - 直接式污水源热泵 - Google Patents

Abstract

本发明给出一种直接式污水源热泵，污水直接进入热泵与制冷剂进行换热，结垢少，不堵塞，可以长期稳定工作，它的组成包括：污水循环泵、过滤器、污水/制冷剂换热器、四通换向器、压缩机、电动机、热力膨胀阀、制冷剂/水换热器和冷/热水循环泵。当供热时，污水是热源，污水/制冷剂换热器是蒸发器，制冷剂/水换热器是冷凝器，制冷剂从蒸发器获得热量，蒸发成蒸汽，经过压缩机，进入冷凝器，将热量传递给循环水，循环水向用户供热；当制冷时，污水是冷源，污水/制冷剂换热器是冷凝器，制冷剂/水换热器是蒸发器，循环水在蒸发器中冷却降温后，向用户供给冷水，制冷剂从蒸发器获得热量，蒸发成蒸汽，经过压缩机，进入冷凝器，将热量传递给污水。

Description

直接式污水源热泵

技术领域

本发明涉及热泵技术，特别是涉及直接式污水源热泵。

背景技术

利用城市污水作为冷热源对建筑进行采暖空调，可以直接减少其他短缺能源的消耗，同时还可以达到废物利用的目的，是资源再生利用、发展循环经济、建设节约型社会、友好环境的重要措施。污水源热泵是依靠热泵机组内部制冷剂的物态循环变化，冬季从污水中吸收热量经热泵机组升温后对建筑供热，夏季通过热泵机组把建筑物中的热量传递给污水从而实现供冷。污水替代了冷却塔，具有高效节能、绿色环保、安全可靠、一机多用等突出优点。

污水源热泵实现了城市废热的回收利用，变废为宝，是新型的可再生清洁能源利用技术，符合可持续发展、建设资源节约型、环境友好型社会的要求。将水源热泵系统技术与城市污水结合，在扩大城市污水利用范围、拓展城市污水治理效益方面具有深远意义。

污水源热泵优势：

1，污水源热泵机组可以达到一机两用的效果，即冬季利用污水源热泵采暖，夏季进行制冷，既节约了制冷机组的费用，有节省了锅炉房的占地面积；

2，用于生活采暖和生活水加热等需要的能源消耗，如果依靠直接电热，造成能源再浪费，采用污水源热泵供热和加温才能更有效的利用电能；

3，使用污水源热泵技术供热采暖，对大气及环境无任何污染，而且高效节能，属于绿色环保技术和装置，符合目前我国能源、环保的基本政策；

4，热泵装置不需要燃料输送费用和保管费、排渣运输费等；

5，污水源热泵只有两个部件运动，磨损少，平时无需任何检修；

6，管理人员与劳动强度均可减少，节省工资开支；

7，运行电费比燃煤锅炉小，这是污水源热泵的主要开支。

目前，污水源热泵系统在我国的大部分城市得到了推广与应用，例如：北京、天津、山西、山东、石家庄、新疆、广西等地。

随着整个社会节约能源、环保意识的提高，污水源热泵的应用领域也在不断的扩展。除了在城市供暖制冷、制取生活热水应用外，还在食品、生化、制药工业、种植养殖及农副产品加工储藏领域均得到应用。应该进一步挖掘利用各类可再生的低温热源或废热热源，完善和推广污水源热泵技术，向着建立节约型社会发展。

污水源热泵可分为直接式污水源热泵与间接式污水源热泵两类。直接式系统与污水换热的介质为制冷剂，间接式系统与污水换热的介质为中介水或防冻液。前者污水与制冷剂之间经换热器壁面直接换热；后者则存在中介媒质，从而传热热阻增加，导致热泵系统效率随之下降。直接式系统是目前污水源热泵研究的前沿领域和发展方向。

间接式系统可分为3个循环子系统：(1)污水取排与换热子系统，由水源、污水泵、防阻设备、污水换热器及其连接管路组成；(2)中间换热子系统，由污水换热器、中介循环水泵、热泵机组及其连接管路组成；(3)末端循环子系统，由热泵机组、末端循环泵、末端散热设备及连接管路组成。间接式系统比直接式系统多一个中间换热的环节。

直接式系统与间接式系统相比有很大的优点，主要是：

1，在同样的水源条件下供出同样多的热量，蒸发温度可提高5℃左右，热泵机组效率得以很大提高，系统总的耗电量可降低15％以上。

2，省去了污水换热器及相应的中介水循环水泵，机房占地面积减少，不仅大大降低了土建和设备初投资，而且也减少水泵能耗。

3，获取同样多的热量，所需的污水量可减小一半左右。间接式系统需要考虑中间换热的温差损失，这就限制了污水的降温幅度。

当采用原生污水为热源时，直接式污水源热泵一般都采用滤网、格栅、自动筛滤器等过滤装置，对污水进行处理。尽管在热泵机组前，对污水进行充分的过滤，直接式污水源热泵一般都不能长时间稳定运行，所以，当前我国以原生污水作热源的直接式污水源热泵还不多见，文献所报道的几乎均为间接式污水源热泵。间接式污水源热泵由于污水换热器等中间系统的影响，污水资源利用成本比直接式污水源热泵的大，初投资及运行费用也较大。

