技术领域
[0001] 本
发明涉及一种能量提升系统，具体涉及一种防阻自除垢原生污水热泵能量提升系统。
背景技术
[0002] 现有污
水源热泵存在的主要问题是：污水防阻性能低下，经常堵塞换热器，不能防阻污垢；污水换热器不具备除垢功能，运行时间稍长换热系数显著降低；污水不直接与制冷剂换热，存在中间换热环节，换热效率较低。
[0003] 目前我国的污水防阻机主要有：旋转椭圆管污水
过滤器、水
力连续自清污水防阻机、旋转板式自动除污取水装置、旋转筒式自动除污取水装置、开式循环集成式污水取水装置、内置
弹簧清污器的污水壳管换热器和自除污除污型污水换热器等。
[0004] 旋转椭圆管污水过滤器由
电动机带动旋转椭圆管转动，污水进入腔体内由孔板过滤，孔板上的污杂物在旋转椭圆管的作用下由排污孔排除。在实际运行过程中，此系统旋转椭圆管与孔板之间有一定的间隙，长时间运行后在腔体内会沉积大量的污杂物，同时污水的排污量较大。
[0005] 水力连续自清污水防阻机由外部固定壳体及筒形格栅及相应的
挡板组成，壳体内部被挡板分成供水区和回水区，而供水区和回水区都被圆筒形格栅分为筒内区和筒外区，圆筒形格栅连接传动装置，运行时不停转动，其网眼的
位置在供水区和回水区上交换。运行时，污水由污水一级泵打入筒外供水区，经过滤格栅的网眼后进入筒内供水区，污杂物阻隔在格栅外部，同时污水过滤后再经污水二级泵送入污水换热器，经换热器回到筒内回水区，然后经过格栅网眼进入筒外回水区，带走格栅上的杂质，实现
反冲。供水区的面积大于回水区，这样回水区流速高，便于实现有效的反冲洗。但该装置存在较大的旁通，实测表明，该装置存在41.9％的支路旁通和21.5％的回流旁通。旁通导致一次泵的功耗加大，同时降低二次水出水温差，使换热器的工况变差。此外，该装置消耗部分能量，并使得系统增加了一级水泵。
[0006] 旋转板式自动除污取水装置采用了锥体或球冠形孔板过滤盘和与之配合的斜口椭圆形吸水管口和
排水管口，避免了取水装置中吸、排水管口处的污水
短路问题。
[0007] 旋转筒式自动除污取水装置依靠重力取水，避免了吸、排水管口处的低位冷热源短路问题。由于没有
原型机或工程应用，具体性能尚未得知。
[0008] 开式循环集成式污水取水装置能在常压下运行，设备自身阻力损失小，无动密封与
泄漏问题，此装置既适用于污水
热能间接取水系统，也适用于污水热能直接取水系统。但装置体积较大，并未报到样机或原型机。具有自动除污功能的污水换热器污水走壳程，
循环水走管程，在原有的壳
管式换热器的
基础上加一中间
转轴。折流板设置成独立体，并与中间转轴以
螺纹相连。折流板与换
热管相连接的地方设有除污
橡胶垫，当运行一段时间，壳程
结垢后，人工转动中间转轴，通过正转反转能够实现折流板的左右移动。折流板刮擦换热管实现自动除污。但实验结果表明，折流板的左右移动较为困难。
[0009] 综上，现有污水防阻机性能和可靠性均有待提升，部分污水防阻机按照先分离污杂物、再清理过滤装置的原理设计或者仅局限于机械过滤原理，不能可靠地连续除垢装置。
[0010] 目前的常规
壳管式换热器不具备除污和防垢功能，即使加大管径或减少折流板也只能延缓结垢。此外，目前还有一些污水换热器，例如具有快速除污功能的干式管壳式换热器等，只能定期操作除垢。而应用于化工中的流化换热器用在污水中会导致固体颗粒回流不畅，不能可靠地连续除垢强化换热。
发明内容
[0011] 本发明的目的是为解决现有的污水源热泵不具备防垢和除污功能，以及应用于工业换热，换热效率较低的问题，进而提供一种防阻自除垢原生污水热泵能量提升装置。
[0012] 本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种防阻自除垢原生污水热泵能量提升系统包括污水泵、
