專利名稱：熱水供給系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱水供給系統(tǒng)及方法，特別是涉及一種通過對供水系 統(tǒng)進(jìn)行分流并進(jìn)行熱量轉(zhuǎn)移來提供熱水的熱水供給系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
在城市的供水系統(tǒng)中，通常是將自來水廠經(jīng)過處理的達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的水通 過供水管道送到用水單位，比如，生活小區(qū)、用水工廠或者用水園林單位 等等，經(jīng)過上述單位的自來水供應(yīng)管網(wǎng)送達(dá)各家各戶或者其他用水終端。
在上述供水系統(tǒng)中，送至用水終端的自來水的溫度通常在io攝氏度以上，
即使是在北方的冬季，由于所采取水管防凍措施的作用該溫度亦不會(huì)低于5 攝氏度。就一般用水而言，在大多數(shù)的情況下，用戶對自來水的溫度并不 敏感，例如在冬夏兩個(gè)季節(jié)，自來水的溫度可能會(huì)相差20攝氏度，但這并 不影響用戶的正常使用。例如，家庭中沖廁所用水、景觀用水、澆灌植物 用水對水溫沒有嚴(yán)格要求。在現(xiàn)實(shí)生活中有很多生活居住區(qū)的物業(yè)公司會(huì) 設(shè)置專門的熱水供應(yīng)裝置，以便滿足住戶供暖、洗澡、洗衣、洗碗等對熱 水的需求。上述現(xiàn)有的熱水供應(yīng)裝置一般采用燃?xì)忮仩t，通過燃燒天然氣 或者煤炭(但由于煤炭污染比較嚴(yán)重，大多數(shù)的城市已實(shí)施煤改氣)來加 熱自來水，然后通過熱水供應(yīng)管網(wǎng)提供給終端用戶。但是，現(xiàn)有的燃?xì)忮?爐技術(shù)，其熱效率通常只有80°/。左右。
另一方面，隨著全球能源價(jià)格的高漲和生態(tài)環(huán)境問題的日益凸顯，以 高效清潔為特征的新能源技術(shù)成為了世界各國竟相投入的研發(fā)領(lǐng)域。氫源 系統(tǒng)新技術(shù)可將生物質(zhì)能和化石能源清潔高效地轉(zhuǎn)化為氫能，而與之集成 的燃料電池則可將氫能清潔高效地轉(zhuǎn)化為電能并副產(chǎn)熱能?？梢?，氫能及 燃料電池將成為多樣的 一次能源與多樣的終端能源之間的 一座新橋梁。
氫氣是一種二次能源，由各種一次能源轉(zhuǎn)換而來。在諸多氫氣制造途 徑之中，由于天然氣等碳?xì)寤衔飪r(jià)格較低，因而碳?xì)浠衔镏卣茪浔?認(rèn)為是今后相當(dāng)一段時(shí)間里最為經(jīng)濟(jì)可行的選擇。現(xiàn)有的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)技術(shù)作為熱水供給裝置具有高效清潔的優(yōu) 勢。但是，蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)技術(shù)的熱水供給系統(tǒng)的供熱系數(shù)(C0P)、 即能量效率受蒸發(fā)器工作溫度，即熱源溫度和冷凝器工作溫度，也即熱水 溫度的影響很大。對于空氣源熱泵來說，隨著冬季氣溫下降，熱泵循環(huán)的
蒸發(fā)器工作溫度隨之下降，從而引起熱泵系統(tǒng)COP即能量效率降低。
此外，現(xiàn)有的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)技術(shù)的壓縮機(jī)是使用電網(wǎng)電力驅(qū)動(dòng) 的，因而其一次能源效率還受到電網(wǎng)用戶端發(fā)電效率的制約。當(dāng)壓縮機(jī)采 用調(diào)頻控制時(shí)，由于需將電網(wǎng)的交流電力整流為直流電力，因而還會(huì)有整 流損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，提供一種熱水供給系統(tǒng)以及熱水供應(yīng)方法， 所要解決的技術(shù)問題是將現(xiàn)有的自來水分流出兩部分，使其中一部分自來 水的熱量轉(zhuǎn)移到另一部分自來水中以提高該部分自來水的溫度，從而更加
適于實(shí)用。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)
本發(fā)明提出的一種熱水供給系統(tǒng)，其包括供水主管道，用于提供水源； 以及熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)，用于使熱源水和被加熱水之間進(jìn)行熱量轉(zhuǎn)移，使熱 源水的熱量向被加熱水轉(zhuǎn)移；上述的熱源水和被加熱水都來自于上述的供 水主管道。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。 優(yōu)選的，前述的熱水供給系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其中所述的供水主管道 上設(shè)有熱源水供應(yīng)管道，連接至熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)，用于向熱量轉(zhuǎn)移子系 統(tǒng)提供作為熱源的水；及被加熱水供應(yīng)管道，連接至熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)，用 于向熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)提供將被加熱的水；所述的熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)設(shè)置熱
水輸出管道，用于輸出經(jīng)過加熱的水；及熱源水輸出管道，用于輸出經(jīng)過 熱量轉(zhuǎn)移后的熱源水。
