专利名称：热泵的递进加热法及其应用—热回收热水锅炉的制作方法
所属领域本发明提供一种更高效率的热泵集热方法，以及由此原理设计的递进式热回收热水锅炉，这种零排放的热水锅炉运用在有大量热废水排出的电子工业、印染业、和浴场、浴室有比煤锅炉更好的经济效益。
背景技术：
随着石化的能源紧缺，环保要求的日益重视，空气源、废水源已相继登台，但在热泵加热的方法上，一直都沿用二种基本方法1、是把冷凝器铜管直接盘在水箱里，这在市售民用热水器中居多，2.是用水泵把热水箱和换热器串联起来，由水泵不断地把水箱中的水送到换热器发热铜管处接受热量，然后送回水箱，使水升温，那么这二种方法有什么弊病呢？首先是传热效率不高，其次是热泵不在最佳情况下工作。
发明内容
一、根据付里叶定律，热传输只与二个因素有关a.传热系数；b.温差。
a.举一个最通俗的例子来说，用不同质的容器加热同一量的水，我们会看到铜壶最快，其次是铝、铁、最差的是陶器。究其原因，原来是铜的传热最快，陶器则因传热慢而让我们多费柴火，这就是受传热系数的限制。同样，将冷凝器铜管盘在水箱中，铜管周围的热水，成了热源(铜管)与另一些需要加热的冷水之间的传热屏障，使加热速度只能以水的传热速度为上限，无法再提高。
b.用水泵不断地把水箱中的水送到热泵换热器那里去接受热量，比上述冷凝管进水箱加热要好些，因为水被搅动后热障减除许多，但这种整箱水加热的弊病是把已加热的水送回了原水箱，与未加热相混合，使发热铜管与被加热水的温差变小，根据付里叶定律，是不利于提高传热速度的。
如果我们通过多个热泵接力加热，被加热的水不走回头路地接连加热，直到预设温度(如45-50度)而进水箱保存，这就不再有已加热的水回去减小未加热水与发热铜管之间的温差，热水箱不断积累的热水就是被囚禁的原先要回去影响别人接受热量的“捣乱分子”，这个热泵递进式加热法，既可做到机开热水来的便捷，又可提高效率，真是一举两得，此举成本也不增加，因为只是原先多台并联的热泵加热改成多台串联而已。
二、如何让热泵在最佳状态下工作有两个问题a.尽量减少损失；b.低温低热源、高温高热源。
a.尽量减少损失是一个普遍存在的问题，热泵加热也不例外。从理论上说，加热一定量的水，使其温度升高若干度，其所需热量为一定值。但随着科学的进步，人们认识到上述结论仅仅是第一定律的结论，并不全面。热量可以在“量”上相等，却在“质”上不同，这个“质”就是值。用电、煤、柴油加热水，之所以是浪费就是因为电和石化能源都是高品位能源(电的 值为零)过去我们用“能分析”得到结论，蒸汽电站中最大的能量损失是冷凝器(47％)，用“分析”得知冷凝器中的损失不过1.5％。向 退化的渠道主要竟在锅炉本身的燃烧和烟、蒸汽的热传导上(49％)。日常生活中洗澡水只需要45度左右，那么用加热到90度的水与冷水混合后到45度就是一个浪费，我们形象的称它为“热短路”。这好比一个有电势差的电源将它短路，尽管能以发热交出能量，但这样做很不值得，因为它使 为零的电能变成了为零的环境热。也许有人会说用90度的热水加冷水做生活用水、用蒸汽“烧”热水，是经常的事，难道都错了吗？的确，的概念已经被提出100多年了，但被承认、确立是上个世纪七十年代石油危机的时候，这只能说明人类接受真理的愚钝和迟缓，而与真理本身无关。中国古代著名的田忌赛马的故事就是要让对方跑得最快的马与我们最慢的马比赛，这实际上是浪费了对方的“值”而取胜。
“相同的热量却有不同的值，温度高的值高”。鉴于此结论，我们才提出不能用高温水冲冷水来制取生活用水，而是用需要多热就加到多热的原则厉行节约。
b.热泵让我们有了利用废能的可能。但在利用的过程中仍有一个怎样利用效率最高的问题。
由于热泵的工作有其特殊性，被设计为一次只提高5℃左右，而铜管发热不像化学反应的热源，它是由压缩机的工作支持着的，如果被加热水不及时把热量带走，冷媒在冷凝管里压力陡增压缩机就有烧毁的可能，因此对于接受热量的被加热水来说，温度低一些，或者热交换面积大些、水流速度快些，压缩机工作就轻松、寿命长、省电，而这一些要求在递增式串连加热的方法中都可以做到，假设自来水经过热管箱预热后上升到20℃则它25、30、35、40、45地升上去，只有最后一个压缩机的负载温度高些，但供应热量的废水温度也在最高处，压缩机两端温差比原方法小。压缩机可以长寿、省电、稳定地工作。废水是逆向而行的，它是20-15、15-10、10-5这样递降的，最后一级的蒸发器接触到是5-10℃的废水，而升温要求是20-25℃，压缩机工作压力同样很低，各压缩机都可以工作效率在最佳状态。
