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技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种高效节能污水处理装置。

背景技术

中国水资源人均占有量仅为世界人均占有量的1/4，中国有四百多个缺水城市，其中一 百多个城市存在严重的缺水问题。水资源短缺和水污染加剧是当前影响我国可持续发展的主 要因素之一。在这样的背景下，污水处理行业成为新兴产业，与自来水生产、供水、排水、 中水回用行业处于同等重要地位。

然而，现有的小区污水处理系统往往存在可移动性不强、能耗高、效率低等问题，且设 备埋于地表下，不利于维修，设备出现故障后，不方便检修与更换。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种高效节能污水处理装置。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种高效节能污水处理装置，其整体由汽车改造而成，其特征是，包括车厢、安装在车 厢内的污水处理设备、发动机能量回收系统，所述车厢包括有多个反应室，所述污水处理设 备包括通过管道依次相连的泵、固液分离池、隔油池、生化池、过滤池、沉淀池、清水回水 池和消毒池，污水按上述顺序依次进行处理；发动机能量回收系统用于回收汽车发动机尾气 的能量，其包括散热器、发动机、回水蒸发器、高温换热回路、低温换热回路、蓄电池组、 逆变器及变频器、背压调节风机；所述散热器与发动机相连，散热器通过冷却水将发动机的 热量转移到散热器上，并通过散热器的表面散热；发动机的尾气依次经过背压调节风机、高 温蒸发器、低温蒸发器冷却后排至大气；

高温换热回路包括依次相连的高温循环泵、高温蒸发器、高温多级透平膨胀机和高温冷 凝器，高温换热回路内流动的介质为水，高温蒸发器安装在背压调节风机后的高温尾气管道 上，经高温冷凝器冷却的介质水由高温循环泵打入高温蒸发器内，加热后的介质水随后进入 高温多级透平膨胀机做功；

低温换热回路包括依次相连的低温循环泵、低温蒸发器、中间抽汽过热器、低温多级膨 胀机和低温冷凝器，低温换热回路内流动的介质是R245fa，低温蒸发器安装在经过高温蒸发 器后的低温尾气管道上；经低温冷凝器冷却的介质R245fa由低温循环泵打入低温蒸发器内， 加热后的介质水经过中间抽汽过热器加热后进入低温多级膨胀机做功；中间抽汽过热器为管 式换热器，加热热源来自高温多级透平膨胀机的中间级抽汽；还包括调节阀，所述调节阀根 据中间抽汽过热器后的R245fa温度反馈和高温多级透平膨胀机内的压力反馈，用于调节中间 级抽汽的流量，当中间抽汽过热器后的R245fa温度反馈值大于或者小于设定的中间抽汽过热 器后的R245fa温度值时，自动关小或者开大调节阀的开度，同时当高温多级透平膨胀机内的 压力反馈值小于设定的高温多级透平膨胀机内的压力闭锁值时，自动闭锁调节阀开启，加热 后的中间级抽汽回流到高温换热循环回路；高温蒸发器和低温蒸发器之间的距离L为尾气排 气管道总长的3/4，高温多级透平膨胀机为3级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀 机的第2级；

高温蒸发器和低温蒸发器均采用屏式-螺旋换热管，在尾气入口一侧的前半段采用错列布 置的屏式换热管，后半段采用螺旋换热管；所述发动机到散热器的冷却水回水管道上还设置 有回水蒸发器，用于回收发动机冷却水回水的热量，其冷却源取自低温循环泵的中间抽头， 经加热后的中间抽头出来的R245fa回到中间抽汽过热器的入口处；所述高温蒸发器和低温蒸 发器整体设置在圆筒式的换热壳体中，换热壳体由前壳体和后壳体通过螺栓扣合而成，前壳 体的长度与屏式换热管的水平长度相同，后壳体的长度与螺旋换热管的水平长度相同；所述 屏式换热管上设置有多个振打器，振打器由蓄电池组供电；所述前壳体的底部呈弧形，在弧 形底部的最低点处还设置有排污口，用于定期排出屏式换热管上振落的污物；

低温多级膨胀机和高温多级透平膨胀机之间通过联轴器同轴连接，在系统启动初期，低 温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀机首先启动， 同时通过联轴器带动高温多级透平膨胀机低速预转动，起到减小高温多级透平膨胀机的启动 压力，缩短启动时间的作用；在系统停止时，高温多级透平膨胀机首先惰走减速，同时通过 联轴器带动低温多级膨胀机减速，以减少低温膨胀机的惰走时间，起到减小低温多级膨胀机 的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用；

还包括蓄电池组、逆变器及变频器，高温多级透平膨胀机的一端与蓄电池组相连，蓄电 池组用于储存由膨胀机的动能转化而来的电能；蓄电池组与逆变器及变频器相连，逆变器用 于将蓄电池的直流电逆变为交流电，变频器用于驱动背压调节风机并调节其转速；背压调节 风机用于减低并控制发动机的背压，运行时通过检测到的排气压力反馈来调节背压调节风机 的转速从而调节背压在最佳值。

优选地，所述低温多级膨胀机和高温多级透平膨胀机分别通过高温进汽阀和低温进气阀 调节各自的进汽量，采用的高温进汽阀和低温进气阀的流量稳定区为30％～100％额定流量， 当高温换热回路或低温换热回路循环流量大于30％各自额定流量时，高温进汽阀或低温进汽 阀保持全开以避免节流损失，通过调节高温循环泵或者低温循环泵的转速来改变膨胀机的出 力；当高温换热回路或低温换热回路循环流量小于30％各自额定流量时，保持高温循环泵或 低温循环泵的转速不变，通过控制高温进汽阀或低温进汽阀的开度来调节膨胀机的出力。

