直接式汙水源熱泵的製作方法

2023-09-20 11:37:25

專利名稱：直接式汙水源熱泵的製作方法
技術領域：
本發明涉及熱泵技術，特別是涉及直接式汙水源熱泵。
背景技術：
利用城市汙水作為冷熱源對建築進行採暖空調，可以直接減少其他短缺能源的消耗，同時還可以達到廢物利用的目的，是資源再生利用、發展循環經濟、建設節約型社會、友好環境的重要措施。汙水源熱泵是依靠熱泵機組內部製冷劑的物態循環變化，冬季從汙水中吸收熱量經熱泵機組升溫後對建築供熱，夏季通過熱泵機組把建築物中的熱量傳遞給汙水從而實現供冷。汙水替代了冷卻塔，具有高效節能、綠色環保、安全可靠、一機多用等突出優點。汙水源熱泵實現了城市廢熱的回收利用，變廢為寶，是新型的可再生清潔能源利用技術，符合可持續發展、建設資源節約型、環境友好型社會的要求。將水源熱泵系統技術 與城市汙水結合，在擴大城市汙水利用範圍、拓展城市汙水治理效益方面具有深遠意義。汙水源熱泵優勢1，汙水源熱泵機組可以達到一機兩用的效果，即冬季利用汙水源熱泵採暖，夏季進行製冷，既節約了制冷機組的費用，有節省了鍋爐房的佔地面積；2，用於生活採暖和生活水加熱等需要的能源消耗，如果依靠直接電熱，造成能源再浪費，採用汙水源熱泵供熱和加溫才能更有效的利用電能；3，使用汙水源熱泵技術供熱採暖，對大氣及環境無任何汙染，而且高效節能，屬於綠色環保技術和裝置，符合目前我國能源、環保的基本政策；4，熱泵裝置不需要燃料輸送費用和保管費、排渣運輸費等；5，汙水源熱泵只有兩個部件運動，磨損少，平時無需任何檢修；6，管理人員與勞動強度均可減少，節省工資開支；7，運行電費比燃煤鍋爐小，這是汙水源熱泵的主要開支。目前，汙水源熱泵系統在我國的大部分城市得到了推廣與應用，例如北京、天津、山西、山東、石家莊、新疆、廣西等地。隨著整個社會節約能源、環保意識的提高，汙水源熱泵的應用領域也在不斷的擴展。除了在城市供暖製冷、製取生活熱水應用外，還在食品、生化、製藥工業、種植養殖及農副產品加工儲藏領域均得到應用。應該進一步挖掘利用各類可再生的低溫熱源或廢熱熱源，完善和推廣汙水源熱泵技術，向著建立節約型社會發展。汙水源熱泵可分為直接式汙水源熱泵與間接式汙水源熱泵兩類。直接式系統與汙水換熱的介質為製冷劑，間接式系統與汙水換熱的介質為中介水或防凍液。前者汙水與製冷劑之間經換熱器壁面直接換熱；後者則存在中介媒質，從而傳熱熱阻增加，導致熱泵系統效率隨之下降。直接式系統是目前汙水源熱泵研究的前沿領域和發展方向。間接式系統可分為3個循環子系統(I)汙水取排與換熱子系統，由水源、汙水泵、防阻設備、汙水換熱器及其連接管路組成；(2)中間換熱子系統，由汙水換熱器、中介循環水泵、熱泵機組及其連接管路組成；(3)末端循環子系統，由熱泵機組、末端循環泵、末端散熱設備及連接管路組成。間接式系統比直接式系統多一個中間換熱的環節。直接式系統與間接式系統相比有很大的優點，主要是1，在同樣的水源條件下供出同樣多的熱量，蒸發溫度可提高5°C左右，熱泵機組效率得以很大提高，系統總的耗電量可降低15%以上。2，省去了汙水換熱器及相應的中介水循環水泵，機房佔地面積減少，不僅大大降低了土建和設備初投資，而且也減少水泵能耗。3，獲取同樣多的熱量，所需的汙水量可減小一半左右。間接式系統需要考慮中間換熱的溫差損失，這就限制了汙水的降溫幅度。
當採用原生汙水為熱源時，直接式汙水源熱泵一般都採用濾網、格柵、自動篩濾器等過濾裝置，對汙水進行處理。儘管在熱泵機組前，對汙水進行充分的過濾，直接式汙水源熱泵一般都不能長時間穩定運行，所以，當前我國以原生汙水作熱源的直接式汙水源熱泵還不多見，文獻所報導的幾乎均為間接式汙水源熱泵。間接式汙水源熱泵由於汙水換熱器等中間系統的影響，汙水資源利用成本比直接式汙水源熱泵的大，初投資及運行費用也較大。雖然直接式汙水源熱泵簡單，節省了汙水換熱器，制熱係數與運行費用均優於間接式汙水源熱泵，當前直接式汙水源熱泵的發展不充分，原因在於1，直接汙水源熱泵系統要求熱泵機組的蒸發器/冷凝器能夠「一器兩用」，對蒸發器/冷凝器提出了特殊要求。2，直接式汙水源熱泵機組需經過特殊處理，技術難度較大。雖然人們有很多設想和試驗，但都存在不足。3，直接式系統要求對熱泵機組的蒸發器/冷凝器做較大的改造，而相應的機組廠家較少。間接式汙水源熱泵，汙水不直接進機組，所需機組前的汙水換熱器已研製成功，並投入生產。到目前為止，還沒有廣泛地普及直接式汙水源熱泵系統；汙水源熱泵技術誕生以來，基本採用間接式系統，這是從可靠性角度考慮而採取的保守措施。