虽然直接式污水源热泵简单，节省了污水换热器，制热系数与运行费用均优于间接式污水源热泵，当前直接式污水源热泵的发展不充分，原因在于：

1，直接污水源热泵系统要求热泵机组的蒸发器/冷凝器能够“一器两用”，对蒸发器/冷凝器提出了特殊要求。

2，直接式污水源热泵机组需经过特殊处理，技术难度较大。虽然人们有很多设想和试验，但都存在不足。

3，直接式系统要求对热泵机组的蒸发器/冷凝器做较大的改造，而相应的机组厂家较少。间接式污水源热泵，污水不直接进机组，所需机组前的污水换热器已研制成功，并投入生产。

到目前为止，还没有广泛地普及直接式污水源热泵系统；污水源热泵技术诞生以来，基本采用间接式系统，这是从可靠性角度考虑而采取的保守措施。

实现无堵塞连续换热，是利用污水作为热泵冷热源的技术关键，尤其是对于直接式污水源热泵。解决恶劣水质对换热设备及管路的堵塞与污染，实现防腐与无污染换热，是一个世界性技术难题。城市污水水质对热泵的影响主要有腐蚀、结垢及堵塞。通常的做法是在城市污水和热泵之间，设置污水过滤装置和污水换热器，热泵从污水中吸收热量，或向污水中释放热量。交换能量后的污水，从回水管，返回到城市污水的排放系统中。

由于污水粘度大、换热系数低，污水换热器必须做得很庞大；当用污水作为热泵的冷热源，污水必须净化，并经过一个在机组前的额外增设的污水/水换热器，将污水的热量或冷量传递到热泵中介水，这一过程将导致能量损失，降低热泵的能效比。如果污水不经过严格净化，不经过污水/水换热器，直接进入热泵，污水与制冷剂直接进行热交换，热泵中的污水流通管路，通常很快就被堵塞，以至于热泵完全不能工作。

上述有关污水源热泵的背景技术，在以下专著中有详细描述：

1、赵军，戴传山，地源热泵技术与建筑节能应用，北京：中国建筑工业出版社，2009。

2、张旭，热泵技术，北京：化学工业出版社，2007。

3、陈东，谢继红，热泵热水装置，北京：化学工业出版社，2009。

发明内容

本发明的目的是给出一种直接式污水源热泵，它不需要污水/水换热器，污水直接进入热泵与制冷剂进行换热，结垢少，不堵塞，可以长期稳定工作；它的组成包括：污水循环泵、过滤器、污水/制冷剂换热器、四通换向器、压缩机、电动机、热力膨胀阀、制冷剂/水换热器和冷/热水循环泵。

当按着供热方式运行时，污水是热源，污水/制冷剂换热器是蒸发器，制冷剂/水换热器是冷凝器，制冷剂从蒸发器获得热量，蒸发成蒸汽，经过压缩机压缩后，在冷凝器中将热量传递给循环水，循环水向用户供热。

当按着制冷方式运行时，污水是冷源，污水/制冷剂换热器是冷凝器，制冷剂/水换热器是蒸发器，循环水在蒸发器中被制冷剂冷却降温后，向用户供给冷水，而制冷剂从蒸发器获得热量，蒸发成蒸汽，经过压缩机压缩后，在冷凝器中将热量传递给污水。

污水/制冷剂换热器的结构，包括：箱形的壳体、第一流道、第一流道传热管、第二流道、第二流道传热管、第一流道污水出口、第一流道制冷剂进口、第二流道制冷剂进口、第二流道污水出口、弓形隔板、折流板、第一流道污水进口、第一流道制冷剂出口、第二流道制冷剂出口和第二流道污水进口。

污水循环泵，它由前盖、进水口、出水口、泵体、叶轮、前支架、泵盖、轴、潜水电机、接线盒和后支架组成。它是单级单吸卧式潜水离心污水循环泵，其中：接线盒密封设计、采用独特的大流道的叶轮、潜水电机设有冷却水套。污水从进水口，由轴向水平吸入后，经过叶轮，受离心力作用，沿着圆周切线方向，向上通过出水口，向外输出。

过滤器为筒状结构，它的结构包括：筒盖、筒体、筒底、进水口、出水口、过滤板、过滤筒、拉杆、螺栓和支脚。

筒体是用1厘米厚的碳钢板做成，筒体外壁左侧较高处为污水的进水口，右侧较低处为污水的出水口，过滤板是依靠筒体内壁上支脚承载，过滤筒的底板依靠拉杆，吊装在过滤板的下表面，筒盖封住筒体的上口，它是可拆卸的。

污水从筒体的污水进水口进入过滤器后，从上向下穿过过滤板，进入过滤筒，过滤板上有多个直径10厘米的过滤孔，过滤筒上均布直径为4厘米的过滤孔，过滤板为1厘米厚的碳钢板做成，过滤筒是由2毫米厚的不锈钢板围成。

四通换向器，它是含有四个截止阀、四个接出管的环形的流通制冷剂的管路结构，它包括：左上截止阀、右上截止阀、右下截止阀、左下截止阀、上接出管、右接出管、下接出管和左接出管。

