CN103851685A - 供暖和/或供热水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了给住宅楼提供独立的取暖和供热水，采用内燃发动机的装置结构，装有连接到内燃发动机的废气换热器，带压缩机的热泵，冷却回路和加热回路，加热回路的换热器；热泵加热回路的换热器入口跟***的出口连在一起，热泵加热回路的换热器出口连接废气换热器；废气换热器的出口跟***载热体的***入口连在一起，冷却回路位于起泡器的载热体；起泡器的载热体会出现空气腔；废气排气道路浸渍在起泡器的载热体里，道路的表面上有许多孔；废气道路连接废气换热器的出口；热泵冷却回路的出口通过压缩机连接加热回路的入口，起泡器的排气就是废气向大气的排放。通过提高载热体（废气）的余热回收，减少热力的损耗、提高装置的效率。

Description

供暖和/或供热水装置
技术领域
本发明属于热工学范围，用给住宅楼、工业建筑、农副业建筑、温室、中型畜牧场独立供暖和供热水。
背景技术
根据在http://www.cogeneration.ru网站（“关于热电联产、分布式发电和火电站的建筑”网页）发表的信息，有一个迷你热电中心，带热电联产装置包含烧水锅、燃气涡轮的热电联产装置（带着柴油发电机–配有回收组件和生产管理***的热力发电机）。上述的热电中心通过热量发生器的热量回收和载热体的加热，提供一种封闭建筑供暖***。热量发生器利用液体或气体的原来燃料。上述的热电中心的热电联产装置是本发明物的最相近的类似物。
上述装置的最大缺点在于效率不够高；根据有效的热交换要求，来源（废气）的温度必须超过接收器（供热***的载热体）的温度；因为这些要求，排出到空气的热力发生器的废气温度不能低于供热***载热体的温度。这意味着，热力的一部分必然排到空气。
发明内容
本发明的目的和技术结果在于通过提高载热体（废气）的余热回收，减少热力的损耗、提高装置的效率，排除热废气的排放，创造供暖***载热体和废气之间的结局，减少燃料消耗。
问题的解决和技术结果在于供暖和/或供热水装置的结构特点；其中含有：
-带废气排出口的热力发生器，
-可以装载热体的废气换热器；以下“***”不仅是供暖***，而是供暖***和/或供热水；
-废气换热器跟热力发生器的废气排出口连在一起；
-如果需要，冷却热力发生器的换热器；
-如果需要冷却发电机的换热器，换热器可装满***的载热体，换热器还包括散热冷却器(它可以接触***的载热体)；
-如果需要，含有跟热力发电机转子连在一起的发电机。
本结构跟模拟体的区别如下：
-热力发电机是四冲程内燃发动机；
-采用带有压缩机的热泵、冷却回路、加热回路；
-采用加热回路的换热器；
-采用热泵传动；
-传动是跟热力发电机的发电机连在一起的电力驱动，或者直接连到热力发电机转子的机械传动；
-载热泵载热体的热泵加热回路位于加热回路的换热器，并能通过表面来接触***载热体；
-载热体的热泵加热回路的换热器入口可以连到***出口，其中返回线路；
-载热体的热泵加热回路的换热器以***载热体连到废气的换热器；
-***载热体的废气换热器的出口可以连接***载热体的***入口，或者如果需要热力发生器的冷却换热器，***载热体的废气换热器的出口可以连接***载热体的热力发生器的冷却换热器入口；***载热体的热力发生器的冷却换热器的出口可以连接***载热体的***入口；
-热泵的冷却回路放在起泡器；
-起泡器的一部分可以装起泡器的载热体，一部分会出现空气腔；
-热泵的冷却回路位于起泡器，冷却回路的外表面可以解除起泡器的载热体；
-起泡器最少有一个废气通路，表面上有排气口，外表面可以接触起泡器的载热体；
-废气通路的入口跟废气换热器的出口连在一起；
-热泵载热体的冷却回路出口以热泵的压缩机跟热泵载热体的加热回路入口连在一起；
-起泡器的排气就是废气向大气的排放；
由于该装置结构的特点，没完全冷却的废气可以不用排放到大气，而可以排到热泵冷却回路的载热体里。已经被用过的废气排进有冷却回路的起泡器，在那边进行余热回收；这样，可以给热泵冷却回路的载热体补充加热，并给***的载热体加上热能。
