供暖和/或供熱水裝置的製作方法

2023-10-18 10:35:29

本發明屬於熱工學範圍，用給住宅樓、工業建築、農副業建築、溫室、中型畜牧場獨立供暖和供熱水。

背景技術：
根據在http://www.cogeneration.ru網站(「關於熱電聯產、分布式發電和火電站的建築」網頁)發表的信息，有一個迷你熱電中心，帶熱電聯產裝置包含燒水鍋、燃氣渦輪的熱電聯產裝置(帶著柴油發電機–配有回收組件和生產管理系統的熱力發電機)。上述的熱電中心通過熱量發生器的熱量回收和載熱體的加熱，提供一種封閉建築供暖系統。熱量發生器利用液體或氣體的原來燃料。上述的熱電中心的熱電聯產裝置是本發明物的最相近的類似物。上述裝置的最大缺點在於效率不夠高；根據有效的熱交換要求，來源(廢氣)的溫度必須超過接收器(供熱系統的載熱體)的溫度；因為這些要求，排出到空氣的熱力發生器的廢氣溫度不能低於供熱系統載熱體的溫度。這意味著，熱力的一部分必然排到空氣。

技術實現要素：
本發明的目的和技術結果在於通過提高載熱體(廢氣)的餘熱回收，減少熱力的損耗、提高裝置的效率，排除熱廢氣的排放，創造供暖系統載熱體和廢氣之間的結局，減少燃料消耗。問題的解決和技術結果在於供暖和/或供熱水裝置的結構特點；其中含有：-帶廢氣排出口的熱力發生器，-可以裝載熱體的廢氣換熱器；以下「系統」不僅是供暖系統，而是供暖系統和/或供熱水；-廢氣換熱器跟熱力發生器的廢氣排出口連在一起；-如果需要，冷卻熱力發生器的換熱器；-如果需要冷卻發電機的換熱器，換熱器可裝滿系統的載熱體，換熱器還包括散熱冷卻器(它可以接觸系統的載熱體)；-如果需要，含有跟熱力發電機轉子連在一起的發電機。本結構跟模擬體的區別如下：-熱力發電機是四衝程內燃發動機；-採用帶有壓縮機的熱泵、冷卻迴路、加熱迴路；-採用加熱迴路的換熱器；-採用熱泵傳動；-傳動是跟熱力發電機的發電機連在一起的電力驅動，或者直接連到熱力發電機轉子的機械傳動；-載熱泵載熱體的熱泵加熱迴路位於加熱迴路的換熱器，並能通過表面來接觸系統載熱體；-載熱體的熱泵加熱迴路的換熱器入口可以連到系統出口或返回線路；-載熱體的熱泵加熱迴路的換熱器以系統載熱體連到廢氣的換熱器；-系統載熱體的廢氣換熱器的出口可以連接系統載熱體的系統入口，或者如果需要熱力發生器的冷卻換熱器，系統載熱體的廢氣換熱器的出口可以連接系統載熱體的熱力發生器的冷卻換熱器入口；系統載熱體的熱力發生器的冷卻換熱器的出口可以連接系統載熱體的系統入口；-熱泵的冷卻迴路放在起泡器；-起泡器的一部分可以裝起泡器的載熱體，一部分會出現空氣腔；-熱泵的冷卻迴路位於起泡器，冷卻迴路的外表面可以解除起泡器的載熱體；-起泡器最少有一個廢氣通路，表面上有排氣口，外表面可以接觸起泡器的載熱體；-廢氣通路的入口跟廢氣換熱器的出口連在一起；-熱泵載熱體的冷卻迴路出口以熱泵的壓縮機跟熱泵載熱體的加熱迴路入口連在一起；-起泡器的排氣就是廢氣向大氣的排放；由於該裝置結構的特點，沒完全冷卻的廢氣可以不用排放到大氣，而可以排到熱泵冷卻迴路的載熱體裡。已經被用過的廢氣排進有冷卻迴路的起泡器，在那邊進行餘熱回收；這樣，可以給熱泵冷卻迴路的載熱體補充加熱，並給系統的載熱體加上熱能。現有的技術設備沒有所述的特徵綜合。已知有四衝程內燃發動機的熱電聯產裝置。已知在冶金工業使用的鼓風爐煤氣的冷卻和鼓泡淨化(用水來過濾鼓風爐煤氣的氣泡)。本發明也利用不完全利用的廢氣穿過起泡器的載熱體(水可以當載熱體)。但是在本發明，用這個方法被冷卻下來的廢氣可以進一步降溫，並減少廢氣排放，提高裝置效率。從這個方面來看，本方法能夠帶來一個新的，未知的結果；結果在於裝置有效率的提高。用起泡器再次回收內燃發動機的廢氣熱量的經驗未知。同時，起泡器可以當做消音器，降低裝置的噪聲水平。用起泡器來降低裝置的噪聲也未知。知道可以用空調做熱泵，比如汽車的空調。