四个截止阀的进出口，用管路依次首尾相连，在每一个连接点上，再接出一个短管，作为接出管；在上接出管和右接出管之间，是右上截止阀，在右接出管和下接出管之间，是右下截止阀，在下接出管和左接出管之间，是左下截止阀，在左接出管和上接出管之间，是左上截止阀。

压缩机是螺杆式压缩机，是一种回转式容积式压缩机，它包括：进气口、汽缸、转子、轴、油压活塞、滑阀和排气口；

在汽缸内，装有一对转子，两根转子相互啮合，齿槽与吸汽口相通时吸汽，随着螺杆的旋转，齿槽容积变小，位置向排汽端移动，对蒸汽压缩和输送，当齿槽空间与排汽口相通时，压缩终了，蒸汽被排出，有一个以滑阀为主体的能量调节机构，移动油压活塞，带动连杆移动滑阀，改变吸气容积，改变输出量。

热力膨胀阀的结构包括：感温包、毛细管、膜片、顶杆、阀座、阀芯、调整弹簧、调整螺杆、调整螺母、阀体、制冷剂进口和制冷出口；

感温包设置在蒸发器出口处，当感温包中的制冷剂感受到蒸发器出口温度后，制冷剂蒸汽通过毛细管的传导，使整个感应系统处于对应的饱和压力Pb，该压力将通过膜片传给顶杆直到阀芯，在压力腔上部的膜片仅有Pb存在，膜片的下方有调整弹簧的弹簧力Pt和蒸发压力P0，三者处于平衡时有Pb＝Pt+Po，当蒸发器热负荷增大时，出口过热度偏高，Pb增大，Pb＞Pt+Po，合力使顶杆、阀芯下移，热力膨胀阀开启增大，制冷剂流量按比例增加，反之，热力膨胀阀开启变小，制冷剂流量按比例减小。

制冷剂/水换热器是卧式壳管式换热器，它的结构包括：筒体、管板、传热管、折流板、冷水进口、冷水出口、制冷剂液体口、制冷剂蒸汽口、前端盖、后端盖和支座；

制冷剂在传热管内流动，水在管外，在筒体内装有多块折流板；当它作为蒸发器时，制冷剂从制冷剂液体口进入换热器，从冷水吸热，冷水被降温，制冷剂蒸发，制冷剂蒸汽从制冷剂蒸汽口输出；当它作为冷凝器时，制冷剂蒸汽从制冷剂蒸汽口进入换热器，制冷剂向冷水传热，冷水被加温，制冷剂凝结，液态的制冷剂从制冷剂液体口输出。

冷/热水循环泵是单级单吸离心泵，轴向吸入，它由泵体、泵盖、叶轮、轴、密封环、轴套、悬架轴承部件、进水口和出水口组成；

泵体和泵盖构成泵的工作室，叶轮、轴和滚动轴承等为泵的转子，悬架轴承部件支撑着泵的转子部件，滚动轴承承受泵的径向力和轴向力，轴向密封采用填料密封，以防止进气或漏水。

污水/制冷剂换热器是一种特殊的管壳式换热器，它的外形是一个矩形箱式壳体，它的箱体内空间是污水的流道，有很多折流板，使污水的流动拐来拐去；箱体内并排放置的传热管，并不穿过折流板，而是与水流一样，沿着折流板，也拐来拐去，水流与传热管排不相交，传热管是无缝钢管，管内是制冷剂氟利昂。

直接式污水源热泵的冷热源都来自污水。当按着供热方式运行时，污水是热源，污水/制冷剂换热器是蒸发器，制冷剂/水换热器是冷凝器，水在冷凝器中被制冷剂加热后，向用户供给热水；当按着制冷方式运行时，污水是冷源，污水/制冷剂换热器是冷凝器，制冷剂/水换热器是蒸发器，水在蒸发器中被制冷剂冷却后，向用户供给冷水。

本发明的优点是：

1，本发明的直接式污水源热泵，不仅不需要污水/水换热器，甚至也不需要对污水进行严格净化。污水只需经过简单过滤后，直接进入污水源热泵的污水/制冷剂换热器，污水/制冷剂换热器中的污水流通管路不会被堵塞，能够长时间稳定工作。

2，在污水/制冷剂换热器中，污水直接与制冷剂进行热量交换，无论制冷剂是得到热量，还是失去热量，相对于有中介水换热的情况，制冷剂在其中都可以实现较大的温差，从污水得到或向污水放出较多的热量，热泵机组效率得以很大提高。

3，省去污水换热器、中介水循环水泵及相应的管路，机房占地面积减少，降低了土建和设备初投资，减少水泵能耗。

附图说明

图1是本发明直接式污水源热泵实施例的污水循环泵结构图；

图2是本发明直接式污水源热泵实施例的过滤器结构图；

图3是本发明直接式污水源热泵实施例的污水/制冷剂换热器结构图；

图4是本发明直接式污水源热泵实施例的四通换向器结构图；

图5是本发明直接式污水源热泵实施例的压缩机结构图；

图6是本发明直接式污水源热泵实施例的热力膨胀阀结构图；

图7是本发明直接式污水源热泵实施例的制冷剂/水换热器结构图；

图8是本发明直接式污水源热泵实施例的冷/热水循环泵结构图；

图9是本发明直接式污水源热泵实施例的供热方式运行系统图；

图10是本发明直接式污水源热泵实施例的制冷方式运行系统图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。