優(yōu)選的，前述的熱水供給系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其中所述的熱量轉(zhuǎn)移子 系統(tǒng)包括由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器構(gòu)成的熱泵循環(huán)系統(tǒng)，所述 冷凝器連接于上述被加熱水供應(yīng)管道，所述蒸發(fā)器連接于上述熱源水供應(yīng)管道。
優(yōu)選的，前述的熱水供給系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其中所述的蒸發(fā)器內(nèi)充
填蓄熱劑。蓄熱劑為下列物質(zhì)中的一種或者幾種氯化4丐、氯化鎂、氯化 鉀、氯化氨、碳酸氫鉀、氯化鈉、硫酸鈉、碳酸鈉、醋酸鈉、季銨鹽的水 合物或水溶液及其混合物；以及碳數(shù)為12 ~ 24的石蠟或其混合物。
本發(fā)明提供的上述系統(tǒng)，通過利用供水系統(tǒng)中存在的大量的熱作為熱 源來提高和穩(wěn)定上述蒸發(fā)器的工作溫度，從而在系統(tǒng)的對外供給熱水的溫 度一定的條件下使上述熱泵循環(huán)的供熱系數(shù)即能量效率得到提高。
優(yōu)選的，前述的熱水供給系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其還包括燃料電池發(fā)電 子系統(tǒng)，用于發(fā)電并副產(chǎn)熱；所述燃料電池發(fā)電子系統(tǒng)所發(fā)電力提供給所 述的熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)，用于驅(qū)動(dòng)所述的壓縮機(jī)。
優(yōu)選的，前述的熱水供給系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其中所述的燃料電池發(fā) 電子系統(tǒng)包括
重整制氫裝置，用于制備氫氣；燃料電池，以上述重整制氫裝置制備 的氫氣為原料發(fā)電并副產(chǎn)熱；以及循環(huán)泵和換熱裝置，用于將上述的副產(chǎn) 熱循環(huán)并進(jìn)行熱交換；上述的熱水輸出管道連接至上述的換熱裝置，對被 力口熱水進(jìn)4亍二次力口熱。
優(yōu)選的，前述的熱水供給系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其還包括內(nèi)燃機(jī)子系 統(tǒng)、熱氣機(jī)子系統(tǒng)或燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)；所述內(nèi)燃機(jī)子系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)， 用于產(chǎn)生動(dòng)力和副產(chǎn)熱，并將該動(dòng)力提供給所述的熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)，用于 驅(qū)動(dòng)所述的壓縮機(jī)；以及循環(huán)泵和換熱裝置，用于將上述的副產(chǎn)熱循環(huán)并 進(jìn)行熱交換；上述的熱水輸出管道連接至上述的換熱裝置，對被加熱水進(jìn) 行二次加熱；所述熱氣機(jī)子系統(tǒng)包括熱氣機(jī)，用于產(chǎn)生動(dòng)力和副產(chǎn)熱， 并將該動(dòng)力提供給所述的熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)，用于驅(qū)動(dòng)所述的壓縮機(jī)；以及 循環(huán)泵和換熱裝置，用于將上述的副產(chǎn)熱循環(huán)并進(jìn)行熱交換；上述的熱水 輸出管道連接至上述的換熱裝置，對被加熱水進(jìn)行二次加熱；所述燃?xì)廨?機(jī)子系統(tǒng)包括，燃?xì)廨啓C(jī)，用于產(chǎn)生動(dòng)力和副產(chǎn)熱；并將該動(dòng)力提供給所 述的熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)，用于驅(qū)動(dòng)所述的壓縮機(jī)；以及換熱裝置，用于進(jìn)行 熱交換；所述的熱源水輸出管道連接至上述的換熱裝置，對被加熱水進(jìn)行 二次加熱。上述內(nèi)燃?xì)狻釟鈾C(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)所產(chǎn)生的動(dòng)力可通過機(jī)械連接直才妄驅(qū)動(dòng)壓縮才幾，亦可驅(qū)動(dòng)發(fā)電才幾發(fā)電，然后由發(fā)電才幾驅(qū)動(dòng)壓縮才幾。
本發(fā)明提供的上述系統(tǒng)，通過將燃料電池或內(nèi)燃機(jī)、熱氣機(jī)、燃?xì)廨?機(jī)子系統(tǒng)所產(chǎn)副產(chǎn)熱用于上述熱泵循環(huán)的被加熱水的二次加熱，而將所產(chǎn) 電力或動(dòng)力用于驅(qū)動(dòng)上述壓縮機(jī)，在系統(tǒng)的對外供給熱水的溫度一定的條 件下使上述冷凝器的工作溫度得到顯著的降低，從而使上述熱泵循環(huán)的供 熱系數(shù)進(jìn)而熱水供給系統(tǒng)的一次能源利用效率得到顯著的提高，同時(shí)使系 統(tǒng)整體更加簡潔、可靠。如上所述，本發(fā)明通過有機(jī)地融合所提供壓縮式 熱泵循環(huán)系統(tǒng)和燃料電池或內(nèi)燃機(jī)、熱氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)，取得了顯 著的協(xié)同效應(yīng)。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)
