阅读说明：本技术 一种污水源热泵 (Sewage source heat pump ) 是由 叶秋芬 于 2021-03-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及水热源利用领域的一种污水源热泵,包括真空闪蒸器,真空闪蒸器设有污水源入口,真空闪蒸器上下端分别设有水蒸汽出口和低温污水出口；真空闪蒸器旁边设有分离罐,分离罐的上下出口分别连接真空泵和冷凝水池；真空闪蒸器的水蒸汽出口通过升温机组,连接分离罐的入口,升温机组设置冷水入口和热水出口,作为改进,在升温机组与真空闪蒸器和分离罐之间,设置水蒸汽冷凝器,真空闪蒸器通过水蒸汽冷凝器,连通分离罐；水蒸汽冷凝器左右端进出口,连通升温机组；本发明通过升温机组和真空闪蒸器,获取污水源中的热能,不与污水源直接接触,对升温机组及其换热部件不造成堵塞、结垢、腐蚀等破坏；无论污水水质好坏,本发明均可稳定有效工作。(The invention relates to a sewage source heat pump in the field of water heat source utilization, which comprises a vacuum flash evaporator, wherein the vacuum flash evaporator is provided with a sewage source inlet, and the upper end and the lower end of the vacuum flash evaporator are respectively provided with a steam outlet and a low-temperature sewage outlet; a separation tank is arranged beside the vacuum flash evaporator, and the upper outlet and the lower outlet of the separation tank are respectively connected with a vacuum pump and a condensate water tank; the steam outlet of the vacuum flash evaporator is connected with the inlet of the separation tank through a warming unit, the warming unit is provided with a cold water inlet and a hot water outlet, as an improvement, a steam condenser is arranged between the warming unit and the vacuum flash evaporator and the separation tank, and the vacuum flash evaporator is communicated with the separation tank through the steam condenser; the inlet and the outlet of the left end and the right end of the water vapor condenser are communicated with a warming unit; according to the invention, through the heating unit and the vacuum flash evaporator, heat energy in the sewage source is obtained, and the heating unit and the heat exchange parts thereof are not damaged by blockage, scaling, corrosion and the like because the heating unit and the vacuum flash evaporator are not in direct contact with the sewage source; the invention can work stably and effectively no matter the quality of the sewage.)

一种污水源热泵

技术领域

本发明涉及水热源利用技术及设备制造领域，具体是一种污水源热泵。

背景技术

污水源热泵是水源热泵的一种，众所周知，水源热泵的优点是水的热容量大，设备传热性能好，所以换热设备较紧凑；水温的变化较室外空气温度的变化要小，因而污水源热泵的运行工况比空气源热泵的运行工况要稳定。

污水源热泵根据是否直接从污水中吸取热量，分为直接式和间接式两种。直接式污水源热泵，是将热泵的蒸发器直接设置在污水池中，通过制冷剂气化吸取污水中的热量；间接式污水源热泵是热泵的蒸发器与污水源之间设有中间换热器，或将中间换热器浸没在污水池中直接吸取污水中的热量。

城市污水由生活污水和工业废水组成，它的成分是及其复杂的。所以，现有污水源热泵经常会出现下列问题：

（1）污水流经管道和设备（换热设备、水泵等）时，在换热表面上易发生积垢、微生物贴附生长形成生物膜、污水中油贴附在换热面上形成油膜、漂浮物和悬浮固体物等堵塞管道和设备的入口。其最终的结果是出现污水的流动堵塞和由于热阻的增加恶化传热过程；

（2）污水引起管道和设备的腐蚀问题，尤其是污水中的硫化氢使管道和设备腐蚀生锈；

（3）由于污水流动阻塞使换热设备流动阻力不断增大，引起污水量的不断减少，同时传热热阻的不断增大又引起传热系数的不断减小。基于此，污水源热泵运行稳定性差，其供热量随运行时间延长而衰减；

（4）由于污水的流动阻塞和换热量的衰减，使污水源热泵的运行管理和维修工作量大，例如，为了改善污水源热泵的运行特性，换热面需要每日水力冲洗3-6次。

综上所述，污水水质的优劣是污水源热泵供暖系统成功与否的关键，因此，一些污水源热泵常选用城市污水处理厂处理后的污水作为它的热源。而城市污水处理厂通常远离城市市区，为了提高系统的经济性，常在远离市区的污水处理厂附近建立大型污水源热泵站，制备的热水通过城市管网向用户供热，这样，无形中就提高了供热投资和运行成本。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供简单高效的一种污水源热泵。

本发明使用的技术方案如下：

一种污水源热泵，包括真空闪蒸器，真空闪蒸器设有污水源入口，真空闪蒸器上下端分别设有水蒸汽出口和低温污水出口，低温污水出口连通低温污水池；真空闪蒸器旁边设有分离罐，分离罐的上下出口分别连接真空泵和冷凝水池；真空闪蒸器的水蒸汽出口通过升温机组，连接分离罐的入口，升温机组设置冷水入口和热水出口。

进一步改进，在升温机组与真空闪蒸器和分离罐之间，设置水蒸汽冷凝器；真空闪蒸器通过水蒸汽冷凝器，连通分离罐；水蒸汽冷凝器左右端进出口，连通升温机组。

本发明工作过程：

开机时，先启动真空泵，使真空闪蒸器内形成高真空，当系统达到一定的真空度后，打开污水源，由于真空闪蒸器的负压作用，污水源被吸入，并在真空闪蒸器内发生闪蒸，产生蒸汽，污水源中的部份热能，转化为蒸汽的潜热，水温降低，降温后成为低温污水，自真空闪蒸器的底部排出；

