CN104180440B - 闭式纳米流体雾霾吸收供热机 - Google Patents
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Abstract
本发明型公开了闭式纳米流体雾霾吸收供热机，其由净化供热一体机框架结构，静电吸霾冷冻除雾系统，湿冷热源吸收循环系统，卡诺循环低温提升系统，套管蓄能供热清霾系统构成，其特征在于驱动雾霾湿冷热源空气循环进入静电吸霾冷冻除雾系统除霾、杀菌、去湿，经湿冷热源吸收循环系统取其雾霾湿冷热源提升为高温热能，再经套管蓄能供热清霾系统实现替代小锅炉供热及环境负温度条件下12小时以上周期性内置热流体清霜霾过程，经济环保替代化石能源减少雾霾凝结核，广泛适用于我国中小城镇无污染供暖。
Description
技术领域
本发明型涉及的闭式纳米流体雾霾吸收供热机涉及到我国环境保护与资源新能源节能技术两大领域。
在我国北方，分散型小建筑、农业大棚等的冬季采暖主要依赖燃煤小锅炉进行供热，从而产生了大量的粉尘、烟气、碳氧化物和二氧化碳的排放，此类排放的物质是形成冬季气候温和期雾霾天气主要因素之一。应用闭式纳米流体雾霾吸收供热机通过对雾霾空气的驱动循环，大量带有正电荷的PM2.5微颗粒菌类进入静电场吸附除霾装置,使细菌病毒尘埃吸附在阳极板上达到除霾效果；静电场吸附过程净化降低了循环空气中的PM2.5细菌病毒含量、改善分散型小建筑、农业大棚居住环境空气质量。经过除霾的空气仍然具有很高的含湿量，如直接排放仍将不利于雾霾扩散，应用经济温差液—汽传导设备冷冻翅片除霾段，在降低循环空气含湿量的同时吸收了空气中的湿冷热源能量，经模块增焓热泵提升和蓄热，能为分散型小建筑、农业大棚在极限温度下提供稳定的供热输出，经济环保、替代化石能源。在空气温度-15℃冬季环境下，对比传统空气源热泵，利用雾霾湿冷热源能力提高了90%以上，高效地替代化石能源进行供热，减少其产生的碳排放，广泛适用于我国中小城镇的经济环保供暖。
背景技术
在北半球，雾霾天气是由于冬季赤道暖湿气流北上与南下冷空气对流水蒸气交汇而达到饱和状态，依附在大气中离子凝结核和微颗粒凝结核上产生的雾化凝结过程，阻止了空气中污染物扩散，从而形成雾霾天气危害人类健康。究其主要原因是建筑物供暖技术方式依赖化石能源燃煤和天然气供热产生了大量的黑碳和二氧化碳排放。虽然国家推广天然气减少了粉尘等排放污染，但碳排放并没有减少，仍是雾霾主要凝结核来源。大气中离子凝结核和微颗粒凝结是大雾成因的主要条件，形成大雾后微颗粒污染物扩散困难、浓度明显增加，成为雾霾污染物，这主要是因为雾的形成过程是空气中的水汽在悬浮于空气中的微粒上凝结成水汽微粒。当空气污染严重时悬浮颗粒物增加，雾霾空气中存在大量的正离子，越是空气污浊的地方正离子浓度越高，飘浮在空气中的细菌周围附着很多正离子，如果空气中同时有负离子，且含量不少，在每个细菌周围就会同时附着正离子和负离子，正负离子产生电场，放电使细菌失活。在城市大气中微颗粒物中大部分具有吸湿性是水汽凝结核的主要来源，有利于雾的生成和发展，并使雾成为浓度较大复杂的气溶胶污染物系统，部分有害元素和化合物富集在水汽微颗粒物上，加重了对人体呼吸道感染等健康的影响。
随着人们生活水平的提高，人们对建筑环境的要求也越来越高。各种治理雾霾技术在应用，相比之下，既能进行区域性大气环境雾霾净化处理、又能为建筑物热泵供热提供低温位热源的技术成为国际性的科技公关的难题。在当前节能低碳，减少雾霾天气，创建生态城市、绿色生态小区、中小城镇的经济环保供暖绿色低碳建筑的大形式下，特别是在分散型小建筑、农业大棚采暖急需一种替代燃煤小锅炉净化雾霾的低热源热泵的低碳环保节能供热技术方式，将要在人们生产生活的发展中将要扮演着重要角色。
发明内容