本污水处理装置的有益效果：设计了一种流动性强的高效污水处理装置，设备出现故障 后，方便检修与更换；设计了发动机的尾气回收系统，根据不同温度段的热量回收需求以及 介质的蒸发温度和换热特性的不同，在高温段和低温段采用不同的循环介质，从而从整体上 提高了系统的换热效率；通过将压力较低的低温循环泵中间抽头引出至回水蒸发器冷却发动 机冷却水的回水，能够在回收发动机尾气废热同时回收冷却水的热量，而且节能效果明显； 重新设计了一种适合尾气换热使用的屏式-螺旋换热管，既便于清理，又增加了换热效率；通 过将部分的回收能量用来通过逆变器和变频器驱动背压调节风机，并且根据排气背压的反馈 调节背压调节风机的转速，在实现无外界电源驱动风机的同时将背压调节和能量回收一体化， 大大节省了投资和空间占用；利用高温多级透平膨胀机的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在 高温多级透平膨胀机中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机前 的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功 效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率；低温多级膨胀机和高温多级透平 膨胀机之间通过联轴器同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中 的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀机首先启动，同时通过联轴 器带动高温多级透平膨胀机低速预转动，这样可以有效减小高温多级透平膨胀机的启动压力， 缩短启动时间，在系统停止时，高温多级透平膨胀机首先惰走减速，同时通过联轴器带动低 温多级膨胀机减速，以减少低温膨胀机的惰走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还 比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用；根据不同的 流量工况下进汽阀调节特性和节流损失的考虑，设计了一种转速和进汽阀相结合的控制方式， 在减少节流损失的同时保持了调节的稳定性。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于 本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附 图。

图1是该污水处理装置的整体结构示意图；

图2是本能量回收装置的结构示意图；

图3是高温蒸发器和低温蒸发器的侧视图；

图4是高温蒸发器和低温蒸发器的正视图。

附图标记：散热器-1；发动机-2；高温冷凝器-3；低温冷凝器-4；高温蒸发器-5；低温蒸 发器-6；高温多级透平膨胀机-7；低温多级膨胀机-8；回水蒸发器-9；高温循环泵-10；低温 循环泵-11；中间抽汽过热器-12；蓄电池组-13；背压调节风机-14；逆变器及变频器-15；调节 阀-16；屏式换热管-17；螺旋换热管-18；联轴器-19；前壳体-20；后壳体-21；螺栓-22；排污 口-23；车厢-24；泵-25；管道-26；固液分离池-27；隔油池-28；生化池-29；过滤池-30； 沉淀池-31；清水回水池-32；消毒池-33。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：

如图1所示的一种高效节能污水处理装置，其整体由汽车改造而成，包括车厢24、安装 在车厢24内的污水处理设备、发动机能量回收系统，所述车厢24包括有多个反应室，所述 污水处理设备包括通过管道26依次相连的泵25、固液分离池27、隔油池28、生化池29、过 滤池30、沉淀池31、清水回水池32和消毒池33，污水按上述顺序依次进行处理。

如图2所示，发动机能量回收系统用于回收汽车发动机尾气的能量，其包括散热器1、 发动机2、回水蒸发器9、高温换热回路、低温换热回路、蓄电池组13、逆变器及变频器15 和背压调节风机14。散热器1与发动机2相连，散热器1通过冷却水将发动机2的热量转移 到散热器1上，并且通过散热器1的表面散热。发动机2的尾气依次经过背压调节风机14、 高温蒸发器5、低温蒸发器6冷却后排出大气。

高温换热回路包括依次相连的高温循环泵10、高温蒸发器5、高温多级透平膨胀机7和 高温冷凝器3，高温换热回路内流动的介质是水，高温蒸发器5安装在背压调节风机14后的 高温尾气管道上，经高温冷凝器3冷却的介质水由高温循环泵10打入高温蒸发器5内用以冷 却高温尾气段的尾气，加热后的介质水随后经过高温多级透平膨胀机7做功，将热能转换为 高温多级透平膨胀机7的机械能。

低温换热回路包括依次相连的低温循环泵11、低温蒸发器6、中间抽汽过热器12、低温 多级膨胀机8和低温冷凝器4，低温换热回路内流动的介质是R245fa，低温蒸发器6安装在 经过高温蒸发器5后的低温尾气管道上以进一步回收尾气的热量，经低温冷凝器6冷却的介 质R245fa由低温循环泵11打入低温蒸发器6内，加热后的介质水经过中间抽汽过热器12后 经过低温多级膨胀机8做功，将热能转换为低温多级膨胀机8的机械能。发明人经研究发现， 在能量回收装置中，用水作为介质和用R245fa作为介质两者的效果并不相同，水的蒸发温度 要比R245fa的蒸发温度高出不少，因此适合在高温的尾气段上使用；而在低温的尾气段上使 用R245fa作为介质，更有利于其蒸发做功。另外，这种在不同的压力和温度条件下将这两种 介质结合使用，从整体上也能提高系统的换热效率。中间抽汽过热器12为管式换热器，加热 热源来自高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7 中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一 方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损 失，从而提高能量回收装置的整体效率。具体的抽汽级数可以根据两个膨胀机中的不同工况 范围来确定。还包括调节阀16，调节阀16根据中间抽汽过热器12后的R245fa温度反馈和 高温多级透平膨胀机7内的压力反馈，用于调节中间级抽汽的流量，当中间抽汽过热器12后 的R245fa温度反馈值大于或者小于设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值时，自动关 小或者开大调节阀16的开度，同时当高温多级透平膨胀机7内的压力反馈值小于设定的高温 多级透平膨胀机7内的压力闭锁值时，自动闭锁调节阀16开大(即禁止其继续开大)，以防 止高温多级透平膨胀机7的出力过低，设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值和设定 的高温多级透平膨胀机7内的压力闭锁值根据不同的具体情况通过实验的方法人为设定，加 热后的中间级抽汽回流到高温换热循环回路(图中未示出)。在此实施例中，取高温蒸发器5 和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的3/4，高温多级透平膨胀机7为3级膨 胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机的第2级。

如图3、4所示，考虑到尾气中的杂质较多长时间使用后不便于清理容易发生堵塞，并且 兼顾到换热效率，高温蒸发器5和低温蒸发器6均采用屏式-螺旋换热管的新型结构，在尾气 的入口一侧，采用错列布置的屏式换热管17，这样大部分的尾气杂质被阻挡在屏式换热管17 上，清理时很方便，同时错列布置也能有效减少尾气的流动阻力；而在后半段采用螺旋换热 管18，以加强气流扰动提高换热效率。高温冷凝器3和低温冷凝器4的冷却源可以取自空调 制冷剂，也可以取自其他的冷源，因为这部分的剩余热量已经不多，只要能满足将换热回路 中的介质重新冷却到液态防止高温循环泵10和低温循环泵11汽化即可。所述高温蒸发器5 和低温蒸发器6整体设置在圆筒式的换热壳体中，换热壳体由前壳体20和后壳体21通过螺 栓22扣合而成，前壳体20的长度与屏式换热管17的水平长度相同，后壳体21的长度与螺 旋换热管18的水平长度相同；所述屏式换热管17上设置有多个振打器(图中未示出)，振打 器由蓄电池组13供电；所述前壳体20的底部呈弧形，在弧形底部的最低点处还设置有排污 口23，用于定期排出屏式换热管17上振落的污物。