图1给出了本发明直接式污水源热泵实施例的污水循环泵结构图。

本发明直接式污水源热泵实施例的污水循环泵，它由前盖106、进水口110、出水口120、泵体101、叶轮107、前支架108、泵盖102、轴103、潜水电机104、接线盒105和后支架109等零件组成。

本发明的污水循环泵，是单级单吸卧式潜水离心污水循环泵。

其中：接线盒105密封设计，能防止漏水；采用独特的大流道的叶轮107，不阻塞，防缠绕性能良好，能顺利地输送含固体颗粒和长纤维，或其它悬浮物的液体；潜水电机104设有冷却水套，能够可靠的冷却电机。

污水从进水口110，由轴向水平吸入后，经过叶轮107，受离心力作用，沿着圆周切线方向，向上通过出水口120，向外输出。

图2给出了本发明直接式污水源热泵实施例的过滤器结构图。

本发明直接式污水源热泵实施例的过滤器为筒状结构，它包括：筒盖201、筒体202、筒底210、进水口204、出水口203、过滤板206、过滤筒207、拉杆208、螺栓209和支脚205。

筒体201是用1厘米厚的碳钢板做成，筒体外壁左侧较高处为污水的进水口204，右侧较低处为污水的出水口203，过滤板206依靠筒体202内壁上支脚205承载，过滤筒207的底板依靠拉杆208，吊装在过滤板206的下表面，筒盖201封住筒体202的上口，它是可拆卸的，定期打开，掏出过滤的赃物。

污水从筒体202的污水进水口204进入过滤器后，从上向下穿过过滤板206，进入过滤筒207。过滤板206上有多个直径10厘米的过滤孔，过滤筒207上均布直径为4厘米的过滤孔。过滤板206为1厘米厚的碳钢板做成，过滤筒207是由2毫米厚的不锈钢板围成。

图3给出了本发明直接式污水源热泵实施例的污水/制冷剂换热器结构图。

本发明直接式污水源热泵实施例的污水/制冷剂换热器，它包括：箱形的壳体305、第一流道320、第一流道传热管330、第二流道340、第二流道传热管350、第一流道污水出口301、第一流道制冷剂进口302、第二流道制冷剂进口303、第二流道污水出口304、弓形隔板306、折流板307、第一流道污水进口308、第一流道制冷剂出口309、第二流道制冷剂出口310和第二流道污水进口311。

本发明直接式污水源热泵实施例的污水/制冷剂换热器是一种特殊的管壳式换热器，它的外形是一个矩形箱式壳体，它的箱体内空间是污水的流道，有很多折流板，使污水的流动拐来拐去；箱体内并排放置的传热管，并不穿过折流板，而是与水流一样，沿着折流板，也拐来拐去，水流与传热管排不相交。传热管是无缝钢管，管内是制冷剂氟利昂。

本发明的污水/制冷剂换热器的整体大致结构是一个立放的扁平的有很多的水平的横隔板的箱体，其外壳305的左上端，有两个污水流道出口，两个传热管排的制冷剂进口，右下端，有两个污水流道进口，两个传热管排的制冷剂出口。

从上向下，将2，4，6，8等隔板的一端，裁掉一段，裁掉长度约为隔板间距的2倍，形成的一端开口的隔板，称为折流板307。其中，2隔板裁掉右端，4隔板裁掉左端，6隔板裁掉右端，依次类推，从上到下，形成多个折流板。

将1和3隔板的右端，各裁一段，裁掉长度约等于隔板间距；将1和3隔板的新的右端上下用板连接，形成弓形隔板306，其内外侧，各形成一个弓形的折返通道。将3和5隔板左端，各裁掉一段，裁掉长度约等于隔板间距，将3和5隔板的新的左端上下用板连接，再形成一个弓形隔板。将5和7隔板的右端，各裁一段，裁掉长度约等于隔板间距；将5和7隔板的新的右端上下用板连接，再形成一个弓形隔板，依次类推，从上到下，形成连续的弓形隔板。

本发明的污水/制冷剂换热器，从上到下，有两个互相依托的弓形的折返通道，其中：第一流道中的污水流，从右下角的第一流道污水进口308进，经过弓形的折返通道，到左上角的第一流道污水出口301流出；内置换热的排管中的氟利昂，从左上角的第一流道制冷剂进口302进，到右下角的第一流道制冷剂出口309出。水与氟利昂换热是逆流换热。第二流道中的污水流，从右下角的第二流道污水进口311进，经过弓形的折返通道，到左上角的第二流道污水出口304流出；内置换热的排管中的氟利昂，从左上角的第二流道制冷剂进口303进，到右下角的第二流道制冷剂出口310出。水与氟利昂换热也是逆流换热。

本发明的污水/制冷剂换热器，是一个弓形流道排管式换热器。排管外侧流动的水是污水，排管内流动的是制冷剂氟利昂，污水与氟利昂进行对流换热。为了最大限度的防止污水中的杂物堵塞管道，污水在流动中，不能与排管垂直相交，以防污物杂质挂在排管上。