本發(fā)明提出的一種熱水供給方法，包括以下步驟將同一水源的自來水分 流出熱源水和被加熱水；以及進(jìn)行熱量轉(zhuǎn)移，通過蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)子 系統(tǒng)，將熱源水中的熱量轉(zhuǎn)移至被加熱水，提高被加熱水的溫度。
優(yōu)選的，前述的熱水供給方法的一個(gè)實(shí)施例，還包括以氫氣為原料 通過燃料電池發(fā)電和副產(chǎn)熱，所述的電作為所述的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)子 系統(tǒng)的動(dòng)力，所述的副產(chǎn)熱用于對經(jīng)過熱量轉(zhuǎn)移過程的被加熱水進(jìn)行二次 力口熱。
優(yōu)選的，前述的熱水供給方法的一個(gè)實(shí)施例，還包括以碳?xì)浠衔?為原料進(jìn)行重整反應(yīng)，得到上述燃料電池的原料氫氣。
優(yōu)選的，前述的熱水供給方法的一個(gè)實(shí)施例，還包括以碳?xì)浠衔?為燃料，采用內(nèi)燃機(jī)、熱氣機(jī)或者燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生動(dòng)力和副產(chǎn)熱，所述的動(dòng) 力作為所述的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)子系統(tǒng)的動(dòng)力，所述的副產(chǎn)熱用于對經(jīng) 過熱量轉(zhuǎn)移過程的被加熱水進(jìn)行二次加熱。
優(yōu)選的，前述的熱水供給方法的一個(gè)實(shí)施例，其中所述的熱源水與被 加熱的水的流量之比為5 ~ 50。
借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明熱水供給系統(tǒng)及方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明的實(shí)施例通過將現(xiàn)有的供水系統(tǒng)進(jìn)行分流，并對分流的水進(jìn) 行熱量轉(zhuǎn)移，從而可以有效利用供水系統(tǒng)中存在的大量的熱，有利于能源 的合理利用。2、 本發(fā)明的實(shí)施例中的燃料電池子系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)子系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)子 系統(tǒng)、或者熱氣機(jī)子系統(tǒng)所產(chǎn)的動(dòng)力和副產(chǎn)熱有效地用于熱量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)， 顯著提高了熱水供給系統(tǒng)的能量效率。
3、 與現(xiàn)有的鍋爐燃燒式熱水系統(tǒng)相比較，在相同原料和供熱能力的條
件下，本發(fā)明的熱水系統(tǒng)和方法具有清潔高效的顯著優(yōu)勢。
4 、本發(fā)明實(shí)施例中的熱水系統(tǒng)供熱系數(shù)也顯著高于以電網(wǎng)電力為動(dòng) 力、以空氣為熱源的現(xiàn)有蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)熱水系統(tǒng)的供熱系數(shù)。
綜上所述，本發(fā)明特殊結(jié)構(gòu)的熱水供給系統(tǒng)及方法，其具有上述諸多 的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，從而更加適于實(shí)用。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的 技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例 并配合附圖詳細(xì)說明如后。


圖1是本發(fā)明熱水供給系統(tǒng)的實(shí)施例1的流程圖。
圖2是本發(fā)明熱水供給系統(tǒng)的實(shí)施例2的流程圖。
圖3是本發(fā)明熱水供給系統(tǒng)的另一個(gè)流程圖。
圖4是本發(fā)明熱水供給系統(tǒng)的實(shí)施例3的流程圖。
圖5是本發(fā)明熱水供給系統(tǒng)的實(shí)施例4的流程圖。
圖6是本發(fā)明包含燃料電池子系統(tǒng)的熱水供給系統(tǒng)的實(shí)施例5的流程圖。
圖7是本發(fā)明包含內(nèi)燃機(jī)子系統(tǒng)的熱水供給系統(tǒng)的實(shí)施例6的流程圖。
圖8是本發(fā)明包含燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)的熱水供給系統(tǒng)的實(shí)施例7的流程圖。
10'供水主管道11:;故加熱水供應(yīng)管道
12熱源水供應(yīng)管道13:熱水輸出管道
14熱源水輸出管道15:分流裝置
20熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)21:壓縮機(jī)
22冷凝器2 3:節(jié)流閥
24:蒸發(fā)器25:蓄熱劑
30:燃料電池發(fā)電子系統(tǒng)
31:重整制氫裝置32:燃料電池33 循環(huán)泵34 換熱裝置
40內(nèi)燃機(jī)子系統(tǒng)41內(nèi)燃一幾
42傳動(dòng)才幾構(gòu)43循環(huán)泵
44換熱裝置45煙氣管道
46冷卻水管道50燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)
51燃?xì)廨啓C(jī)52傳動(dòng)才幾構(gòu)
54-換熱裝置55.煙氣管道
具體實(shí)施例方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功 效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的熱水供給系統(tǒng)及方法 其具體實(shí)施方式