在发动机2到散热器1的冷却水回水管道上还设置有回水蒸发器9，用于回收发动机冷 却水回水的热量，其冷却源取自低温循环泵11的中间抽头，经加热后的中间抽头出来的 R245fa回到中间抽汽过热器12的入口处。将压力较低的低温循环泵11的中间抽头引出至回 水蒸发器冷却发动机冷却水的回水，一方面能很好地回收冷却水回水的热量，另一方面相比 单独增设一个循环或者从低温循环泵11和高温循环泵10的出口引出冷却介质有更好的节能 效果。

低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的 初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度， 低温多级膨胀机8首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这 样可以有效减小高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，由于此时高温多级透平 膨胀机7内的介质温度很低，且高温多级透平膨胀机7的叶片长度较低温多级膨胀机8的叶 片长度小，叶片的鼓风摩擦很小，几乎可以不用考虑；在系统停止时，高温多级透平膨胀机 7首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰 走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机 8的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用。

高温多级透平膨胀机7的一端与蓄电池组13相连，蓄电池组13用于储存由膨胀机动能 转化而来的电能。关于膨胀机将能量转换为蓄电池的电能的技术，由于现有技术已经很成熟， 在此不再赘述。蓄电池组13与逆变器及变频器15相连，逆变器用于将蓄电池的直流电逆变 为交流电，变频器用于驱动背压调节风机14并调节其转速。能量回收装置对发动机2的影响 主要在于发动机排气通过系统中的加热器时会使发动机2的排气背压升高，而排气背压升高 会导致发动机活塞将废气推出气缸时的功耗增加，因此设置背压调节风机14可以有效减低并 且控制发动机2的背压，运行时，通过检测到的排气压力反馈来调节背压调节风机14的转速 从而调节背压在最佳值，同时这种利用蓄电池组13本身的能量来驱动风机的方式有不需要外 来的电源的优点。

低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7分别通过高温进汽阀和低温进气阀(图中未 示出)来调节各自的进汽量。采用的高温进汽阀和低温进气阀的流量稳定区为30％～100％额 定流量，无论是低温换热回路还是高温换热回路，泵的控制和膨胀机的控制，首先通过泵调 节工质的流量，实现对工质在膨胀机进口处温度的控制，当流量发生变化时膨胀机必须做出 相应的调整来匹配流量，如果膨胀机的运行与流量不匹配，不仅不能维持稳定的蒸发压力， 膨胀机的运行也无法保持稳定，同时根据高温进汽阀和低温进汽阀的特性，采用压力调节和 速度调节相配合的控制方式：当高温换热回路或低温换热回路循环流量大于30％各自额定流 量时，高温进汽阀或低温进汽阀保持全开以避免节流损失，通过调节高温循环泵10或者低温 循环泵11的转速来改变膨胀机的出力；当高温换热回路或低温换热回路循环流量小于30％各 自额定流量时，由于小流量时的进汽阀的调节特性不稳定，保持高温循环泵10或低温循环泵 11转速不变，通过控制高温进汽阀或低温进汽阀的开度来调节膨胀机的出力。

在此实施例的污水处理装置中，设计了一种流动性强的高效污水处理装置，设备出现故 障后，方便检修与更换；设计了发动机的尾气回收系统，根据不同温度段的热量回收需求以 及介质的蒸发温度和换热特性的不同，在高温段和低温段采用不同的循环介质，从而从整体 上提高了系统的换热效率；通过将压力较低的低温循环泵中间抽头引出至回水蒸发器9冷却 发动机冷却水的回水，能够在回收发动机尾气废热同时回收冷却水的热量，而且节能效果明 显；重新设计了一种适合尾气换热使用的屏式-螺旋换热管，既便于清理，又增加了换热效率； 通过将部分的回收能量用来通过逆变器和变频器15驱动背压调节风机14，并且根据排气背 压的反馈调节背压调节风机14的转速，在实现无外界电源驱动风机的同时将背压调节和能量 回收一体化，大大节省了投资和空间占用；利用高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部 分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入 低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高 低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率；低温多级膨 胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气 温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀 机首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这样可以有效减小 高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，在系统停止时，高温多级透平膨胀机7 首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰走 时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机8 的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用；根据不同的流量工况下进汽阀调节特性和节流损失的考 虑，设计了一种转速和进汽阀相结合的控制方式，在减少节流损失的同时保持了调节的稳定 性。高温蒸发器5和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的3/4，高温多级透平 膨胀机7为3级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机7的第2级，热量回收效率提 高了4％，取得了意想不到的效果。

实施例2：

如图1所示的一种高效节能污水处理装置，其整体由汽车改造而成，包括车厢24、安装 在车厢24内的污水处理设备、发动机能量回收系统，所述车厢24包括有多个反应室，所述 污水处理设备包括通过管道26依次相连的泵25、固液分离池27、隔油池28、生化池29、过 滤池30、沉淀池31、清水回水池32和消毒池33，污水按上述顺序依次进行处理。

如图2所示，发动机能量回收系统用于回收汽车发动机尾气的能量，其包括散热器1、 发动机2、回水蒸发器9、高温换热回路、低温换热回路、蓄电池组13、逆变器及变频器15 和背压调节风机14。散热器1与发动机2相连，散热器1通过冷却水将发动机2的热量转移 到散热器1上，并且通过散热器1的表面散热。发动机2的尾气依次经过背压调节风机14、 高温蒸发器5、低温蒸发器6冷却后排出大气。

高温换热回路包括依次相连的高温循环泵10、高温蒸发器5、高温多级透平膨胀机7和 高温冷凝器3，高温换热回路内流动的介质是水，高温蒸发器5安装在背压调节风机14后的 高温尾气管道上，经高温冷凝器3冷却的介质水由高温循环泵10打入高温蒸发器5内用以冷 却高温尾气段的尾气，加热后的介质水随后经过高温多级透平膨胀机7做功，将热能转换为 高温多级透平膨胀机7的机械能。

