CN1548853A - 充分利用废水余热的方法及其系统 - Google Patents

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李凡
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Abstract

一种充分利用废水余热的方法及其系统，其目的是大幅度降低电能消耗，其原理是根据废水能量品位的高低，对能量进行分级回收。具体来说：当废水能量品位高与进水的能量品位时，直接利用预热热交换器对进水进行加热。当废水流出预热热交换器时，由于品位较低，不能直接利用，这时利用热泵将废水的余热吸取出来用于继续加热流出预热热交换器的热水。用本方法所构成的系统，如高效热泵热水器可用0.8千瓦左右的电能获得6－9千瓦以上的现有电热水器的产热量，能耗为燃气热水器或电热水器的15％以下，运行成本低；同时具有设计合理、结构简单、高效节能、成本低，安全可靠等优点，因而具有很好的推广使用价值。

Description

充分利用废水余热的方法及其系统
所属技术领域  本发明涉及一种充分利用废水余热的方法及其热水系统，特别是涉及一种带预热热交换器的热泵热水器。
背景技术  目前，热水器产品主要有燃气热水器、太阳能热水器、电热水器。它们既有自己的优点又有自己的缺点。燃气热水器使用最方便，即开即用，其技术含量也较高，但安全性能差，安装使用不当会引起一氧化碳中毒，而且价格比较高，因此在国内，造成一部分消费者对其不敢问津；太阳能热水器虽然使用成本低廉，得到政府倡导，但初期投入成本大，受到气候影响较大，不能全天候使用；电热水器，初期投入不大，使用安全性也能接受，但使用成本较高，耗电量太大。有人提出直接利用热泵原理来制造热水器，由于普通热泵的致热效率一般在300％左右，使用成本还是比较高。针对以上问题，能否设计出一种使用成本更低，安全可靠的热水器已成为迫切需要解决的问题。
发明内容  本发明的目的是提供一种充分回收利用废水余热的方法和系统，将废水携带的热量回收用以加热进入热水器的冷水，从而大大降低即热式电热水器的耗电量，使其消耗的功率降低到1千瓦左右甚至更低。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：根据废水能量品位的高低，对能量进行分级回收。具体来说：当废水能量品位高与进水的能量品位时，直接利用预热热交换器对进水进行加热。当废水流出预热热交换器时，由于品位较低，不能直接利用，这时利用热泵将废水的余热吸取出来用于继续加热流出预热热交换器的热水。其工作过程是：使用后废水先通过预热热交换器，加热进水，提高进水温度。当废水离开预热热交换器后，再用热泵把废水的余热吸取出来继续加热流出预热热交换器的热水。热泵内的液态工质通过蒸发器从废水中吸收热量而蒸发为气态，气态工质被压缩后通过冷凝器向流出预热热交换器的热水释放热量再冷凝为液态，而流出预热热交换器的热水则因吸收热量而继续升温。利用废水余热加热进水，同时利用工质的这种不断的相变过程的吸热和放热作用，可以将排出的废水的余热全部回收。实现这一目的的装置是一种高效热泵热水器系统，它由热泵、预热热交换器和水管部件组成，热泵类似公知的制冷系统，由制冷压缩机、冷凝器、节流毛细管、蒸发器等主要部分组成，按照公知的制冷系统的同样方法将以上各部分用管道依次连通成封闭系统，系统内充以适当的工质(制冷剂)，另有电控器用以控制压缩机的工作。水管部件包括自来水管、热水出口和废水盘，预热热交换器放置在废水盘内。自来水管与预热热交换器的净水进口相连通，预热热交换器的净水出口与冷凝器的冷凝水道的进口相连接相通。热水出口和冷凝器的冷凝水道的出口相连通，废水盆是置于使用者的下方用以收集使用后废水，它的出口与预热热交换器的废水进口相连通，预热热交换器的废水出口与蒸发器的水道进口连接相通。流出蒸发器的水道出口的废水最后从下水道排出。本装置工作时，压缩机不断地将气态工质加压后输送到冷凝器中，在冷凝器中与冷水进行热交换，放出热量冷凝为液态，然后再通过节流毛细管进入蒸发器，在蒸发器中与废水进行热交换，吸收热量而蒸发为气态再回到压缩机加压；在封闭系统外部，来自自来水管的冷水先在预热热交换器内吸收废水热量升温，然后进入冷凝器中吸收工质冷凝时放出的热量而继续升温，然后从热水出口中排出供人使用，用后废水由废水盘收集起来然后流入预热热交换器加热进水，再进入蒸发器的水通道，在其中释放余热，从而实现利用回收废水的余热来加热冷水的目的。
本发明的有益效果是，由于热泵的效能比(产热量与消耗功率之比)可达3～4倍以上，再加上采用预热热交换器利用废水加热进水。因此这种高效热水器系统可比现有电热水器节能85％以上，一个输入功率为0.8千瓦的这种电热水器相当于6～10千瓦的现有即热式电热水器，所有普通家庭都可以安装使用，无需更换大电流电表及改造电源线路。
附图说明  下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构原理图。
图中1.压缩机，2.冷凝器，3.蒸发器，4.预热热交换器，5.节流机构，6.短路阀，7.控制器，8.废水盘，9.自来水管，10.热水出口
具体实施方式  在图1中的高效热泵热水器系统，它由热泵、预热热交换器和水管部件组成，热泵类似公知的制冷系统，由压缩机(1)、冷凝器(2)、节流毛细管(5)、蒸发器(3)、控制器(7)等主要部分组成，按照公知的制冷系统的同样方法将以上各部分用管道依次连通成封闭系统，系统内充以公知的工质。在冷凝器(2)与蒸发器(3)之间接有短路阀(6)。水管部件包括自来水管(9)、热水出口(10)和废水盘(8)，预热热交换器(4)和蒸发器(3)都放置在废水盘(8)内。自来水管(9)与预热热交换器(4)的净水进口相连通，预热热交换器(4)的净水出口与冷凝器(2)的冷凝水道的进口相连接相通。热水出口(10)和冷凝器(2)的冷凝水道的出口相连通，废水盆(8)置于使用者的下方用以收集使用后废水，它的出口与预热热交换器(4)的废水进口相连通，预热热交换器(4)的废水出口与蒸发器(3)的水道进口连接相通。流出蒸发器(3)的水道出口的废水最后从下水道排出。

