CN103090478B - 直接式污水源热泵装置 - Google Patents

Abstract

本发明给出一种直接式污水源热泵装置，它包括：几个热泵主机、一个在线污水/氟利昂换热器、节流阀、单向阀和污水池；供热运行时，污水是热源，置于污水池中的在线污水/氟利昂换热器是蒸发器，从热泵主机流出的液态氟利昂，经过单向阀和节流阀，进入蒸发器，从蒸发器获得热量，蒸发成蒸汽，再进入热泵主机，将热量传递给循环水，循环水向用户供热；制冷运行时，污水是冷源，在线污水/氟利昂换热器是冷凝器，从热泵主机流出的氟利昂蒸汽，进入冷凝器凝结，将热量传递给污水，液态氟利昂流出冷凝器，经过单向阀，再进入热泵主机，将冷量传递给循环水，循环水向用户供冷；一个在线污水/氟利昂换热器，同时作为几个热泵主机的蒸发器或冷凝器。

Description

直接式污水源热泵装置

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装置。

背景技术

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。

利用城市污水作为冷热源对建筑进行采暖空调，可以减少能源的消耗。污水源热泵实现了城市废热的回收利用，变废为宝，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。它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，污水源热泵机组一机两用，冬季利用污水源热泵采暖，夏季进行制冷；

2，生活采暖需要消耗能源，采用污水源热泵供热和加温，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；

4，热泵装置不需要燃料；

5，污水源热泵只有两个部件运动，磨损少；

6，管理人员与劳动强度均可减少；

7，运行电费比燃煤锅炉少。

目前，污水源热泵系统已在我国的大部分城市得到了推广与应用。

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。

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。

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，在直接式污水源热泵的污水泵前，一般都采用滤网、格栅等过滤装置，对污水进行处理，但过滤网或污水泵还是经常堵塞，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，但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装置，它的结构包括：几个热泵主机、一个在线污水/氟利昂换热器、节流阀、单向阀和污水池。

当按着供热方式运行时，污水是热源，置于污水池中的在线污水/氟利昂换热器是蒸发器，从热泵主机流出的液态氟利昂，经过单向阀和节流阀，进入蒸发器，从蒸发器获得热量，蒸发成蒸汽，再进入热泵主机，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，置于污水池中的在线污水/氟利昂换热器是冷凝器，从热泵主机流出的氟利昂蒸汽，进入冷凝器凝结，将热量传递给污水，液态氟利昂流出冷凝器，经过单向阀，再进入热泵主机，将冷量传递给循环水，循环水向用户供冷。

所述置于污水池中的一个在线污水/氟利昂换热器，同时作为几个热泵主机的蒸发器或冷凝器。

所述几个热泵主机，它们的结构相同，都包括：四通阀、压缩机、氟利昂/水换热器、节流阀和单向阀。热泵主机可以用于供热，也可以用于制冷。当用于供热时，氟利昂蒸汽进入热泵主机，经过四通阀和压缩机，进入氟利昂/水换热器，氟利昂向循环水传热，循环水向外供热，氟利昂蒸汽凝结后流出，通过单向阀，从热泵主机流出。当用于制冷时，液态的氟利昂进入主机，通过节流阀，进入氟利昂/水换热器，循环水向氟利昂传热，循环水向外供冷，氟利昂蒸发成蒸汽，再经过四通阀和压缩机，流出热泵主机。

所述在线污水/氟利昂换热器，它包括：用于氟利昂进出的两个氟利昂接口管、多个氟利昂传热管、一接二联箱管，二接三联箱管，汇合管和垫脚。在线污水/氟利昂换热器是浸没在污水池内的排管换热器，呈长条状，横截面为多根传热管，顺排成矩形，可用作蒸发器，也可用作冷凝器。当用作蒸发器时，液态氟利昂通过氟利昂接口管，进入换热器最下边一排的各个氟利昂传热管，再经过一接二联箱管，进入上面两排各个氟利昂传热管，再经过二接三联箱管，进入最上面三排的各个氟利昂传热管，氟利昂液体全部变成蒸汽，进入汇合管，通过氟利昂接口管输出。垫脚支撑传热管排，保持管间距离。

所述四通阀，它是含有四个截止阀、四个接出管的环形的流通氟利昂的管路结构，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。

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。

所述节流阀，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、氟利昂进口和制冷出口。

感温包设置在蒸发器出口处，当感温包中的氟利昂感受到蒸发器出口温度后，氟利昂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，氟利昂流量按比例增加，反之，热力膨胀阀开启变小，氟利昂流量按比例减小。