低温换热回路包括依次相连的低温循环泵11、低温蒸发器6、中间抽汽过热器12、低温 多级膨胀机8和低温冷凝器4，低温换热回路内流动的介质是R245fa，低温蒸发器6安装在 经过高温蒸发器5后的低温尾气管道上以进一步回收尾气的热量，经低温冷凝器6冷却的介 质R245fa由低温循环泵11打入低温蒸发器6内，加热后的介质水经过中间抽汽过热器12后 经过低温多级膨胀机8做功，将热能转换为低温多级膨胀机8的机械能。发明人经研究发现， 在能量回收装置中，用水作为介质和用R245fa作为介质两者的效果并不相同，水的蒸发温度 要比R245fa的蒸发温度高出不少，因此适合在高温的尾气段上使用；而在低温的尾气段上使 用R245fa作为介质，更有利于其蒸发做功。另外，这种在不同的压力和温度条件下将这两种 介质结合使用，从整体上也能提高系统的换热效率。中间抽汽过热器12为管式换热器，加热 热源来自高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7 中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一 方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损 失，从而提高能量回收装置的整体效率。具体的抽汽级数可以根据两个膨胀机中的不同工况 范围来确定。还包括调节阀16，调节阀16根据中间抽汽过热器12后的R245fa温度反馈和 高温多级透平膨胀机7内的压力反馈，用于调节中间级抽汽的流量，当中间抽汽过热器12后 的R245fa温度反馈值大于或者小于设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值时，自动关 小或者开大调节阀16的开度，同时当高温多级透平膨胀机7内的压力反馈值小于设定的高温 多级透平膨胀机7内的压力闭锁值时，自动闭锁调节阀16开大(即禁止其继续开大)，以防 止高温多级透平膨胀机7的出力过低，设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值和设定 的高温多级透平膨胀机7内的压力闭锁值根据不同的具体情况通过实验的方法人为设定，加 热后的中间级抽汽回流到高温换热循环回路(图中未示出)。在此实施例中，取高温蒸发器5 和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的2/3，高温多级透平膨胀机7为4级膨 胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机的第2级。

如图3、4所示，考虑到尾气中的杂质较多长时间使用后不便于清理容易发生堵塞，并且 兼顾到换热效率，高温蒸发器5和低温蒸发器6均采用屏式-螺旋换热管的新型结构，在尾气 的入口一侧，采用错列布置的屏式换热管17，这样大部分的尾气杂质被阻挡在屏式换热管17 上，清理时很方便，同时错列布置也能有效减少尾气的流动阻力；而在后半段采用螺旋换热 管18，以加强气流扰动提高换热效率。高温冷凝器3和低温冷凝器4的冷却源可以取自空调 制冷剂，也可以取自其他的冷源，因为这部分的剩余热量已经不多，只要能满足将换热回路 中的介质重新冷却到液态防止高温循环泵10和低温循环泵11汽化即可。所述高温蒸发器5 和低温蒸发器6整体设置在圆筒式的换热壳体中，换热壳体由前壳体20和后壳体21通过螺 栓22扣合而成，前壳体20的长度与屏式换热管17的水平长度相同，后壳体21的长度与螺 旋换热管18的水平长度相同；所述屏式换热管17上设置有多个振打器(图中未示出)，振打 器由蓄电池组13供电；所述前壳体20的底部呈弧形，在弧形底部的最低点处还设置有排污 口23，用于定期排出屏式换热管17上振落的污物。

在发动机2到散热器1的冷却水回水管道上还设置有回水蒸发器9，用于回收发动机冷 却水回水的热量，其冷却源取自低温循环泵11的中间抽头，经加热后的中间抽头出来的 R245fa回到中间抽汽过热器12的入口处。将压力较低的低温循环泵11的中间抽头引出至回 水蒸发器冷却发动机冷却水的回水，一方面能很好地回收冷却水回水的热量，另一方面相比 单独增设一个循环或者从低温循环泵11和高温循环泵10的出口引出冷却介质有更好的节能 效果。

低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的 初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度， 低温多级膨胀机8首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这 样可以有效减小高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，由于此时高温多级透平 膨胀机7内的介质温度很低，且高温多级透平膨胀机7的叶片长度较低温多级膨胀机8的叶 片长度小，叶片的鼓风摩擦很小，几乎可以不用考虑；在系统停止时，高温多级透平膨胀机 7首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰 走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机 8的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用。

高温多级透平膨胀机7的一端与蓄电池组13相连，蓄电池组13用于储存由膨胀机动能 转化而来的电能。关于膨胀机将能量转换为蓄电池的电能的技术，由于现有技术已经很成熟， 在此不再赘述。蓄电池组13与逆变器及变频器15相连，逆变器用于将蓄电池的直流电逆变 为交流电，变频器用于驱动背压调节风机14并调节其转速。能量回收装置对发动机2的影响 主要在于发动机排气通过系统中的加热器时会使发动机2的排气背压升高，而排气背压升高 会导致发动机活塞将废气推出气缸时的功耗增加，因此设置背压调节风机14可以有效减低并 且控制发动机2的背压，运行时，通过检测到的排气压力反馈来调节背压调节风机14的转速 从而调节背压在最佳值，同时这种利用蓄电池组13本身的能量来驱动风机的方式有不需要外 来的电源的优点。

低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7分别通过高温进汽阀和低温进气阀(图中未 示出)来调节各自的进汽量。采用的高温进汽阀和低温进气阀的流量稳定区为30％～100％额 定流量，无论是低温换热回路还是高温换热回路，泵的控制和膨胀机的控制，首先通过泵调 节工质的流量，实现对工质在膨胀机进口处温度的控制，当流量发生变化时膨胀机必须做出 相应的调整来匹配流量，如果膨胀机的运行与流量不匹配，不仅不能维持稳定的蒸发压力， 膨胀机的运行也无法保持稳定，同时根据高温进汽阀和低温进汽阀的特性，采用压力调节和 速度调节相配合的控制方式：当高温换热回路或低温换热回路循环流量大于30％各自额定流 量时，高温进汽阀或低温进汽阀保持全开以避免节流损失，通过调节高温循环泵10或者低温 循环泵11的转速来改变膨胀机的出力；当高温换热回路或低温换热回路循环流量小于30％各 自额定流量时，由于小流量时的进汽阀的调节特性不稳定，保持高温循环泵10或低温循环泵 11转速不变，通过控制高温进汽阀或低温进汽阀的开度来调节膨胀机的出力。