Claims (4)

1、一种高效的废水余热回收方法，其特征是在热泵热水器的蒸发器前，设前置换热器，使自来水在进入热泵热水器的冷凝器前，其一部分水流(0％--100％)先与即将进入蒸发器的废热水进行热交换，自来水进入前置换热器或者进入冷凝器的比例使用调节装置进行调节，通过调节进入前置换热器的自来水的比例调节高效热泵热水器的输出功率。
2、一种高效热泵热水器，包括由压缩机、冷凝器、蒸发器、预热热交换器、节流机构以及相应的管路、阀件和控制元件所组成，其特征是：冷凝器与预热热交换器的进水管路串联连接，蒸发器与预热热交换器的出水串联连接；进水可先通过预热热交换器进行预热，然后通过套管式冷凝器进行进一步加热，或直接进入冷凝器进行加热，其比例由阀件进行调节，最后供用户使用。使用后的废水先进入预热热交换器，然后进入蒸发器。
3.根据权利要求2所述的高效热泵热水系统，其特征是：系统中的冷凝器、蒸发器之间有一个短路阀门，当高效热泵热水器的压缩机停机时，短路阀门打开，使冷凝器与蒸发器之间的压力迅速达到平衡。
4.根据权利要求2所述的高效热泵热水系统，其特征是：系统中的冷凝器、蒸发器、预热热交换器均为逆流式热交换器。
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