專利名稱:一種高效的熱能處理系統(tǒng)和方法
技術領域:
本發(fā)明涉及熱能處理技術領域,更具體的說是涉及一種高效的熱能處理系統(tǒng)和方法。
背景技術:
在自然界,存在許多低溫熱源,例如被太陽曬熱的沙礫、夏季溫暖的河流及溫泉等,這些熱源提供的熱量都沒有得到利用。而在工業(yè)領域,也有很多熱量(例如在冷卻設備時產(chǎn)生的大量熱水和熱風)沒有被利用。具體的,如熱力發(fā)電、窖爐煅燒、煤焦化、金屬冶煉、發(fā)酵、合成氨等過程中,許多環(huán)節(jié)都有冷卻的需求,為了達到較好的散熱效果,搭建的冷卻塔規(guī)模都十分可觀,并且通過水的循環(huán)及風的吹動進行散熱,循環(huán)的噴淋和風都需要借助外部能量(如電能)來產(chǎn)生,如此,一方面增加設備成本及能量成本,另一方面,冷卻過程中產(chǎn)生的大量熱能卻散發(fā)到大氣中,無法得到利用,并且會加劇全球變暖。
發(fā)明內容
有鑒于此,本發(fā)明的目的在于提供一種高效的熱量處理系統(tǒng)和方法,以對自然界的低溫熱源進行利用,以及,在工業(yè)領域中,在滿足冷卻需求的前提下對冷卻產(chǎn)生的余熱和廢熱進行收集、利用,同時減少余熱和廢熱直接排放而造成的環(huán)境影響。本發(fā)明技術方案是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的一方面,提供一種高效的熱能處理系統(tǒng),包括連接外部熱源以從所述外部熱源獲取熱量的連接器;與所述連接器連接且內部填充有制冷劑的蒸汽發(fā)生器,所述制冷劑在從所述連接器傳遞過來的熱量的作用下,產(chǎn)生蒸汽;入口和出口均連接于所述蒸汽發(fā)生器內的傳輸回路;設置于所述傳輸回路上且具有制熱出口的冷凝器,其將傳輸回路中的蒸汽進行冷凝后轉換為液體,該液體經(jīng)傳輸回路傳輸并從出口回收至所述蒸汽發(fā)生器中,冷凝過程中產(chǎn)生的熱量從所述制熱出口輸出。優(yōu)選的,上述系統(tǒng)還包括設置在所述傳輸回路上且位于冷凝器和所述傳輸回路入口之間的噴射器,該噴射器通過增加壓力加快蒸汽朝所述傳輸回路出口方向傳輸。優(yōu)選的,上述系統(tǒng)還包括兩端均與傳輸回路連通的傳輸支路,其入口和出口分別位于所述冷凝器和所述傳輸回路的出口之間及所述冷凝器和所述傳輸回路的入口之間;設置于所述傳輸支路上且具有制冷出口的蒸發(fā)器,對從冷凝器輸出并傳輸至蒸發(fā)器內的液體進行降壓,所述液體由于壓力降低產(chǎn)生沸騰式蒸發(fā),與制冷出口進行冷熱交換。優(yōu)選的,上述系統(tǒng)還包括設置于所述傳輸回路和傳輸支路上、作為傳輸支路上傳輸?shù)恼羝蛷乃隼淠鬏敵龅囊后w之間進行部分換熱場所的回熱器。優(yōu)選的,上述系統(tǒng)中,傳輸回路入口至噴射器之間的回路段包括相連的第一支路和第二支路,其中第一支路上依次設置有截止閥和加壓泵,第二支路上設置有截止閥;傳輸回路上位于噴射器與冷凝器之間的回路段包括相連的第三支路和第四支路, 其中,第三支路上依次設置有截止閥和壓縮機,第四支路上設置有截止閥。優(yōu)選的,上述系統(tǒng)中,所述傳輸支路上、位于傳輸支路入口與所述蒸發(fā)器之間設置有截止閥,所述傳輸支路上、位于傳輸支路出口與所述蒸發(fā)器之間設置有增壓器。優(yōu)選的,上述系統(tǒng)中,所述傳輸回路上設置有保證蒸汽或液體在所述傳輸回路內單向傳輸?shù)膯蜗蜷y。優(yōu)選的,上述系統(tǒng)中,所述外部熱源為螺桿式空壓機的冷卻油,或者離心式空壓機、窖爐出料、發(fā)電廠設備、藥廠發(fā)酵設備、合成氨設備、廚房爐灶、汽車發(fā)動機或硅片廠空壓機的冷卻水,或者活塞式空壓機排氣口處的廢氣,或者電梯的制動電阻,或者太陽能集熱器,或者地熱井。本發(fā)明的另一方面,提供一種高效的熱能處理方法,包括通過連接器從熱源獲取熱量;將所述熱量輸入到內部填充制冷劑的蒸汽發(fā)生器,使所述制冷劑在熱量的作用下
產(chǎn)生蒸汽;將所述蒸汽輸入冷凝器進行冷凝,轉換為液體并回收至所述蒸汽發(fā)生器;收集并輸出冷凝過程中產(chǎn)生的熱量。優(yōu)選的,上述方法還包括將冷凝過程中產(chǎn)生的部分液體輸入蒸發(fā)器進行降壓式蒸發(fā),蒸發(fā)過程中吸收制冷出口的熱量以實現(xiàn)制冷。從上述技術方案可以看出,本發(fā)明提供的方案采集自然領域的低溫熱源或者工業(yè)領域的廢熱或余熱,利用所述廢熱或余熱做功,滿足人類的一些必備需求,例如利用所述廢熱或余熱進行制冷或制熱。該方案能對現(xiàn)有自然界的低溫熱源進行利用,并且能夠在工業(yè)領域中,在滿足冷卻需求的前提下對冷卻產(chǎn)生的余熱和廢熱進行收集、利用,同時,減少余熱和廢熱直接排放而造成的環(huán)境影響。