所述氟利昂/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、氟利昂液体口、氟利昂蒸汽口、前端盖、后端盖和支座。

氟利昂在传热管内流动，水在管外，在筒体内装有多块折流板。当它作为蒸发器时，氟利昂从氟利昂液体口进入换热器，从冷水吸热，冷水被降温，氟利昂蒸发，氟利昂蒸汽从氟利昂蒸汽口输出。当它作为冷凝器时，氟利昂蒸汽从氟利昂蒸汽口进入换热器，氟利昂向冷水传热，冷水被加温，氟利昂凝结，液态的氟利昂从氟利昂液体口输出。

所述污水池，它是污水旁通渠道，与污水主渠道平行，而且贴近，污水池的进水口，有进水阀与污水主渠道相通，污水池的出水口，有出水阀与污水主渠道相通。在线污水/氟利昂换热器，水平地置于污水池污水中。通过污水池的前端壁，向外接有换热器的氟利昂接口管，通过污水池的后端壁，也向外接有氟利昂接口管。污水池的左侧壁与右侧壁，它们的内壁面上，均有一半突出，另一半凹陷，形成水平的阶梯状，两者将在线污水/氟利昂换热器夹在中间，形成曲折的污水池。在线污水/氟利昂换热器放置于两个底座上，在线污水/氟利昂换热器下方，与污水池的底面之间，形成集污空间，用于积聚泥沙，并定期清除。

直接式污水源热泵装置的冷热源都来自污水。当按着供热方式运行时，污水是热源，在线污水/氟利昂换热器是蒸发器，氟利昂/水换热器是冷凝器，水在冷凝器中被氟利昂加热后，向用户供给热水；当按着制冷方式运行时，污水是冷源，在线污水/氟利昂换热器是冷凝器，氟利昂/水换热器是蒸发器，水在蒸发器中被氟利昂冷却后，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装置，不仅不需要污水/水换热器，甚至也不需要管壳式的污水/氟利昂换热器，将氟利昂传热管直接放到污水池，即放到污水旁通渠道中，污水与氟利昂在污水旁通渠道中进行换热。在污水旁通渠道中，污水平衡均匀地流动，没有动力抽吸，污水流通管路不易被堵塞，能够长时间稳定工作。

2，在污水/氟利昂换热器中，污水直接与氟利昂进行热量交换，无论氟利昂是得到热量，还是失去热量，相对于有中介水换热的情况，氟利昂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/水换热器和管壳式污水/氟利昂换热器，中介水循环水泵和污水泵，机房占地面积减少，降低了土建和设备投资，也减少了能耗。

4，从机房的热泵机组到户外的污水池，来回输送氟利昂管线的地沟，可以很浅，氟利昂不用考虑天冷冻结的问题。

附图说明

图1是本发明直接式污水源热泵装置实施例的总体结构图；

图2是本发明直接式污水源热泵装置实施例的污水池内置换热器结构图；

图3是本发明直接式污水源热泵装置实施例的在线污水/氟利昂换热器结构图；

图4是本发明直接式污水源热泵装置实施例的四通阀结构图；

图5是本发明直接式污水源热泵装置实施例的压缩机结构图；

图6是本发明直接式污水源热泵装置实施例的节流阀结构图；

图7是本发明直接式污水源热泵装置实施例的氟利昂/水换热器结构图；

图8是本发明直接式污水源热泵装置实施例的热泵主机结构图；

图9是本发明直接式污水源热泵装置实施例的供热方式运行图；

图10是本发明直接式污水源热泵装置实施例的制冷方式运行图。

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装置实施例的总体结构图。

本发明直接式污水源热泵装置实施例的总体结构包括：热泵主机10、热泵主机20、热泵主机30、热泵主机40、节流阀650、单向阀660、在线污水/氟利昂换热器300和污水池200。其中，热泵主机10、热泵主机20、热泵主机30和热泵主机40，四个热泵主机的结构完全相同，它们并联工作。热泵主机的数目可以不是四个，具体数目不限，但都是并联工作。

