專利名稱：熱泵的遞進(jìn)加熱法及其應(yīng)用—熱回收熱水鍋爐的制作方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明提供一種更高效率的熱泵集熱方法，以及由此原理設(shè)計的遞進(jìn)式熱回收熱水鍋爐，這種零排放的熱水鍋爐運(yùn)用在有大量熱廢水排出的電子工業(yè)、印染業(yè)、和浴場、浴室有比煤鍋爐更好的經(jīng)濟(jì)效益。
背景技術(shù)：
隨著石化的能源緊缺，環(huán)保要求的日益重視，空氣源、廢水源已相繼登臺，但在熱泵加熱的方法上，一直都沿用二種基本方法1、是把冷凝器銅管直接盤在水箱里，這在市售民用熱水器中居多，2.是用水泵把熱水箱和換熱器串聯(lián)起來，由水泵不斷地把水箱中的水送到換熱器發(fā)熱銅管處接受熱量，然后送回水箱，使水升溫，那么這二種方法有什么弊病呢？首先是傳熱效率不高，其次是熱泵不在最佳情況下工作。

發(fā)明內(nèi)容
一、根據(jù)付里葉定律，熱傳輸只與二個因素有關(guān)a.傳熱系數(shù)；b.溫差。
a.舉一個最通俗的例子來說，用不同質(zhì)的容器加熱同一量的水，我們會看到銅壺最快，其次是鋁、鐵、最差的是陶器。究其原因，原來是銅的傳熱最快，陶器則因傳熱慢而讓我們多費(fèi)柴火，這就是受傳熱系數(shù)的限制。同樣，將冷凝器銅管盤在水箱中，銅管周圍的熱水，成了熱源(銅管)與另一些需要加熱的冷水之間的傳熱屏障，使加熱速度只能以水的傳熱速度為上限，無法再提高。
b.用水泵不斷地把水箱中的水送到熱泵換熱器那里去接受熱量，比上述冷凝管進(jìn)水箱加熱要好些，因?yàn)樗粩噭雍鬅嵴蠝p除許多，但這種整箱水加熱的弊病是把已加熱的水送回了原水箱，與未加熱相混合，使發(fā)熱銅管與被加熱水的溫差變小，根據(jù)付里葉定律，是不利于提高傳熱速度的。
如果我們通過多個熱泵接力加熱，被加熱的水不走回頭路地接連加熱，直到預(yù)設(shè)溫度(如45-50度)而進(jìn)水箱保存，這就不再有已加熱的水回去減小未加熱水與發(fā)熱銅管之間的溫差，熱水箱不斷積累的熱水就是被囚禁的原先要回去影響別人接受熱量的“搗亂分子”，這個熱泵遞進(jìn)式加熱法，既可做到機(jī)開熱水來的便捷，又可提高效率，真是一舉兩得，此舉成本也不增加，因?yàn)橹皇窃榷嗯_并聯(lián)的熱泵加熱改成多臺串聯(lián)而已。
二、如何讓熱泵在最佳狀態(tài)下工作有兩個問題a.盡量減少損失；b.低溫低熱源、高溫高熱源。
a.盡量減少損失是一個普遍存在的問題，熱泵加熱也不例外。從理論上說，加熱一定量的水，使其溫度升高若干度，其所需熱量為一定值。但隨著科學(xué)的進(jìn)步，人們認(rèn)識到上述結(jié)論僅僅是第一定律的結(jié)論，并不全面。熱量可以在“量”上相等，卻在“質(zhì)”上不同，這個“質(zhì)”就是值。用電、煤、柴油加熱水，之所以是浪費(fèi)就是因?yàn)殡姾褪茉炊际歉咂肺荒茉?電的 值為零)過去我們用“能分析”得到結(jié)論，蒸汽電站中最大的能量損失是冷凝器(47％)，用“分析”得知冷凝器中的損失不過1.5％。向 退化的渠道主要竟在鍋爐本身的燃燒和煙、蒸汽的熱傳導(dǎo)上(49％)。日常生活中洗澡水只需要45度左右，那么用加熱到90度的水與冷水混合后到45度就是一個浪費(fèi)，我們形象的稱它為“熱短路”。這好比一個有電勢差的電源將它短路，盡管能以發(fā)熱交出能量，但這樣做很不值得，因?yàn)樗?