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例提供的一種熱能處理系統(tǒng)的結構示意圖;圖2為本發(fā)明實施例提供的另一種熱能處理系統(tǒng)的結構示意圖;圖3為本發(fā)明實施例提供的熱能處理系統(tǒng)中噴射器的一種結構示意圖;圖4 圖10為本發(fā)明實施例提供的其他幾種熱能處理系統(tǒng)的結構示意圖;圖11為本發(fā)明實施例提供的一種熱能處理方法的流程圖;圖12為本發(fā)明實施例提供的另一種熱能處理方法的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種在熱能處理的新方案采集自然領域的低溫熱源或者工業(yè)領域的廢熱或余熱,利用所述廢熱或余熱做功,滿足人類的一些必備需求,例如利用所述廢熱或余熱進行制冷或制熱。本方案能對現(xiàn)有自然界的低溫熱源進行利用,并且能夠在工業(yè)領域中,在滿足冷卻需求的前提下對冷卻產(chǎn)生的余熱和廢熱進行收集、利用,同時,減少余熱和廢熱直接排放而造成的環(huán)境影響。所述自然界的低溫熱源指的是依靠自然條件形成的具有一定溫度的物質或場所, 例如地熱、溫泉、夏季的河流或沙漠中的沙礫等。所述工業(yè)領域的余熱或廢熱,指的是在工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生沒有被利用的熱量, 一般直接排放于空氣中。本發(fā)明提供的方案針對現(xiàn)有技術中低溫熱源、余熱和廢熱沒有被利用的情況,提供了一種解決方案。下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護的范圍。請參考圖1,為本發(fā)明實施例提供的一種熱能處理系統(tǒng)的結構示意圖,從該圖中可以看出,所述熱能處理系統(tǒng)包括連接器11、蒸汽發(fā)生器12、傳輸回路13、冷凝器14和制熱出口 15,其中所述蒸汽發(fā)生器12內部填充有制冷劑,所述制冷劑遇熱會轉化為蒸汽。所述連接器11連接外部熱源以從所述熱源獲取熱量。所述傳輸回路13為一個封閉回路,其入口 131和出口 132均連接于所述蒸汽發(fā)生器12內部。所述冷凝器14設置于所述傳輸回路13上,其將所述傳輸回路13上傳輸?shù)膩碜运稣羝l(fā)生器12的蒸汽進行冷凝,轉換為液體后從所述傳輸回路13傳輸往所述出口 132 方向。所述制熱出口 15設置于所述冷凝器14上,用于輸出在所述冷凝器14對蒸汽進行冷凝的過程中產(chǎn)生的熱量。下面介紹下本實施例提供的一種高效的熱能處理系統(tǒng)的工作原理和工作過程連接器11從外部熱源獲取熱量后傳遞到蒸汽發(fā)生器12內部,填充于所述蒸汽發(fā)生器12內的制冷劑吸收熱量后,溫度升高,并在溫度高于實際沸點時發(fā)生沸騰以產(chǎn)生飽和蒸汽。此過程中,連接器11由于熱量被吸收而溫度降低,得以繼續(xù)從外部熱源獲取熱量。制冷劑沸騰產(chǎn)生的蒸汽隨著溫度的升高,壓力也隨著升高并從傳輸回路13的入口 131進入所述傳輸回路13,并朝著所述傳輸回路13的出口 132傳輸,進入冷凝器14后, 在所述冷凝器14內進行冷凝作用后轉換為液體,在冷凝過程中產(chǎn)生熱量,這部分熱量經(jīng)制熱出口 15傳輸至外部。冷凝后轉換形成的液體(即液態(tài)制冷劑)繼續(xù)沿著傳輸回路13傳輸,最后從出口 132輸出至所述蒸汽發(fā)生器12??梢钥闯?,本實施例能夠獲取外部熱源的熱量,并巧妙地采用了制冷劑作為媒介進行傳導,即將熱量通過制冷劑的氣化進行攜帶和傳輸,并通過液化過程釋放,利用與連接外部環(huán)境的制熱出口與外部環(huán)境進行熱冷交互(即傳輸至外部),實現(xiàn)了對熱源能量的獲取、傳輸和利用。并且,在本系統(tǒng)的工作過程中,所用的制冷劑通過傳輸回路傳輸后會回收至蒸汽發(fā)生器,制冷劑可以反復利用(理論上無需補充新的制冷劑),實現(xiàn)了資源的有效利用。本發(fā)明實施例提供的另外一種結構的熱能處理系統(tǒng),在上述實施例的基礎上增加加速蒸汽在傳輸回路13中傳輸速率的器件,另外還可以增加傳輸支路及置于該傳輸支路上的蒸發(fā)器,具體結構如圖2所示,在圖1所示實施例的基礎上,增加了噴射器16、傳輸支路 17及蒸發(fā)器18,其中噴射器16設在傳輸回路上,位于所述冷凝器14和所述傳輸回路13的入口 131之間,用于增大蒸汽的壓力以加快蒸汽在所述傳輸回路13中的傳輸。