本发明直接式污水源热泵装置实施例可以用于供热，也可以用于制冷。

当用于供热时，氟利昂蒸汽从热泵主机氟利昂进口14进入主机，经过四通阀400，和压缩机500，进入氟利昂/水换热器700。此时，氟利昂/水换热器700是个冷凝器，它是个壳管式换热器，氟利昂在传热管内流动，循环水在管外，二者进行换热。循环水通过换热器外壳上的进出水管，向外供热，管内的氟利昂蒸汽凝结后，从传热管的氟利昂出口流出。当管内的氟利昂蒸汽凝结流出后，不能通过逆向节流阀600，而是旁路通过单向阀610，再经过热泵主机10的氟利昂出口17流出。四个热泵主机：热泵主机10、热泵主机20、热泵主机30和热泵主机40，不仅结构相同，工作状态也相同。热泵主机20，氟利昂蒸汽从氟利昂进口24进入主机，液态氟利昂从氟利昂出口27流出。热泵主机30，氟利昂蒸汽从氟利昂进口34进入主机，液态氟利昂从氟利昂出口37流出。热泵主机40，氟利昂蒸汽从氟利昂进口44进入主机，液态氟利昂从氟利昂出口47流出。四个热泵主机流出的液态氟利昂，不能通过反向的单向阀660，而是通过节流阀650，进入在线污水/氟利昂换热器300。节流阀650的通流面积大小，根据设于在线污水/氟利昂换热器300出口管道上的感温包670的温度信号，进行调节。以保证在线污水/氟利昂换热器300出口氟利昂蒸汽，是处于微过热状态。

在线污水/氟利昂换热器300位于污水池200中，污水池200进出口，通过进水阀210和出水阀230，与污水主渠道100相通，污水主渠道内有阻水阀120，通过转动阻水阀120与污水流向成一个角度，增大污水主渠道流动阻力，从污水主渠道100中，分出一部分或全部污水，转向通过过滤器220，再通过进水阀210，进入污水池200中，与在线污水/氟利昂换热器300内的氟利昂进行热交换。然后，通过出水阀230，再回到污水主渠道100。

图2给出了本发明直接式污水源热泵装置实施例的污水池内置换热器结构图。

污水池200与污水主渠道100平行，而且贴近，它是污水旁通渠道。污水池200进水口，有进水阀210，与污水主渠道100相通，污水池200出水口，有出水阀230，与污水主渠道100相通。在线污水/氟利昂换热器300，沿污水池200的中线，纵向置于污水池中。

在线污水/氟利昂换热器300横截面为矩形，呈长条状，水平地置于污水池200的污水中。在线污水/氟利昂换热器300的一端称作进水端，位于污水池200进水口处，与进水阀210靠近；在线污水/氟利昂换热器300的另一端称作出水端，位于污水池200出水口处，与出水阀230靠近。在线污水/氟利昂换热器300的进水端上，通过污水池200的前端壁260，向外接有氟利昂接口管310，液态氟利昂通过氟利昂接口管310，进入换热器；在线污水/氟利昂换热器300的出水端上，通过污水池200的后端壁270，向外接有氟利昂接口管320，氟利昂蒸汽通过氟利昂接口管320，流出换热器。污水池200的左侧壁250与右侧壁240，它们的内壁面上，均有一半突出，另一半凹陷，形成水平的阶梯状，两者将在线污水/氟利昂换热器300夹在中间，形成曲折的污水池200，其目的，是为了引导污水池200内流动的污水穿过换热器，进行充分换热。

在线污水/氟利昂换热器300，放置于底座290上，在线污水/氟利昂换热器300下方，与污水池200的底面之间，形成集污空间280，用于积聚泥沙，并定期清除，以防换热器被泥沙掩埋，影响换热。

图3给出了本发明直接式污水源热泵装置实施例的在线污水/氟利昂换热器结构图。

本发明直接式污水源热泵装置实施例的在线污水/氟利昂换热器300，它包括：氟利昂接口管310、氟利昂传热管350、一接二联箱管360，二接三联箱管330，汇合管340、氟利昂接口管320和垫脚370。在线污水/氟利昂换热器300的在线含义，是指它设置在污水管线上。

本发明直接式污水源热泵装置实施例的在线污水/氟利昂换热器300，是一种浸没式的排管换热器，呈长条状。当在线污水/氟利昂换热器300用作蒸发器时，液态氟利昂通过氟利昂接口管310，同时进入换热器的最下边一排的各个氟利昂传热管，流动一个行程后，氟利昂被加热，经过一接二联箱管360，同时进入上面两排的各个氟利昂传热管，再流动一个行程后，氟利昂被加热部分蒸发，经过二接三联箱管330，同时进入最上面三排的各个氟利昂传热管，在三排氟利昂传热管内流动一个行程后，氟利昂液体全部变成蒸汽，并稍许过热，进入汇合管340，通过氟利昂接口管320输出。垫脚370用于上下支撑传热管排，保持管间距离。

