申请日2005.01.26
公开(公告)日2005.08.31
IPC分类号F28C3/08; F25B30/06
摘要
城市原始污水冷热源应用空气载热法，它涉及一种城市污水低温热能再生利用的方法。本发明的空气载热法为：空气作为一种热载体，污水与空气直接接触换热，污水将冷热量传递给空气，进行污水热能转换;空气与污水接触换热后，携带冷热量进入热泵机组系统，与制冷剂换热，实现冷热量的传递后返回与污水的换热空间;热泵机组内部的蒸发器、冷凝器对冷热量进行传输与转换，并将冷热量传递给末端循环系统;末端系统将冷热量从热泵机组通过末端散热设备传递到室内。该方法从污水中提取冷、热量的方法换热充分，可获得了很高的空气源温度;工艺简单，初投资与运行费用低廉，且完全避免了其他方法存在的污水对管路、设备的堵塞与污染问题。
权利要求书
1、城市原始污水冷热源应用空气载热法，其特征在于它由四个循环过程 组成：(一)空气作为一种热载体，污水与空气直接接触换热，污水将冷热量 传递给空气，进行污水热能转换;(二)空气与污水接触换热后，携带冷热量 进入热泵机组系统，与制冷剂换热，实现冷热量的传递后返回与污水的换热 空间;(三)热泵机组内部的蒸发器、冷凝器对冷热量进行传输与转换，并将 冷热量传递给末端循环系统;(四)末端系统将冷热量从热泵机组通过末端散 热设备传递到室内。
2、根据权利要求1所述的城市原始污水冷热源应用空气载热法，其特征 在于污水热能转换过程是这样实现的：在污水渠中，以污水自然水面为换热 面，空气在换热面上与污水直接接触进行换热。
3、根据权利要求1所述的城市原始污水冷热源应用空气载热法，其特征 在于污水与空气的热能转换方式为溢流、散水换热方式。
4、根据权利要求3所述的城市原始污水冷热源应用空气载热法，其特征 在于溢流、散水换热方式是在污水渠内部或外部设置溢流散水装置实现的。
5、根据权利要求4所述的城市原始污水冷热源应用空气载热法，其特征 在于溢流散水装置由壳体(1)、多个溢水槽(2)、多个散水挡板(3)组成; 壳体(1)的左下端开有进气口(1-1)，右上端开有出气口(1-2);壳体(1) 的右下端分别开有出水口(1-3)和进水口(1-4)，进水管(4)穿过壳体(1) 的进水口(1-4)置于壳体(1)的内部;每个溢水槽(2)的开口(2-2)都 垂直向上设置在壳体(1)内的上部，每个溢水槽(2)都通过连通水管(2-1) 相互连通后与进水管(4)相连通;每个散水挡板(3)都与壳体(1)的内壁 相连接，散水挡板(3)之间为上下、左右、水平交错排列。
6、根据权利要求5所述的城市原始污水冷热源应用空气载热法，其特征 在于溢水槽(2)对称分布，散水板(3)呈上弧形、多级交错排列。
7、根据权利要求5所述的城市原始污水冷热源应用空气载热法，其特征 在于散水挡板(3)的轴心线与溢水槽(2)的轴心线相互平行。
8、根据权利要求5所述的城市原始污水冷热源应用空气载热法，其特征 在于溢流散水装置之间多级串联。
说明书
城市原始污水冷热源应用空气载热法
技术领域：
本发明涉及一种城市污水低温热能再生利用的方法。
背景技术：
热泵空调技术是运用较少高位能源提取大量低位能源向建筑物供热、供 冷的节能与环保性技术，是以存在合适的环境能源为必要条件的。供暖与空 调用热泵通常的环境能源为天然水或室外空气。作为举例，图1示意了一种 水源热泵向建筑物供热的工作原理。所谓水源热泵，就是指以环境中的水(地 面水、地下水等等)作为热源。制冷工质(例如氟利昂)在压缩机1的驱动 下，在压缩机1、冷凝器2、膨胀装置3、蒸发器4几个主要部件中循环运动。 例如，工质的热力性质决定了蒸发器中的工质温度可以保持在2℃(称为蒸 发温度)左右，而冷凝器中则为60℃(称为冷凝温度)左右。这里的地下水 虽然在冬季仅为10℃，但却可以作为热泵系统的热源，因为当将它引入温度 为2℃的蒸发器时，它必然要把自身中的热能(称为内能)交给机组，变为4 ℃被回灌到地下。获取了环境热能的工质被压缩机压缩到60℃，在冷凝器中 加热来自房间的系统循环水，由该水将热量带到房间的散热设备中。