其功效，詳細(xì)^L明如后。
請參閱圖1所示，是本發(fā)明熱水供給系統(tǒng)的實(shí)施例1的流程圖。該熱
水供給系統(tǒng)包括供水主管道10和熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)20。其中供水主管道10 用于提供水源，其可以為進(jìn)入住宅小區(qū)的市政供水管線，或者進(jìn)入某個(gè)建 筑或者建筑群的供水管線，或者其他用水單位的主要供水管線。在該供水 主管道10上設(shè)有分流裝置15，其可以引出兩條分流管線，分別是被加熱水 供應(yīng)管道11和熱源水供應(yīng)管道12,都連接至熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)20，用于向熱 量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)20提供作為熱源的熱源水以及提供將被加熱的被加熱水。該 熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)20，用于將熱源水的熱量轉(zhuǎn)移到被加熱水，從而提高被加 熱水的溫度，此時(shí)熱源水的溫度會(huì)相應(yīng)降低。在該熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)20上還 設(shè)有熱水輸出管道13，用于輸出經(jīng)過加熱的被加熱水；以及熱源水輸出 管道14,用于輸出已經(jīng)進(jìn)行熱量轉(zhuǎn)移的熱源水。上述的供水主管道10的供 水被分流一部水之后，其仍然承擔(dān)原有的供水功能。本實(shí)施例的熱水供給 系統(tǒng)，在不影響原有供水系統(tǒng)的功能情況下，通過對水源進(jìn)行部分分流和 熱量轉(zhuǎn)移，可以同時(shí)提供溫度不同的三種水源， 一種為與環(huán)境溫度基本一 致的普通水， 一種為熱量轉(zhuǎn)移后溫度降低的涼水， 一種為接收熱量后溫度 提高后的熱水。
請參閱圖2所示，是本發(fā)明熱水供給系統(tǒng)的實(shí)施例2的流程圖。本實(shí) 施例與上述的實(shí)施例的不同之處在于，上述的熱源水輸出管道14的出水端連接至供水主管道10,使溫度降低后的水與水源水混合，但由于作為熱源 的熱源水的量與水源水的量相比甚微，使供水主管道10的溫度略有下降， 但不會(huì)影響正常使用。從而使降溫后的涼水不至于由于溫度太低而不適合 使用，避免造成水資源的浪費(fèi)。
請參閱圖4所示，是本發(fā)明熱水供給系統(tǒng)的實(shí)施例3的流程圖。該熱 水供給系統(tǒng)包括供水主管道10、被加熱水供應(yīng)管道11 、熱源水供應(yīng)管道12 、 熱水輸出管道13、熱源水輸出管道14以及熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)20。其中，熱量 轉(zhuǎn)移系統(tǒng)20是包括有壓縮機(jī)21、冷凝器22、節(jié)流閥23和蒸發(fā)器24的蒸 氣壓縮式熱泵循環(huán)子系統(tǒng)。該被加熱水供應(yīng)管道11連接至所迷的冷凝器22， 熱源水供應(yīng)管道12連接至所述的蒸發(fā)器24,熱水輸出管道13起始于冷凝 器22，熱源水輸出管道14起始于蒸發(fā)器24,其出水端連接至供水主管道 10。所述的壓縮機(jī)21用于壓縮制冷劑并使制冷劑溫度上升；冷凝器22用 于進(jìn)行熱交換，使高溫的制冷劑向被加熱水放熱以提高被加熱水的溫度； 經(jīng)過節(jié)流閥23的制冷劑在蒸發(fā)器24中膨脹并吸收熱源水的熱量。所述壓 縮才幾21由電初4區(qū)動(dòng)，由電網(wǎng)供電。
請參閱圖5所示，是本發(fā)明熱水供給系統(tǒng)的實(shí)施例4的流程圖。與實(shí) 施例3相比，本實(shí)施例的熱水供給系統(tǒng)的蒸發(fā)器24包括制冷劑流路、熱源 水流路以及蓄熱劑充填容器，在蓄熱劑充填容器中充填蓄熱劑25，蓄熱劑 以相變溫度低于熱源溫度2 ~ 5。C的潛熱蓄熱劑為宜所述的蓄熱劑直接充填 在外部換熱器中；或者將蓄熱劑封裝在密閉容器中，并將該密閉容器設(shè)置 在外部熱交換器中。較佳的，蓄熱劑25為下列物質(zhì)中的一種或者幾種氯 化4丐、氯化鎂、氯化鉀、氯化氨、碳酸氫鉀、氯化鈉、硫酸鈉、碳酸鈉、 醋酸鈉或季銨鹽的水合物或水溶液及其混合物；以及碳數(shù)為12~24的石蠟 或其混合物。在蒸發(fā)器24中，自來水與制冷工質(zhì)進(jìn)行熱交換、自來水與蓄 熱劑進(jìn)行熱交換、蓄熱劑與制冷工質(zhì)進(jìn)行熱交換、或者自來水、制冷工質(zhì) 與蓄熱劑三者之間進(jìn)行熱交換。蓄熱劑的作用在于，其可以吸收熱源水的 熱量，并在熱泵循環(huán)中對制冷劑進(jìn)行放熱。這樣，即使在熱泵循環(huán)不工作 的情況下，蓄熱劑亦可通過相變(融解)吸收流經(jīng)蒸發(fā)器的熱源水的熱量， 而在熱泵循環(huán)工作卻無熱源水流經(jīng)蒸發(fā)器的情況下，蓄熱劑亦可通過相變 (凝固)將其所蓄潛熱釋放給制冷劑，從而保證熱泵的連續(xù)高效運(yùn)行。請參閱圖6所示，是本發(fā)明熱水供給系統(tǒng)的實(shí)施例5的流程圖。該熱