为了防止污水对换热器的腐蚀，对壳体305的内表面，弓形隔板306的两侧表面，折流板307的两侧表面，和排管的外表面，都要表面处理。其中，排管的外表面，可以电镀耐蚀金属，比如：铬和镍，其余板体表面，可以采用烤漆防腐。

图4给出了本发明直接式污水源热泵实施例的四通换向器结构图。

利用污水源的冷量或热量，作为冷热源，热泵可以进行制冷循环，或进行制热循环。但当热泵由一种循环模式向另一种循环模式转变时，热泵中的制冷剂流动方向需要逆转，需要通过阀门控制，使压缩机的制冷剂进出口调换，达到改变制冷剂流向的目的。这一功能利用四通换向器来完成。

四通换向器是一个含有四个截止阀的环形的流通制冷剂的管路结构，它包括：左上截止阀401、右上截止阀402、右下截止阀403、左下截止阀404、上接出管405、右接出管406、下接出管407和左接出管408。

四通换向器，它类似电子学中，用四个二极管构成的桥式整流电路，四个截止阀401、402、403、404的进出口，用管路依次首尾相连，在每一个连接点上，利用三通管，再接出一个短管，作为接出管，这样的接出管，共有四个，即405、406、407、408。

如图4-1所示：在上接出管405和右接出管406之间，是右上截止阀402；在右接出管406和下接出管407之间，是右下截止阀403；在下接出管407和左接出管408之间，是左下截止阀404；在左接出管408和上接出管405之间，是左上截止阀401。

在本发明直接式污水源热泵实施例中，下接出管407接到压缩机410的进口，而上接出管405接到压缩机410的出口。即，压缩机410的制冷剂排气，通过上接出管405进入到四通换向器；四通换向器通过下接出管407，向压气机410供气。

图4-2表示的是四通换向器的一种工作模式，在这种模式下，四通换向器内部，通过开闭相关截止阀，上接出管405和右接出管406相连，下接出管407和左接出管408相连。制冷剂通过上接出管405进入四通换向器，然后，通过右接出管406输出；而通过左接出管408进入到四通换向器的制冷剂，通过下接出管407输出。

图4-3表示的是四通换向器的另一种工作模式，在这种模式下，四通换向器内部，通过开闭相关截止阀，上接出管405和左接出管408相连，下接出管407和右接出管406相连。制冷剂通过上接出管405进入四通换向器，然后，通过左接出管408输出；而通过右接出管406进入到四通换向器的制冷剂，通过下接出管407输出。

图5给出了本发明直接式污水源热泵实施例的压缩机结构图。

螺杆式压缩机是一种回转式容积式压缩机，它包括：进气口501、汽缸503、转子502、轴504、油压活塞507、滑阀506和排气口505。它利用螺杆的齿槽容积和位置的变化来完成制冷剂蒸汽的吸人、压缩和排气过程。目前，螺杆压缩机已是制冷和热泵压缩机中主要机种之一。

螺杆式压缩机，在断面为双圆相交的汽缸内，装有一对转子——阳转子和阴转子。阳转子有四个齿，阴转子有六个齿，两根转子相互啮合。当阳转子旋转一周，隐转子旋转2/3周，或者说，阳子的转速比阴转子的转速快50％。在汽缸503的吸汽端座上开有吸汽口501，当齿槽与吸汽口501相通时，吸汽就开始，随着螺杆502的旋转，齿槽脱离吸汽口501，一对齿槽空间吸满蒸汽，螺杆502继续旋转，两螺杆的齿与齿槽相互啮合，由汽缸体、啮合的螺杆和排汽端座组成的齿槽容积变小，而且位置向排汽端移动，完成了对蒸汽压缩和输送的作用。当这对齿槽空间与端座的排汽口505相通时，压缩终了，蒸汽被排出。每对齿槽空间都存在着吸汽、压缩、排汽三个过程。在同一时刻存在着吸汽、压缩、排汽三个过程，不过它们发生在不同的齿槽空间。

螺杆式压缩机有一个由滑阀506为主体的能量调节机构，移动油压活塞507，带动连杆移动滑阀506，能够改变吸气容积，改变输出的压缩制冷剂量，从而达到改变制冷量或供热量的目的。

螺杆式压缩机的优点：

1，螺杆式压缩机只有旋转运动，没有往复运动，平衡性好，振动小。

2，螺杆式压缩机的结构简单、易损件少，可靠性高，检修周期长。

3，螺杆式压缩机没有余隙，没有吸、排汽阀，在高压缩比下，可用单级压缩。

4，螺杆式压缩机对湿压缩不敏感。

5，螺杆式压缩机的制冷量可以在10％一100％范围内无级调节。

螺杆式压缩机的缺点：

噪声较大，需要设置一套润滑油分离、冷却、过滤和加压的辅助设备，造成机组体积大。

图6给出了本发明直接式污水源热泵实施例的热力膨胀阀结构图。

本发明直接式污水源热泵实施例的热力膨胀阀，它的结构包括：感温包612、毛细管610、，膜片601、顶杆602、阀座604、阀芯605、调整弹簧606、调整螺杆609、调整螺母608、阀体607、制冷剂进口603和制冷出口611。