實現無堵塞連續換熱，是利用汙水作為熱泵冷熱源的技術關鍵，尤其是對於直接式汙水源熱泵。解決惡劣水質對換熱設備及管路的堵塞與汙染，實現防腐與無汙染換熱，是一個世界性技術難題。城市汙水水質對熱泵的影響主要有腐蝕、結垢及堵塞。通常的做法是在城市汙水和熱泵之間，設置汙水過濾裝置和汙水換熱器，熱泵從汙水中吸收熱量，或向汙水中釋放熱量。交換能量後的汙水，從回水管，返回到城市汙水的排放系統中。由於汙水粘度大、換熱係數低，汙水換熱器必須做得很龐大；當用汙水作為熱泵的冷熱源，汙水必須淨化，並經過一個在機組前的額外增設的汙水/水換熱器，將汙水的熱量或冷量傳遞到熱泵中介水，這一過程將導致能量損失，降低熱泵的能效比。如果汙水不經過嚴格淨化，不經過汙水/水換熱器，直接進入熱泵，汙水與製冷劑直接進行熱交換，熱泵中的汙水流通管路，通常很快就被堵塞，以至於熱泵完全不能工作。上述有關汙水源熱泵的背景技術，在以下專著中有詳細描述I、趙軍，戴傳山，地源熱泵技術與建築節能應用，北京中國建築工業出版社，2009。
2、張旭，熱泵技術，北京化學工業出版社，2007。3、陳東，謝繼紅，熱泵熱水裝置，北京化學工業出版社，2009。

發明內容
本發明的目的是給出一種直接式汙水源熱泵，它不需要汙水/水換熱器，汙水直接進入熱泵與製冷劑進行換熱，結垢少，不堵塞，可以長期穩定工作；它的組成包括汙水循環泵、過濾器、汙水/製冷劑換熱器、四通換向器、壓縮機、電動機、熱力膨脹閥、製冷劑/水換熱器和冷/熱水循環泵。當按著供熱方式運行時，汙水是熱源，汙水/製冷劑換熱器是蒸發器，製冷劑/水換熱器是冷凝器，製冷劑從蒸發器獲得熱量，蒸發成蒸汽，經過壓縮機壓縮後，在冷凝器中將熱量傳遞給循環水，循環水向用戶供熱。、當按著製冷方式運行時，汙水是冷源，汙水/製冷劑換熱器是冷凝器，製冷劑/水換熱器是蒸發器，循環水在蒸發器中被製冷劑冷卻降溫後，向用戶供給冷水，而製冷劑從蒸發器獲得熱量，蒸發成蒸汽，經過壓縮機壓縮後，在冷凝器中將熱量傳遞給汙水。汙水/製冷劑換熱器的結構，包括箱形的殼體、第一流道、第一流道傳熱管、第二流道、第二流道傳熱管、第一流道汙水出口、第一流道製冷劑進口、第二流道製冷劑進口、第二流道汙水出口、弓形隔板、折流板、第一流道汙水進口、第一流道製冷劑出口、第二流道製冷劑出口和第二流道汙水進口。汙水循環泵，它由前蓋、進水口、出水口、泵體、葉輪、前支架、泵蓋、軸、潛水電機、接線盒和後支架組成。它是單級單吸臥式潛水離心汙水循環泵，其中接線盒密封設計、採用獨特的大流道的葉輪、潛水電機設有冷卻水套。汙水從進水口，由軸向水平吸入後，經過葉輪，受離心力作用，沿著圓周切線方向，向上通過出水口，向外輸出。過濾器為筒狀結構,它的結構包括筒蓋、筒體、筒底、進水口、出水口、過濾板、過濾筒、拉杆、螺栓和支腳。筒體是用I釐米厚的碳鋼板做成，筒體外壁左側較高處為汙水的進水口，右側較低處為汙水的出水口，過濾板是依靠筒體內壁上支腳承載，過濾筒的底板依靠拉杆，吊裝在過濾板的下表面，筒蓋封住筒體的上口，它是可拆卸的。汙水從筒體的汙水進水口進入過濾器後,從上向下穿過過濾板,進入過濾筒,過濾板上有多個直徑10釐米的過濾孔，過濾筒上均布直徑為4釐米的過濾孔，過濾板為I釐米厚的碳鋼板做成，過濾筒是由2毫米厚的不鏽鋼板圍成。四通換向器，它是含有四個截止閥、四個接出管的環形的流通製冷劑的管路結構，它包括左上截止閥、右上截止閥、右下截止閥、左下截止閥、上接出管、右接出管、下接出管和左接出管。四個截止閥的進出口，用管路依次首尾相連，在每一個連接點上，再接出一個短管，作為接出管；在上接出管和右接出管之間，是右上截止閥，在右接出管和下接出管之間，是右下截止閥，在下接出管和左接出管之間，是左下截止閥，在左接出管和上接出管之間，是左上截止閥。壓縮機是螺杆式壓縮機，是一種迴轉式容積式壓縮機，它包括進氣口、汽缸、轉子、軸、油壓活塞、滑閥和排氣口 ；