图1是本专利方法的运用实例1是废热水进口2是除污沉淀箱3是污物袋4废水箱5第二过滤网6水位探头7膨胀阀8水泵9蒸发器10壳管式换热器11温控探头12废水出口13废水箱隔板14热管15清水箱16水流开关17进水龙头18膨胀阀19压缩机20毛细管21冷凝器22壳管式换热器23、24、25串并手动阀26温控探头27加速水泵28热水箱实施方案1.所谓热泵串联就是内装冷凝器的换热器串联起来，第一台热泵换热器22.1的出口，接热水箱……第一台换热器的进口接第二台热泵的出口，而最后一台的热泵的换热器接热管换热器；内装蒸发器的换热器也按上述原则串联起来，不同之处是进水走向，正好相反，废热水是先接第一台热泵10.1，依次连接后在最后一台热泵处接下水道，被逆向取热后，废水最后到下水道已只有2℃-7℃，再无半点热浪费。
2.把若干只小功率热泵串联，使小热泵的功率之和适合所产热水的量。主要特征是被加热水一级一级地逐级加热不再回到温度低一级的热泵那里去，而升至最后一热泵，正好是预设温度，就进热水箱保存。由于每台热泵加热只升5℃，因此只须将预设的温差数除5即是热泵串联加热所需的台数。
3.本专利的多台热泵可串、可并、串并结合地适应功率调节，追踪季节的变化。即使其中某一台检修也无妨大局，整机照常工作。另外，因热泵处在各不相同的位置，可微调各点，找到最佳工作点。用过的废水从1进除污箱2由于除污箱有污物袋3过滤，又由于除污箱深于废水箱4因此有沉淀作用，如果是浴室的废水，那污物袋可每天洗涤。废热水到废水箱后由热管把热量迅速地递送上一层的自来水。废水箱水满有6感知并启动水泵7和依次启动热泵废热水从10.2到下水道12时将至5℃左右，温控器监视着出水温度高了，水泵减速或膨胀阀调节，相反，温度过低则反向调节。
权利要求
1.一种用热泵烧水的新方法，其特征是把若干热泵同类换热器，首尾相接地串联起来，进行递进式、接力加热，这样每一热泵专事一段温度的升高，当被加热水升到预设温度后直接收入热水箱保存，不再回去与较低温度的被加热水混同。
2.权1所述的方法，其特征是每一热泵只负责升高某一定温度，因此串联起来的每个换热器的热交换量、具体地说是冷凝器的冷媒容量、换热面积、以及放热温度(除最后一台可以在90℃外)其它各台都可适当降低直到各指标在最佳状态为止。
3.由权1和权2上述方法而制造的热水锅炉，装有冷凝器的换热器串联的后的尾是被加热水进口处，头接存热水箱，装有蒸发器的换热器串联的头是废热水箱，尾接下水道，二股水的流向正好相反。温控器、水位器、水流开关为采信元件，膨胀阀、电磁阀、水泵为执行元件，调节输出功率的电磁阀(23)(24)(25)因季节而变，当然也可采用手动阀调正其串并结构，以适气候。
4.由权1、2、3所述热水锅炉，其热泵数量，可以由温升的总要求除每台热泵温升而得。
5.由权1、2、3、4所述热水锅炉，其废水的过滤、沉淀由除污沉淀箱处理，它比废水箱更深一些，且有可供洗涤的污物袋。
全文摘要
本发明提供一种新的用多台热泵递进加热的方法，以及用这个原理设计的实例—更为节能的热水锅炉。发明的根据是付里叶定律，以及因石油危机而确立的和的最新理论，本发明一方面尽量提高加热速度，另一方面在加热过程中尽量避免“热短路”式的损失，而用热泵递进式加热的方法可以做到上述要求，它与并联式、一机式的加热方法相比，加热速度提高了，也就降低了能耗。凡是热水用量大、用后又报废的行业如微电子行业、印染业、集体宿舍的淋浴房和浴场、浴室等都可以从本发明设计的零排放热回收的热水锅炉中受益，它比煤锅炉营运成本还低，可与太阳能相媲美，但其产热水的规模却又是太阳能所无法比拟的。
文档编号F24H4/02GK101042259SQ20061013191
公开日2007年9月26日 申请日期2006年10月10日 优先权日2006年10月10日
发明者许志治 申请人:许志治