其一種具體結構如圖3 所示,其內部含有噴管31、吸入室32、混合室33和擴壓室34,其中從傳輸回路13的入口 131傳輸過來的飽和蒸汽進入所述噴管31,從傳輸支路16出口傳輸?shù)恼羝M入所述吸入室 32,在所述噴管32的作用下形成高速流體,在后方的所述吸入室32形成低氣壓,所述高速流體進入所述噴管31前方的混合室33,并在所述擴壓室34內推擠形成高氣壓,最后沿著傳輸回路13朝所述傳輸回路13的出口 132傳輸。可以看出,該噴射器16利用不同部位的氣壓差,產(chǎn)生循環(huán)動力,無需耗費其它動力,簡單有效。所述傳輸支路17兩端均與所述傳輸回路13相連,其一端(入口)位于所述冷凝器14和所述傳輸回路13的出口 132之間,另一端(出口)位于所述冷凝器14和所述傳輸回路13的入口 131之間。所述蒸發(fā)器18置于所述傳輸支路17上,接收從所述傳輸支路17的入口進入的來自所述冷凝器14的部分液體(即液態(tài)制冷劑),由于所述噴射器16的吸入室32的抽吸作用,不斷吸走所述傳輸支路17及蒸發(fā)室18內的蒸汽,使得所述傳輸支路17 (具體來說,應該是傳輸支路17上位于傳輸支路17的出口及蒸發(fā)器18之間的部分)及蒸發(fā)室18保持較低氣壓,從而能夠對進入的液態(tài)制冷劑進行降壓,使所述液體由于壓力降低產(chǎn)生沸騰式蒸發(fā),產(chǎn)生蒸汽,吸收熱量,從而使得設置于所述蒸發(fā)器18上且與連接外界環(huán)境的制冷出口 19溫度降低,實現(xiàn)制冷效果。產(chǎn)生的蒸汽從所述傳輸支路17的出口進入所述傳輸回路13。在某些實施例中,在所述蒸發(fā)器18和傳輸支路17的入口之間設置有截止閥20,在需要制冷時,開啟所述截止閥20,讓從所述冷凝器14流出的部分液態(tài)制冷劑從所述傳輸支路17的入口輸入并進入所述蒸發(fā)器18內部,當不需要制冷時,可關閉所述截止閥20,以避免液態(tài)制冷劑進入(即從所述冷凝器14輸出的液態(tài)制冷劑能夠全部通過所述傳輸回路13 的出口 132回收至所述蒸汽發(fā)生器12中)。為了便于對本系統(tǒng)的控制,在本發(fā)明實施例提供的其他結構中,還可以將傳輸回路上的某部分設置成相連的多個支路,如圖4、圖5和圖6所示,下面逐個介紹。圖4所示結構中,所述傳輸回路13的入口 131至所述噴射器16之間的回路段包括相連的第一支路133和第二支路132,其中,所述第一支路133上設置有截止閥21和加壓泵22,所述第二支路134上設置有截止閥23,所述截止閥21和截止閥23用于控制所在支路的通、斷,所述加壓泵22用于對飽和蒸汽進行適當?shù)募訅?,當飽和蒸汽的壓力不足時,將壓力增加到一個合適的值,當飽和蒸汽的壓力足夠時,停止運行。本實施例通過設置兩個支路來適應飽和蒸汽的壓力狀況,在飽和蒸汽壓力足夠時,關閉截止閥21,開通截止閥23,而當飽和蒸汽壓力不夠時,關閉截止閥23,開通截止閥21并啟動加壓泵22。圖5所示的結構中,所述傳輸回路13上位于所述噴射器23與所述冷凝器14之間的回路段包括相連的第三支路135和第四支路136,其中,所述第三支路135上設置有截止閥M和壓縮機25,所述第四支路136上設置有截止閥26。本實施例同樣通過設置兩個支路來適應飽和蒸汽的壓力狀況,在飽和蒸汽壓力足夠或者需要較大量時,關閉截止閥M和壓縮機25,開通截止閥沈,而當飽和蒸汽壓力不夠或者需要較大量時,關閉截止閥沈,開通截止閥M并啟動壓縮機25。所述壓縮機25可以采用電機驅動方式,對蒸汽進行壓縮。圖6所示的結構結合上述圖4和圖5中的第一支路133、第二支路134、第三支路 135和第四支路136,以及支路上的截止閥、加壓泵或壓縮機,為控制傳輸回路的進一步提供了方便。在某些實施例中,為了加快傳輸支路16中蒸汽的傳輸,在傳輸支路16上設置增壓部件,如圖7所示,在所述傳輸支路16上設置增壓器27,以加大傳輸支路16中的壓力,這樣做的目的是增大噴射器20的吸入口壓力,使得噴射器20的效率更高。在另外的一些實施例中,結構如圖8所示,在系統(tǒng)中增設回熱器觀,作為傳輸回路 13內的液態(tài)制冷劑和傳輸支路16上的蒸汽之間進行熱量交換的場所。由于該回熱器觀的存在,能夠進一步降低液態(tài)制冷劑的溫度及提高蒸汽的溫度,使得液態(tài)制冷劑在到達所述蒸發(fā)器18前能夠獲得更低的溫度,并且使得進入所述噴射器16的氣體溫度和壓力更高,更易于被壓縮到更高的壓力,提高系統(tǒng)的效率。