在汽缸內，裝有一對轉子，兩根轉子相互嚙合，齒槽與吸汽口相通時吸汽，隨著螺杆的旋轉，齒槽容積變小，位置向排汽端移動，對蒸汽壓縮和輸送，當齒槽空間與排汽口相通時，壓縮終了，蒸汽被排出，有一個以滑閥為主體的能量調節機構，移動油壓活塞，帶動連杆移動滑閥，改變吸氣容積，改變輸出量。熱力膨脹閥的結構包括感溫包、毛細管、膜片、頂杆、閥座、閥芯、調整彈簧、調整螺杆、調整螺母、閥體、製冷劑進口和製冷出口 ；感溫包設置在蒸發器出口處，當感溫包中的製冷劑感受到蒸發器出口溫度後，製冷劑蒸汽通過毛細管的傳導，使整個感應系統處於對應的飽和壓力Pb，該壓力將通過膜片傳給頂杆直到閥芯，在壓力腔上部的膜片僅有Pb存在，膜片的下方有調整彈簧的彈簧力Pt 和蒸發壓力PO，三者處於平衡時有Pb = Pt+Po,當蒸發器熱負荷增大時，出口過熱度偏高，Pb增大，Pb > Pt+Po，合力使頂杆、閥芯下移，熱力膨脹閥開啟增大，製冷劑流量按比例增力口，反之，熱力膨脹閥開啟變小，製冷劑流量按比例減小。製冷劑/水換熱器是臥式殼管式換熱器，它的結構包括筒體、管板、傳熱管、折流板、冷水進口、冷水出口、製冷劑液體口、製冷劑蒸汽口、前端蓋、後端蓋和支座；製冷劑在傳熱管內流動，水在管外，在筒體內裝有多塊折流板；當它作為蒸發器時，製冷劑從製冷劑液體口進入換熱器，從冷水吸熱，冷水被降溫，製冷劑蒸發，製冷劑蒸汽從製冷劑蒸汽口輸出；當它作為冷凝器時，製冷劑蒸汽從製冷劑蒸汽口進入換熱器，製冷劑向冷水傳熱，冷水被加溫，製冷劑凝結，液態的製冷劑從製冷劑液體口輸出。冷/熱水循環泵是單級單吸離心泵，軸向吸入，它由泵體、泵蓋、葉輪、軸、密封環、軸套、懸架軸承部件、進水口和出水口組成；泵體和泵蓋構成泵的工作室，葉輪、軸和滾動軸承等為泵的轉子，懸架軸承部件支撐著泵的轉子部件，滾動軸承承受泵的徑向力和軸向力，軸向密封採用填料密封，以防止進氣或漏水。汙水/製冷劑換熱器是一種特殊的管殼式換熱器，它的外形是一個矩形箱式殼體，它的箱體內空間是汙水的流道，有很多折流板，使汙水的流動拐來拐去；箱體內並排放置的傳熱管，並不穿過折流板，而是與水流一樣，沿著折流板，也拐來拐去，水流與傳熱管排不相交，傳熱管是無縫鋼管，管內是製冷劑氟利昂。直接式汙水源熱泵的冷熱源都來自汙水。當按著供熱方式運行時，汙水是熱源，汙水/製冷劑換熱器是蒸發器，製冷劑/水換熱器是冷凝器，水在冷凝器中被製冷劑加熱後，向用戶供給熱水；當按著製冷方式運行時，汙水是冷源，汙水/製冷劑換熱器是冷凝器，製冷劑/水換熱器是蒸發器，水在蒸發器中被製冷劑冷卻後，向用戶供給冷水。本發明的優點是1，本發明的直接式汙水源熱泵，不僅不需要汙水/水換熱器，甚至也不需要對汙水進行嚴格淨化。汙水只需經過簡單過濾後，直接進入汙水源熱泵的汙水/製冷劑換熱器，汙水/製冷劑換熱器中的汙水流通管路不會被堵塞，能夠長時間穩定工作。2，在汙水/製冷劑換熱器中，汙水直接與製冷劑進行熱量交換，無論製冷劑是得到熱量，還是失去熱量，相對於有中介水換熱的情況，製冷劑在其中都可以實現較大的溫差，從汙水得到或向汙水放出較多的熱量，熱泵機組效率得以很大提高。3，省去汙水換熱器、中介水循環水泵及相應的管路，機房佔地面積減少，降低了土建和設備初投資，減少水泵能耗。


圖I是本發明直接式汙水源熱泵實施例的汙水循環泵結構圖；圖2是本發明直接式汙水源熱泵實施例的過濾器結構圖；圖3是本發明直接式汙水源熱泵實施例的汙水/製冷劑換熱器結構圖；圖4是本發明直接式汙水源熱泵實施例的四通換向器結構圖；圖5是本發明直接式汙水源熱泵實施例的壓縮機結構圖；圖6是本發明直接式汙水源熱泵實施例的熱力膨脹閥結構圖； 圖7是本發明直接式汙水源熱泵實施例的製冷劑/水換熱器結構圖；圖8是本發明直接式汙水源熱泵實施例的冷/熱水循環泵結構圖；圖9是本發明直接式汙水源熱泵實施例的供熱方式運行系統圖；圖10是本發明直接式汙水源熱泵實施例的製冷方式運行系統圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明作進一步詳細描述。圖I給出了本發明直接式汙水源熱泵實施例的汙水循環泵結構圖。本發明直接式汙水源熱泵實施例的汙水循環泵，它由前蓋106、進水口 110、出水口 120、泵體101、葉輪107、前支架108、泵蓋102、軸103、潛水電機104、接線盒105和後支架109等零件組成。本發明的汙水循環泵，是單級單吸臥式潛水離心汙水循環泵。其中接線盒105密封設計，能防止漏水；採用獨特的大流道的葉輪107，不阻塞，防纏繞性能良好，能順利地輸送含固體顆粒和長纖維，或其它懸浮物的液體；潛水電機104設有冷卻水套，能夠可靠的冷卻電機。汙水從進水口 110，由軸向水平吸入後，經過葉輪107，受離心力作用，沿著圓周切線方向，向上通過出水口 120，向外輸出。圖2給出了本發明直接式汙水源熱泵實施例的過濾器結構圖。