现有的技术设备没有所述的特征综合。
已知有四冲程内燃发动机的热电联产装置。
已知在冶金工业使用的鼓风炉煤气的冷却和鼓泡净化（用水来过滤鼓风炉煤气的气泡）。本发明也利用不完全利用的废气穿过起泡器的载热体（水可以当载热体）。但是在本发明，用这个方法被冷却下来的废气可以进一步降温，并减少废气排放，提高装置效率。从这个方面来看，本方法能够带来一个新的，未知的结果；结果在于装置有效率的提高。用起泡器再次回收内燃发动机的废气热量的经验未知。同时，起泡器可以当做消音器，降低装置的噪声水平。用起泡器来降低装置的噪声也未知。
知道可以用空调做热泵，比如汽车的空调。在本发明，热泵不但把废气的余热回收给***的载热体用，而且当做一种排放到空气废气和***载热体之间的反映。这样可以保证装置的正常运行，并提高装置的效率。因此，在现有技术水平范围这种热泵的用法还未知。
附图说明
图1是含有热电联产装置的示意图。
具体实施方式
热电联产装置装有四冲程内燃发动机1；可以用任何汽车的发动机，比如，带散热器的拉达VAZ2106。装置包含机械连接到马达转子1的发电机2、废气换热器3（为了提高废气和载热体之间的热交换，换热器是有蜗牛型的表面积大的道路4的封闭容器。换热器3的容器盛满供热***的载热体。根据热交换优化的要求，废气换热器3的结构可以跟补充燃烧加热锅炉的换热器的结构一样（进水的蛇管）。(见http://www.mukhin.ru/teplo/auerpulsar.html)
装置还包括发动机冷却器1的换热器5；换热器的出口同时是供暖/供热水/建筑供暖***的进口。换热器5是装满***载热体的容器，容器里面装着发动机1的散热器6.冷却热力发电机的换热器5可以不要。这种情况下***载热体的换热器3的出口应该连接***载热体的进口。
装置包括热泵7，热泵包括带有装满热泵7载热体（列入氟氯烷）的冷却回路9和加热回路10的压缩机8。热泵7的冷却回路9放在起泡器11.起泡器11的一部分装满载热体，列入水；上面的部分出现空气腔。为了采集起泡器11载热体排放的废气需要空气腔。废气换热器3的排气道路12浸渍在起泡器11的载热体里；道路12的表面上有许多孔，废气气泡会通过这些孔进入起泡器11.废气道路12的支路能超过一条。起泡器11装有废气道路12的入口；入口位于装载热体的部分。起泡器11装有被再次回收的废气出口；出口位于空气腔部分。冷却回路9也浸渍在起泡器11的载热体里面。热泵7的加热回路10放在换热器13，并浸渍到***载热体。加热回路的换热器通过载热体的入口连接到供暖***的返回线路和/或供热水用的冷水入口；通过***载热体的出口连接废气换热器3的入口。热泵7的压缩机8装在热泵7载热体的冷却回路9的出口和热泵7载热体的加热回路10的入口中间。外国牌车的空调设备或者任何别的符合要求的空调设备可以用作装置的热泵7。装置使用设备被适应用甲烷和纯净水煤气的标准第一代的气瓶设备，或者别的用原燃料的设备。
在拉达VAZ2106汽车的发动机基础上装配的装置如下操作。
换热器：加热回路的13个、废气的3个、发动机1冷却***的5个，以上述的互相联系，通过返回线路被***的载热体装满。启动用原燃料（天然气、柴油、等）的内燃发动机1，初始温度是20℃。运行中发动机1的温度会升高，换热器5的冷却发动机的散热器6的温度也随着升高到90℃,从而给***载热体加热。用这种方式加热的载热体送到建筑供暖***的入口。
同时，在发动机1在燃烧燃料的过程中生成温度700-1800℃的蒸汽和废气，大多是二氧化碳。热废气被送到装满***载热体的废气换热器3的废气道路4里面。被加热废气的热量传给废气换热器3里面的***载热体。在废气换热器3里面发生***载热体和废气之间的热交换。该热交换的结果是：***载热体的温度达到大概70℃，并通过换热器5被送到***。已用过的，已交过一部分热量，温度25-70℃的废气（http://www.mukhin.ru/teplo/auerpulsar.html）用内燃发动机第四冲程的压力通过废气道路12被送入起泡器11。起泡器11装满自己的载热体：水或者任何别液体；液体的温度低于***载热体的温度。