圖9示出的熱能處理系統(tǒng)中,還進一步包括循環(huán)泵四,該循環(huán)泵四設置于所述傳輸回路13上、位于所述傳輸回路13的出口 132和了冷凝器14之間,用于將所述傳輸回路 13中從冷凝器14輸出的液體加壓,壓力大于所述蒸汽發(fā)生器12中的壓力,以便再次流動到蒸汽發(fā)生器12中。在上述各實施例中,所述傳輸回路13傳輸其中的蒸汽或液體是從入口 131往出口 132方向傳輸,也就是說,傳輸方式是單向傳輸。具體可以以設置單向閥的方向來實現(xiàn),如圖 10,在傳輸回路13上鄰近入口 131處設置有單向閥30,在傳輸回路13上鄰近出口 132處設置有單向閥31,這兩個單向閥能夠保證蒸汽或液體在所述傳輸回路13中的單向傳輸。需要說明的是,上述僅提供了幾個具體結構,在其他結構中,可以在具備連接器 11、蒸汽發(fā)生器12、傳輸回路13、冷凝器14及制熱出口 15的基礎上,任意結合上述實施例記載的傳輸回路13上各支路及各支路上的各個部件、噴射器16、循環(huán)泵四、單向閥30和單向閥31?;蛘撸诰邆溥B接器11、蒸汽發(fā)生器12、傳輸回路13、冷凝器14、制熱出口 15、 傳輸支路17及該傳輸支路17上的蒸發(fā)器18及制冷出口 19的基礎上,任意結合以下各個部分中的任意一個傳輸回路13上各支路及各支路上的各個部件、噴射器16、循環(huán)泵四、單向閥30、單向閥31、增壓泵27及回熱器28。另外,還需要說明的是,本系統(tǒng)可以是復合式系統(tǒng),S卩在飽和蒸汽壓力足夠時可以無需采用普通動力設備(一般為電機驅動),即可直接對熱量進行傳輸和應用(如制熱、 制冷),而在飽和蒸汽壓力不足時,可以借助一些普通動力設備(如電機驅動的加壓泵22、 壓縮機25或循環(huán)泵29)。因此,與單純采用普通動力設備傳輸熱能的方式相比,具有高效、 適應面廣、運行可靠的特點和優(yōu)點。
各實施例中所述連接器11為傳導熱量的部件,具體可以是一個太陽能集熱器、一根熱水輸送管、一根熱油輸送管、板式換熱器或相互焊接的金屬板(如鋼板)。而所述外部熱源可以為螺桿式空壓機的冷卻油,或者離心式空壓機、窖爐出料、 發(fā)電廠設備、藥廠發(fā)酵設備、合成氨設備、廚房爐灶、汽車發(fā)動機或硅片廠空壓機的冷卻水, 或者活塞式空壓機排氣口處的廢氣,或者電梯的制動電阻,或者太陽能集熱器,或者地熱井。為了方便本領域技術人員理解,下面結合幾個具體應用例,對本發(fā)明提供的熱能處理系統(tǒng)的應用場景予以補充說明。應用例一本系統(tǒng)可應用于螺桿式空壓機的冷卻方面,螺桿式空壓機在使用過程中,其冷卻油溫度較高,可達100多度,含有較多的熱量,這部分熱量以往都被直接排放至外部環(huán)境而沒有被有效利用,并且其冷卻過程中還需要耗費能量。采用本系統(tǒng),從連接器11 (可以是熱油輸送管的一部分)處流過,冷卻油的熱量被傳遞給蒸汽發(fā)生器12,蒸汽發(fā)生器12中的制冷劑預熱產(chǎn)生飽和蒸汽,沿著傳輸回路13進行傳輸,在經(jīng)過冷凝器14時轉換出熱量通過制熱出口 15(具體形式可以是制熱出口 15為水管的一部分,冷凝過程中產(chǎn)生的熱量對水管中的水進行加熱)輸出,并且冷凝過程轉換得到的液態(tài)制冷劑在經(jīng)過傳輸支路17上的蒸發(fā)器 18時產(chǎn)生沸騰式蒸發(fā),此過程中吸收制冷出口 19的熱量(制冷出口 19具體形式可以是水管的一部分,水管中的水被吸收熱量后溫度降低)。在飽和蒸汽不足時,可以進行加壓或壓縮。上述制熱過程中由制熱出口 15處產(chǎn)生的熱水可以供浴室和食堂使用,上述制冷過程中由制冷出口 19處產(chǎn)生的冷水可以供應辦公室或者空壓機房降溫使用,也可以用于空壓機進氣口的預冷和輸出氣體的冷卻,而所述輸出氣體部分可以不再使用冷干機。采用本系統(tǒng),一方面能夠對冷卻油的熱量進行有效利用,產(chǎn)生的熱水可供食堂或浴室使用,產(chǎn)生的冷水可供降溫,并且可用于對輸出氣體的冷卻,而無需采用冷干機,節(jié)省設備成本,另一方面,由于冷卻油的熱量被采集,而非直接排放外界環(huán)境,因此無需采用冷卻風扇,降低了耗電量,并且還可以降低外界環(huán)境(具體是空壓機所在環(huán)境)的氣溫。應用例二本系統(tǒng)可應用于離心式空壓機的冷卻方面,離心式空壓機的冷卻水出水溫度約為 29度左右,冷卻水經(jīng)過連接器11 (所述連接器11可以是熱水輸送管的一部分),將熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器12,連接器11處的冷卻水溫度將為20度左右,蒸汽發(fā)生器12中的制冷劑吸收熱量后產(chǎn)生飽和蒸汽。