本發明直接式汙水源熱泵實施例的過濾器為筒狀結構，它包括筒蓋201、筒體202、筒底210、進水口 204、出水口 203、過濾板206、過濾筒207、拉杆208、螺栓209和支腳205。筒體201是用I釐米厚的碳鋼板做成，筒體外壁左側較高處為汙水的進水口 204，右側較低處為汙水的出水口 203，過濾板206依靠筒體202內壁上支腳205承載，過濾筒207的底板依靠拉杆208，吊裝在過濾板206的下表面，筒蓋201封住筒體202的上口，它是可拆卸的，定期打開，掏出過濾的贓物。汙水從筒體202的汙水進水口 204進入過濾器後,從上向下穿過過濾板206,進入過濾筒207。過濾板206上有多個直徑10釐米的過濾孔，過濾筒207上均布直徑為4釐米的過濾孔。過濾板206為I釐米厚的碳鋼板做成，過濾筒207是由2毫米厚的不鏽鋼板圍成。圖3給出了本發明直接式汙水源熱泵實施例的汙水/製冷劑換熱器結構圖。
本發明直接式汙水源熱泵實施例的汙水/製冷劑換熱器，它包括箱形的殼體305、第一流道320、第一流道傳熱管330、第二流道340、第二流道傳熱管350、第一流道汙水出口 301、第一流道製冷劑進口 302、第二流道製冷劑進口 303、第二流道汙水出口 304、弓形隔板306、折流板307、第一流道汙水進口 308、第一流道製冷劑出口 309、第二流道製冷劑出口 310和第二流道汙水進口 311。
本發明直接式汙水源熱泵實施例的汙水/製冷劑換熱器是一種特殊的管殼式換熱器，它的外形是一個矩形箱式殼體，它的箱體內空間是汙水的流道，有很多折流板，使汙水的流動拐來拐去；箱體內並排放置的傳熱管，並不穿過折流板，而是與水流一樣，沿著折流板，也拐來拐去，水流與傳熱管排不相交。傳熱管是無縫鋼管，管內是製冷劑氟利昂。本發明的汙水/製冷劑換熱器的整體大致結構是一個立放的扁平的有很多的水平的橫隔板的箱體，其外殼305的左上端，有兩個汙水流道出口，兩個傳熱管排的製冷劑進口，右下端，有兩個汙水流道進口，兩個傳熱管排的製冷劑出口。從上向下，將2，4，6，8等隔板的一端，裁掉一段，裁掉長度約為隔板間距的2倍，形成的一端開口的隔板，稱為折流板307。其中，2隔板裁掉右端，4隔板裁掉左端，6隔板裁掉右端，依次類推，從上到下，形成多個折流板。將I和3隔板的右端，各裁一段，裁掉長度約等於隔板間距；將I和3隔板的新的右端上下用板連接，形成弓形隔板306，其內外側，各形成一個弓形的折返通道。將3和5隔板左端，各裁掉一段，裁掉長度約等於隔板間距，將3和5隔板的新的左端上下用板連接，再形成一個弓形隔板。將5和7隔板的右端，各裁一段，裁掉長度約等於隔板間距；將5和7隔板的新的右端上下用板連接，再形成一個弓形隔板，依次類推，從上到下，形成連續的弓形隔板。本發明的汙水/製冷劑換熱器，從上到下，有兩個互相依託的弓形的折返通道，其中第一流道中的汙水流，從右下角的第一流道汙水進口 308進，經過弓形的折返通道，到左上角的第一流道汙水出口 301流出；內置換熱的排管中的氟利昂，從左上角的第一流道製冷劑進口 302進，到右下角的第一流道製冷劑出口 309出。水與氟利昂換熱是逆流換熱。第二流道中的汙水流，從右下角的第二流道汙水進口 311進，經過弓形的折返通道，到左上角的第二流道汙水出口 304流出；內置換熱的排管中的氟利昂，從左上角的第二流道製冷劑進口 303進，到右下角的第二流道製冷劑出口 310齣。水與氟利昂換熱也是逆流換熱。本發明的汙水/製冷劑換熱器，是一個弓形流道排管式換熱器。排管外側流動的水是汙水，排管內流動的是製冷劑氟利昂，汙水與氟利昂進行對流換熱。為了最大限度的防止汙水中的雜物堵塞管道，汙水在流動中，不能與排管垂直相交，以防汙物雜質掛在排管上。為了防止汙水對換熱器的腐蝕,對殼體305的內表面，弓形隔板306的兩側表面，折流板307的兩側表面，和排管的外表面，都要表面處理。其中，排管的外表面，可以電鍍耐蝕金屬，比如鉻和鎳，其餘板體表面，可以採用烤漆防腐。圖4給出了本發明直接式汙水源熱泵實施例的四通換向器結構圖。利用汙水源的冷量或熱量，作為冷熱源，熱泵可以進行製冷循環，或進行制熱循環。但當熱泵由一種循環模式向另一種循環模式轉變時，熱泵中的製冷劑流動方向需要逆轉，需要通過閥門控制，使壓縮機的製冷劑進出口調換，達到改變製冷劑流向的目的。這一功能利用四通換向器來完成。四通換向器是一個含有四個截止閥的環形的流通製冷劑的管路結構，它包括左上截止閥401、右上截止閥402、右下截止閥403、左下截止閥404、上接出管405、右接出管406、下接出管407和左接出管408。