本发明型闭式纳米流体雾霾吸收供热机目的在于采用高性能的雾霾静电场杀菌、汽-液传导冷冻除雾去湿供热、套管蓄热能清霜霾技术，对区域性雾霾大气环境进行净化，吸收提升雾霾湿冷热源，实现环保供暖。
对区域性雾霾大气环境进行净化，在于驱动雾霾空气循环，大量带有正电荷的PM2.5微颗粒菌类进入静电场吸附除霾装置，使病毒尘埃吸附在阳极板上以达到除霾目的，雾霾空气经循环进入静电场吸附除霾装置除霾后，仍然具有很高的含湿量，再经经济温差汽—液传导冷冻翅片除霾段实现降焓减湿处理过程，除去湿空气中凝结水分，空气相对湿度下降，有利于污染物质扩散，静电场净化降低了循环空气中PM2.5细菌病毒含量和含湿量后排入大气，改善居住环境空气质量。
雾霾湿冷热源经静电吸霾冷冻除雾系统、湿冷热源吸收液环系统、卡诺循环低温提升系统、套管蓄能供热清霾系统的精确匹配后达到高效低热源热泵雾霾吸收效果，经济环保替代化石能源，可有效地减少雾霾凝结核的生成。
可在空气温度-15℃以上地区全部高效地替代化石能源供热产生的碳排放，可在空气温度-15℃以下地区30—50%高效地替代化石能源供热产生的碳排放。
本发明型的技术方案是：由净化供热一体机框架结构1，静电吸霾冷冻除雾系统2，湿冷热源吸收循环系统3，卡诺循环低温提升系统4，套管蓄能供热清霾系统5构成。
净化供热一体机框架结构1 包括机体型钢底座，机架四边型钢立柱，机架中部型钢横担，机架顶部型钢横担，凝结水盘，风筒型钢框架，钣金维护板组组成。
所述机体金属型钢底座为机体框架、设备支撑，机架四边型钢立柱底脚通过螺栓与机体型钢底座边角连接，机架中部型钢横担与机架四边型钢立柱连接，凝结水盘安装于机架中部型钢横担上，机架顶部型钢横担与机架四边型钢立柱顶端连接，风筒型钢框架安装于机架顶部型钢横担上，钣金维护板安装于机体框架上。
静电吸霾冷冻除雾系统2 包括初过滤进风栅，静电场吸附除霾装置，汽-液传导冷冻翅片除霾段，雾霾循环风机构成。
所述初过滤进风栅位于静电场吸附除霾装置前面，安装于机体框架上，静电场吸附除霾装置位于冷冻翅片除霾段前面，底部与凝结水盘固定，雾霾循环风机位于汽-液传导冷冻翅片除霾段后面安装于风筒型钢框架内。
湿冷热源吸收循环系统3 包括汽-液传导翅片管表冷器，排气泄压装置，取热导向电动阀，热源侧冷冻液循环泵，热源板换介质侧构成。
所述汽-液传导翅片管表冷器换热管通过管板支撑胀接于汽-液传导冷冻翅片除霾段上，汽-液传导翅片管表冷器进液口通过管路与热源板换介质侧出液口连接；汽-液传导翅片管表冷器出液口通过管路、排气泄压装置与热源侧冷冻液循环泵入口连接，热源侧冷冻液循环泵出口通过管路与热源板换介质侧进液口连接。
卡诺循环低温提升系统4 包括工质循环压缩机，同轴套管工质冷凝侧，增焓经济器，工质过滤器，经济器膨胀阀，宽工况电子膨胀阀，热源板换工质侧构成。
所述工质循环压缩机排气口通过管路与同轴套管工质冷凝侧入口连接，同轴套管工质冷凝侧出口通过管路与增焓经济器管程入口连接，增焓经济器管程出口通过管路、工质过滤器分别与宽工况电子膨胀阀入口、经济器膨胀阀入口连接，宽工况电子膨胀阀出口通过管路与热源板换工质侧入口连接，经济器膨胀阀出口通过管路与增焓经济器壳程入口连接，增焓经济器壳程出口通过管路与并联的工质循环压缩机增焓补气口连接，热源板换工质侧出口通过管路与并联的工质循环压缩机进汽口连接。
套管蓄能供热清霾系统5 包括负荷侧供热循环泵，同轴套管介质供热侧，同轴套管介质蓄热侧，蓄热介质加注阀，膨胀液搜集漏斗，蓄热除霜回液电动阀，出液单向阀构成。