為零的電能變成了為零的環(huán)境熱。也許有人會說用90度的熱水加冷水做生活用水、用蒸汽“燒”熱水，是經(jīng)常的事，難道都錯了嗎？的確，的概念已經(jīng)被提出100多年了，但被承認(rèn)、確立是上個世紀(jì)七十年代石油危機(jī)的時候，這只能說明人類接受真理的愚鈍和遲緩，而與真理本身無關(guān)。中國古代著名的田忌賽馬的故事就是要讓對方跑得最快的馬與我們最慢的馬比賽，這實(shí)際上是浪費(fèi)了對方的“值”而取勝。
“相同的熱量卻有不同的值，溫度高的值高”。鑒于此結(jié)論，我們才提出不能用高溫水沖冷水來制取生活用水，而是用需要多熱就加到多熱的原則厲行節(jié)約。
b.熱泵讓我們有了利用廢能的可能。但在利用的過程中仍有一個怎樣利用效率最高的問題。
由于熱泵的工作有其特殊性，被設(shè)計為一次只提高5℃左右，而銅管發(fā)熱不像化學(xué)反應(yīng)的熱源，它是由壓縮機(jī)的工作支持著的，如果被加熱水不及時把熱量帶走，冷媒在冷凝管里壓力陡增壓縮機(jī)就有燒毀的可能，因此對于接受熱量的被加熱水來說，溫度低一些，或者熱交換面積大些、水流速度快些，壓縮機(jī)工作就輕松、壽命長、省電，而這一些要求在遞增式串連加熱的方法中都可以做到，假設(shè)自來水經(jīng)過熱管箱預(yù)熱后上升到20℃則它25、30、35、40、45地升上去，只有最后一個壓縮機(jī)的負(fù)載溫度高些，但供應(yīng)熱量的廢水溫度也在最高處，壓縮機(jī)兩端溫差比原方法小。壓縮機(jī)可以長壽、省電、穩(wěn)定地工作。廢水是逆向而行的，它是20-15、15-10、10-5這樣遞降的，最后一級的蒸發(fā)器接觸到是5-10℃的廢水，而升溫要求是20-25℃，壓縮機(jī)工作壓力同樣很低，各壓縮機(jī)都可以工作效率在最佳狀態(tài)。


圖1是本專利方法的運(yùn)用實(shí)例1是廢熱水進(jìn)口2是除污沉淀箱3是污物袋4廢水箱5第二過濾網(wǎng)6水位探頭7膨脹閥8水泵9蒸發(fā)器10殼管式換熱器11溫控探頭12廢水出口13廢水箱隔板14熱管15清水箱16水流開關(guān)17進(jìn)水龍頭18膨脹閥19壓縮機(jī)20毛細(xì)管21冷凝器22殼管式換熱器23、24、25串并手動閥26溫控探頭27加速水泵28熱水箱實(shí)施方案1.所謂熱泵串聯(lián)就是內(nèi)裝冷凝器的換熱器串聯(lián)起來，第一臺熱泵換熱器22.1的出口，接熱水箱……第一臺換熱器的進(jìn)口接第二臺熱泵的出口，而最后一臺的熱泵的換熱器接熱管換熱器；內(nèi)裝蒸發(fā)器的換熱器也按上述原則串聯(lián)起來，不同之處是進(jìn)水走向，正好相反，廢熱水是先接第一臺熱泵10.1，依次連接后在最后一臺熱泵處接下水道，被逆向取熱后，廢水最后到下水道已只有2℃-7℃，再無半點(diǎn)熱浪費(fèi)。
2.把若干只小功率熱泵串聯(lián)，使小熱泵的功率之和適合所產(chǎn)熱水的量。主要特征是被加熱水一級一級地逐級加熱不再回到溫度低一級的熱泵那里去，而升至最后一熱泵，正好是預(yù)設(shè)溫度，就進(jìn)熱水箱保存。由于每臺熱泵加熱只升5℃，因此只須將預(yù)設(shè)的溫差數(shù)除5即是熱泵串聯(lián)加熱所需的臺數(shù)。