四通換向器，它類似電子學中，用四個二極體構成的橋式整流電路，四個截止閥401、402、403、404的進出口，用管路依次首尾相連，在每一個連接點上，利用三通管，再接出一個短管，作為接出管，這樣的接出管，共有四個，即405、406、407、408。如圖4-1所示在上接出管405和右接出管406之間，是右上截止閥402 ;在右接出管406和下接出管407之間，是右下截止閥403 ;在下接出管407和左接出管408之間，是左下截止閥404 ;在左接出管408和上接出管405之間，是左上截止閥401。在本發明直接式汙水源熱泵實施例中，下接出管407接到壓縮機410的進口，而上接出管405接到壓縮機410的出口。即，壓縮機410的製冷劑排氣，通過上接出管405進入 到四通換向器；四通換向器通過下接出管407，向壓氣機410供氣。圖4-2表示的是四通換向器的一種工作模式，在這種模式下，四通換向器內部，通過開閉相關截止閥，上接出管405和右接出管406相連，下接出管407和左接出管408相連。製冷劑通過上接出管405進入四通換向器，然後，通過右接出管406輸出；而通過左接出管408進入到四通換向器的製冷劑，通過下接出管407輸出。圖4-3表示的是四通換向器的另一種工作模式，在這種模式下，四通換向器內部，通過開閉相關截止閥，上接出管405和左接出管408相連,下接出管407和右接出管406相連。製冷劑通過上接出管405進入四通換向器，然後，通過左接出管408輸出；而通過右接出管406進入到四通換向器的製冷劑，通過下接出管407輸出。圖5給出了本發明直接式汙水源熱泵實施例的壓縮機結構圖。螺杆式壓縮機是一種迴轉式容積式壓縮機，它包括進氣口 501、汽缸503、轉子502、軸504、油壓活塞507、滑閥506和排氣口 505。它利用螺杆的齒槽容積和位置的變化來完成製冷劑蒸汽的吸人、壓縮和排氣過程。目前，螺杆壓縮機已是製冷和熱泵壓縮機中主要機種之一。螺杆式壓縮機，在斷面為雙圓相交的汽缸內，裝有一對轉子一陽轉子和陰轉子。陽轉子有四個齒，陰轉子有六個齒，兩根轉子相互嚙合。當陽轉子旋轉一周，隱轉子旋轉2/3周，或者說，陽子的轉速比陰轉子的轉速快50%。在汽缸503的吸汽端座上開有吸汽口 501，當齒槽與吸汽口 501相通時，吸汽就開始，隨著螺杆502的旋轉，齒槽脫離吸汽口 501，一對齒槽空間吸滿蒸汽，螺杆502繼續旋轉，兩螺杆的齒與齒槽相互嚙合，由汽缸體、嚙合的螺杆和排汽端座組成的齒槽容積變小，而且位置向排汽端移動，完成了對蒸汽壓縮和輸送的作用。當這對齒槽空間與端座的排汽口 505相通時，壓縮終了，蒸汽被排出。每對齒槽空間都存在著吸汽、壓縮、排汽三個過程。在同一時刻存在著吸汽、壓縮、排汽三個過程，不過它們發生在不同的齒槽空間。螺杆式壓縮機有一個由滑閥506為主體的能量調節機構，移動油壓活塞507，帶動連杆移動滑閥506，能夠改變吸氣容積，改變輸出的壓縮製冷劑量，從而達到改變製冷量或供熱量的目的。螺杆式壓縮機的優點
I，螺杆式壓縮機只有旋轉運動，沒有往復運動，平衡性好，振動小。2，螺杆式壓縮機的結構簡單、易損件少，可靠性高，檢修周期長。3，螺杆式壓縮機沒有餘隙，沒有吸、排汽閥，在高壓縮比下，可用單級壓縮。4，螺杆式壓縮機對溼壓縮不敏感。5，螺杆式壓縮機的製冷量可以在10% — 100%範圍內無級調節。螺杆式壓縮機的缺點噪聲較大，需要設置一套潤滑油分離、冷卻、過濾和加壓的輔助設備，造成機組體積大。圖6給出了本發明直接式汙水源熱泵實施例的熱力膨脹閥結構圖。 本發明直接式汙水源熱泵實施例的熱力膨脹閥，它的結構包括感溫包612、毛細管610、，膜片601、頂杆602、閥座604、閥芯605、調整彈簧606、調整螺杆609、調整螺母608、閥體607、製冷劑進口 603和製冷出口 611。熱力膨脹閥是組成熱泵裝置的重要部件，是熱泵系統中基本設備之一。它實現從冷凝壓力至蒸發壓力的壓降，同時控制製冷劑的流量；它的體積雖小，但作用巨大，它的工作好壞，直接決定整個系統的運行性能。熱力膨脹閥是通過感受蒸發器出口氣態製冷劑的過熱度來控制進入蒸發器的製冷劑流量。熱力膨脹閥由感應機構、執行機構、調整機構和閥體組成。感應機構中充注氟利昂工質，感溫包612設置在蒸發器614出口 613處，其出口處溫度與蒸發溫度之間存在溫差，通常稱為過熱度。感溫包612中的製冷劑感受到蒸發器出口溫度後，製冷劑蒸汽通過毛細管610的傳導，使整個感應系統處於對應的飽和壓力Pb。