水供給系統(tǒng)還與上述的實(shí)施例4和實(shí)施例相比，還包括燃料電池發(fā)電子系 統(tǒng)30,用于發(fā)電并副產(chǎn)熱。所述燃料電池發(fā)電子系統(tǒng)30所發(fā)電力提供給所 述的熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)20,用于驅(qū)動(dòng)所述的壓縮機(jī)21。所述的燃料電池發(fā)電 子系統(tǒng)30包括重整制氫裝置31、燃料電池32、循環(huán)泵33和換熱裝置34。 其中所述的重整制氫裝置31,采用碳?xì)浠衔锖退疄樵?，在催化劑的?用下發(fā)生重整反應(yīng)制備氫氣。所述的燃料電池32，以上述重整制氫裝置31 制得的氫氣為原料進(jìn)行發(fā)電，產(chǎn)生直流電并副產(chǎn)熱。所述的循環(huán)泵33,其 采用上述燃料電池32發(fā)出直流電為動(dòng)力，用于循環(huán)燃料電池的冷卻水。所 述的換熱裝置34，用于進(jìn)行燃料電池的冷卻水的熱交換，使進(jìn)入的熱水被 降溫，并被循環(huán)至燃料電池。熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)20的熱水輸出管道13連接 至換熱裝置34，從而使被加熱水進(jìn)行二次加熱，從而達(dá)到更高的溫度。本 實(shí)施例的熱水供給系統(tǒng)是采用碳?xì)寤衔餅樵蟻硖峁崴?，比采用鍋爐 直接燃燒碳?xì)浠衔锛訜崴哂懈叩墓嵝省?br> 上述的燃料電池32為磷酸型燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池 (MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)或者質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)。
請參閱圖7所示，是本發(fā)明包含內(nèi)燃機(jī)子系統(tǒng)或熱氣機(jī)子系統(tǒng)的熱水 供給系統(tǒng)的實(shí)施例6的流程圖。與實(shí)施例4相比，本實(shí)施例的熱水供給系 統(tǒng)還包括內(nèi)燃機(jī)子系統(tǒng)40,以天然氣和空氣為原料，產(chǎn)生動(dòng)力并副產(chǎn)熱。 所述內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)40所產(chǎn)生的動(dòng)力提供給所述的熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)20,用于驅(qū) 動(dòng)所述的壓縮機(jī)21。所述的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電子系統(tǒng)40包括內(nèi)燃機(jī)41、傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)42、循環(huán)泵43和換熱裝置44。所述的內(nèi)燃機(jī)41,以碳?xì)浠衔餅槿剂希?較佳的以天然氣為燃料產(chǎn)生動(dòng)力并副產(chǎn)熱，并通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)42來驅(qū)動(dòng)壓縮 機(jī)21工作。內(nèi)燃機(jī)的煙氣通過煙氣管道45通入換熱裝置44中，內(nèi)燃機(jī)的 冷卻熱通過冷卻水管道46通入換熱裝置44中。所述的循環(huán)泵43，用于循 環(huán)內(nèi)燃機(jī)41的冷卻水。熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)20的熱水輸出管道13連接至換熱 裝置44。所述的換熱裝置44,用于進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)的冷卻水和煙氣與被加熱水 的熱交換，冷卻水被降溫循環(huán)至內(nèi)燃機(jī)，煙氣經(jīng)熱回收后排放，而被加熱 水得到二次加熱，從而達(dá)到更高的溫度。本實(shí)施例中所述的內(nèi)燃機(jī)可以被
熱氣機(jī)所代替，并可以達(dá)到相同的技術(shù)效果。請參閱圖8所示，是本發(fā)明包含燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)的熱水供給系統(tǒng)的實(shí)
施例7的流程圖。與實(shí)施例4相比，本實(shí)施例的熱水供給系統(tǒng)還包括燃?xì)?輪機(jī)子系統(tǒng)50，用于產(chǎn)生動(dòng)力并副產(chǎn)熱，其產(chǎn)生的動(dòng)力提供給所述的熱量 轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)20,用于驅(qū)動(dòng)所述的壓縮機(jī)21。所述的燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)50包 括燃?xì)廨啓C(jī)51、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)52和換熱裝置54。所述的燃?xì)廨啓C(jī)51,以碳?xì)?化合物為燃料，較佳的以天然氣為燃料，產(chǎn)生動(dòng)力并副產(chǎn)熱，該動(dòng)力通過 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)52將動(dòng)力傳送到壓縮機(jī)21。上述的副產(chǎn)熱是燃料燃燒后的煙氣所 攜帶的熱量，煙氣通過煙氣管道55通入換熱裝置54中，進(jìn)過換熱后進(jìn)行 排放。熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)20的熱水輸出管道13連接至換熱裝置54，對被加 熱水進(jìn)行二次加熱，從而達(dá)到更高的溫度。
上述構(gòu)成的熱量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)2 0和燃料電池發(fā)電子系統(tǒng)3 0 、內(nèi)燃;f幾子系統(tǒng) (或者熱氣機(jī)子系統(tǒng))40和燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)50也可以應(yīng)用于實(shí)施例1中， 從而形成本發(fā)明的另外的實(shí)施例。