本发明直接式污水源热泵装置实施例的在线污水/氟利昂换热器300，横截面为多根传热管350，顺排，形成矩形，横向和竖向传热管间距为2-4厘米，管间距不宜太小，以防影响清污。传热管350内径为1-3厘米，换热器的总长度为3-15米。

本发明的在线污水/氟利昂换热器，排管外侧流动的水是污水，排管内流动的是氟利昂，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，对排管的外表面，要做表面处理，可以电镀耐蚀金属，比如：铬或镍。

图4给出了本发明直接式污水源热泵装置实施例的四通阀结构图。

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，热泵中的氟利昂流动方向需要逆转，需要通过阀门控制，使压缩机的氟利昂进出口调换，达到改变氟利昂流向的目的。这一功能利用四通阀来完成。

四通阀是一个含有四个截止阀的环形的流通氟利昂的管路结构，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。

四通阀，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装置实施例中，下接出管407接到压缩机500的进口，而上接出管405接到压缩机410的出口。即，压缩机410的氟利昂排气，通过上接出管405进入到四通阀；四通阀通过下接出管407，向压缩机500供气。

图4-2表示的是四通阀的一种工作模式，在这种模式下，四通阀内部，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。氟利昂通过上接出管405进入四通阀，然后，通过右接出管406输出；而通过左接出管408进入到四通阀的氟利昂，通过下接出管407输出。

图4-3表示的是四通阀的另一种工作模式，在这种模式下，四通阀内部，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。氟利昂通过上接出管405进入四通阀，然后，通过左接出管408输出；而通过右接出管406进入到四通阀的氟利昂，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装置实施例的压缩机结构图。

本发明直接式污水源热泵装置实施例的压缩机是螺杆式压缩机。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氟利昂蒸汽的吸人、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，改变输出的压缩氟利昂量，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％-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装置实施例的节流阀结构图。

本发明直接式污水源热泵装置实施例的节流阀，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、氟利昂进口603和制冷出口611。

节流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，同时控制氟利昂的流量；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。

节流阀是通过感受蒸发器出口气态氟利昂的过热度来控制进入蒸发器的氟利昂流量。节流阀由感应机构、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中的氟利昂感受到蒸发器出口温度后，氟利昂蒸汽通过毛细管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，节流阀开启增大，氟利昂流量按比例增加。反之，节流阀开启变小，氟利昂流量按比例减小。因此，节流阀通过控制过热度实现热泵系统的自我调整。

图7给出了本发明直接式污水源热泵装置实施例的氟利昂/水换热器结构图。

本发明直接式污水源热泵装置实施例的氟利昂/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、循环水进口703、循环水出口706、氟利昂液体口711、氟利昂蒸汽口709、前端盖710、后端盖707和支座708。

氟利昂在传热管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。由于氟利昂在管内流动，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装置实施例的氟利昂/水换热器，既可以作为蒸发器，也可以作为循环凝器。当它作为蒸发器时，氟利昂从氟利昂液体口711进入换热器，从循环水吸热，循环水被降温，氟利昂蒸发，氟利昂蒸汽从氟利昂蒸汽口709输出；当它作为循环凝器时，氟利昂蒸汽从氟利昂蒸汽口709进入换热器，氟利昂向循环水传热，循环水被加温，氟利昂凝结，液态的氟利昂从氟利昂液体口711输出。

采用氟利昂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装置实施例的氟利昂/水换热器，主要是考虑当它被用作蒸发器时，氟利昂中的润滑油，可以随着管内氟利昂工质的高速流动，一起返回压缩机。特别是当采用氟里昂作为氟利昂时，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装置实施例的热泵主机结构图。

本发明直接式污水源热泵装置实施例的一个热泵主机的结构图，其他几个热泵主机的结构完全相同。热泵主机的结构包括：四通阀400、压缩机500、氟利昂/水换热器700、节流阀600和旁路通过单向阀610。热泵主机可以用于供热，也可以用于制冷。

当用于供热时，如图所示，氟利昂蒸汽从热泵主机的氟利昂接口14进入主机，经过四通阀400，和压缩机500，经过氟利昂/水换热器700的氟利昂蒸汽口709，进入氟利昂/水换热器700。此时，氟利昂/水换热器700是个冷凝器，它是个壳管式换热器，氟利昂在传热管内流动，循环水在管外，二者进行换热。循环水通过换热器外壳上的进出水管，向外供热，管内的氟利昂蒸汽凝结后，从氟利昂液体口711流出。液态的氟利昂流出后，不能通过逆向节流阀600，而是旁路通过单向阀610，再经过热泵主机的氟利昂接口17流出。