在此实施例的污水处理装置中，设计了一种流动性强的高效污水处理装置，设备出现故 障后，方便检修与更换；设计了发动机的尾气回收系统，根据不同温度段的热量回收需求以 及介质的蒸发温度和换热特性的不同，在高温段和低温段采用不同的循环介质，从而从整体 上提高了系统的换热效率；通过将压力较低的低温循环泵中间抽头引出至回水蒸发器9冷却 发动机冷却水的回水，能够在回收发动机尾气废热同时回收冷却水的热量，而且节能效果明 显；重新设计了一种适合尾气换热使用的屏式-螺旋换热管，既便于清理，又增加了换热效率； 通过将部分的回收能量用来通过逆变器和变频器15驱动背压调节风机14，并且根据排气背 压的反馈调节背压调节风机14的转速，在实现无外界电源驱动风机的同时将背压调节和能量 回收一体化，大大节省了投资和空间占用；利用高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部 分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入 低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高 低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率；低温多级膨 胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气 温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀 机首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这样可以有效减小 高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，在系统停止时，高温多级透平膨胀机7 首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰走 时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机8 的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用；根据不同的流量工况下进汽阀调节特性和节流损失的考 虑，设计了一种转速和进汽阀相结合的控制方式，在减少节流损失的同时保持了调节的稳定 性。高温蒸发器5和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的2/3，高温多级透平 膨胀机7为4级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机7的第2级，热量回收效率提 高了4.5％，取得了意想不到的效果。

实施例3：

如图1所示的一种高效节能污水处理装置，其整体由汽车改造而成，包括车厢24、安装 在车厢24内的污水处理设备、发动机能量回收系统，所述车厢24包括有多个反应室，所述 污水处理设备包括通过管道26依次相连的泵25、固液分离池27、隔油池28、生化池29、过 滤池30、沉淀池31、清水回水池32和消毒池33，污水按上述顺序依次进行处理。

如图2所示，发动机能量回收系统用于回收汽车发动机尾气的能量，其包括散热器1、 发动机2、回水蒸发器9、高温换热回路、低温换热回路、蓄电池组13、逆变器及变频器15 和背压调节风机14。散热器1与发动机2相连，散热器1通过冷却水将发动机2的热量转移 到散热器1上，并且通过散热器1的表面散热。发动机2的尾气依次经过背压调节风机14、 高温蒸发器5、低温蒸发器6冷却后排出大气。

高温换热回路包括依次相连的高温循环泵10、高温蒸发器5、高温多级透平膨胀机7和 高温冷凝器3，高温换热回路内流动的介质是水，高温蒸发器5安装在背压调节风机14后的 高温尾气管道上，经高温冷凝器3冷却的介质水由高温循环泵10打入高温蒸发器5内用以冷 却高温尾气段的尾气，加热后的介质水随后经过高温多级透平膨胀机7做功，将热能转换为 高温多级透平膨胀机7的机械能。

低温换热回路包括依次相连的低温循环泵11、低温蒸发器6、中间抽汽过热器12、低温 多级膨胀机8和低温冷凝器4，低温换热回路内流动的介质是R245fa，低温蒸发器6安装在 经过高温蒸发器5后的低温尾气管道上以进一步回收尾气的热量，经低温冷凝器6冷却的介 质R245fa由低温循环泵11打入低温蒸发器6内，加热后的介质水经过中间抽汽过热器12后 经过低温多级膨胀机8做功，将热能转换为低温多级膨胀机8的机械能。发明人经研究发现， 在能量回收装置中，用水作为介质和用R245fa作为介质两者的效果并不相同，水的蒸发温度 要比R245fa的蒸发温度高出不少，因此适合在高温的尾气段上使用；而在低温的尾气段上使 用R245fa作为介质，更有利于其蒸发做功。另外，这种在不同的压力和温度条件下将这两种 介质结合使用，从整体上也能提高系统的换热效率。中间抽汽过热器12为管式换热器，加热 热源来自高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7 中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一 方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损 失，从而提高能量回收装置的整体效率。具体的抽汽级数可以根据两个膨胀机中的不同工况 范围来确定。还包括调节阀16，调节阀16根据中间抽汽过热器12后的R245fa温度反馈和 高温多级透平膨胀机7内的压力反馈，用于调节中间级抽汽的流量，当中间抽汽过热器12后 的R245fa温度反馈值大于或者小于设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值时，自动关 小或者开大调节阀16的开度，同时当高温多级透平膨胀机7内的压力反馈值小于设定的高温 多级透平膨胀机7内的压力闭锁值时，自动闭锁调节阀16开大(即禁止其继续开大)，以防 止高温多级透平膨胀机7的出力过低，设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值和设定 的高温多级透平膨胀机7内的压力闭锁值根据不同的具体情况通过实验的方法人为设定，加 热后的中间级抽汽回流到高温换热循环回路(图中未示出)。在此实施例中，取高温蒸发器5 和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的1/2，高温多级透平膨胀机7为5级膨 胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机的第3级。

如图3、4所示，考虑到尾气中的杂质较多长时间使用后不便于清理容易发生堵塞，并且 兼顾到换热效率，高温蒸发器5和低温蒸发器6均采用屏式-螺旋换热管的新型结构，在尾气 的入口一侧，采用错列布置的屏式换热管17，这样大部分的尾气杂质被阻挡在屏式换热管17 上，清理时很方便，同时错列布置也能有效减少尾气的流动阻力；而在后半段采用螺旋换热 管18，以加强气流扰动提高换热效率。高温冷凝器3和低温冷凝器4的冷却源可以取自空调 制冷剂，也可以取自其他的冷源，因为这部分的剩余热量已经不多，只要能满足将换热回路 中的介质重新冷却到液态防止高温循环泵10和低温循环泵11汽化即可。所述高温蒸发器5 和低温蒸发器6整体设置在圆筒式的换热壳体中，换热壳体由前壳体20和后壳体21通过螺 栓22扣合而成，前壳体20的长度与屏式换热管17的水平长度相同，后壳体21的长度与螺 旋换热管18的水平长度相同；所述屏式换热管17上设置有多个振打器(图中未示出)，振打 器由蓄电池组13供电；所述前壳体20的底部呈弧形，在弧形底部的最低点处还设置有排污 口23，用于定期排出屏式换热管17上振落的污物。

