[發明專利]一種回收廢熱熱融式凝固潛熱熱泵

在審

• 申請號: 201510068364.8
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104654573A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 馬良棟;馬志先;張吉禮
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F24H4/04
• 分類號: F24H4/04;F24H9/00;F25B47/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞;梅洪玉

技術領域

本發明屬于熱泵領域，具體涉及一種利用廢熱顯熱除冰、利用廢熱顯熱和潛熱作為熱泵低位熱源的凝固潛熱熱泵。

背景技術

隨著我國經濟的快速發展、城鎮化水平和人民生活水平的不斷提高，家庭、賓館、學校、醫院、浴池等對生活熱水的需求量也不斷提高。目前，通常有以下幾種方式用來制備生活熱水：(A)利用高品位熱源(如燃煤、燃油、燃氣、電加熱)的熱水鍋爐；(B)利用太陽能作為主熱源、燃氣鍋爐或電加熱作為輔助熱源的熱水系統；(C)水源熱泵或空氣源熱泵等熱泵熱水系統等。由于生活熱水利用后在排放時仍具有較高的溫度(可以達到30℃以上)，盡管利用高品位熱源的熱水鍋爐盡管具有加熱快、系統運行穩定的優點，但從我國能源政策及經濟性角度看，熱水鍋爐不是最佳的制備熱水的方式，不但消耗一次能源，而且運行費用高，同時產生的生活污水中蘊含的低位熱能由于無法科學利用而被白白的浪費。太陽能是綠色的可再生能源，以其作為熱源提供生活熱水值得提倡，但太陽能具有不穩定性和分散性的缺點，使得太陽能熱水系統的使用受到了較大的限制。對于熱泵熱水系統而言，江、河、湖、海水、城市污水等地表水源熱泵由于具有制熱系數高、初投資低等優點，被公認為是一項即節能又環保的優秀技術，然而地表水源熱泵卻一直沒有得到普遍的推廣，原因在于適合熱泵水源的地表水并非處處都是，譬如，冬季江河湖海水的水溫很低，最低在2～4℃左右，則可利用的顯熱能量空間已經很小，存在結冰凍結破壞或者堵塞管路的危險。

為了解決低位熱源顯熱能量空間小的問題，人們考慮制取流體冰來提取凝固?潛熱以滿足工程負荷的需要。發明專利(申請號為CN?200610009617.5)提出了一種利用低位熱源供水顯熱進行除霜的凝固潛熱型熱泵，利用空氣與水互不相溶，流動性好的特點，以空氣作為中介制冷流體，以此來制取“無根冰”。空氣與水進行直接換熱之后，再與熱泵蒸發器內的制冷劑進行換熱，因此，該熱泵本質上屬于空氣源熱泵。由于空氣與水直接換熱后的溫度在0℃左右，且非常接近飽和狀態，則該凝固熱潛熱型熱泵在提取凝固潛熱的過程中，蒸發器表面容易結霜，為提高熱泵的制熱效率，該發明利用部分低位熱源水顯熱進行除霜。該發明很好地利用了低位熱源水的潛熱，同時有效地解決了蒸發器除霜的問題。另外，為了解決風冷熱泵在環境氣溫較低時，其工作效率低甚至無法正常運行的問題，發明專利(申請號為CN?200910184024.6)提出了一種雙熱源熱泵，該熱泵具有兩種運行模式，在環境氣溫較高時采用空氣源作為熱源，在環境溫度較低時采用水的部分潛熱作為熱源，從而保證了熱泵系統在環境溫度較低時具有較高的工作效率，但如何制取流動冰，以滿足連續從水中提取凝固熱的需求是該熱泵系統能否穩定運行的關鍵。在提取凝固熱的過程中，為了在滿足經濟效益的情況下使結的冰及時從換熱表面上被剝離，并且使冰水無堵塞地在管道中流動，發明專利(專利號為CN?200610009616.0，CN?200610009740.7)提出了刮刀式凝固熱采集裝置，以機械“刮”的形式將凍結在換熱管上的冰從壁面上剝離下來，與水混合形成冰絮并隨水帶走，從而不斷的采集凝固熱，但采用機械除冰的方法存在設備結構復雜、成本高的問題。

生活污水回收利用時，具有廢熱溫度高、蘊含的熱能豐富等顯著特點(可以達到30℃以上)，但以此作為水源熱泵的低位熱源，通過水源熱泵機組加熱生活熱水時，會出現以下問題：(1)在冬季氣溫較低的地區，冬季自來水溫度較低，如5℃左右，而廢熱的溫度在30℃左右，利用30℃左右的低位熱源通過熱?泵將5℃左右的自來水加熱到滿足生活用水溫度要求時，熱泵機組在該工況下無法正常啟動。(2)熱泵在加熱生活熱水的過程中，由于冷凝側冷水溫度逐漸升高，導致冷凝溫度逐漸升高，同時由于污水水量不足，需要將生活污水通過蓄水箱蓄存起來，則蒸發側污水溫度逐漸降低，導致蒸發溫度逐漸減低，在熱泵機組整個的運行過程中，冷凝溫度和蒸發溫度變化范圍大，則熱泵機組運行的穩定性差。(3)通過熱泵機組將5℃左右的自來水加熱到滿足生活用水溫度要求時，僅回收生活污水的顯熱，無法滿足冷凝側用戶的用熱負荷需要。因此，在國際社會普遍要求節能減排的呼聲下，如何有效的解決上述問題，從而合理、有效地利用生活廢水等廢熱資源，實現為用戶提供連續穩定的用熱需求具有重大意義。

發明內容