为了保证气体和液体分界面的热交换效率，起泡器载热体的温度是3-4℃。上述的温度适合水；起泡器载热体的温度取决于载热体的种类。起泡器液体的温度越低越好。理论上，温度可以等于氟氯烷的沸点（零下42℃）。废气经过废气道路12的小孔，在压力之下进入起泡器11的载热体，跟载热体混合以后，载热体和已经在换热器3被处理过的，但是还比较热的，发动机1的废气之间再次出现有效的热交换。然后温度5-8℃的废气离开起泡器11的水，先到空气腔，以后排到大气。起泡器11的载热体取废气的余热，它的温度升高到4-6℃；起泡器11的载热体把收集的热量通过接触冷却回路9的表面，送到热泵7的载热体。用这种方式在冷却回路被加热的热泵7的载热体通过热泵7的压缩机8被送入加热回路10为了给热泵的载热体加热。潜在供暖和/或热水***的载热体里面的加热回路10把***载热体加热到大概40℃。然后补充加热的***载热体通过废气换热器3和冷却发动机1的换热器5被送到***的入口；这样供暖***载热体的整体温度达到90℃。
这样，用几种方式（在加热回路10的换热器13用起泡器11的废气余热、在废气换热器3、在和冷却发动机1的换热器5）被加热的载热体被送到建筑供热***和/或供热水的蒸汽锅炉房。
进一步冷却的废气（温度大概5-8℃）被排到大气，这样跟原型来比可以减少热量的损失。在原型装置被排放废气的温度不能低于被送到供热***载热体的温度（大概90℃）；本发明中被排放废气的温度低得多，这样可以把热量损失减少9倍多。从本装置的运作可以看到，这样，如果保持被排放废气的温度不低于环境的温度（这里的“环境”不是大气，而是起泡器），可以同时保证正常的连续运行和由于补充热交换，起泡器11的加热。
跟原型相同的装置的效率大概34%，根据本发明装配装置的效率达到73-74%。为了获得这些数据，我们进行了原型装置和发明装置的操作性能比较。关于原型装置的操作性能信息来自http://yanmar-co.ru/products/cp/spec.html的网站。按照这些数据，装置的效率有两个成分，并达到85%；33,5%属于收集机械能量和把它用发电机变成电力的过程，51,5%属于通过冷却发动机的撒热气和内燃发动机的废气回收的热量。从100%燃烧的热量，33,5%给机械能量，66,5%的热量留给载热体。从剩下的66,5%热量只有51,5%热量被回收，就是说被送到原型装置载热体的现实热量等于66,5х0,515=34,25%。原型装置现实的效率由33,5%电力的生产和34,25%送到载热体的热量来组成；加上的结果是67,75%，跟网站上发表的数据（85%）不同。
为了进行试验和装置运行热工计算，我们在拉达VAZ2106汽车的四冲程内燃发动机的基础上装配了两台个实际试样；还利用了卡玛斯（KAMAZ）的ELECTROM2340.3771-152发电机。一台采用带散热器的冷却内燃发动机的换热器和废气换热器，没有起泡器和热泵；另一台加上了起泡器和热泵。
给这两个试样测量功率时，在卡玛斯发电机的出口。根据发电机的技术注册证，该发生器的效率是82%，生产电力的效率大概是25%；没用过的热量是100%-25%=75%。第一个试样的热量回收效率跟上述网站上面的一样，是51%；第二个带起泡器和热泵的试样效率是78%。如果余热回收的效率是75%，被送到***载热体的热量是75%х0,78=总共被生产热量的58,5%。这样，第一个试样的实际效率是58,5%+25%=83,5%,损失（排放到大气）的热量是16,5%。第二个试样不会有16,5%的损失，因为在换热器被处理过的废气进入起泡器，被再次回收。按照发明建构的试样拥有98–99%的实际效率，因为废气的余热由于热泵的利用会几乎完全进入***载热体。
如果从装置的总共效率来去掉生产电力的效率（98%-25%），我们可以看到发明装置的实际效率-73%；效率等于用给载热体加热的热量。如果来比较第一个，没有起泡器和热泵试样（原型）的效率（58,5%）和第二个有发明结构的效率73%，可以看到显示的效率优惠。根据http://yanmar-co.ru/products/cp/spec.html网站的信息，实际的效率只有34,25%.