本發(fā)明的實(shí)施例8還提出一種熱水供給方法，其是采用上述實(shí)施例4 所述的熱水供給系統(tǒng)提供熱水，該方法包括將同一水源的水分流出熱源 水和被加熱水；然后進(jìn)行熱量轉(zhuǎn)移，即通過蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)子系統(tǒng)進(jìn)行 熱泵循環(huán)，將熱源水中的熱量轉(zhuǎn)移至被加熱水，提高被加熱水的溫度。較 佳的，本發(fā)明的實(shí)施例9還提出一種熱水供給方法，其是在上述實(shí)施例8 中還包括燃料電池以氫氣為原料發(fā)電和副產(chǎn)熱的步驟，所述的燃料電池產(chǎn) 生的電作為所述的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)子系統(tǒng)的電力來源，所述的副產(chǎn)熱 用于對經(jīng)過熱量轉(zhuǎn)移過程的被加熱水進(jìn)行二次加熱。所述的燃料電池為磷 酸型燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池 (SOFC)或者質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)。
較佳的，本發(fā)明的實(shí)施例IO還提出一種熱水供給方法，其是在上述實(shí) 施例9中還包括以碳?xì)浠衔餅樵线M(jìn)行重整反應(yīng)的步驟，制備所述的燃 料電池的原料氬氣，較佳的，所述碳?xì)浠衔餅樘烊粴狻?br> 本發(fā)明的實(shí)施例11還提出一種熱水供給方法，其是在上述實(shí)施例8中 還包括以碳?xì)浠衔餅槿剂喜捎脙?nèi)燃機(jī)、熱氣機(jī)或者燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生動(dòng)力和 副產(chǎn)熱，所述的動(dòng)力作為所述的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)子系統(tǒng)的動(dòng)力，所述 的副產(chǎn)熱用于對經(jīng)過熱量轉(zhuǎn)移過程的纟皮加熱水進(jìn)行二次加熱。較佳的，上述實(shí)施例中熱源水與被加熱的水的流量之比為5~50。較佳 的，上述實(shí)施例中將經(jīng)過熱量轉(zhuǎn)移步驟后的熱源水輸出到自來水供應(yīng)管道 中，與水源水進(jìn)行混合。較佳的，上述各個(gè)實(shí)施的水源水為市政供應(yīng)的自 來水或中水。
比專交例1
采用天然氣鍋爐提供熱水，水源水(市政供應(yīng)的自來水)的溫度為15 。C，所供熱水的溫度為5(TC,其熱效率亦即一次能源效率為80%。
比較例2
采用以市電直接加熱的電熱水器提供熱水，水源水(市政供應(yīng)的自來 水)的溫度為15。C，所供熱水的溫度為50°C，其熱效率為95%。由于市電 的用戶端發(fā)電效率通常為33%,因而本比較例的一次能源效率約為31%。
比4交例3
采用以市電為動(dòng)力的空氣源壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)提供熱水，水源水(市 政供應(yīng)的自來水)的溫度為15°C，所供熱水的溫度為5(TC。氣溫為15。C， 熱泵循環(huán)系統(tǒng)蒸發(fā)器中制冷劑的蒸發(fā)溫度為(TC,冷凝器中制冷劑的冷凝溫 度為55°C,壓縮機(jī)絕熱效率為0.85,其供熱系數(shù)(COP)為4.07。由于市 電的用戶端發(fā)電效率通常為33%，因而本比較例的一次能源效率約為l34°/。。
實(shí)例1
以市電為動(dòng)力，采用實(shí)施例8的方法^是供熱水，熱源水與^C加熱水的 流量之比、即分別流經(jīng)蒸發(fā)器和冷凝器的自來水流量之比為15。水源水(市 政供應(yīng)的自來水)的溫度為15°C，所供熱水溫度為50°C,蒸氣壓縮式熱泵 循環(huán)子系統(tǒng)蒸發(fā)器中制冷劑的蒸發(fā)溫度為8. 2°C，熱源水的出水溫度13. 2 °C,冷凝器中制冷劑的冷凝溫度為55°C，壓縮機(jī)絕熱效率為0.85,本實(shí)施 例的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)子系統(tǒng)COP為4. 85，系統(tǒng)整體的一次能源效率為 160%。實(shí)例2
采用實(shí)施例10的方法提供熱水，熱源水與被加熱水的流量之比為15。 蒸發(fā)器中充填有碳數(shù)為15的石蠟，其凝固點(diǎn)與凝固熱分別約為IO'C和 170kJ/kg。水源水(市政供應(yīng)的自來水)的溫度為15°C，所供熱水溫度為 50°C,熱泵循環(huán)子系統(tǒng)蒸發(fā)器中制冷劑的蒸發(fā)溫度為8. 4°C,熱源水的出水 溫度13. 4°C,冷凝器中制冷劑的冷凝溫度為49. 3°C,壓縮機(jī)絕熱效率為 0.85。質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電子系統(tǒng)以天然氣為原料，其發(fā)電效率為37 %，熱回收效率為40%。本實(shí)施例的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)子系統(tǒng)COP為 5.60，系統(tǒng)整體的一次能源效率為247°/。。
實(shí)例3