在发动机2到散热器1的冷却水回水管道上还设置有回水蒸发器9，用于回收发动机冷 却水回水的热量，其冷却源取自低温循环泵11的中间抽头，经加热后的中间抽头出来的 R245fa回到中间抽汽过热器12的入口处。将压力较低的低温循环泵11的中间抽头引出至回 水蒸发器冷却发动机冷却水的回水，一方面能很好地回收冷却水回水的热量，另一方面相比 单独增设一个循环或者从低温循环泵11和高温循环泵10的出口引出冷却介质有更好的节能 效果。

低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的 初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度， 低温多级膨胀机8首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这 样可以有效减小高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，由于此时高温多级透平 膨胀机7内的介质温度很低，且高温多级透平膨胀机7的叶片长度较低温多级膨胀机8的叶 片长度小，叶片的鼓风摩擦很小，几乎可以不用考虑；在系统停止时，高温多级透平膨胀机 7首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰 走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机 8的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用。

高温多级透平膨胀机7的一端与蓄电池组13相连，蓄电池组13用于储存由膨胀机动能 转化而来的电能。关于膨胀机将能量转换为蓄电池的电能的技术，由于现有技术已经很成熟， 在此不再赘述。蓄电池组13与逆变器及变频器15相连，逆变器用于将蓄电池的直流电逆变 为交流电，变频器用于驱动背压调节风机14并调节其转速。能量回收装置对发动机2的影响 主要在于发动机排气通过系统中的加热器时会使发动机2的排气背压升高，而排气背压升高 会导致发动机活塞将废气推出气缸时的功耗增加，因此设置背压调节风机14可以有效减低并 且控制发动机2的背压，运行时，通过检测到的排气压力反馈来调节背压调节风机14的转速 从而调节背压在最佳值，同时这种利用蓄电池组13本身的能量来驱动风机的方式有不需要外 来的电源的优点。

低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7分别通过高温进汽阀和低温进气阀(图中未 示出)来调节各自的进汽量。采用的高温进汽阀和低温进气阀的流量稳定区为30％～100％额 定流量，无论是低温换热回路还是高温换热回路，泵的控制和膨胀机的控制，首先通过泵调 节工质的流量，实现对工质在膨胀机进口处温度的控制，当流量发生变化时膨胀机必须做出 相应的调整来匹配流量，如果膨胀机的运行与流量不匹配，不仅不能维持稳定的蒸发压力， 膨胀机的运行也无法保持稳定，同时根据高温进汽阀和低温进汽阀的特性，采用压力调节和 速度调节相配合的控制方式：当高温换热回路或低温换热回路循环流量大于30％各自额定流 量时，高温进汽阀或低温进汽阀保持全开以避免节流损失，通过调节高温循环泵10或者低温 循环泵11的转速来改变膨胀机的出力；当高温换热回路或低温换热回路循环流量小于30％各 自额定流量时，由于小流量时的进汽阀的调节特性不稳定，保持高温循环泵10或低温循环泵 11转速不变，通过控制高温进汽阀或低温进汽阀的开度来调节膨胀机的出力。

在此实施例的污水处理装置中，设计了一种流动性强的高效污水处理装置，设备出现故 障后，方便检修与更换；设计了发动机的尾气回收系统，根据不同温度段的热量回收需求以 及介质的蒸发温度和换热特性的不同，在高温段和低温段采用不同的循环介质，从而从整体 上提高了系统的换热效率；通过将压力较低的低温循环泵中间抽头引出至回水蒸发器9冷却 发动机冷却水的回水，能够在回收发动机尾气废热同时回收冷却水的热量，而且节能效果明 显；重新设计了一种适合尾气换热使用的屏式-螺旋换热管，既便于清理，又增加了换热效率； 通过将部分的回收能量用来通过逆变器和变频器15驱动背压调节风机14，并且根据排气背 压的反馈调节背压调节风机14的转速，在实现无外界电源驱动风机的同时将背压调节和能量 回收一体化，大大节省了投资和空间占用；利用高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部 分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入 低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高 低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率；低温多级膨 胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气 温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀 机首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这样可以有效减小 高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，在系统停止时，高温多级透平膨胀机7 首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰走 时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机8 的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用；根据不同的流量工况下进汽阀调节特性和节流损失的考 虑，设计了一种转速和进汽阀相结合的控制方式，在减少节流损失的同时保持了调节的稳定 性。高温蒸发器5和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的1/2，高温多级透平 膨胀机7为5级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机7的第3级，热量回收效率提 高了5％，取得了意想不到的效果。

实施例4：

如图1所示的一种高效节能污水处理装置，其整体由汽车改造而成，包括车厢24、安装 在车厢24内的污水处理设备、发动机能量回收系统，所述车厢24包括有多个反应室，所述 污水处理设备包括通过管道26依次相连的泵25、固液分离池27、隔油池28、生化池29、过 滤池30、沉淀池31、清水回水池32和消毒池33，污水按上述顺序依次进行处理。

如图2所示，发动机能量回收系统用于回收汽车发动机尾气的能量，其包括散热器1、 发动机2、回水蒸发器9、高温换热回路、低温换热回路、蓄电池组13、逆变器及变频器15 和背压调节风机14。散热器1与发动机2相连，散热器1通过冷却水将发动机2的热量转移 到散热器1上，并且通过散热器1的表面散热。发动机2的尾气依次经过背压调节风机14、 高温蒸发器5、低温蒸发器6冷却后排出大气。

高温换热回路包括依次相连的高温循环泵10、高温蒸发器5、高温多级透平膨胀机7和 高温冷凝器3，高温换热回路内流动的介质是水，高温蒸发器5安装在背压调节风机14后的 高温尾气管道上，经高温冷凝器3冷却的介质水由高温循环泵10打入高温蒸发器5内用以冷 却高温尾气段的尾气，加热后的介质水随后经过高温多级透平膨胀机7做功，将热能转换为 高温多级透平膨胀机7的机械能。