所述负荷侧供热循环泵入口通过管路与外供热回水管路连接，供热循环泵出口通过管路与同轴套管介质供热侧进口连接，同轴套管介质供热侧出口与外供管路供水管路连接，同轴套管介质蓄热侧进口通过管路与蓄热除霜回液电动阀连接，蓄热除霜回液电动阀进口通过管路与翅片管表冷器出液口连接，蓄热介质加注阀安装于同轴套管介质供热侧进口管路上，膨胀液搜集漏斗接液杯安装于排气泄压装置下面，接液杯出水通过管路与同轴套管介质蓄热侧罐体进口连接，同轴套管介质蓄热侧罐体出口通过管路出液单向阀与热源侧冷冻液循环泵入口连接。
附图说明
图1为本发明型一实施例“闭式纳米流体雾霾吸收供热机”系统原理示意图；
图2为本发明型一实施例“闭式纳米流体雾霾吸收供热机”清霾结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图：图1、图2对本发明型“闭式纳米流体雾霾吸收供热机”分别以结构示意图作进一步说明。
参照附图，本实施例由由净化供热一体机框架结构1，静电吸霾冷冻除雾系统2，湿冷热源吸收循环系统3，卡诺循环低温提升系统4，套管蓄能供热清霾系统5组成。
说明：图中空心箭头表示空气流动方向，实心箭头表示循环介质、液体、水体循环流动方向。
净化供热一体机框架结构1 包括机体型钢底座1-1；机架四边型钢立柱1-2；机架中部型钢横担1-3；机架顶部型钢横担1-4；凝结水盘1-5；风筒型钢框架1-6；钣金维护板组1-7。
所述机体金属型钢底座1-1为机体框架、设备支撑；机架四边型钢立柱1-2底脚通过螺栓与机体型钢底座1-1边角连接；机架中部型钢横担1-3与机架四边型钢立柱1-2连接；凝结水盘1-5安装于机架中部型钢横担1-3上；机架顶部型钢横担1-4与机架四边型钢立柱1-2顶端连接；风筒型钢框架1-6安装于机架顶部型钢横担1-4上；钣金维护板1-7安装于机体框架上。
静电吸霾冷冻除雾系统2 包括初过滤进风栅2-1；静电场吸附除霾装置2-2；汽-液传导冷冻翅片除霾段2-3；雾霾循环风机2-4。
所述初过滤进风栅2-1安装于机体框架上，位于静电场吸附除霾装置2-2前面；静电场吸附除霾装置2-2位于汽-液传导冷冻翅片除霾段2-3前面，底部与凝结水盘1-5固定；雾霾循环风机2-4安装于风筒型钢框架1-6内。
湿冷热源吸收循环系统3 包括汽-液传导翅片管表冷器3-1；排气泄压装置3-2；取热导向电动阀3-3；热源侧冷冻液循环泵3-4；热源板换介质侧3-5。
所述汽-液传导翅片管表冷器3-1换热管通过管板支撑胀接于汽-液传导冷冻翅片除霾段2-3上；汽-液传导翅片管表冷器3-1进液口Z1通过管路与热源板换介质侧3-5出液口L2连接；汽-液传导翅片管表冷器3-1出液口Z2通过管路、排气泄压装置3-2与热源侧冷冻液循环泵3-4入口连接；热源侧冷冻液循环泵3-4出口通过管路与热源板换介质侧3-5进液口L1连接。
卡诺循环低温提升系统4 包括工质循环压缩机4-1；同轴套管工质冷凝侧4-2，增焓经济器4-3，工质过滤器4-3.1，经济器膨胀阀4-3.2；宽工况电子膨胀阀4-4；热源板换工质侧4-5。
所述工质循环压缩机4-1排气口P2通过管路与同轴套管工质冷凝侧4-2入口T1连接；同轴套管工质冷凝侧4-2出口T2通过管路与增焓经济器4-3管程入口J4连接；增焓经济器4-3管程出口J3通过管路、工质过滤器4-3.1分别与宽工况电子膨胀阀4-4入口、经济器膨胀阀4-3.2入口连接；宽工况电子膨胀阀4-4出口通过管路与热源板换工质侧4-5入口Y1连接；经济器膨胀阀4-3.2出口通过管路与增焓经济器4-3壳程入口J1连接；增焓经济器4-3壳程出口J2通过管路与并联的工质循环压缩机4-1增焓补气口P3连接；热源板换工质侧4-5出口Y2通过管路与并联的工质循环压缩机4-1进汽口P1连接。
套管蓄能供热清霾系统5 包括负荷侧供热循环泵5-1；同轴套管介质供热侧5-2；同轴套管介质蓄热侧5-3；蓄热介质加注阀5-3.1，膨胀液搜集漏斗5-3.2；蓄热除霜回液电动阀5-4；出液单向阀5-5。