該壓力將通過膜片601傳給頂杆602直到閥芯605。在壓力腔上部的膜片601僅有Pb存在，膜片601的下方有調整彈簧606的彈簧力Pt和蒸發壓力PO，三者處於平衡時有Pb = Pt+Po。當蒸發器614熱負荷增大時，出口過熱度偏高，Pb增大，Pb > Pt+Po，合力使頂杆602、閥芯605下移，熱力膨脹閥開啟增大，製冷劑流量按比例增加。反之，熱力膨脹閥開啟變小，製冷劑流量按比例減小。因此，熱力膨脹閥通過控制過熱度實現熱泵系統的自我調整。圖7是本發明直接式汙水源熱泵實施例的製冷劑/水換熱器結構圖。本發明直接式汙水源熱泵實施例的製冷劑/水換熱器，是臥式殼管式換熱器，它的結構包括筒體705、管板701、傳熱管704、折流板702、冷水進口 703、冷水出口 706、製冷劑液體口 711、製冷劑蒸汽口 709、前端蓋710、後端蓋707和支座708。製冷劑在傳熱管704內流動，水在管外，為了提高管外水的流速，在筒體705內裝有多塊折流板702。由於製冷劑在管內流動，充液量少，而且流速較高，容易解決潤滑油返回壓縮機的問題。此外，由於水在傳熱管704外，傳熱管704不會凍裂。本發明直接式汙水源熱泵實施例的製冷劑/水換熱器，既可以作為蒸發器，也可以作為冷凝器。當它作為蒸發器時，製冷劑從製冷劑液體口 711進入換熱器，從冷水吸熱，冷水被降溫，製冷劑蒸發，製冷劑蒸汽從製冷劑蒸汽口 709輸出；當它作為冷凝器時，製冷劑蒸汽從製冷劑蒸汽口 709進入換熱器，製冷劑向冷水傳熱，冷水被加溫，製冷劑凝結，液態的製冷劑從製冷劑液體口 711輸出。採用製冷劑在管內的臥式殼管式換熱器，作為本發明直接式汙水源熱泵實施例的製冷劑/水換熱器，主要是考慮當它被用作蒸發器時，製冷劑中的潤滑油，可以隨著管內製冷劑工質的高速流動，一起返回壓縮機。特別是當採用氟裡昂作為製冷劑時，這幾乎是唯一可以選擇的形式，因為，潤滑油比氟裡昂輕，若在傳熱管外，很難分離出去。圖8給出了本發明直接式汙水源熱泵實施例的冷/熱水循環泵結構圖。本發明直接式汙水源熱泵實施例的冷/熱水循環泵結構為單級單吸離心泵，軸向吸入，它由泵體804、泵蓋806、葉輪803、軸807、密封環、軸套、懸架軸承部件801、進水口805和出水口 802 組成。泵體804和泵蓋806構成泵的工作室，葉輪803，軸807和滾動軸承等為泵的轉子，懸架軸承部件801支撐著泵的轉子部件，滾動軸承承受泵的徑向力和軸向力，軸向密封採用填料密封，以防止進氣或大量漏水。圖9給出了本發明直接式汙水源熱泵實施例的供熱方式運行系統圖。本發明直接式汙水源熱泵實施例的供熱方式運行系統是由三部分管路組成汙水管路、製冷劑管路和循環水管路。汙水管路包括汙水泵100、過濾器200、汙水供水管912、汙水/製冷劑換熱器300殼內和汙水回水管路908。潛水的汙水泵100，從汙水乾渠910中提取汙水，經過過濾器200，通過汙水供水管912,進入汙水/製冷劑換熱器300的管外殼側空間流動換熱,然後由汙水回水管路908，返回到汙水乾渠910。製冷劑管路包括汙水/製冷劑換熱器300管內、四通換向閥400、壓縮機500、製冷劑/水換熱器700管內、熱力膨脹閥650、單向閥916、熱力膨脹閥600和單向閥914。循環水管路包括循環水回水管703、循環水泵800、製冷劑/水換熱器700殼內和循環水供水管706。本發明直接式汙水源熱泵實施例的供熱方式運行時，製冷劑在製冷劑管路中，按著順時針方向運行。汙水/製冷劑換熱器300是蒸發器。在汙水/製冷劑換熱器300內，傳熱管內的製冷劑得到管外汙水的熱量，由液態蒸發變成蒸汽，從傳熱管流出，經過四通換向閥400，進入壓縮機500，壓縮後的製冷劑蒸汽，進入製冷劑/水換熱器700，在這裡，製冷劑/水換熱器700是冷凝器，製冷劑在傳熱管內，凝結成液態，從傳熱管出口流出，單向閥916的方向是全開，相當於將熱力膨脹閥650短路，液態的製冷劑流經熱力膨脹閥600，由於節流降壓作用，部分製冷劑汽化，製冷劑形成低溫的液汽兩相混合物，然後流入汙水/製冷劑換熱器300即蒸發器的管內。單向閥914此時處於截止狀態。在汙水/製冷劑換熱器300內，即在蒸發器內，管內的製冷劑吸收管外汙水的熱量，製冷劑由液相變為汽相，攜帶汙水熱量的製冷劑蒸汽，進入壓縮機被壓縮成高壓製冷劑蒸汽，同時攜帶了汙水熱量和壓縮機功轉變的能量的高壓製冷劑蒸汽，再進入製冷劑/水換熱器700，即進入冷凝器，在這裡，通過傳熱，製冷劑把汙水熱量和做功能量轉化的熱量，通過傳熱傳遞到循環水，再通過循環水泵把循環水的熱量送到用戶。從而完成將熱量從低溫熱源，傳遞到高溫熱源的熱泵功能。然後，製冷劑在通過熱力膨脹閥，節流降壓，再進入蒸發器，完成熱泵熱力循環。圖10給出了本發明直接式汙水源熱泵實施例的製冷方式運行系統圖。本發明直接式汙水源熱泵實施例的製冷方式運行系統是由三部分管路組成汙水管路，製冷劑管路，循環水管路。