低温换热回路包括依次相连的低温循环泵11、低温蒸发器6、中间抽汽过热器12、低温 多级膨胀机8和低温冷凝器4，低温换热回路内流动的介质是R245fa，低温蒸发器6安装在 经过高温蒸发器5后的低温尾气管道上以进一步回收尾气的热量，经低温冷凝器6冷却的介 质R245fa由低温循环泵11打入低温蒸发器6内，加热后的介质水经过中间抽汽过热器12后 经过低温多级膨胀机8做功，将热能转换为低温多级膨胀机8的机械能。发明人经研究发现， 在能量回收装置中，用水作为介质和用R245fa作为介质两者的效果并不相同，水的蒸发温度 要比R245fa的蒸发温度高出不少，因此适合在高温的尾气段上使用；而在低温的尾气段上使 用R245fa作为介质，更有利于其蒸发做功。另外，这种在不同的压力和温度条件下将这两种 介质结合使用，从整体上也能提高系统的换热效率。中间抽汽过热器12为管式换热器，加热 热源来自高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7 中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一 方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损 失，从而提高能量回收装置的整体效率。具体的抽汽级数可以根据两个膨胀机中的不同工况 范围来确定。还包括调节阀16，调节阀16根据中间抽汽过热器12后的R245fa温度反馈和 高温多级透平膨胀机7内的压力反馈，用于调节中间级抽汽的流量，当中间抽汽过热器12后 的R245fa温度反馈值大于或者小于设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值时，自动关 小或者开大调节阀16的开度，同时当高温多级透平膨胀机7内的压力反馈值小于设定的高温 多级透平膨胀机7内的压力闭锁值时，自动闭锁调节阀16开大(即禁止其继续开大)，以防 止高温多级透平膨胀机7的出力过低，设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值和设定 的高温多级透平膨胀机7内的压力闭锁值根据不同的具体情况通过实验的方法人为设定，加 热后的中间级抽汽回流到高温换热循环回路(图中未示出)。在此实施例中，取高温蒸发器5 和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的2/5，高温多级透平膨胀机7为5级膨 胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机的第2级。

如图3、4所示，考虑到尾气中的杂质较多长时间使用后不便于清理容易发生堵塞，并且 兼顾到换热效率，高温蒸发器5和低温蒸发器6均采用屏式-螺旋换热管的新型结构，在尾气 的入口一侧，采用错列布置的屏式换热管17，这样大部分的尾气杂质被阻挡在屏式换热管17 上，清理时很方便，同时错列布置也能有效减少尾气的流动阻力；而在后半段采用螺旋换热 管18，以加强气流扰动提高换热效率。高温冷凝器3和低温冷凝器4的冷却源可以取自空调 制冷剂，也可以取自其他的冷源，因为这部分的剩余热量已经不多，只要能满足将换热回路 中的介质重新冷却到液态防止高温循环泵10和低温循环泵11汽化即可。所述高温蒸发器5 和低温蒸发器6整体设置在圆筒式的换热壳体中，换热壳体由前壳体20和后壳体21通过螺 栓22扣合而成，前壳体20的长度与屏式换热管17的水平长度相同，后壳体21的长度与螺 旋换热管18的水平长度相同；所述屏式换热管17上设置有多个振打器(图中未示出)，振打 器由蓄电池组13供电；所述前壳体20的底部呈弧形，在弧形底部的最低点处还设置有排污 口23，用于定期排出屏式换热管17上振落的污物。

在发动机2到散热器1的冷却水回水管道上还设置有回水蒸发器9，用于回收发动机冷 却水回水的热量，其冷却源取自低温循环泵11的中间抽头，经加热后的中间抽头出来的 R245fa回到中间抽汽过热器12的入口处。将压力较低的低温循环泵11的中间抽头引出至回 水蒸发器冷却发动机冷却水的回水，一方面能很好地回收冷却水回水的热量，另一方面相比 单独增设一个循环或者从低温循环泵11和高温循环泵10的出口引出冷却介质有更好的节能 效果。

低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的 初期，由于尾气温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度， 低温多级膨胀机8首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这 样可以有效减小高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，由于此时高温多级透平 膨胀机7内的介质温度很低，且高温多级透平膨胀机7的叶片长度较低温多级膨胀机8的叶 片长度小，叶片的鼓风摩擦很小，几乎可以不用考虑；在系统停止时，高温多级透平膨胀机 7首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰 走时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机 8的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用。

高温多级透平膨胀机7的一端与蓄电池组13相连，蓄电池组13用于储存由膨胀机动能 转化而来的电能。关于膨胀机将能量转换为蓄电池的电能的技术，由于现有技术已经很成熟， 在此不再赘述。蓄电池组13与逆变器及变频器15相连，逆变器用于将蓄电池的直流电逆变 为交流电，变频器用于驱动背压调节风机14并调节其转速。能量回收装置对发动机2的影响 主要在于发动机排气通过系统中的加热器时会使发动机2的排气背压升高，而排气背压升高 会导致发动机活塞将废气推出气缸时的功耗增加，因此设置背压调节风机14可以有效减低并 且控制发动机2的背压，运行时，通过检测到的排气压力反馈来调节背压调节风机14的转速 从而调节背压在最佳值，同时这种利用蓄电池组13本身的能量来驱动风机的方式有不需要外 来的电源的优点。

低温多级膨胀机8和高温多级透平膨胀机7分别通过高温进汽阀和低温进气阀(图中未 示出)来调节各自的进汽量。采用的高温进汽阀和低温进气阀的流量稳定区为30％～100％额 定流量，无论是低温换热回路还是高温换热回路，泵的控制和膨胀机的控制，首先通过泵调 节工质的流量，实现对工质在膨胀机进口处温度的控制，当流量发生变化时膨胀机必须做出 相应的调整来匹配流量，如果膨胀机的运行与流量不匹配，不仅不能维持稳定的蒸发压力， 膨胀机的运行也无法保持稳定，同时根据高温进汽阀和低温进汽阀的特性，采用压力调节和 速度调节相配合的控制方式：当高温换热回路或低温换热回路循环流量大于30％各自额定流 量时，高温进汽阀或低温进汽阀保持全开以避免节流损失，通过调节高温循环泵10或者低温 循环泵11的转速来改变膨胀机的出力；当高温换热回路或低温换热回路循环流量小于30％各 自额定流量时，由于小流量时的进汽阀的调节特性不稳定，保持高温循环泵10或低温循环泵 11转速不变，通过控制高温进汽阀或低温进汽阀的开度来调节膨胀机的出力。