所述负荷侧供热循环泵5-1入口通过管路与外供热回水连接，负荷侧供热循环泵5-1出口通过管路与同轴套管介质供热侧5-2进口Q1连接；同轴套管介质供热侧5-2出口Q2与外供管路供水管路相连接；同轴套管介质蓄热侧5-3罐体进口R1通过管路与蓄热除霜回液电动阀5-4出口连接；蓄热除霜回液电动阀5-4进口通过管路与翅片管表冷器3-1出液口Z2连接；蓄热介质加注阀5-3.1安装于同轴套管介质供热侧5-2进口R1管路上；膨胀液搜集漏斗5-3.2安装于排气泄压装置3-2下面，膨胀液搜集漏斗5-3.2出水通过管路与同轴套管介质蓄热侧5-3罐体进口R3连接；同轴套管介质蓄热侧5-3罐体出口R2通过管路出液单向阀5-5与热源侧冷冻液循环泵3-4入口连接。
闭式纳米流体雾霾吸收供热机工作原理：闭式纳米流体雾霾吸收供热机，由净化供热一体机框架结构1，静电吸霾冷冻除雾系统2，湿冷热源吸收循环系统3，卡诺循环低温提升系统4，套管蓄能供热清霾系统5构成。
净化供热一体机框架结构1 结构原理见图1。
所述机体金属型钢底座1-1构造作用，支撑固定机内设备并承受动荷载并与机架四边型钢立柱1-2等组合，机架四边型钢立柱1-2与机架中部型钢横担1-3、机架顶部型钢横担1-4、凝结水盘1-5、风筒型钢框架1-6、钣金维护板组1-7安装组合形成新的抗荷载框架。
静电吸霾冷冻除雾系统2 工作原理见图1。
所述雾霾湿冷热源经雾霾循环风机2-4驱动经过滤进风栅2-1进入静电场吸附除霾装置2-2，通过高压静电场吸附除去尘霾、杀菌后净化为湿空气，进入汽-液传导冷冻翅片除霾段2-3，释放低温位能析出凝结水或冰霜温度下降、含湿量下降，进入雾霾循环风机2-4加载动能排向大气环境进行热交换，汽-液传导冷冻翅片除霾段2-3吸收了雾霾湿冷；汽-液传导翅片管表冷器3-1进液口Z1通过管路与热源板换介质侧3-5出液口L2连接；汽-液传导翅片管表冷器3-1出液口Z2通过管路、排气泄压装置3-2与热源侧冷冻液循环泵3-4入口连接；热源侧冷冻液循环泵3-4出口通过管路与热源板换介质侧3-5进液口L1连接。热源将低温位能传给湿冷热源吸收液环系统3汽-液传导翅片管表冷器3-1。
湿冷热源吸收循环系统3 工作原理见图1 。
汽-液传导述翅片管表冷器3-1换热管低温纳米循环介质逆流经济温差传导吸收了来自汽-液传导冷冻翅片除霾段2-3的低温位能，纳米循环介质温度、焓值上升，经排气泄压装置3-2后进入冷冻液循环泵3-4加载循环动能，经热源板换介质侧3-5进液口L1进入热源板换介质侧3-5，通过逆流经济温差传导将低温位热能传递给卡诺循环低温提升系统4中的热源板换工质侧4-5，纳米循环介质温度、焓值下降，成为低于雾霾湿冷热源温度一定值的低温冷冻循环介质，经3-5出液口L2进入汽-液传导翅片管表冷器3-1完成湿冷热源吸收循环过程。
卡诺循环低温提升系统4工作原理见图1。
所述高压液态制冷剂经增焓经济器4-3除去散发气体成为高压过冷液体，经工质过滤器4-3.1分别进入经济器膨胀阀4-3.2、宽工况电子膨胀阀4-4，经济器膨胀阀4-3.2将高压过冷液体节流为低压制冷剂汽液两相流体进入增焓经济器4-3壳程冷却管程的高压制冷剂液体，蒸发为中压制冷剂饱和气体进入压缩机增焓进气口P3；宽工况电子膨胀阀4-4将高压过冷液体节流为低压制冷剂汽液两相流体进入热源板换工质侧4-5，通过逆流经济温差传导吸收来自热源板换工质侧3-5低温位能，蒸发为低压制冷剂饱和气体进入工质循环压缩机4-1进气口P1，经工质循环压缩机4-1做功提升为高温位能，成为高压制冷剂过热气体经4-1排气出口P2进入同轴套管工质冷凝侧4-2逆流经济温差传导，将高温位能传递给同轴套管介质供热侧5-2，冷凝为高压制冷剂液体后进入增焓经济器4-3完成低温位能卡诺循环提升循环过程。