3.本專利的多臺熱泵可串、可并、串并結(jié)合地適應(yīng)功率調(diào)節(jié)，追蹤季節(jié)的變化。即使其中某一臺檢修也無妨大局，整機(jī)照常工作。另外，因熱泵處在各不相同的位置，可微調(diào)各點(diǎn)，找到最佳工作點(diǎn)。用過的廢水從1進(jìn)除污箱2由于除污箱有污物袋3過濾，又由于除污箱深于廢水箱4因此有沉淀作用，如果是浴室的廢水，那污物袋可每天洗滌。廢熱水到廢水箱后由熱管把熱量迅速地遞送上一層的自來水。廢水箱水滿有6感知并啟動水泵7和依次啟動熱泵廢熱水從10.2到下水道12時將至5℃左右，溫控器監(jiān)視著出水溫度高了，水泵減速或膨脹閥調(diào)節(jié)，相反，溫度過低則反向調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種用熱泵燒水的新方法，其特征是把若干熱泵同類換熱器，首尾相接地串聯(lián)起來，進(jìn)行遞進(jìn)式、接力加熱，這樣每一熱泵專事一段溫度的升高，當(dāng)被加熱水升到預(yù)設(shè)溫度后直接收入熱水箱保存，不再回去與較低溫度的被加熱水混同。
2.權(quán)1所述的方法，其特征是每一熱泵只負(fù)責(zé)升高某一定溫度，因此串聯(lián)起來的每個換熱器的熱交換量、具體地說是冷凝器的冷媒容量、換熱面積、以及放熱溫度(除最后一臺可以在90℃外)其它各臺都可適當(dāng)降低直到各指標(biāo)在最佳狀態(tài)為止。
3.由權(quán)1和權(quán)2上述方法而制造的熱水鍋爐，裝有冷凝器的換熱器串聯(lián)的后的尾是被加熱水進(jìn)口處，頭接存熱水箱，裝有蒸發(fā)器的換熱器串聯(lián)的頭是廢熱水箱，尾接下水道，二股水的流向正好相反。溫控器、水位器、水流開關(guān)為采信元件，膨脹閥、電磁閥、水泵為執(zhí)行元件，調(diào)節(jié)輸出功率的電磁閥(23)(24)(25)因季節(jié)而變，當(dāng)然也可采用手動閥調(diào)正其串并結(jié)構(gòu)，以適氣候。
4.由權(quán)1、2、3所述熱水鍋爐，其熱泵數(shù)量，可以由溫升的總要求除每臺熱泵溫升而得。
5.由權(quán)1、2、3、4所述熱水鍋爐，其廢水的過濾、沉淀由除污沉淀箱處理，它比廢水箱更深一些，且有可供洗滌的污物袋。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新的用多臺熱泵遞進(jìn)加熱的方法，以及用這個原理設(shè)計的實(shí)例—更為節(jié)能的熱水鍋爐。發(fā)明的根據(jù)是付里葉定律，以及因石油危機(jī)而確立的和的最新理論，本發(fā)明一方面盡量提高加熱速度，另一方面在加熱過程中盡量避免“熱短路”式的損失，而用熱泵遞進(jìn)式加熱的方法可以做到上述要求，它與并聯(lián)式、一機(jī)式的加熱方法相比，加熱速度提高了，也就降低了能耗。凡是熱水用量大、用后又報廢的行業(yè)如微電子行業(yè)、印染業(yè)、集體宿舍的淋浴房和浴場、浴室等都可以從本發(fā)明設(shè)計的零排放熱回收的熱水鍋爐中受益，它比煤鍋爐營運(yùn)成本還低，可與太陽能相媲美，但其產(chǎn)熱水的規(guī)模卻又是太陽能所無法比擬的。
文檔編號F24H4/02GK101042259SQ20061013191
公開日2007年9月26日 申請日期2006年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月10日
發(fā)明者許志治 申請人:許志治