热力膨胀阀是组成热泵装置的重要部件，是热泵系统中基本设备之一。它实现从冷凝压力至蒸发压力的压降，同时控制制冷剂的流量；它的体积虽小，但作用巨大，它的工作好坏，直接决定整个系统的运行性能。

热力膨胀阀是通过感受蒸发器出口气态制冷剂的过热度来控制进入蒸发器的制冷剂流量。热力膨胀阀由感应机构、执行机构、调整机构和阀体组成。感应机构中充注氟利昂工质，感温包612设置在蒸发器614出口613处，其出口处温度与蒸发温度之间存在温差，通常称为过热度。感温包612中的制冷剂感受到蒸发器出口温度后，制冷剂蒸汽通过毛细管610的传导，使整个感应系统处于对应的饱和压力Pb。该压力将通过膜片601传给顶杆602直到阀芯605。在压力腔上部的膜片601仅有Pb存在，膜片601的下方有调整弹簧606的弹簧力Pt和蒸发压力P0，三者处于平衡时有Pb＝Pt+Po。当蒸发器614热负荷增大时，出口过热度偏高，Pb增大，Pb＞Pt+Po，合力使顶杆602、阀芯605下移，热力膨胀阀开启增大，制冷剂流量按比例增加。反之，热力膨胀阀开启变小，制冷剂流量按比例减小。因此，热力膨胀阀通过控制过热度实现热泵系统的自我调整。

图7是本发明直接式污水源热泵实施例的制冷剂/水换热器结构图。

本发明直接式污水源热泵实施例的制冷剂/水换热器，是卧式壳管式换热器，它的结构包括：筒体705、管板701、传热管704、折流板702、冷水进口703、冷水出口706、制冷剂液体口711、制冷剂蒸汽口709、前端盖710、后端盖707和支座708。

制冷剂在传热管704内流动，水在管外，为了提高管外水的流速，在筒体705内装有多块折流板702。由于制冷剂在管内流动，充液量少，而且流速较高，容易解决润滑油返回压缩机的问题。此外，由于水在传热管704外，传热管704不会冻裂。

本发明直接式污水源热泵实施例的制冷剂/水换热器，既可以作为蒸发器，也可以作为冷凝器。当它作为蒸发器时，制冷剂从制冷剂液体口711进入换热器，从冷水吸热，冷水被降温，制冷剂蒸发，制冷剂蒸汽从制冷剂蒸汽口709输出；当它作为冷凝器时，制冷剂蒸汽从制冷剂蒸汽口709进入换热器，制冷剂向冷水传热，冷水被加温，制冷剂凝结，液态的制冷剂从制冷剂液体口711输出。

采用制冷剂在管内的卧式壳管式换热器，作为本发明直接式污水源热泵实施例的制冷剂/水换热器，主要是考虑当它被用作蒸发器时，制冷剂中的润滑油，可以随着管内制冷剂工质的高速流动，一起返回压缩机。特别是当采用氟里昂作为制冷剂时，这几乎是唯一可以选择的形式，因为，润滑油比氟里昂轻，若在传热管外，很难分离出去。

图8给出了本发明直接式污水源热泵实施例的冷/热水循环泵结构图。

本发明直接式污水源热泵实施例的冷/热水循环泵结构为单级单吸离心泵，轴向吸入，它由泵体804、泵盖806、叶轮803、轴807、密封环、轴套、悬架轴承部件801、进水口805和出水口802组成。

泵体804和泵盖806构成泵的工作室，叶轮803，轴807和滚动轴承等为泵的转子，悬架轴承部件801支撑着泵的转子部件，滚动轴承承受泵的径向力和轴向力，轴向密封采用填料密封，以防止进气或大量漏水。

图9给出了本发明直接式污水源热泵实施例的供热方式运行系统图。

本发明直接式污水源热泵实施例的供热方式运行系统是由三部分管路组成：污水管路、制冷剂管路和循环水管路。

污水管路包括：污水泵100、过滤器200、污水供水管912、污水/制冷剂换热器300壳内和污水回水管路908。潜水的污水泵100，从污水干渠910中提取污水，经过过滤器200，通过污水供水管912，进入污水/制冷剂换热器300的管外壳侧空间流动换热，然后由污水回水管路908，返回到污水干渠910。

制冷剂管路包括：污水/制冷剂换热器300管内、四通换向阀400、压缩机500、制冷剂/水换热器700管内、热力膨胀阀650、单向阀916、热力膨胀阀600和单向阀914。

循环水管路包括：循环水回水管703、循环水泵800、制冷剂/水换热器700壳内和循环水供水管706。

本发明直接式污水源热泵实施例的供热方式运行时，制冷剂在制冷剂管路中，按着顺时针方向运行。

污水/制冷剂换热器300是蒸发器。在污水/制冷剂换热器300内，传热管内的制冷剂得到管外污水的热量，由液态蒸发变成蒸汽，从传热管流出，经过四通换向阀400，进入压缩机500，压缩后的制冷剂蒸汽，进入制冷剂/水换热器700，在这里，制冷剂/水换热器700是冷凝器，制冷剂在传热管内，凝结成液态，从传热管出口流出，单向阀916的方向是全开，相当于将热力膨胀阀650短路，液态的制冷剂流经热力膨胀阀600，由于节流降压作用，部分制冷剂汽化，制冷剂形成低温的液汽两相混合物，然后流入污水/制冷剂换热器300即蒸发器的管内。单向阀914此时处于截止状态。