在本發明，熱泵不但把廢氣的餘熱回收給系統的載熱體用，而且當做一種排放到空氣廢氣和系統載熱體之間的反映。這樣可以保證裝置的正常運行，並提高裝置的效率。因此，在現有技術水平範圍這種熱泵的用法還未知。附圖說明圖1是含有熱電聯產裝置的示意圖。具體實施方式熱電聯產裝置裝有四衝程內燃發動機1；可以用任何汽車的發動機，比如，帶散熱器的拉達VAZ2106。裝置包含機械連接到內燃發動機1的發電機2、廢氣換熱器3(為了提高廢氣和載熱體之間的熱交換，換熱器是有蝸牛型的表面積大的道路的封閉容器4。廢氣換熱器3的容器盛滿供熱系統的載熱體。根據熱交換優化的要求，廢氣換熱器3的結構可以跟補充燃燒加熱鍋爐的換熱器的結構一樣(進水的蛇管)。(見http://www.mukhin.ru/teplo/auerpulsar.html)裝置還包括冷卻熱力發生器的換熱器5；換熱器的出口同時是供暖/供熱水/建築供暖系統的進口。換熱器5是裝滿系統載熱體的容器，容器裡面裝著發動機1的冷卻散熱器6.冷卻熱力發生器的換熱器5可以不要。這種情況下系統載熱體的換熱器3的出口應該連接系統載熱體的進口。裝置包括熱泵7，熱泵包括帶有裝滿熱泵7載熱體(例如氟氯烷)的冷卻迴路9和加熱迴路10的壓縮機8。熱泵7的冷卻迴路9放在起泡器11.起泡器11的一部分裝滿載熱體，例如水；上面的部分出現空氣腔。為了採集起泡器11載熱體排放的廢氣需要空氣腔。廢氣換熱器3的排氣道路12浸漬在起泡器11的載熱體裡；排氣道路12的表面上有許多孔，廢氣氣泡會通過這些孔進入起泡器11。排氣道路12的支路能超過一條。起泡器11裝有排氣道路12的入口；入口位於裝載熱體的部分。起泡器11裝有被再次回收的廢氣出口；出口位於空氣腔部分。冷卻迴路9也浸漬在起泡器11的載熱體裡面。熱泵7的加熱迴路10放在換熱器13，並浸漬到系統載熱體。加熱迴路的換熱器通過載熱體的入口連接到供暖系統的返回線路和/或供熱水用的冷水入口；通過系統載熱體的出口連接廢氣換熱器3的入口。熱泵7的壓縮機8裝在熱泵7載熱體的冷卻迴路9的出口和熱泵7載熱體的加熱迴路10的入口中間。外國牌車的空調設備或者任何別的符合要求的空調設備可以用作裝置的熱泵7。裝置使用設備被適應用甲烷和純淨水煤氣的標準第一代的氣瓶設備，或者別的用原燃料的設備。在拉達VAZ2106汽車的發動機基礎上裝配的裝置如下操作。換熱器：加熱迴路的13個、廢氣的3個、發動機1冷卻系統的5個，以上述的互相聯繫，通過返回線路被系統的載熱體裝滿。啟動用原燃料(天然氣、柴油、等)的內燃發動機1，初始溫度是20℃。運行中發動機1的溫度會升高，換熱器5的冷卻發動機的散熱器6的溫度也隨著升高到90℃,從而給系統載熱體加熱。用這種方式加熱的載熱體送到建築供暖系統的入口。同時，在發動機1在燃燒燃料的過程中生成溫度700-1800℃的蒸汽和廢氣，大多是二氧化碳。熱廢氣被送到裝滿系統載熱體的廢氣換熱器3的廢氣道路4裡面。被加熱廢氣的熱量傳給廢氣換熱器3裡面的系統載熱體。在廢氣換熱器3裡面發生系統載熱體和廢氣之間的熱交換。該熱交換的結果是：系統載熱體的溫度達到大概70℃，並通過換熱器5被送到系統。已用過的，已交過一部分熱量，溫度25-70℃的廢氣(http://www.mukhin.ru/teplo/auerpulsar.html)用內燃發動機第四衝程的壓力通過廢氣道路12被送入起泡器11。起泡器11裝滿自己的載熱體：水或者任何別液體；液體的溫度低於系統載熱體的溫度。為了保證氣體和液體分界面的熱交換效率，起泡器載熱體的溫度是3-4℃。上述的溫度適合水；起泡器載熱體的溫度取決於載熱體的種類。起泡器液體的溫度越低越好。理論上，溫度可以等於氟氯烷的沸點(零下42℃)。廢氣經過廢氣道路12的小孔，在壓力之下進入起泡器11的載熱體，跟載熱體混合以後，載熱體和已經在換熱器3被處理過的，但是還比較熱的，發動機1的廢氣之間再次出現有效的熱交換。然後溫度5-8℃的廢氣離開起泡器11的水，先到空氣腔，以後排到大氣。