飽和蒸汽經(jīng)過加壓泵22的加壓、噴射器16的噴射和壓縮機25 的壓縮后,獲得足夠的動力,并分別在冷凝器14和蒸發(fā)器18處進行制熱和制冷。制出的熱氣或熱水溫度可達58度以上,可用于冬季時的采暖,也可以供應浴室和食堂使用。制出的冷水可為車間提供冷氣,也可以用于空壓機進氣口的預冷和輸出氣體的冷卻,輸出氣體可以不用使用冷干機。并且,可以使得離心式空壓機的冷卻更加充分,從而提高壓縮效率,節(jié)省能源(實驗表明,能夠節(jié)省10%左右),同時,本系統(tǒng)能夠使冷卻溫度更加穩(wěn)定,進一步減小離心式空壓機發(fā)生喘振的概率下面做簡單說明喘振在夏季發(fā)生較多,其原因就是入口氣體溫度較高,變得更加稀薄,使得吸入的空氣量減少,壓縮不充分,并且夏季壓縮后的氣體也更熱,而排氣后溫度驟降,使得排氣時的壓力下降幅度大,助長了氣壓的波動,誘發(fā)喘振。采用本系統(tǒng)能夠比普通的冷卻塔式的冷卻更能降低冷卻水溫度,相當于是對冷卻水進行制冷,因此冷卻水能溫度能低到20度甚至更低,這樣空壓機吸入的空氣就變得涼爽,壓縮后的溫度也和秋冬季時的沒有兩樣,排氣口處的壓力波動幅度減小,從而避免了夏季容易發(fā)生喘振的問題。應用例三本系統(tǒng)可用于活塞式空壓機的冷卻方面,活塞式空壓機的排氣口溫度較高,將該排氣口的高溫氣體傳輸給連接器11,由連接器11傳輸給蒸汽發(fā)生器12,蒸汽發(fā)生器12內部的制冷劑遇熱后產(chǎn)生飽和蒸汽,該飽和蒸汽經(jīng)過加壓、噴射和壓縮后,于冷凝器14和蒸發(fā)器18處進行制熱和制冷,制出的熱水可供浴室和食堂使用,制出的冷水可供應辦公室或者空壓機房降溫使用,也可以用于空壓機進氣口的預冷、空壓機壓縮機的冷卻及輸出氣體的冷卻,輸出氣體部分可以不再使用冷干機。本系統(tǒng)能夠將空壓機的溫度降低,并且能夠降低空壓機的壓縮能耗(大概下降 15% ),并且使得空壓機的使用環(huán)境得到改善。應用例四本系統(tǒng)可用于玻璃廠、水泥廠、焦化廠、陶瓷廠等具有窖爐和出料冷卻的場合。窖爐本身需要冷卻,并且從窖爐中燒好的出料也需要冷卻,本系統(tǒng)的連接器11包括安裝于出料部位的換熱器(當然也可以是連接換熱器的導熱器)及冷卻水管的一部分,出料產(chǎn)生的熱量及冷卻水提供的熱量分別從換熱器和冷卻水管傳輸至蒸汽發(fā)生器12內部,所述蒸汽發(fā)生器內部的制冷劑遇熱后產(chǎn)生飽和蒸汽,飽和蒸汽經(jīng)過加壓、噴射和壓縮后,分別于冷凝器14和蒸發(fā)器18處進行制熱和制冷,所制冷水可供辦公室、車間空調之用,所制的熱水可供冬季采暖和浴室、食堂使用,多余部分還可以供居民區(qū)使用。使用形式可以是有償使用, 由此,采用本系統(tǒng)后,窖爐和出料的冷卻得以保證,并且,原本廢棄的熱量也得以被有效利用,另外還可以獲得經(jīng)濟利益。應用例五本系統(tǒng)可用于發(fā)電廠、藥廠發(fā)酵設備、合成氨設備及化工廠設備(如合成氨設備)。上述設備的冷卻過程中產(chǎn)生的冷卻水攜帶有大量低溫熱量,這些熱量經(jīng)過連接器11 傳遞給蒸汽發(fā)生器12,蒸汽發(fā)生器12內部的制冷劑遇熱蒸發(fā),產(chǎn)生飽和蒸汽,所述飽和蒸汽經(jīng)過加壓、噴射和壓縮后,分別于冷凝器14和蒸發(fā)器18處進行制熱和制冷。制出的熱水可供浴室和食堂使用,多余部分可以銷售給居民區(qū),如此,大量的廢熱得到合理利用,同時原有的冷卻循環(huán)系統(tǒng)基本不需要再運行,節(jié)約了大量的能源,并能夠獲得額外的經(jīng)濟利益。應用例六本系統(tǒng)可用于酒店,酒店的廚房爐灶具有一定的廢熱,同時,酒店的客房需要空調調節(jié)溫度以外,還需要大量的沐浴熱水。通過連接器11獲取酒店爐灶的廢熱,并傳遞至蒸汽發(fā)生器12內部,所述蒸汽發(fā)生器12內部的制冷劑預熱蒸發(fā),產(chǎn)生蒸汽,當廢熱不足時,可采用加壓泵22、噴射器16和壓縮器25分別進行加壓、噴射和壓縮,并分別于冷凝器14和蒸發(fā)器18處進行制熱和制冷。所制出的冷水用于客房空調,所制出的熱水用于客房淋浴,于是能夠同時滿足制冷和制熱要求,效率比較高所制的熱量大部分來自制冷所搬運的熱量, 收集到的廢熱也有助于制冷。因此,酒店的能耗被大幅降低,獲得經(jīng)濟利益。