热工计算表明，如果在装置中使用拉达VAZ2106汽车的内燃发动机（发动机用液体丙烷－丁烷），为了给符合现代保温要求的，总共面积有300平方米的2层楼建筑在87天内供暖，需要50公斤（大概100升）该燃料。

Claims (3)

1.供暖和/或热水的装置包含：有废气道路的热力发生器、可装满供暖和/或热水***载热体的废气换热器，废气换热器跟热力发生器的废气排口连在一起，冷却热力发生器的换热器、冷却热力发生器的换热器，换热器可装满***的载热体，换热器还包括散热冷却器(它可以接触***的载热体)；***载热体的废气换热器的出口跟***载热体的冷却热力发生器的换热器的入口连在一起，***载热体的冷却热力发生器的换热器的出口可以连接***载热体***的入口，如果需要冷却发电机的换热器，换热器可装满***的载热体，换热器还包括散热冷却器(它可以接触***的载热体)；***载热体的废气换热器的出口可以连接***载热体的***入口，或者如果需要热力发生器的冷却换热器，***载热体的废气换热器的出口可以连接***载热体的热力发生器的冷却换热器入口；***载热体的热力发生器的冷却换热器的出口可以连接***载热体的***入口；
如果需要，跟热力发电机转子连在一起的发电机；热力发生器是四冲程内燃发动机；装置采用带有压缩机的热泵、冷却回路、加热回路；采用加热回路的换热器，采用热泵传动。载热泵载热体的热泵加热回路位于加热回路的换热器，并能通过表面来接触***载热体；载热体的热泵加热回路的换热器入口可以连到***出口，其中返回线路；载热体的热泵加热回路的换热器以***载热体连到废气的换热器；热泵的冷却回路放在起泡器，起泡器的结构允许把一部分容量装起泡器的载热体，一部分容量留给空气腔，热泵的冷却回路位于起泡器，冷却回路的外表面可以解除起泡器的载热体；起泡器最少有一个废气通路，表面上有排气口，外表面可以解除起泡器的载热体；废气通路的入口跟废气换热器的出口连在一起，热泵载热体的冷却回路出口以热泵的压缩机跟热泵载热体的加热回路入口连在一起；起泡器的排气就是废气向大气的排放。
2.供暖和/或热水的装置包含：有废气道路的热力发生器、可装满供暖和/或热水***载热体的废气换热器。废气换热器跟热力发生器的废气排口连在一起，冷却热力发生器的换热器、冷却热力发生器的换热器，换热器可装满***的载热体，换热器还包括散热冷却器(它可以接触***的载热体)；***载热体的废气换热器的出口跟***载热体的冷却热力发生器的换热器的入口连在一起，***载热体的冷却热力发生器的换热器的出口可以连接***载热体***的入口，如果需要，跟热力发电机转子连在一起的发电机；热力发生器是四冲程内燃发动机；装置采用带有压缩机的热泵、冷却回路、加热回路；采用加热回路的换热器，采用热泵传动。载热泵载热体的热泵加热回路位于加热回路的换热器，并能通过表面来接触***载热体；载热体的热泵加热回路的换热器入口可以连到***出口，其中返回线路；载热体的热泵加热回路的换热器以***载热体连到废气的换热器；热泵的冷却回路放在起泡器，起泡器的结构允许把一部分容量装起泡器的载热体，一部分容量留给空气腔，热泵的冷却回路位于起泡器，冷却回路的外表面可以解除起泡器的载热体；起泡器最少有一个废气通路，表面上有排气口，外表面可以解除起泡器的载热体；废气通路的入口跟废气换热器的出口连在一起，热泵载热体的冷却回路出口以热泵的压缩机跟热泵载热体的加热回路入口连在一起；起泡器的排气就是废气向大气的排放。
3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于：传动是跟热力发电生器的发电机连在一起的电力驱动，或者直接连到热力发电机转子的机械传动。
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