汙水管路包括汙水泵100、過濾器200、汙水供水管912、汙水/製冷劑換熱器300殼內、汙水回水管路908。潛水的汙水泵100，從汙水乾渠910中提取汙水，經過過濾器200，通過汙水供水管912,進入汙水/製冷劑換熱器300的管外殼側空間流動換熱,然後由汙水回水管路908返回到汙水乾渠910。製冷劑管路包括汙水/製冷劑換熱器300管內、熱力膨脹閥600、單向閥914、熱力膨脹閥650、單向閥916、製冷劑/水換熱器700管內、四通換向閥400、壓縮機500。循環水管路包括循環水回水管703、循環水泵800、製冷劑/水換熱器700殼內、循環水供水管706。
本發明直接式汙水源熱泵實施例的製冷方式運行時，製冷劑在製冷劑管路中，按著逆時針方向運行。汙水/製冷劑換熱器300是冷凝器。在汙水/製冷劑換熱器300內，傳熱管內的製冷劑向管外汙水傳遞熱量，由蒸汽凝結成液態製冷劑，從傳熱管流出，流向熱力膨脹閥。單向閥914的方向是全開，相當於將熱力膨脹閥600短路。液態的製冷劑流經熱力膨脹閥650，由於節流降壓作用，部分製冷劑汽化，製冷劑形成低溫的液汽兩相混合物，然後流入製冷劑/水換熱器700。單向閥916此時處於截止狀態。在這裡，製冷劑/水換熱器700是蒸發器，製冷劑在傳熱管內，吸熱沸騰蒸發成蒸汽，從傳熱管出口流出。即在製冷劑/水換熱器700內，即在蒸發器內，管內的製冷劑吸收管外循環水的熱量，製冷劑由液相變為汽相。攜帶循環水熱量的製冷劑蒸汽，經過四通換向閥400，進入壓縮機500。低溫的製冷劑蒸汽進入壓縮機，被壓縮成高溫高壓製冷劑蒸汽，同時攜帶了循環水熱量和壓縮機功轉變的能量的高壓製冷劑蒸汽，再進入汙水/製冷劑換熱器300，即冷凝器。在這裡，通過傳熱，製冷劑把循環水熱量和做功能量轉化的熱量，通過傳熱傳遞到汙水，而製冷劑由蒸汽凝結成液態，汙水泵把汙水連同熱量排到汙水乾渠。從而完成將室內熱量，通過循環水，再通過製冷劑，再通過汙水，傳遞到室外汙水乾渠的製冷功能。然後，製冷劑在通過熱力膨脹閥，節流降壓，再進入蒸發器，完成製冷熱力循環。
權利要求
1.一種直接式汙水源熱泵，它包括汙水循環泵、過濾器、汙水/製冷劑換熱器、四通換向器、壓縮機、電動機、熱力膨脹閥、製冷劑/水換熱器和冷/熱水循環泵； 當按著供熱方式運行時，汙水是熱源，汙水/製冷劑換熱器是蒸發器，製冷劑/水換熱器是冷凝器，製冷劑從蒸發器獲得熱量，蒸發成蒸汽，經過壓縮機壓縮後，在冷凝器中將熱量傳遞給循環水，循環水向用戶供熱； 當按著製冷方式運行時，汙水是冷源，汙水/製冷劑換熱器是冷凝器，製冷劑/水換熱器是蒸發器，循環水在蒸發器中被製冷劑冷卻降溫後，向用戶供給冷水，而製冷劑從蒸發器獲得熱量，蒸發成蒸汽，經過壓縮機壓縮後，在冷凝器中將熱量傳遞給汙水； 其特徵在於所述汙水/製冷劑換熱器，它包括箱形的殼體、第一流道、第一流道傳熱管、第二流道、第二流道傳熱管、第一流道汙水出口、第一流道製冷劑進口、第二流道製冷劑進口、第二流道汙水出口、弓形隔板、折流板、第一流道汙水進口、第一流道製冷劑出口、第二流道製冷劑出口和第二流道汙水進口。
2.按照權利要求I所述的直接式汙水源熱泵，其特徵在於 所述汙水循環泵，它由前蓋、進水口、出水口、泵體、葉輪、前支架、泵蓋、軸、潛水電機、接線盒和後支架組成； 它是單級單吸臥式潛水離心汙水循環泵，其中接線盒密封設計、採用獨特的大流道的葉輪、潛水電機設有冷卻水套； 汙水從進水口，由軸向水平吸入後，經過葉輪，受離心力作用，沿著圓周切線方向，向上通過出水口，向外輸出。
3.按照權利要求I所述的直接式汙水源熱泵，其特徵在於 所述過濾器為筒狀結構，它包括筒蓋、筒體、筒底、進水口、出水口、過濾板、過濾筒、拉杆、螺栓和支腳； 筒體是用I釐米厚的碳鋼板做成，筒體外壁左側較高處為汙水的進水口，右側較低處為汙水的出水口，過濾板是依靠筒體內壁上支腳承載，過濾筒的底板依靠拉杆，吊裝在過濾板的下表面，筒蓋封住筒體的上口，它是可拆卸的； 汙水從筒體的汙水進水口進入過濾器後，從上向下穿過過濾板，進入過濾筒，過濾板上有多個直徑10釐米的過濾孔，過濾筒上均布直徑為4釐米的過濾孔，過濾板為I釐米厚的碳鋼板做成，過濾筒是由2毫米厚的不鏽鋼板圍成。