應用例七本系統(tǒng)還可以應用于太陽能制冷制熱方面。利用連接器(太陽能集熱器)直接暴曬或者通過暴曬的沙礫獲取熱量,傳遞給蒸汽發(fā)生器12,所述蒸汽發(fā)生器12內部的制冷劑遇熱蒸發(fā),產(chǎn)生飽和蒸汽,這些飽和蒸汽經(jīng)過傳輸回路運輸過程中,經(jīng)過加壓、噴射和/或壓縮后,分別于冷凝器14和蒸發(fā)器18處進行制熱和制冷。所制出的冷水用于房間空調使用,所制熱水用于廚房和浴室。采用本系統(tǒng)進行熱量收集的優(yōu)勢在于耗電量較低,僅有普通空調和熱水器的10%左右。并且,熱量被收集且有效利用本身就對地球的生態(tài)具有保護作用。應用例八本系統(tǒng)可用于汽車冷卻方面。汽車在使用中,冷卻水一般在90度左右,其中有大量的熱量需要散發(fā),本系統(tǒng)中的連接器(冷卻水管的一部分)11將這些熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器12,蒸汽發(fā)生器12內部的制冷劑遇熱蒸發(fā),產(chǎn)生飽和蒸汽,所述飽和蒸汽經(jīng)加壓、噴射和/或壓縮后,分別于冷凝器14和蒸發(fā)器18處進行制熱和制冷。所制出的冷水可供汽車內部空調,以節(jié)省汽車原空調使用所耗費的電能,變廢為寶用內燃機的廢熱實現(xiàn)制冷,減少耗油量,能夠節(jié)約成本約 20%,并且保護地球生態(tài)。應用例九本系統(tǒng)可用于電梯廢熱制冷。電梯在使用中,普遍存在制動電阻發(fā)熱的問題,制動電阻的表面溫度可達100度以上,如此高的表面溫度致使機房溫度上升10度以上,現(xiàn)有技術一般使用風扇對制動電阻進行散熱,再通過空調對電梯機房進行散熱,需要花費風扇的電能及機房空調的電能。而采用本系統(tǒng),將連接器11連接于電梯的制動電阻上,制動電阻產(chǎn)生的熱量被連接器11傳遞至蒸汽發(fā)生器12,蒸汽發(fā)生器12內部的制冷劑。制冷劑遇熱蒸發(fā),產(chǎn)生飽和蒸汽,該飽和蒸汽進入所述傳輸回路13,依次進行加壓、噴射和/或壓縮后,分別于冷凝器14和蒸發(fā)器18處進行制熱和制冷。如此,利用制動電阻產(chǎn)生的熱進行制冷,既解決了冷卻的問題,又改善環(huán)境,并且在此期間,降低(甚至避免) 風扇的耗電量,大概能節(jié)約40 %的能量。應用例十本系統(tǒng)可用于太陽能冷庫、制冰廠。以往,冷庫用電進行制冷以提供冷凍儲存服務,制冰廠用電進行制冷生產(chǎn)冰作為產(chǎn)品,經(jīng)營成本大部分是電費。采用本糸統(tǒng),通過連接器11(太陽能集熱器)獲取太陽能熱量,傳遞給蒸汽發(fā)生器12,蒸汽發(fā)生器12內部的制冷劑遇熱蒸發(fā),產(chǎn)生飽和蒸汽,沿傳輸回路13傳輸,依次進行加壓、噴射和/或壓縮后,分別于冷凝器14和蒸發(fā)器18處進行制熱和制冷。本系統(tǒng)可使用太陽能的熱量實現(xiàn)制冷,可將耗電量減少為原來的15%,并且系統(tǒng)由于運動部件少,運行穩(wěn)定、可靠。應用例i^一本系統(tǒng)可用于地熱制冷的冷庫、制冰廠。以往,冷庫用電進行制冷提供冷凍儲存服務,制冰廠用電進行制冷生產(chǎn)冰作為產(chǎn)品,它們的生產(chǎn)經(jīng)營過程中耗費較多電力資源。采用本系統(tǒng),通過連接器11從地熱井獲取熱量,并傳遞給蒸汽發(fā)生器12,蒸汽發(fā)生器12內部的制冷劑遇熱蒸發(fā),產(chǎn)生飽和蒸汽經(jīng)傳輸回路傳輸,飽和蒸汽經(jīng)過加壓、噴射及壓縮后,分別于冷凝器14和蒸發(fā)器18處進行制熱和制冷。本系統(tǒng)可使用地熱井的熱量實現(xiàn)制冷,可將耗電量削減至原來的15%左右。并且系統(tǒng)由于運動部件少,運行穩(wěn)定、可靠。應用例十二本系統(tǒng)可用于硅片廠的節(jié)能使用。硅片廠的車間屬于封閉式,內部需要無塵化處理,供應給車間的空氣是由空壓機供應且經(jīng)過凈化、制冷和制熱處理,以便達到合適的正壓及溫度。采用本系統(tǒng),連接器11獲取空壓機的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器12 (相當于對空壓機散熱),蒸汽發(fā)生器12內部的制冷劑遇熱蒸發(fā),產(chǎn)生飽和蒸汽經(jīng)傳輸回路傳輸,飽和蒸汽經(jīng)過加壓、噴射及壓縮后,分別于冷凝器14和蒸發(fā)器18處進行制熱和制冷,調節(jié)空氣的溫度,同時實現(xiàn)了空壓機的冷卻、空氣的制冷和制熱,無需使用其它的冷卻和制冷機組,基本不消耗能源,實現(xiàn)最大程度的節(jié)能。