起泡器11的載熱體取廢氣的餘熱，它的溫度升高到4-6℃；起泡器11的載熱體把收集的熱量通過接觸冷卻迴路9的表面，送到熱泵7的載熱體。用這種方式在冷卻迴路被加熱的熱泵7的載熱體通過熱泵7的壓縮機8被送入加熱迴路10為了給熱泵的載熱體加熱。潛在供暖和/或熱水系統的載熱體裡面的加熱迴路10把系統載熱體加熱到大概40℃。然後補充加熱的系統載熱體通過廢氣換熱器3和冷卻發動機1的換熱器5被送到系統的入口；這樣供暖系統載熱體的整體溫度達到90℃。這樣，用幾種方式(在加熱迴路10的換熱器13用起泡器11的廢氣餘熱、在廢氣換熱器3、在和冷卻發動機1的換熱器5)被加熱的載熱體被送到建築供熱系統和/或供熱水的蒸汽鍋爐房。進一步冷卻的廢氣(溫度大概5-8℃)被排到大氣，這樣跟原型來比可以減少熱量的損失。在原型裝置被排放廢氣的溫度不能低於被送到供熱系統載熱體的溫度(大概90℃)；本發明中被排放廢氣的溫度低得多，這樣可以把熱量損失減少9倍多。從本裝置的運作可以看到，這樣，如果保持被排放廢氣的溫度不低於環境的溫度(這裡的「環境」不是大氣，而是起泡器)，可以同時保證正常的連續運行和由於補充熱交換，起泡器11的加熱。跟原型相同的裝置的效率大概34％，根據本發明裝配裝置的效率達到73-74％。為了獲得這些數據，我們進行了原型裝置和發明裝置的操作性能比較。關於原型裝置的操作性能信息來自http://yanmar-co.ru/products/cp/spec.html的網站。按照這些數據，裝置的效率有兩個成分，並達到85％；33.5％屬於收集機械能量和把它用發電機變成電力的過程，51.5％屬於通過冷卻發動機的撒熱氣和內燃發動機的廢氣回收的熱量。從100％燃燒的熱量，33.5％給機械能量，66.5％的熱量留給載熱體。從剩下的66.5％熱量只有51.5％熱量被回收，就是說被送到原型裝置載熱體的現實熱量等於66.5х0.515＝34.25％。原型裝置現實的效率由33.5％電力的生產和34.25％送到載熱體的熱量來組成；加上的結果是67.75％，跟網站上發表的數據(85％)不同。為了進行試驗和裝置運行熱工計算，我們在拉達VAZ2106汽車的四衝程內燃發動機的基礎上裝配了兩臺個實際試樣；還利用了卡瑪斯(KAMAZ)的ELECTROM2340.3771-152發電機。一臺採用帶散熱器的冷卻內燃發動機的換熱器和廢氣換熱器，沒有起泡器和熱泵；另一臺加上了起泡器和熱泵。給這兩個試樣測量功率時，在卡瑪斯發電機的出口。根據發電機的技術註冊證，該發生器的效率是82％，生產電力的效率大概是25％；沒用過的熱量是100％-25％＝75％。第一個試樣的熱量回收效率跟上述網站上面的一樣，是51％；第二個帶起泡器和熱泵的試樣效率是78％。如果餘熱回收的效率是75％，被送到系統載熱體的熱量是75％х0.78＝總共被生產熱量的58.5％。這樣，第一個試樣的實際效率是58.5％+25％＝83.5％,損失(排放到大氣)的熱量是16.5％。第二個試樣不會有16.5％的損失，因為在換熱器被處理過的廢氣進入起泡器，被再次回收。按照發明建構的試樣擁有98–99％的實際效率，因為廢氣的餘熱由於熱泵的利用會幾乎完全進入系統載熱體。如果從裝置的總共效率來去掉生產電力的效率(98％-25％)，我們可以看到發明裝置的實際效率73％；效率等於用給載熱體加熱的熱量。如果來比較第一個，沒有起泡器和熱泵試樣(原型)的效率(58.5％)和第二個有發明結構的效率73％，可以看到顯示的效率優惠。根據http://yanmar-co.ru/products/cp/spec.html網站的信息，實際的效率只有34.25％.熱工計算表明，如果在裝置中使用拉達VAZ2106汽車的內燃發動機(發動機用液體丙烷－丁烷)，為了給符合現代保溫要求的，總共面積有300平方米的2層樓建築在87天內供暖，需要50公斤(大概100升)該燃料。