4.按照權利要求I所述的直接式汙水源熱泵，其特徵在於 所述四通換向器，它是含有四個截止閥、四個接出管的環形的流通製冷劑的管路結構，它包括左上截止閥、右上截止閥、右下截止閥、左下截止閥、上接出管、右接出管、下接出管和左接出管； 四個截止閥的進出口，用管路依次首尾相連，在每一個連接點上，再接出一個短管，作為接出管；在上接出管和右接出管之間，是右上截止閥，在右接出管和下接出管之間，是右下截止閥，在下接出管和左接出管之間，是左下截止閥，在左接出管和上接出管之間，是左上截止閥。
5.按照權利要求I所述的直接式汙水源熱泵，其特徵在於 所述壓縮機，它是螺杆式壓縮機，是一種迴轉式容積式壓縮機，它包括進氣口、汽缸、轉子、軸、油壓活塞、滑閥和排氣口 ；在汽缸內，裝有一對轉子，兩根轉子相互嚙合，齒槽與吸汽口相通時吸汽，隨著螺杆的旋轉，齒槽容積變小，位置向排汽端移動，對蒸汽壓縮和輸送，當齒槽空間與排汽口相通時，壓縮終了，蒸汽被排出，有一個以滑閥為主體的能量調節機構，移動油壓活塞，帶動連杆移動滑閥，改變吸氣容積，改變輸出量。
6.按照權利要求I所述的直接式汙水源熱泵，其特徵在於 所述熱力膨脹閥，它的結構包括感溫包、毛細管、膜片、頂杆、閥座、閥芯、調整彈簧、調整螺杆、調整螺母、閥體、製冷劑進口和製冷出口 ； 感溫包設置在蒸發器出口處，當感溫包中的製冷劑感受到蒸發器出口溫度後，製冷劑蒸汽通過毛細管的傳導，使整個感應系統處於對應的飽和壓力Pb，該壓力將通過膜片傳給頂杆直到閥芯，在壓力腔上部的膜片僅有Pb存在，膜片的下方有調整彈簧的彈簧力Pt和蒸發壓力PO，三者處於平衡時有Pb = Pt+Po,當蒸發器熱負荷增大時，出口過熱度偏高，Pb增大，Pb > Pt+Po，合力使頂杆、閥芯下移，熱力膨脹閥開啟增大，製冷劑流量按比例增加，反之，熱力膨脹閥開啟變小，製冷劑流量按比例減小。
7.按照權利要求I所述的直接式汙水源熱泵，其特徵在於 所述製冷劑/水換熱器，它是臥式殼管式換熱器，它的結構包括筒體、管板、傳熱管、折流板、冷水進口、冷水出口、製冷劑液體口、製冷劑蒸汽口、前端蓋、後端蓋和支座； 製冷劑在傳熱管內流動，水在管外，在筒體內裝有多塊折流板；當它作為蒸發器時，製冷劑從製冷劑液體口進入換熱器，從冷水吸熱，冷水被降溫，製冷劑蒸發，製冷劑蒸汽從製冷劑蒸汽口輸出；當它作為冷凝器時，製冷劑蒸汽從製冷劑蒸汽口進入換熱器，製冷劑向冷水傳熱，冷水被加溫，製冷劑凝結，液態的製冷劑從製冷劑液體口輸出。
8.按照權利要求I所述的直接式汙水源熱泵，其特徵在於 所述冷/熱水循環泵，它是單級單吸離心泵，軸向吸入，它由泵體、泵蓋、葉輪、軸、密封環、軸套、懸架軸承部件、進水口和出水口組成； 泵體和泵蓋構成泵的工作室，葉輪、軸和滾動軸承等為泵的轉子，懸架軸承部件支撐著泵的轉子部件，滾動軸承承受泵的徑向力和軸向力，軸向密封採用填料密封，以防止進氣或漏水。
9.按照權利要求I所述的直接式汙水源熱泵，其特徵在於 所述汙水/製冷劑換熱器，它是一種特殊的管殼式換熱器，它的外形是一個矩形箱式殼體，它的箱體內空間是汙水的流道，有很多折流板，使汙水的流動拐來拐去；箱體內並排放置的傳熱管，並不穿過折流板，而是與水流一樣，沿著折流板，也拐來拐去，水流與傳熱管排不相交，傳熱管是無縫鋼管，管內是製冷劑氟利昂。
全文摘要
本發明給出一種直接式汙水源熱泵，汙水直接進入熱泵與製冷劑進行換熱，結垢少，不堵塞，可以長期穩定工作，它的組成包括汙水循環泵、過濾器、汙水/製冷劑換熱器、四通換向器、壓縮機、電動機、熱力膨脹閥、製冷劑/水換熱器和冷/熱水循環泵。當供熱時，汙水是熱源，汙水/製冷劑換熱器是蒸發器，製冷劑/水換熱器是冷凝器，製冷劑從蒸發器獲得熱量，蒸發成蒸汽，經過壓縮機，進入冷凝器，將熱量傳遞給循環水，循環水向用戶供熱；當製冷時，汙水是冷源，汙水/製冷劑換熱器是冷凝器，製冷劑/水換熱器是蒸發器，循環水在蒸發器中冷卻降溫後，向用戶供給冷水，製冷劑從蒸發器獲得熱量，蒸發成蒸汽，經過壓縮機，進入冷凝器，將熱量傳遞給汙水。
文檔編號B01D29/03GK102734982SQ20111008439
公開日2012年10月17日 申請日期2011年3月30日 優先權日2011年3月30日
發明者尚德敏, 李偉, 李金峰 申請人:哈爾濱工大金濤科技股份有限公司