應用例十三本系統(tǒng)可用于螺桿空壓機的新型冷干機。螺桿空壓機的新型冷干機,用在螺桿空壓機上,因為螺桿空壓機的排氣溫度一般較高,需要另外設置冷干機來對排氣進行冷卻和干燥。采用本系統(tǒng),利用連接器11從螺桿空壓機的冷卻油上直接取熱,傳遞給蒸汽發(fā)生器12,蒸汽發(fā)生器12內部的制冷劑遇熱蒸發(fā),產(chǎn)生飽和蒸汽經(jīng)傳輸回路傳輸,飽和蒸汽經(jīng)過加壓、噴射及壓縮后,分別于冷凝器14和蒸發(fā)器18處進行制熱和制冷。制出的冷氣或冷水能夠將排氣冷卻,無需再耗費多余的電能。應用例十四本系統(tǒng)可用于船舶制冷。在船舶航行過程中,發(fā)動機不斷發(fā)熱(廢熱),以往直接排放,采用本系統(tǒng),通過連接器11獲取發(fā)動機產(chǎn)生的熱量,傳遞給蒸汽發(fā)生器12,蒸汽發(fā)生器12內部的制冷劑遇熱蒸發(fā),產(chǎn)生飽和蒸汽經(jīng)傳輸回路傳輸,飽和蒸汽經(jīng)過加壓、噴射及壓縮后,分別于冷凝器14和蒸發(fā)器18處進行制熱和制冷。制出的熱水可供淋浴、廚房使用,制出的冷水可供船上的冷凍、空調之用,變廢為寶,節(jié)約資源,同時保護環(huán)境。應用例十五本系統(tǒng)可用于液壓站廢熱制冷。在工廠液壓站和注塑機液壓站內,一般液壓油由于大量運轉,其溫度較高,可達75 度以上,以往,這種熱量一般被浪費。采用本系統(tǒng),通過連接器獲取液壓油的熱量,傳遞給蒸汽發(fā)生器12,蒸汽發(fā)生器12內部的制冷劑遇熱蒸發(fā),產(chǎn)生飽和蒸汽經(jīng)傳輸回路傳輸,飽和蒸汽經(jīng)過加壓、噴射及壓縮后,分別于冷凝器14和蒸發(fā)器18處進行制熱和制冷。針對上述熱能處理系統(tǒng),本發(fā)明同時還提供了一種高效的熱能處理方法,其基本流程如圖11所示,包括以下步驟步驟Sl 11、通過連接器從外部熱源獲取熱量。所述連接器為導熱連接器,傳導熱量的部件,具體可以是一個太陽能集熱器、一根熱水輸送管、一根熱油輸送管、板式換熱器或相互焊接的金屬板(如鋼板)。而所述外部熱源可以為螺桿式空壓機的冷卻油,或者離心式空壓機、窖爐出料、
12發(fā)電廠設備、藥廠發(fā)酵設備、合成氨設備、廚房爐灶、汽車發(fā)動機或硅片廠空壓機的冷卻水, 或者活塞式空壓機排氣口處的廢氣,或者電梯的制動電阻,或者太陽能集熱器,或者地熱井。步驟S112、將所述熱量輸入到內部填充制冷劑的蒸汽發(fā)生器,使所述制冷劑在熱量的作用下產(chǎn)生蒸汽。步驟S113、將所述蒸汽輸入冷凝器進行冷凝,轉換為液體并回收至所述蒸汽發(fā)生
ο步驟S114、收集并輸出冷凝過程中產(chǎn)生的熱量。在另外一些實施例提供的熱能處理方法中還進一步包括制冷過程,圖12示出了該方法的流程,包括以下步驟步驟S121、將部分液體輸入蒸發(fā)器進行降壓式蒸發(fā),蒸發(fā)過程中吸收制冷出口的熱量以實現(xiàn)制冷。需要說明的是,對于實施例公開的方法而言,由于其與實施例公開的裝置相對應, 所以描述的比較簡單,相關之處參見裝置部分說明即可。需要說明的是,在本文中,諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來,而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且,術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含,從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素,而且還包括沒有明確列出的其他要素,或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備
所固有的要素。在沒有更多限制的情況下,由語句“包括一個......”限定的要素,并不排