压缩机、四通换向
阀、节流装置、用户换热器、用户
循环泵、原生污水液固暂离旋流防阻装置和多
管束喷射流化防垢污水与制冷剂壳管式换热器；
[0013] 所述多管束喷射流化防垢污水与制冷剂壳管式换热器包括壳体、换热管束、固液分离端头、分布板、封头、喷射器、固液
回流管、隔板、固体粒子及多个折流板，壳体卧式放置，壳体的两端为敞口端，壳体的一端通过固液分离端头封闭，壳体的另一端通过封头封闭，分布板设置在壳体内且靠近固液分离端头一侧设置，分布板外周端面与壳体
侧壁内表面固接，由固液分离端头、壳体及分布板围成一个空腔，由壳体、分布板及封头围成一个换热腔，换热腔内沿壳体长度方向竖直设置有多个折流板，多个折流板的
板面与壳体的中心线垂直，相邻两个折流板呈上下交替设置，上方的折流板的上端与壳体侧壁内表面的上端固接，下方的折流板的下端与壳体侧壁内表面的下端固接，上方的折流板的下端与壳体侧壁内表面的下端之间设有通道，下方的折流板的上端与壳体侧壁内表面的上端之间设有通道，换热腔内沿壳体长度方向设置有换热管束，换热管束通过分布板及多个折流板
支撑固定，换热管束包括多根U形换热管，隔板倾斜固定在所述空腔内，空腔通过隔板分隔成污水进入腔及固液分离腔，固液分离腔及污水进入腔内分别装有固体粒子，多根U形换热管的一端与污水进入腔相通，多根U形换热管的另一端与固液分离腔相通，壳体侧壁的上端设有污水出口，污水出口与固液分离腔相通，壳体侧壁的上端设有冷剂入口，冷剂入口靠近分布板一侧设置且与换热腔相通，壳体侧壁的上端设有冷剂出口，且冷剂出口远离分布板一侧设置且与换热腔相通，壳体侧壁的下端安装有与污水进入腔相通的喷射器，喷射器的下端设有污水入口，所述固液回流管的一端与壳体侧壁的下端固接且与固液分离腔相通，固液回流管的另一端与喷射器的固体粒子入口连通，固液分离端头上设有填料口；
[0014] 所述原生污水液固暂离旋流防阻装置包括罐体、出水过滤器、集污罐、排污管和污水排水管，罐体上端的侧壁开有污水入口，罐体的上端面上开有污水出口，罐体上端的污水出口处设有出水过滤器，且污水过滤器位于罐体内，罐体下端的排污口与集污罐的入口连通，集污罐的出口通过排污管与污水排水管连通，污水泵的出口与罐体的污水入口连通，罐体的污水出口与喷射器的下端的污水入口连通，壳体侧壁的上端的污水出口与污水排水管连通，用户循环泵的出口与用户换热器连通，用户换热器用于连接至少一个热用户；
[0015] 供热时，压缩机通过四通换向阀与用户换热器连通，用户换热器与节流装置连通，节流装置与冷剂入口连通，冷剂出口通过四通换向阀与压缩机连通；制冷时，压缩机通过四通换向阀与冷剂入口连通，冷剂出口与节流装置连通，节流装置与用户换热器连通，用户换热器通过四通换向阀与压缩机连通。
[0016] 本发明相比
现有技术的有益效果是：一、本发明用的原生污水液固暂离旋流防阻装置用于污水源热泵上，利用惯性
离心力和机械过滤去除原生污水中的污杂物，并将污杂物由排水带走，通过部分回流的方法，起到暂时分离污杂物，回头带走污杂物的效果，实现连续除污的目的；二、本发明用的原生污水液固旋流防阻机作为一种液固或固固分离的设备，机动性好，对最易堵塞换热器的大尺寸(>4mm)污杂物去除效率不低于95％，总除污效率不低于60％，污水在本发明设备中停留的时间不超过1min；三、本发明的原生污水液固暂离旋流防阻装置也有效地解决了城市污水热能资源化中阻塞污染的难题，使得污水能够更好的作为热泵的低位热源，拓宽了水源热泵的应用基础，是对热泵技术重要的发展；四、本发明的多管束喷射流化防垢污水与制冷剂壳管式换热器以固体粒子喷射回流和固液流态化为原理，通