在此实施例的污水处理装置中，设计了一种流动性强的高效污水处理装置，设备出现故 障后，方便检修与更换；设计了发动机的尾气回收系统，根据不同温度段的热量回收需求以 及介质的蒸发温度和换热特性的不同，在高温段和低温段采用不同的循环介质，从而从整体 上提高了系统的换热效率；通过将压力较低的低温循环泵中间抽头引出至回水蒸发器9冷却 发动机冷却水的回水，能够在回收发动机尾气废热同时回收冷却水的热量，而且节能效果明 显；重新设计了一种适合尾气换热使用的屏式-螺旋换热管，既便于清理，又增加了换热效率； 通过将部分的回收能量用来通过逆变器和变频器15驱动背压调节风机14，并且根据排气背 压的反馈调节背压调节风机14的转速，在实现无外界电源驱动风机的同时将背压调节和能量 回收一体化，大大节省了投资和空间占用；利用高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部 分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入 低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高 低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损失，从而提高能量回收装置的整体效率；低温多级膨 胀机8和高温多级透平膨胀机7之间通过联轴器19同轴连接，在系统启动的初期，由于尾气 温度较低，低温换热回路中的R245fa先于高温换热回路中的水到达汽化温度，低温多级膨胀 机首先启动，同时通过联轴器19带动高温多级透平膨胀机7低速预转动，这样可以有效减小 高温多级透平膨胀机7的启动压力，缩短启动时间，在系统停止时，高温多级透平膨胀机7 首先惰走减速，同时通过联轴器19带动低温多级膨胀机8减速，以减少低温膨胀机8的惰走 时间，由于停止过程中膨胀机内的介质温度还比较高，此时主要起到减小低温多级膨胀机8 的鼓风摩擦，防止叶片过热的作用；根据不同的流量工况下进汽阀调节特性和节流损失的考 虑，设计了一种转速和进汽阀相结合的控制方式，在减少节流损失的同时保持了调节的稳定 性。高温蒸发器5和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的2/5，高温多级透平 膨胀机7为5级膨胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机7的第2级，热量回收效率提 高了5.5％，取得了意想不到的效果。

实施例5：

如图1所示的一种高效节能污水处理装置，其整体由汽车改造而成，包括车厢24、安装 在车厢24内的污水处理设备、发动机能量回收系统，所述车厢24包括有多个反应室，所述 污水处理设备包括通过管道26依次相连的泵25、固液分离池27、隔油池28、生化池29、过 滤池30、沉淀池31、清水回水池32和消毒池33，污水按上述顺序依次进行处理。

如图2所示，发动机能量回收系统用于回收汽车发动机尾气的能量，其包括散热器1、 发动机2、回水蒸发器9、高温换热回路、低温换热回路、蓄电池组13、逆变器及变频器15 和背压调节风机14。散热器1与发动机2相连，散热器1通过冷却水将发动机2的热量转移 到散热器1上，并且通过散热器1的表面散热。发动机2的尾气依次经过背压调节风机14、 高温蒸发器5、低温蒸发器6冷却后排出大气。

高温换热回路包括依次相连的高温循环泵10、高温蒸发器5、高温多级透平膨胀机7和 高温冷凝器3，高温换热回路内流动的介质是水，高温蒸发器5安装在背压调节风机14后的 高温尾气管道上，经高温冷凝器3冷却的介质水由高温循环泵10打入高温蒸发器5内用以冷 却高温尾气段的尾气，加热后的介质水随后经过高温多级透平膨胀机7做功，将热能转换为 高温多级透平膨胀机7的机械能。

低温换热回路包括依次相连的低温循环泵11、低温蒸发器6、中间抽汽过热器12、低温 多级膨胀机8和低温冷凝器4，低温换热回路内流动的介质是R245fa，低温蒸发器6安装在 经过高温蒸发器5后的低温尾气管道上以进一步回收尾气的热量，经低温冷凝器6冷却的介 质R245fa由低温循环泵11打入低温蒸发器6内，加热后的介质水经过中间抽汽过热器12后 经过低温多级膨胀机8做功，将热能转换为低温多级膨胀机8的机械能。发明人经研究发现， 在能量回收装置中，用水作为介质和用R245fa作为介质两者的效果并不相同，水的蒸发温度 要比R245fa的蒸发温度高出不少，因此适合在高温的尾气段上使用；而在低温的尾气段上使 用R245fa作为介质，更有利于其蒸发做功。另外，这种在不同的压力和温度条件下将这两种 介质结合使用，从整体上也能提高系统的换热效率。中间抽汽过热器12为管式换热器，加热 热源来自高温多级透平膨胀机7的中间级抽汽，这部分的抽汽已经在高温多级透平膨胀机7 中经过一段膨胀过程，利用其剩余的热量来加热进入低温多级膨胀机8前的介质R245fa，一 方面可以保证R245fa的有效汽化，另一方面可以提高低温膨胀回路的做功效率，避免冷源损 失，从而提高能量回收装置的整体效率。具体的抽汽级数可以根据两个膨胀机中的不同工况 范围来确定。还包括调节阀16，调节阀16根据中间抽汽过热器12后的R245fa温度反馈和 高温多级透平膨胀机7内的压力反馈，用于调节中间级抽汽的流量，当中间抽汽过热器12后 的R245fa温度反馈值大于或者小于设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值时，自动关 小或者开大调节阀16的开度，同时当高温多级透平膨胀机7内的压力反馈值小于设定的高温 多级透平膨胀机7内的压力闭锁值时，自动闭锁调节阀16开大(即禁止其继续开大)，以防 止高温多级透平膨胀机7的出力过低，设定的中间抽汽过热器12后的R245fa温度值和设定 的高温多级透平膨胀机7内的压力闭锁值根据不同的具体情况通过实验的方法人为设定，加 热后的中间级抽汽回流到高温换热循环回路(图中未示出)。在此实施例中，取高温蒸发器5 和低温蒸发器6之间的距离L为尾气排气管道总长的2/7，高温多级透平膨胀机7为6级膨 胀机，中间级抽汽取自高温多级透平膨胀机的第3级。

如图3、4所示，考虑到尾气中的杂质较多长时间使用后不便于清理容易发生堵塞，并且 兼顾到换热效率，高温蒸发器5和低温蒸发器6均采用屏式-螺旋换热管的新型结构，在尾气 的入口一侧，采用错列布置的屏式换热管17，这样大部分的尾气杂质被阻挡在屏式换热管17 上，清理时很方便，同时错列布置也能有效减少尾气的流动阻力；而在后半段采用螺旋换热 管18，以加强气流扰动提高换热效率。高温冷凝器3和低温冷凝器4的冷却源可以取自空调 制冷剂，也可以取自其他的冷源，因为这部分的剩余热量已经不多，只要能满足将换热回路 中的介质重新冷却到液态防止高温循环泵10和低温循环泵11汽化即可。所述高温蒸发器5 和低温蒸发器6整