总的来看，热泵能够从常温或低温的环境中获取热量，以较高的温度向 房间供热。过程中机组每消耗一份电能，能够从环境中攫取3份以上的热量， 房间实际得到的热量则为4份以上。因此说热泵是一种节能的供热设备。
夏季空调的过程是上述过程的逆过程。这时，房间中的余热被排放到环 境冷源(水或空气)中。
然而合适的环境能源并不是到处都有的。例如要想使用上例中的地下水， 就要受到地质条件、地下水资源保护等限制，回灌问题也不易解决。地面上 的江河水、雨水等并非时时、处处都有。热泵也可以使用空气作热源，即所 谓空气源热泵。空气源热泵的局限性在于：气温越低，从中攫取热量越困难， 其中还伴随蒸发器结霜的问题，而这时房间越是需要较多的热量。实际上在 严寒地区空气源热泵已不可行，就是在非严寒地区空气源热泵的电能利用率 也明显低于水源热泵。
在热泵热、冷源难觅的情况下，城市污水早已进入了人们的眼帘。它水 量巨大，水温稳定，冬暖夏凉，理应具有巨大的开发利用前景。
城市污水可分为原始污水与已处理污水两种。污水站中的已处理污水水 质已相当好，用作热泵空调冷、热源技术上并无特别的困难，而且国内外都 已有了工程应用的成功实例。但其应用显然要受到地区的限制，即只限于在 污水站附近建筑供暖空调中应用。真正具有巨大开发潜力的是遍布城区的城 市原始污水。
但由于城市原始污水含污量很大，对管路与换热设备的堵塞与污染问题 很难解决，由于费用的问题又不可能在利用前进行合乎要求的水处理。因此， 城市原始污水源热泵空调至今在全世界范围内都还没有成规模的发展。
发明内容：
本发明的目的是提供一种城市原始污水冷热源应用空气载热法。空气载 热法利用空气作为热载体，实现热泵系统的制热、制冷循环。在该方法中污 水将冷热量先传递给空气，空气再进入热泵机组系统与制冷剂换热，其中空 气与污水以直接接触的方式进行释热或释冷，空气携带显热及污水蒸发潜热 (供热工况)并传输给机组。本发明的城市污水冷热源应用空气载热法由四 个循环过程组成：(一)空气作为一种热载体，与污水直接接触换热，污水将 冷热量传递给空气;(二)空气与污水接触换热后，携带冷热量进入热泵机组 系统，与制冷剂换热，实现冷热量的传递后返回与污水的换热空间;(三)热 泵机组内部的蒸发器、冷凝器对冷热量进行传输与转换，并将冷热量传递给 末端循环系统;(四)末端系统将冷热量通过末端散热设备传递到室内，其中 (一)、(二)过程属于本发明的核心部分，(三)、(四)过程属于现有技术。
本发明具有如下特点：
(1)污水冷热量的提取是以气—液接触式换热实现的，彻底回避了污水 流动与换热过程中对管路设备的阻塞与污染问题;
(2)空气与污水直接接触换热，且可以采用溢流散水工艺，容易以低成 本获得很大的热、质交换面积，换热效率高，污水溢流所需污水泵的能耗很 小;
(3)空气所能携带的水蒸气气化潜热与显热相当，载热量大;
(4)载热空气中虽含有污水中的臭气，但载热过程系负压密闭循环，对 环境无污染，系统的唯一消耗性能源为电能，完全避免了通过矿物燃料燃烧 获得能源对环境的污染问题;
(5)热泵直接使用的是空气源，与常规空气源热泵不同的是这样获得的 空气源有高得多的温度，例如在我国北方寒区，冬季能有零下10℃以上的空 气源就相当理想了，(气温再低时空气源热泵将会因效率和蒸发器结霜问题而 难以运行);而应用本发明提供的空气载热法，即使在我国北方的严寒地区， 因为该空气中的热能是来自与零上10℃以上污水直接的热交换，因此在气温 最低时也可以提供温度为零上的空气源，这就使空气源热泵机组不再受地区、 季节的限制，而且其能源利用率及经济性将超过水源热泵机组。