[发明专利]氟里昂-污水换热器

说明书

技术领域

本发明涉及热交换设备，特别是涉及氟里昂-污水换热器。

背景技术

利用城市污水作为冷热源，通过污水源热泵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。

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。直接式系统中，与污水换热的介质为制冷剂，间接式系统中，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，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，氟里昂-污水换热器一般都不能长时间稳定运行，所以，当前我国以原生污水作冷热源的氟里昂-污水换热器还不多见，文献所报道的污水源热泵，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，污水资源利用成本大，初投资及运行费用也较大。

虽然利用氟里昂-污水换热器优越性明显，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，但是，当前氟里昂-污水换热器的发展并不充分，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，使用氟里昂-污水换热器的热泵机组，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-水换热器已研制成功。

到目前为止，还没有广泛地普及氟里昂-污水换热器系统；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，尤其是对于氟里昂-污水换热器。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。城市污水水质对换热器的影响主要有腐蚀、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-水换热器，热泵的中介水从污水中吸收热量，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。