在污水/制冷剂换热器300内，即在蒸发器内，管内的制冷剂吸收管外污水的热量，制冷剂由液相变为汽相，携带污水热量的制冷剂蒸汽，进入压缩机被压缩成高压制冷剂蒸汽，同时携带了污水热量和压缩机功转变的能量的高压制冷剂蒸汽，再进入制冷剂/水换热器700，即进入冷凝器，在这里，通过传热，制冷剂把污水热量和做功能量转化的热量，通过传热传递到循环水，再通过循环水泵把循环水的热量送到用户。从而完成将热量从低温热源，传递到高温热源的热泵功能。然后，制冷剂在通过热力膨胀阀，节流降压，再进入蒸发器，完成热泵热力循环。

图10给出了本发明直接式污水源热泵实施例的制冷方式运行系统图。

本发明直接式污水源热泵实施例的制冷方式运行系统是由三部分管路组成：污水管路，制冷剂管路，循环水管路。

污水管路包括：污水泵100、过滤器200、污水供水管912、污水/制冷剂换热器300壳内、污水回水管路908。潜水的污水泵100，从污水干渠910中提取污水，经过过滤器200，通过污水供水管912，进入污水/制冷剂换热器300的管外壳侧空间流动换热，然后由污水回水管路908返回到污水干渠910。

制冷剂管路包括：污水/制冷剂换热器300管内、热力膨胀阀600、单向阀914、热力膨胀阀650、单向阀916、制冷剂/水换热器700管内、四通换向阀400、压缩机500。

循环水管路包括：循环水回水管703、循环水泵800、制冷剂/水换热器700壳内、循环水供水管706。

本发明直接式污水源热泵实施例的制冷方式运行时，制冷剂在制冷剂管路中，按着逆时针方向运行。

污水/制冷剂换热器300是冷凝器。在污水/制冷剂换热器300内，传热管内的制冷剂向管外污水传递热量，由蒸汽凝结成液态制冷剂，从传热管流出，流向热力膨胀阀。单向阀914的方向是全开，相当于将热力膨胀阀600短路。液态的制冷剂流经热力膨胀阀650，由于节流降压作用，部分制冷剂汽化，制冷剂形成低温的液汽两相混合物，然后流入制冷剂/水换热器700。单向阀916此时处于截止状态。在这里，制冷剂/水换热器700是蒸发器，制冷剂在传热管内，吸热沸腾蒸发成蒸汽，从传热管出口流出。即在制冷剂/水换热器700内，即在蒸发器内，管内的制冷剂吸收管外循环水的热量，制冷剂由液相变为汽相。

携带循环水热量的制冷剂蒸汽，经过四通换向阀400，进入压缩机500。低温的制冷剂蒸汽进入压缩机，被压缩成高温高压制冷剂蒸汽，同时携带了循环水热量和压缩机功转变的能量的高压制冷剂蒸汽，再进入污水/制冷剂换热器300，即冷凝器。在这里，通过传热，制冷剂把循环水热量和做功能量转化的热量，通过传热传递到污水，而制冷剂由蒸汽凝结成液态，污水泵把污水连同热量排到污水干渠。从而完成将室内热量，通过循环水，再通过制冷剂，再通过污水，传递到室外污水干渠的制冷功能。然后，制冷剂在通过热力膨胀阀，节流降压，再进入蒸发器，完成制冷热力循环。

Claims (9)

1.一种直接式污水源热泵，它包括：污水循环泵、过滤器、污水/制冷剂换热器、四通换向器、压缩机、电动机、热力膨胀阀、制冷剂/水换热器和冷/热水循环泵；

当按着供热方式运行时，污水是热源，污水/制冷剂换热器是蒸发器，制冷剂/水换热器是冷凝器，制冷剂从蒸发器获得热量，蒸发成蒸汽，经过压缩机压缩后，在冷凝器中将热量传递给循环水，循环水向用户供热；

当按着制冷方式运行时，污水是冷源，污水/制冷剂换热器是冷凝器，制冷剂/水换热器是蒸发器，循环水在蒸发器中被制冷剂冷却降温后，向用户供给冷水，而制冷剂从蒸发器获得热量，蒸发成蒸汽，经过压缩机压缩后，在冷凝器中将热量传递给污水；

其特征在于：所述污水/制冷剂换热器，它包括：：箱形的壳体、第一流道、第一流道传热管、第二流道、第二流道传热管、第一流道污水出口、第一流道制冷剂进口、第二流道制冷剂进口、第二流道污水出口、弓形隔板、折流板、第一流道污水进口、第一流道制冷剂出口、第二流道制冷剂出口和第二流道污水进口。