当用于制冷时，液态的氟利昂从热泵主机的氟利昂接口17进入主机，通过节流阀600，经过氟利昂/水换热器700的从氟利昂液体口711，进入氟利昂/水换热器700。此时，氟利昂/水换热器700是个蒸发器，氟利昂在传热管内流动，循环水在管外，二者进行换热。循环水通过换热器外壳上的进出水管，向外供冷。氟利昂被循环水加热，完全蒸发，通过氟利昂蒸汽口709流出。再经过四通阀400，和压缩机500，从氟利昂接口14流出主机。

图9给出了本发明直接式污水源热泵装置实施例的供热方式运行图。

本发明直接式污水源热泵装置实施例，在供热方式运行时，氟利昂在氟利昂管路中，按着逆时针方向运行。

此时，在线污水/氟利昂换热器300是蒸发器。在在线污水/氟利昂换热器300内，传热管内的氟利昂得到管外污水的热量，由液态蒸发变成蒸汽流出，流经感温包670，进入主机10，经过四通换向阀400，进入压缩机500，压缩后的氟利昂蒸汽，进入氟利昂/水换热器700。在这里，氟利昂/水换热器700是冷凝器，氟利昂在传热管内，凝结成液态，从传热管出口流出，单向阀610的方向是全开，相当于将节流阀600短路，液态的氟利昂流经节流阀650，由于节流降压作用，部分氟利昂汽化，氟利昂形成低温的汽液两相混合物，然后流入在线污水/氟利昂换热器300。节流阀650的开度，受感温包670温度信号的控制。节流阀650并联的单向阀处于截止状态。

热泵主机10、热泵主机20、热泵主机30和热泵主机40的结构完全相同，四个热泵主机并联工作。

在在污水/氟利昂换热器300内，即在蒸发器内，管内的氟利昂吸收管外污水的热量，氟利昂由液相变为汽相，携带污水热量的氟利昂蒸汽，进入压缩机被压缩成高压氟利昂蒸汽，同时携带了污水热量和压缩机功转变的能量的高压氟利昂蒸汽，进入氟利昂/水换热器700，即进入冷凝器，在这里，通过传热，氟利昂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，氟利昂在通过节流阀，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装置实施例的制冷方式运行图。

本发明直接式污水源热泵装置实施例，在制冷方式运行时，氟利昂在氟利昂管路中，按着顺时针方向运行。

此时，在线污水/氟利昂换热器300是冷凝器。在在线污水/氟利昂换热器300内，传热管内的氟利昂向管外污水传递热量，由蒸汽凝结成液态氟利昂，从传热管流出，流向节流阀。单向阀660的方向是全开，相当于将节流阀650短路。进入热泵主机10液态的氟利昂，流经节流阀600，由于节流降压作用，部分氟利昂汽化，氟利昂形成低温的液汽两相混合物，然后流入氟利昂/水换热器700。单向阀610此时处于截止状态。此时，氟利昂/水换热器700是蒸发器，氟利昂在传热管内，吸热沸腾蒸发成蒸汽，从传热管出口流出。即在氟利昂/水换热器700内，即在蒸发器内，管内的氟利昂吸收管外循环水的热量，氟利昂由液相变为汽相。

热泵主机10、热泵主机20、热泵主机30和热泵主机40的结构完全相同，四个热泵主机并联工作。

携带循环水热量的氟利昂蒸汽，经过四通换向阀400，进入压缩机500。低温的氟利昂蒸汽进入压缩机，被压缩成高温高压氟利昂蒸汽，同时携带了循环水热量和压缩机功转变的能量的高压氟利昂蒸汽，再进入污水/氟利昂换热器300，即进入冷凝器。在这里，通过传热，氟利昂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，而氟利昂由蒸汽凝结成液态。从而完成将室内热量，通过循环水，再通过氟利昂，再通过污水，传递到室外污水干渠的制冷功能。然后，氟利昂再通过节流阀，节流降压，再进入热泵主机，完成制冷热力循环。

Claims (7)