套管蓄能供热清霾系统5工作原理见图2。
来自供热系统的回水经负荷侧供热循环泵5-1加载循环动能，进入同轴套管介质供热侧5-2逆流经济温差传导吸收来自同轴套管工质冷凝侧4-2释放的高温位能循环水温度、焓值上升进入外管路供热供水系统完成供热循环过程。
通过蓄热介质加注阀5-3.1向同轴套管介质蓄热侧5-3罐体（同时又是循环介质缓冲罐）加满蓄热介质，加注过程中系统空气经排气泄压装置3-2排出，膨胀液搜集漏斗5-3.2搜集部分液滴进入5-3罐体；机组运行后同轴套管介质蓄热侧5-3罐体蓄热介质被同轴套管工质冷凝侧4-2加热，实现蓄能存储减少工质循环压缩机4-1的频繁启动过程。
当冷冻翅片除霾段2-3经运行12小时以上，翅片出现霜霾时，蓄热除霜回液电动阀5-4开启，湿冷热源吸收液环系统3中的取热导向电动阀3-3关闭、静电吸霾冷冻除雾系统2中的雾霾循环风机2-4关闭、套管蓄能供热清霾系统5中的负荷侧供热循环泵5-1关闭。
热流体清霜霾过程，同轴套管介质蓄热侧5-3罐体蓄热介质经出液单向阀5-5进入湿冷热源吸收液环系统3中的热源侧冷冻液循环泵3-4加载循环动能，经热源板换介质侧3-5进入翅片管表冷器3-1释放蓄热能，翅片管表冷器3-1将循环介质热流体热能传导给静电吸霾冷冻除雾系统2中的冷冻翅片除霾段2-3，热流体经约4分钟循环冷冻翅片除霾段2-3霜霾全部清除，循环介质热流进入翅片管表冷器3-1将原有的低温流体替换为热流体，低温流体经蓄热除霜回液电动阀5-4进入同轴套管介质蓄热侧5-3罐，蓄热介质温度下降可由卡诺循环系统4继续运行进行部分中温热能补充以完成热流体清霜霾过程。
Claims (1)
1.闭式纳米流体雾霾吸收供热机，由净化供热一体机框架结构，静电吸霾冷冻除雾系统，湿冷热源吸收循环系统，卡诺循环低温提升系统，套管蓄能供热清霾系统组成，其特征在于：初过滤进风栅位于静电场吸附除霾装置前面，安装于机体框架上，静电场吸附除霾装置位于汽-液传导冷冻翅片除霾段前面，底部与凝结水盘固定，雾霾循环风机位于汽-液传导冷冻翅片除霾段后面、安装于风筒型钢框架内；
所述的湿冷热源吸收循环系统中，汽-液传导翅片管表冷器换热管通过管板支撑胀接于汽-液传导冷冻翅片除霾段上，汽-液传导翅片管表冷器进液口通过管路与热源板换介质侧出液口连接；汽-液传导翅片管表冷器出液口通过管路、排气泄压装置与热源侧冷冻液循环泵入口连接，热源侧冷冻液循环泵出口通过管路与热源板换介质侧进液口连接；
所述的卡诺循环低温提升系统中，工质循环压缩机排气口通过管路与同轴套管工质冷凝侧入口连接，同轴套管工质冷凝侧出口通过管路与增焓经济器管程入口连接，增焓经济器管程出口通过管路、工质过滤器分别与宽工况电子膨胀阀入口、经济器膨胀阀入口连接，宽工况电子膨胀阀出口通过管路与热源板换工质侧入口连接，经济器膨胀阀出口通过管路与增焓经济器壳程入口连接，增焓经济器壳程出口通过管路与并联的工质循环压缩机增焓补气口连接，热源板换工质侧出口通过管路与并联的工质循环压缩机进汽口连接；
所述的套管蓄能供热清霾系统中，负荷侧供热循环泵入口通过管路与外供热回水连接，供热循环泵出口通过管路与同轴套管介质供热侧进口连接，同轴套管介质供热侧出口与外供管路供水连接，同轴套管介质蓄热侧进口通过管路与蓄热除霜回液电动阀连接，蓄热除霜回液电动阀进口通过管路与汽-液传导翅片管表冷器出液口连接，蓄热介质加注阀安装于同轴套管介质供热侧进口管路上，膨胀液搜集漏斗接液杯安装于排气泄压装置下面，接液杯出水通过管路与同轴套管介质蓄热侧罐体进口连接，同轴套管介质蓄热侧罐体出口通过管路出液单向阀与热源侧冷冻液循环泵入口连接。
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