采用實(shí)施例10的方法提供熱水，熱源水與被加熱水的流量之比為5。 蒸發(fā)器中充填有碳數(shù)為15的石蠟，其凝固點(diǎn)與凝固熱分別約為l(TC和 170kJ/kg。水源水(市政供應(yīng)的自來水)的溫度為15°C,所供熱水溫度為 50°C,熱泵循環(huán)子系統(tǒng)蒸發(fā)器中制冷劑的蒸發(fā)溫度為5. 3°C，熱源水的出水 溫度10. 3°C,冷凝器中制冷劑的冷凝溫度為49. 0°C,壓縮機(jī)絕熱效率為 0.85。質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電子系統(tǒng)以天然氣為原料，其發(fā)電效率為37 %，熱回收效率為40%。本實(shí)施例的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)子系統(tǒng)COP為 5.22，系統(tǒng)整體的一次能源效率為233°/。。
實(shí)例4
采用實(shí)施例11的方法4是供熱水，熱源水與纟皮加熱水的流量之比為50。 蒸發(fā)器中充填有碳數(shù)為15的石蠟，其凝固點(diǎn)與凝固熱分別約為l(TC和 170kJ/kg。水源水(中水)的溫度為15°C，所供熱水溫度為50°C,熱泵循 環(huán)子系統(tǒng)蒸發(fā)器中制冷劑的蒸發(fā)溫度為9. 5°C,熱源水的出水溫度14. 5°C, 冷凝器中制冷劑的冷凝溫度為47. rc，壓縮機(jī)絕熱效率為0. 8、內(nèi)燃機(jī)子 系統(tǒng)以天然氣為燃料，其發(fā)電效率為28%，熱回收效率為50%。本實(shí)施例 的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)子系統(tǒng)COP為6.13，系統(tǒng)整體的一次能源效率為 222%。
上述比較例及實(shí)例中的COP (供熱系數(shù))為熱泵循環(huán)系統(tǒng)對外輸出的熱量與壓縮機(jī)所耗電能之比，而系統(tǒng)整體的 一次能源效率為系統(tǒng)整體對外輸 出的熱量與所投入一次能源的熱量之比，比較例1及實(shí)例2、 3、 4的一次
能源為天然氣，比較例2、 3及實(shí)例1的一次能源為火力發(fā)電廠所用燃料， 如天然氣、煤炭等。
本發(fā)明所述實(shí)施例中未曾詳細(xì)描述的其他技術(shù)細(xì)節(jié)，皆可采用現(xiàn)有技 術(shù)中的對應(yīng)方案實(shí)現(xiàn)。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式 上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā) 明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利 用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例 所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種熱水供給系統(tǒng)，其特征在于其包括供水主管道，用于提供水源；以及熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)，用于使熱源水和被加熱水之間進(jìn)行熱量轉(zhuǎn)移，使熱源水的熱量向被加熱水轉(zhuǎn)移；上述的熱源水和被加熱水都來自于上述的供水主管道。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱水供給系統(tǒng)，其特征在于其中所述的供水 主管道上設(shè)有熱源水供應(yīng)管道，連接至熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)，用于向熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)提 供作為熱源的水；及被加熱水供應(yīng)管道，連接至熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)，用于向 熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)提供將被加熱的水；所述的熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)設(shè)置熱水輸出管道，用于輸出經(jīng)過加熱的水； 及熱源水輸出管道，用于輸出經(jīng)過熱量轉(zhuǎn)移后的熱源水。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱水供給系統(tǒng)，其特征在于其中所述的 熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)包括由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器構(gòu)成的熱泵循環(huán) 系統(tǒng)，所述冷凝器連接于上述被加熱水供應(yīng)管道，所述蒸發(fā)器連接于上述 熱源水供應(yīng)管道。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱水供給系統(tǒng)，其特征在于其中所述的蒸發(fā)器內(nèi)充填有蓄熱劑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱水供給系統(tǒng)，其特征在于其中所述的蓄熱 劑為下列物質(zhì)中的一種或者幾種氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀、氯化氨、碳 酸氫鉀、氯化鈉、^L酸鈉、碳酸鈉、醋酸鈉、季銨鹽的水合物或水溶液及 其混合物；以及碳數(shù)為12 ~ 24的石蠟或其混合物。