1.一种直接式污水源热泵装置，它的结构包括：多个热泵主机、一个在线污水/氟利昂换热器、节流阀、单向阀和污水池；

当按着供热方式运行时，污水是热源，置于污水池中的在线污水/氟利昂换热器是蒸发器，从热泵主机流出的液态氟利昂，经过单向阀和节流阀，进入蒸发器，从蒸发器获得热量，蒸发成蒸汽，再进入热泵主机，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，置于污水池中的在线污水/氟利昂换热器是冷凝器，从热泵主机流出的氟利昂蒸汽，进入冷凝器凝结，将热量传递给污水，液态氟利昂流出冷凝器，经过单向阀，再进入热泵主机，将冷量传递给循环水，循环水向用户供冷；

所述置于污水池中的一个在线污水/氟利昂换热器，同时作为多个热泵主机的蒸发器或冷凝器；其特征在于：所述污水池，它是污水旁通渠道，与污水主渠道平行，而且贴近，污水池的进水口，有进水阀与污水主渠道相通，污水池的出水口，有出水阀与污水主渠道相通；在线污水/氟利昂换热器，水平地置于污水池污水中；通过污水池的前端壁，向外接有换热器的氟利昂接口管，通过污水池的后端壁，也向外接有氟利昂接口管；污水池的左侧壁与右侧壁，它们的内壁面上，均有一半突出，另一半凹陷，形成水平的阶梯状，两者将在线污水/氟利昂换热器夹在中间，形成曲折的污水池；在线污水/氟利昂换热器放置于两个底座上，在线污水/氟利昂换热器下方，与污水池的底面之间，形成集污空间，用于积聚泥沙，并定期清除。

2.按照权利要求1所述的一种直接式污水源热泵装置，其特征在于：

所述多个热泵主机，它们的结构相同，都包括：四通阀、压缩机、氟利昂/水换热器、节流阀和单向阀；热泵主机可以用于供热，也可以用于制冷；当用于供热时，氟利昂蒸汽进入热泵主机，经过四通阀和压缩机，进入氟利昂/水换热器，氟利昂向循环水传热，循环水向外供热，氟利昂蒸汽凝结后流出，通过单向阀，从热泵主机流出；当用于制冷时，液态的氟利昂进入主机，通过节流阀，进入氟利昂/水换热器，循环水向氟利昂传热，循环水向外供冷，氟利昂蒸发成蒸汽，再经过四通阀和压缩机，流出热泵主机。

3.按照权利要求1所述的一种直接式污水源热泵装置，其特征在于：

所述在线污水/氟利昂换热器，它包括：用于氟利昂进出的两个氟利昂接口管、多个氟利昂传热管、一接二联箱管，二接三联箱管，汇合管和垫脚；在线污水/氟利昂换热器是浸没在污水池内的排管换热器，呈长条状，横截面为多根传热管，顺排成矩形，可用作蒸发器，也可用作冷凝器；当用作蒸发器时，液态氟利昂通过氟利昂接口管，进入换热器最下边一排的各个氟利昂传热管，再经过一接二联箱管，进入上面两排各个氟利昂传热管，再经过二接三联箱管，进入最上面三排的各个氟利昂传热管，氟利昂液体全部变成蒸汽，进入汇合管，通过氟利昂接口管输出；垫脚支撑传热管排，保持管间距离。

4.按照权利要求2所述的一种直接式污水源热泵装置，其特征在于：

所述四通阀，它是含有四个截止阀、四个接出管的环形的流通氟利昂的管路结构，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2所述的一种直接式污水源热泵装置，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或2所述的一种直接式污水源热泵装置，其特征在于：

所述节流阀，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、氟利昂进口和制冷出口；

感温包设置在蒸发器出口处，当感温包中的氟利昂感受到蒸发器出口温度后，氟利昂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，氟利昂流量按比例增加，反之，热力膨胀阀开启变小，氟利昂流量按比例减小。

7.按照权利要求2所述的一种直接式污水源热泵装置，其特征在于：

所述氟利昂/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、氟利昂液体口、氟利昂蒸汽口、前端盖、后端盖和支座；

氟利昂在传热管内流动，水在管外，在筒体内装有多块折流板；当它作为蒸发器时，氟利昂从氟利昂液体口进入换热器，从冷水吸热，冷水被降温，氟利昂蒸发，氟利昂蒸汽从氟利昂蒸汽口输出；当它作为冷凝器时，氟利昂蒸汽从氟利昂蒸汽口进入换热器，氟利昂向冷水传热，冷水被加温，氟利昂凝结，液态的氟利昂从氟利昂液体口输出。