除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。對所公開的實施例的上述說明,使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下,在其它實施例中實現(xiàn)。因此,本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例,而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種高效的熱能處理系統(tǒng),其特征在于,包括連接外部熱源以從所述外部熱源獲取熱量的連接器;與所述連接器連接且內部填充有制冷劑的蒸汽發(fā)生器,所述制冷劑在從所述連接器傳遞過來的熱量的作用下,產(chǎn)生蒸汽;入口和出口均連接于所述蒸汽發(fā)生器內的傳輸回路;設置于所述傳輸回路上且具有制熱出口的冷凝器,其將傳輸回路中的蒸汽進行冷凝后轉換為液體,該液體經(jīng)傳輸回路傳輸并從出口回收至所述蒸汽發(fā)生器中,冷凝過程中產(chǎn)生的熱量從所述制熱出口輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的熱能處理系統(tǒng),其特征在于,還包括設置在所述傳輸回路上且位于冷凝器和所述傳輸回路入口之間的噴射器,該噴射器通過增加壓力加快蒸汽朝所述傳輸回路出口方向傳輸。
3.根據(jù)權利要求2所述的熱能處理系統(tǒng),其特征在于,還包括兩端均與傳輸回路連通的傳輸支路,其入口和出口分別位于所述冷凝器和所述傳輸回路的出口之間及所述冷凝器和所述傳輸回路的入口之間;設置于所述傳輸支路上且具有制冷出口的蒸發(fā)器,對從冷凝器輸出并傳輸至蒸發(fā)器內的液體進行降壓,所述液體由于壓力降低產(chǎn)生沸騰式蒸發(fā),與制冷出口進行冷熱交換。
4.根據(jù)權利要求3所述的熱能處理系統(tǒng),其特征在于,還包括設置于所述傳輸回路和傳輸支路上、作為傳輸支路上傳輸?shù)恼羝蛷乃隼淠鬏敵龅囊后w之間進行部分換熱場所的回熱器。
5.根據(jù)權利要求3所述的熱能處理系統(tǒng),其特征在于,傳輸回路入口至噴射器之間的回路段包括相連的第一支路和第二支路,其中第一支路上依次設置有截止閥和加壓泵,第二支路上設置有截止閥;傳輸回路上位于噴射器與冷凝器之間的回路段包括相連的第三支路和第四支路,其中,第三支路上依次設置有截止閥和壓縮機,第四支路上設置有截止閥。
6.根據(jù)權利要求3所述的熱能處理系統(tǒng),其特征在于,所述傳輸支路上、位于傳輸支路入口與所述蒸發(fā)器之間設置有截止閥,所述傳輸支路上、位于傳輸支路出口與所述蒸發(fā)器之間設置有增壓器。
7.根據(jù)權利要求1-6任意一項所述的熱能處理系統(tǒng),其特征在于,所述傳輸回路上設置有保證蒸汽或液體在所述傳輸回路內單向傳輸?shù)膯蜗蜷y。
8.根據(jù)權利要求1-6任意一項所述的熱能處理系統(tǒng),其特征在于,所述外部熱源為螺桿式空壓機的冷卻油,或者離心式空壓機、窖爐出料、發(fā)電廠設備、藥廠發(fā)酵設備、合成氨設備、廚房爐灶、汽車發(fā)動機或硅片廠空壓機的冷卻水,或者活塞式空壓機排氣口處的廢氣, 或者電梯的制動電阻,或者太陽能集熱器,或者地熱井。
9.一種高效的熱能處理方法,其特征在于,包括通過連接器從熱源獲取熱量;將所述熱量輸入到內部填充制冷劑的蒸汽發(fā)生器,使所述制冷劑在熱量的作用下產(chǎn)生蒸汽;將所述蒸汽輸入冷凝器進行冷凝,轉換為液體并回收至所述蒸汽發(fā)生器;收集并輸出冷凝過程中產(chǎn)生的熱量。
10.根據(jù)從權利要求9所述的熱能處理方法,其特征在于,還包括 將冷凝過程中產(chǎn)生的部分液體輸入蒸發(fā)器進行降壓式蒸發(fā),蒸發(fā)過程中吸收制冷出口的熱量以實現(xiàn)制冷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高效的熱能處理系統(tǒng)和方法,該系統(tǒng)包括連接熱源以從所述熱源獲取熱量的連接器;與所述連接器連接且內部填充制冷劑的蒸汽發(fā)生器,所述制冷劑在從所述連接器傳遞過來的熱量的作用下,產(chǎn)生蒸汽;入口和出口均連接于所述蒸汽發(fā)生器內的傳輸回路;設置于所述傳輸回路上且具有制熱出口的冷凝器,其將傳輸回路中的蒸汽進行冷凝后轉換為液體,該液體經(jīng)傳輸回路傳輸并從出口排至所述蒸汽發(fā)生器中,冷凝過程中產(chǎn)生的熱量從所述制熱出口輸出。能對現(xiàn)有自然界的低溫熱源進行利用,并且能夠在工業(yè)領域中,在滿足冷卻需求的前提下對冷卻產(chǎn)生的余熱和廢熱進行收集、利用,同時,減少余熱和廢熱直接排放而造成的環(huán)境影響。
文檔編號F25B29/00GK102410662SQ201110291499
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2011年9月30日
發(fā)明者曾洪駿, 閆永勤 申請人:北京時代科儀新能源科技有限公司