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱水供給系統(tǒng)，其特征在于其還包括燃料電 池發(fā)電子系統(tǒng)，用于發(fā)電并副產(chǎn)熱；所述燃料電池發(fā)電子系統(tǒng)所發(fā)電力提 供給所述的熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)，用于驅(qū)動(dòng)所述的壓縮機(jī)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱水供給系統(tǒng)，其特征在于其中所述的燃料 電池發(fā)電子系統(tǒng)包括重整制氫裝置，用于制備氫氣；燃料電池，以上述重整制氫裝置制備的氫氣為原料發(fā)電并副產(chǎn)熱；以及 循環(huán)泵和換熱裝置，用于將上述的副產(chǎn)熱循環(huán)并進(jìn)行熱交換； 上述的熱水輸出管道連接至上述的換熱裝置，對被力口熱水進(jìn)行二次加熱。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱水供給系統(tǒng)，其特征在于其還包括內(nèi)燃 機(jī)子系統(tǒng)、熱氣機(jī)子系統(tǒng)或燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)；所述內(nèi)燃機(jī)子系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)，用于產(chǎn)生動(dòng)力和副產(chǎn)熱，并將該動(dòng) 力提供給所述的熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)，用于驅(qū)動(dòng)所述的壓縮機(jī)；以及循環(huán)泵和 換熱裝置，用于將上述的副產(chǎn)熱循環(huán)并進(jìn)行熱交換；上述的熱水輸出管道 連接至上述的換熱裝置，對被加熱水進(jìn)行二次加熱；所述熱氣機(jī)子系統(tǒng)包括熱氣機(jī)，用于產(chǎn)生動(dòng)力和副產(chǎn)熱，并將該動(dòng) 力提供給所述的熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)，用于驅(qū)動(dòng)所述的壓縮機(jī)；以及循環(huán)泵和 換熱裝置，用于將上述的副產(chǎn)熱循環(huán)并進(jìn)行熱交換；上述的熱水輸出管道 連接至上述的換熱裝置，對被加熱水進(jìn)行二次加熱；所述燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)包括，燃?xì)廨啓C(jī)，用于產(chǎn)生動(dòng)力和副產(chǎn)熱；并將 該動(dòng)力提供給所述的熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)，用于驅(qū)動(dòng)所述的壓縮機(jī)；以及換熱 裝置，用于進(jìn)行熱交換；所述的熱源水輸出管道連接至上述的換熱裝置，對 #皮加熱水進(jìn)4亍二次加熱。
9、 一種熱水供給方法，其特征在于包括將同 一水源的自來水分流出熱源水和^皮加熱水；以及 進(jìn)行熱量轉(zhuǎn)移，通過蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)子系統(tǒng)，將熱源水中的熱量 轉(zhuǎn)移至被加熱水，提高被加熱水的溫度。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱水供應(yīng)方法，其特征在于其還包括以 碳?xì)浠衔餅樵线M(jìn)行重整反應(yīng)，得到上述燃料電池的原料氫氣；以氳氣為原料通過燃料電池發(fā)電和副產(chǎn)熱，所述的電作為所述的蒸氣 壓縮式熱泵循環(huán)子系統(tǒng)的動(dòng)力，所述的副產(chǎn)熱用于對經(jīng)過熱量轉(zhuǎn)移過程的 -波加熱水進(jìn)4于二次加熱。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱水供給方法，其特征在于其還包括 以碳?xì)浠衔餅槿剂?，采用?nèi)燃機(jī)、熱氣機(jī)或者燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生動(dòng)力和副產(chǎn)熱，所述的動(dòng)力作為所述的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)子系統(tǒng)的動(dòng)力，所述 的副產(chǎn)熱用于對經(jīng)過熱量轉(zhuǎn)移過程的一皮加熱水進(jìn)4于二次加熱。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9-ll任一項(xiàng)所述的熱水供應(yīng)方法，其特征在于熱源 水與被加熱的水的流量之比為5~50。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種熱水供給系統(tǒng)及方法。該熱水供給系統(tǒng)包括供水主管道，用于提供水源；以及熱量轉(zhuǎn)移子系統(tǒng)，用于使熱源水和被加熱水之間進(jìn)行熱量轉(zhuǎn)移，使熱源水的熱量向被加熱水轉(zhuǎn)移；上述的熱源水和被加熱水都來自于上述的供水主管道。所述的熱水供給方法包括將同一水源的自來水分流出熱源水和被加熱水；以及進(jìn)行熱量轉(zhuǎn)移，通過蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)子系統(tǒng)，將熱源水中的熱量轉(zhuǎn)移至被加熱水，提高被加熱水的溫度。本發(fā)明的熱水供給系統(tǒng)及方法對供水系統(tǒng)進(jìn)行分流，并對分流的水進(jìn)行熱量轉(zhuǎn)移，從而可以有效利用供水系統(tǒng)中存在的大量的熱，顯著提高了熱水供給系統(tǒng)的能量效率，具有清潔高效的顯著優(yōu)勢，有利于能源的合理利用。
文檔編號F24D17/00GK101532700SQ200810101639
公開日2009年9月16日 申請日期2008年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月10日
發(fā)明者蘇慶泉 申請人:蘇慶泉