过喷射器提高固体粒子的回流量，并混合均匀，提高了流化效果，保证了应用于化工中的流化换热器用在污水中会使固体粒子回流畅通，能可靠地连续除垢强化换热；五、本发明的多管束喷射流化防垢污水与制冷剂壳管式换热器操作简单，能够自动连续-6 2 -6 2清污并限制污垢的生长，将污垢热阻从目前的800×10 m·K/W降低到650×10 m·K/W以下，降低18.8％以上，采用污水与制冷剂直接换热的方式，省去中介水环节，大大提高换热温差，减小换热面积，提高了换热效率，强化了换热，将目前污水壳管换热器的换热系数
2 2
的稳定值从目前的550-750W/(m·℃)提高到900W/(m·℃)以上，提高换热系数20％以上，多管束喷射流化防垢污水与制冷剂壳管式换热器能很好地用于原生污水热泵实现能量提升；六、本发明的系统具有结构设计合理，使用方便可靠，运行稳定，可用于城市供排水、化工、食品或制药等行业，适用范围广泛。
附图说明
[0017] 图1是本发明系统的整体结构示意图(供热时)，图2是本发明系统的整体结构示意图(制冷时)，图3是本发明的多管束喷射流化防垢污水与制冷剂壳管式换热器的主视结构示意图，图4是本发明的原生污水液固暂离旋流防阻装置的主视结构示意图。
具体实施方式
[0018] 具体实施方式一：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式的一种防阻自除垢原生污水热泵能量提升系统包括污水泵30、压缩机31、四通换向阀32、节流装置33、用户换热器34、用户循环泵35、原生污水液固暂离旋流防阻装置和多管束喷射流化防垢污水与制冷剂壳管式换热器；
[0019] 所述多管束喷射流化防垢污水与制冷剂壳管式换热器包括壳体1、换热管束6、固液分离端头2、分布板13、封头14、喷射器3、固液回流管4、隔板17、固体粒子12及多个折流板7，壳体1卧式放置，壳体1的两端为敞口端，壳体1的一端通过固液分离端头2封闭，壳体1的另一端通过封头14封闭，分布板13设置在壳体1内且靠近固液分离端头2一侧设置，分布板13外周端面与壳体1侧壁内表面固接，由固液分离端头2、壳体1及分布板13围成一个空腔，由壳体1、分布板13及封头14围成一个换热腔15，换热腔15内沿壳体1长度方向竖直设置有多个折流板7，多个折流板7的板面与壳体1的中心线垂直，相邻两个折流板7呈上下交替设置，上方的折流板7的上端与壳体1侧壁内表面的上端固接，下方的折流板7的下端与壳体1侧壁内表面的下端固接，上方的折流板7的下端与壳体1侧壁内表面的下端之间设有通道，下方的折流板7的上端与壳体1侧壁内表面的上端之间设有通道，换热腔15内沿壳体1长度方向设置有换热管束6，换热管束6通过分布板13及多个折流板7支撑固定，换热管束6包括多根U形换热管，隔板17倾斜固定在所述空腔内，空腔通过隔板17分隔成污水进入腔18及固液分离腔19，固液分离腔19及污水进入腔18内分别装有固体粒子12，多根U形换热管的一端与污水进入腔18相通，多根U形换热管的另一端与固液分离腔19相通，壳体1侧壁的上端设有污水出口8，污水出口8与固液分离腔19相通，壳体1侧壁的上端设有冷剂入口9，冷剂入口9靠近分布板13一侧设置且与换热腔15相通，壳体1侧壁的上端设有冷剂出口10，且冷剂出口10远离分布板13一侧设置且与换热腔15相通，壳体1侧壁的下端安装有与污水进入腔18相通的喷射器3，喷射器3的下端设有污水入口11，所述固液回流管4的一端与壳体1侧壁的下端固接且与固液分离腔19相通，固液回流管4的另一端与喷射器3的固体粒子入口连通，固液分离端头2上设有填料口5；
[0020] 所述原生污水液固暂离旋流防阻装置包括罐体21、出水过滤器22、集污罐23、排污管24和污水排水管25，罐体21上端的侧壁开有污水入口26，罐体21的上端面上开有污水出口27，罐体21上端的污水出口27处设有出水过滤器22，且污水过滤器22位于罐体21内，罐体21下端的排污口28与集污罐23的入口连通，集污罐23的出口通过排污管24与污水排水管25连通，污水泵30的出口与罐体21的污水入口26连通，罐体21的污水出口与喷射器3的下端的污水入口11连通，壳体1侧壁的上端的污水出口8与污水排水管25连通，用户循环泵35的出口与用户换热器34连通，用户换热器34用于连接至少一个热用户；