2.按照权利要求1所述的直接式污水源热泵，其特征在于：

所述污水循环泵，它由前盖、进水口、出水口、泵体、叶轮、前支架、泵盖、轴、潜水电机、接线盒和后支架组成；

它是单级单吸卧式潜水离心污水循环泵，其中：接线盒密封设计、采用独特的大流道的叶轮、潜水电机设有冷却水套；

污水从进水口，由轴向水平吸入后，经过叶轮，受离心力作用，沿着圆周切线方向，向上通过出水口，向外输出。

3.按照权利要求1所述的直接式污水源热泵，其特征在于：

所述过滤器为筒状结构，它包括：筒盖、筒体、筒底、进水口、出水口、过滤板、过滤筒、拉杆、螺栓和支脚；

筒体是用1厘米厚的碳钢板做成，筒体外壁左侧较高处为污水的进水口，右侧较低处为污水的出水口，过滤板是依靠筒体内壁上支脚承载，过滤筒的底板依靠拉杆，吊装在过滤板的下表面，筒盖封住筒体的上口，它是可拆卸的；

污水从筒体的污水进水口进入过滤器后，从上向下穿过过滤板，进入过滤筒，过滤板上有多个直径10厘米的过滤孔，过滤筒上均布直径为4厘米的过滤孔，过滤板为1厘米厚的碳钢板做成，过滤筒是由2毫米厚的不锈钢板围成。

4.按照权利要求1所述的直接式污水源热泵，其特征在于：

所述四通换向器，它是含有四个截止阀、四个接出管的环形的流通制冷剂的管路结构，它包括：左上截止阀、右上截止阀、右下截止阀、左下截止阀、上接出管、右接出管、下接出管和左接出管；

四个截止阀的进出口，用管路依次首尾相连，在每一个连接点上，再接出一个短管，作为接出管；在上接出管和右接出管之间，是右上截止阀，在右接出管和下接出管之间，是右下截止阀，在下接出管和左接出管之间，是左下截止阀，在左接出管和上接出管之间，是左上截止阀。

5.按照权利要求1所述的直接式污水源热泵，其特征在于：

所述压缩机，它是螺杆式压缩机，是一种回转式容积式压缩机，它包括：进气口、汽缸、转子、轴、油压活塞、滑阀和排气口；

在汽缸内，装有一对转子，两根转子相互啮合，齿槽与吸汽口相通时吸汽，随着螺杆的旋转，齿槽容积变小，位置向排汽端移动，对蒸汽压缩和输送，当齿槽空间与排汽口相通时，压缩终了，蒸汽被排出，有一个以滑阀为主体的能量调节机构，移动油压活塞，带动连杆移动滑阀，改变吸气容积，改变输出量。

6.按照权利要求1所述的直接式污水源热泵，其特征在于：

所述热力膨胀阀，它的结构包括：感温包、毛细管、膜片、顶杆、阀座、阀芯、调整弹簧、调整螺杆、调整螺母、阀体、制冷剂进口和制冷出口；

感温包设置在蒸发器出口处，当感温包中的制冷剂感受到蒸发器出口温度后，制冷剂蒸汽通过毛细管的传导，使整个感应系统处于对应的饱和压力Pb，该压力将通过膜片传给顶杆直到阀芯，在压力腔上部的膜片仅有Pb存在，膜片的下方有调整弹簧的弹簧力Pt和蒸发压力P0，三者处于平衡时有Pb＝Pt+Po，当蒸发器热负荷增大时，出口过热度偏高，Pb增大，Pb＞Pt+Po，合力使顶杆、阀芯下移，热力膨胀阀开启增大，制冷剂流量按比例增加，反之，热力膨胀阀开启变小，制冷剂流量按比例减小。

7.按照权利要求1所述的直接式污水源热泵，其特征在于：

所述制冷剂/水换热器，它是卧式壳管式换热器，它的结构包括：筒体、管板、传热管、折流板、冷水进口、冷水出口、制冷剂液体口、制冷剂蒸汽口、前端盖、后端盖和支座；

制冷剂在传热管内流动，水在管外，在筒体内装有多块折流板；当它作为蒸发器时，制冷剂从制冷剂液体口进入换热器，从冷水吸热，冷水被降温，制冷剂蒸发，制冷剂蒸汽从制冷剂蒸汽口输出；当它作为冷凝器时，制冷剂蒸汽从制冷剂蒸汽口进入换热器，制冷剂向冷水传热，冷水被加温，制冷剂凝结，液态的制冷剂从制冷剂液体口输出。

8.按照权利要求1所述的直接式污水源热泵，其特征在于：

所述冷/热水循环泵，它是单级单吸离心泵，轴向吸入，它由泵体、泵盖、叶轮、轴、密封环、轴套、悬架轴承部件、进水口和出水口组成；

泵体和泵盖构成泵的工作室，叶轮、轴和滚动轴承等为泵的转子，悬架轴承部件支撑着泵的转子部件，滚动轴承承受泵的径向力和轴向力，轴向密封采用填料密封，以防止进气或漏水。

9.按照权利要求1所述的直接式污水源热泵，其特征在于：

所述污水/制冷剂换热器，它是一种特殊的管壳式换热器，它的外形是一个矩形箱式壳体，它的箱体内空间是污水的流道，有很多折流板，使污水的流动拐来拐去；箱体内并排放置的传热管，并不穿过折流板，而是与水流一样，沿着折流板，也拐来拐去，水流与传热管排不相交，传热管是无缝钢管，管内是制冷剂氟利昂。

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