为确保降温后的低温污水不在真空闪蒸器内积存，应使真空闪蒸器的出水口，与低温污水池的液位差超过10米，如安场地受限，需要在出口管路上增加管道泵。

真空闪蒸器产生的蒸汽进入升温机组的蒸发器或水蒸汽冷凝器后，被升温机组产出的冷冻水冷凝成液态水，蒸汽的潜热传递给升温机组，将通入升温机组中的冷水加热成热水，供给用热单元利用，实现热能从低温的污水源向高温的热水传递。

本发明的有益效果是：

1）工作时，污水源中的盐份和各种污染物、易结垢的组份不能蒸发，它们仍存留在污水源内，成为低温污水，排入低温污水池，不进入升温机组或蒸汽冷凝器；

2）常温的污水源中的热能，通过真空闪蒸器产出高焓值的水蒸汽，水蒸汽在冷凝时产生大量的潜热，使升温机组获得充足的热能，而水蒸汽不含杂质，不会对升温机组及其换热部件造成堵塞、结垢、腐蚀等破坏；

3）本发明通过升温机组和水蒸汽冷凝器，只获取污水源中的热能，而不与污水源直接接触，因而不受污水源水质的影响，无论污水源水质如何，本发明均可稳定有效工作，不需要频繁清洗；

4）升温机组的蒸发器直接冷凝从真空闪蒸器出来的水蒸汽，或者通过水蒸汽冷凝器，间接冷凝从真空闪蒸器出来的水蒸汽；两种方案，可根据污水源水质优劣进行选择，水质优选择直接冷凝水蒸汽，水质劣选择间接冷凝水蒸汽，达到提高能效目的。

附图说明

图1一种污水源热泵示意图。

图2一种污水源热泵改进方案示意图。

图中1-升温机组，2-真空闪蒸器，3-分离罐，4-真空泵，5-水蒸汽冷凝器，6-污水源，7-冷水入口，8-热水出口，9-低温污水池，10-冷凝水池，图中箭头为水、空气或水蒸汽流动方向。

具体实施方式

图1一种污水源热泵示意图，包括真空闪蒸器，真空闪蒸器设有污水源入口，真空闪蒸器上下端分别设有水蒸汽出口和低温污水出口，低温污水出口连通低温污水池；真空闪蒸器旁边设有分离罐，分离罐的上下出口分别连接真空泵和冷凝水池；真空闪蒸器的水蒸汽出口通过升温机组，连接分离罐的入口，升温机组设置冷水入口和热水出口。

开机时，先启动真空泵，使真空闪蒸器内形成高真空，打开污水源，由于真空闪蒸器的负压作用，污水源被吸入，并在真空闪蒸器内发生闪蒸，产生蒸汽，污水源中的部份热能，转化为蒸汽的潜热，水温降低，降温后成为低温污水，自真空闪蒸器的底部排出；真空闪蒸器出口的水蒸汽，进入升温机组的蒸发器中，被冷凝为水，进入分离罐，再流入冷凝水池；这样，取自污水源的热能，进入升温机组，将通入升温机组中的冷水加热成为热水。图1方案，适合经过污水处理厂处理后的，水质较好的污水，或者普通水质的河水。

图2一种污水源热泵改进方案示意图，在升温机组与真空闪蒸器和分离罐之间，设置水蒸汽冷凝器，真空闪蒸器通过水蒸汽冷凝器，连通分离罐；水蒸汽冷凝器左右端进出口，连通升温机组的蒸发器。真空闪蒸器产生的水蒸汽进入水蒸汽冷凝器后，被升温机组产出的冷冻水冷凝成液态水，水蒸汽的潜热传递给升温机组，将通入升温机组中的冷水加热成为热水，供给用热单元利用，实现热能从低温的污水源向高温的热水传递的目的。图2方案，适合水质较劣的未经处理的污水，或者水质较差的河水。

一个实施案例：

某项目设计从河水取热，取热前水温为10℃，取热后，水温降为5℃。供热量要求为500KW，供热温度为40℃，供热回水温度为35℃。则设计参数如下：

1）项目取水后水温要求降为5℃，因此冷媒蒸发温度按-1℃设计，供热温度要求为40℃，因此冷媒冷凝温度按45℃设计，供热量为500KW,即冷凝换热量为500kw，经计算，蒸发换热量为：385KW,输入电机功率为115KW。蒸发器换热面积约为80平方米，冷凝器换热面积约为：110平方米;

2）水流量计算：385kj/s÷(10℃-5℃)/(4.18kj/㎏·℃）=18.42kg/s,每小时流量为66.3立方米，放大20%，按80立方米/小时设计;

3）真空度计算：按蒸发温度为4℃计算，得到饱和蒸汽压为：811Pa;

4）蒸发量计算：4℃时水的汽化潜热为2491kj/kg，每秒蒸发量为：385/2491=0.155kg/s,即556kg/小时;

以本案例的实用要求，按本发明设计的污水源热泵主参数如下：

5）污水流量：80立方米/小时，取热前温度为10℃，取热后温降5℃，取热后水温降至5℃;

6）配套制热机组功率132KW。

工作时，先启动真空泵，使真空绝对压力降至800pa,然后打开进水阀，控制流量为80立方米/小时，然后启动升温机组。系统即可源源不断地从温度为10℃的水源中获取热量，并输送到用水端，使用水端的温度维持在40℃。