[0021] 供热时，压缩机31通过四通换向阀32与用户换热器34连通，用户换热器34与节流装置33连通，节流装置33与冷剂入口9连通，冷剂出口10通过四通换向阀32与压缩机31连通；制冷时，压缩机31通过四通换向阀32与冷剂入口9连通，冷剂出口10与节流装置33连通，节流装置33与用户换热器34连通，用户换热器34通过四通换向阀32与压缩机31连通。
[0022] 本实施方式的压缩机、节流装置和四通换向阀均为现有技术。
[0023] 本实施方式使用时制冷剂可选用氟利昂、四氟乙烷制冷剂等。
[0024] 具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式所述隔板17的上端设置在壳体1的中心线上。如此设置，可使换热管束6中的多根U形换热管的两端分布在壳体中心线的上下两侧，可提高换热器整体结构的
稳定性。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
[0025] 具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式所述固体粒子12的材质为金属或硬塑料。根据需要
选定。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一或二相同。
[0026] 具体实施方式四：结合图3说明本实施方式，本实施方式所述固体粒子12的粒径为U形换热管内径的1/11～1/9。如此设置，可保证进入U形换热管内的固体粒子12顺利通过U形换热管，同时清除污垢的效果较好。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。
[0027] 具体实施方式五：结合图3说明本实施方式，本实施方式所述固体粒子12的粒径为U形换热管内径的1/10。本方案清除污垢的效果最优，能最大限度的阻止污垢的附着，换热器阻力的提高量在15％以内，不会显著提高整个污水换热系统污水泵的功耗的。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式四相同。
[0028] 具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式所述固液回流管4倾斜设置。如此设置，便于固体粒子12回流至喷射器3内，便于循环利用。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
[0029] 具体实施方式七：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述原生污水液固暂离旋流防阻装置还包括多个高压喷管29，多个高压喷管29均布设置在罐体21内壁的上端。如此设置，当出水过滤器22堵塞或者清洗防阻装置时，启动多个高压喷管29，用
自来水进行冲洗，冲洗后的污水经排污口28、集污罐23、和污水排水管25排出。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
[0030] 具体实施方式八：结合图4说明本实施方式，本实施方式的罐体21的上部为圆柱体，罐体21的下部为由上至下渐缩的圆锥体，集污罐23为椭圆形罐体。如此设置，污水能在罐体21内高速旋转，形成惯性离心力，椭圆形的集污罐23能形成很高的压差，便于含有高浓度污杂物的污水流入污水排水管25。其它组成及连接关系与具体实施方式一或七相同。
[0031] 具体实施方式九：结合图4说明本实施方式，本实施方式的罐体21、排污管24和污水排水管25均由金属制成。如此设置，采用金属制作罐体21、排污管23、污水排水管25，可使罐体21、排污管23、污水排水管25不易损坏和破裂，延长其使用寿命。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
[0032] 具体实施方式十：结合图4说明本实施方式，本实施方式的罐体21、排污管24和污水排水管25均由硬质塑料制成。如此设置，采用硬质塑料制作罐体21、排污管23、污水排水管25，可使罐体21、排污管23、污水排水管25不易被锈蚀，延长其使用寿命。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
[0033] 工作过程
[0034] 结合图1-图4说明，来自于污水干渠的污水经污水泵30进入原生污水液固暂离旋流防阻机除污，除污后的污水进入多管束喷射流化防垢污水/制冷剂壳管式换热器，与制冷剂进行换热，换热后的污水进入原生污水液固暂离旋流防阻机的污水排水管，带走污杂物后排入污水干渠；供热时，经过压缩机31压缩后的制冷剂(
蒸汽)经四通换向阀32进入用户侧换热器34(相当于
冷凝器)放热，冷凝时放出
潜热，冷凝后的液态制冷剂，而后进入节流机构33，节流降压后的制冷剂进入多管束喷射流化防垢污水/制冷剂壳管式换热器(相当于
蒸发器)的壳侧，吸收污水热量后蒸发经四通换向阀32换向后回到压缩机31；制冷时，经过压缩机31压缩后的制冷剂(蒸汽)进入多管束喷射流化防垢污水/制冷剂壳管式换热器(相当于冷凝器)的壳侧，吸收污水冷量后进入节流机构33，节流降压后的制冷剂进入用户侧换热器34(相当于
蒸发器)吸热，蒸发后的制冷剂蒸汽，而后经四通换向阀32换向后回到压缩机31，用户侧循环介质经过用户侧循环泵35进入用户侧换热器34换热后供给用户。
[0035] 污水流入污水入口11后在喷射器3的作用下，抽吸少量含有大量固体粒子12的换热后污水，固液混合均匀后成流态化经分布板13进入换热管束6内，在固体粒子12的碰撞
应力作用下，U形换热管内的污垢变的比较疏松，进而在剪应力的带动下脱离污垢层；紧贴壁面十分牢靠的污垢，在固体粒子12的随机碰撞下，污垢层受到周期性的碰撞应力作用，在疲劳机制下，垢层上逐渐产生裂纹，直至脱落进入主流中；此外，固体粒子12对垢层的随机碰撞，阻止污垢物质沉积到壁面以及污垢物质在壁面上的生长，从而有效除去换热壁面上沉积的污垢并控制其污垢厚度，使换热器的换热系数维持在一个可接受的范围内而不需清垢，同时固体粒12在随污水的运动中不断穿过流动
边界层，强化换热。热交换后携带固体粒子12的污水进入固液分离腔19，在
惯性力的作用下，固体粒子12沉降，污水从污水出口8流出。制冷剂在冷剂入口9进入换热腔15，并在折流板7的引导下流动，与污水换热，换热后的制冷剂由冷剂出口10流出。
[0036] 含污杂物污水由污水入口26处进入罐体21内，在罐体21内高速旋转而下，污杂物被惯性离心力摔至罐体21的内侧壁上，污水至罐体21底部后分两支，一支含有较多污杂物的部分污水直接进入集污罐23，由于污水排水管25中
水头较小，在压差作用下这部分含有高浓度污杂物的污水流入污水排水管29，被换热后的污水带走；另一支初步
去污后的污水反转向上，旋转流经罐体21的中央，剩余部分污杂物进一步克服
流体径向流动产生的惯性力，向边壁处移动，除污后的污水进一步经过出水过滤器22的过滤，再由污水出口27进入污水换热系统。当出水过滤器22堵塞或者清洗防阻装置时，启动多个高压喷管29，用自来水进行冲洗，冲洗后的污水经排污口28、集污罐23、和污水排水管25排出。
