用于从工作流体向接收流体传输动能的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于从工作流体到接收流体交换热量的系统，其包括：用于从工作流体向接收流体传输动能的装置，所述装置包括：适合循环接收流体(4)的循环器(73)；适于通过工作流体(1)循环来驱动的水轮机(71)；以及将水轮机联接到循环器上的轴；通过热量转换从接收流体(4)传热到工作流体(1)的热量转换装置(21)；以及接收流体(4)和加热过的工作流体的混合装置(5)。

Device for transmitting kinetic energy from a working fluid to a receiving fluid

The invention relates to a system for receiving fluid from a working fluid to the heat exchange includes: used from the working fluid to the fluid transfer device receives the kinetic energy, which comprises: (4) suitable for receiving fluid circulator (73); adapted by working fluid (1) turbine cycle driven (71); and the turbine is coupled to the circulator shaft; through the heat transfer from the receiving fluid (4) heat transfer to the working fluid (1) heat transfer device (21); and (4) received fluid and mixed working fluid heated device (5).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从工作流体向接收流体传输动能的装置
本专利技术涉及一种用于从工作流体向接收流体传输动能的装置，本专利技术还涉及一种热交换系统，所述系统包括这样一种装置用于从工作流体到接收流体交换热量。本专利技术特别适用于两种流体之间的热交换的领域。
技术介绍
生活热水(DHW)的生产在一次能源消耗(primaryenergyconsumption)中占有相当大的部分，例如，在法国约占5％。在生活热水储水罐中，水的温度在60℃左右，以避免军团菌类型细菌的生长。然而，储水罐出口处供用户(不论是个人还是家用设备)消耗的水储水罐都必须具有一般不超过45℃的温度，以避免烫伤。为此，在抽水点之前，以及因此而在生活热水储水罐出水阀和配件之前，对60℃储存的热水和冷水之间的混合则是必要的，从而使水温分布达到45℃左右。这种混合一般在恒温混合器层面上进行。然而，由于热水和冷水之间存在的重要温差，可以观察到显著的热能质量的降低。这种劣化会随着热水和冷水之间温度的差异而增加，导致设定流量和温度下的热水消耗量的增加。某些生活热水生产系统的能量性能对这种系统中所装水的温度非常敏感，例如，太阳能或热泵式系统。为此，优选不要将冷水与储水罐内所装热水进行混合，而是用储水罐内所装热水对冷水预加热，目的是限制混合器层面对热水的消耗。图1示出了一种系统，在这种系统中，通过浸在装有60℃左右生活热水的储水箱3内的加热盘管2，由热交换器对冷水1(进入管网的水)进行预加热。盘管输出端处经预加热的水11在恒温阀5层面与储水箱出水端处的热水4进行混合。然后，在恒温阀出口处供抽取的水6可随时被用户抽取。盘管出口端的预加热水11的温度会随着水箱内所存水的能量状态和抽取流量的不同而变化。盘管热交换器的缺陷是传输高热功率等级的能力低。例如，将流量为10升/分钟的水从15℃预加热到35℃，需要14KW的热功率。对于这种等级的热功率，优选使用板式热交换器，诸如图2所示。在图2所示装置中，冷水1通过板式换热器21来进行预加热，冷水1和来自储水箱3的热水4在其中循环。在热水4和冷水1之间的板式换热器21层面进行热量转换。为此，在板式换热器出口端，冷水1被预加热11。图2所示装置示出了第一恒温阀5和第二恒温阀51。第二恒温阀51可以增加系统的安全等级，这样，如果热回收系统效率很高时，就可以防止管路端的用户接收太热的水。实际上，如果热回收系统(即板式换热器)效能太大，会使得板式换热器出口端的预加热水11的温度高于第一恒温阀5层面处的温度设定值。然而，这种系统的一个缺点是其要求使用电循环器，以便在交换器内循环流动液体，这会引起额外耗电。此外，这种装置要求调节循环器。使其只能在需要传热时工作，也就是说，抽水时。由于抽水是断断续续的，为此，必须使用测量和相应的计量措施。
技术实现思路
本专利技术旨在解决全部或部分现有技术的上述缺陷，为此，特别提出了用于对在抽取生活热水前冷却用的冷水进行预加热的装置，，这些装置可以产生最小的能量消耗并且明显小于现有已经存在的设备。。为此，本专利技术的一个方面涉及一种用于从工作流体向接收流体传输动能的装置，所述装置包括：-循环器，其适于循环所述接收流体；-水轮机，其适于被所述工作流体的循环来驱动；以及-轴，其将所述水轮机与所述循环器相联接。这种装置是被动的，因为接收流体由循环器使其运动，除了流过水轮机的工作流体传输的能量，没有任何外部能量消耗。例如，工作流体可以是来自供水管网(waternetwork)的流体。当水轮机与供水管网的连接开启，工作流体流过水轮机而带动水轮机运动，工作流体的重力势能或动能被转换成机械势能，经由机械轴，通过与水轮机相联接的循环器使得接收流体运动。为此，避免了任何形式的能量电转换。循环器的流量自动适应工作流体的抽取流量。因此，这种装置不需要电气指令，简化了这种装置的控制设置。优选地，水轮机包括第一旋转轴，循环器包括第二旋转轴，与第一旋转轴成共轴线关系，轴将第一旋转轴与第二旋转轴相联接。在生活热水生产领域，工作流体一般是4巴左右低压输送的供水管网的水。第一轴和第二轴之间的共线性关系可以将所有能量从水轮机传输到循环器以驱动接收流体循环，不使用U型接头来使两个旋转轴之间形成共线，如果两个旋转轴不成共线，则会引起水轮机和循环器之间出现能量损失。优选地，水轮机为一种螺旋桨式水轮机(propellerturbine)。例如，其可以是一种灯泡式、Straflo(贯流式)、Pelton(水斗式)或Francis(混流式)式水轮机，或者，特别是一种卡普兰式水轮机。卡普兰水轮机因其用于从液压能中产生电能而出名。在本专利技术中，专利技术者发现对于某些用途来讲，特别是生活热水的生产，有必要使两种流体同时放入循环器。代替如正常那样地使用两种循环器，即所谓的特别反应的控制指令，在本专利技术中，两种流体通过水轮机和循环器而联通，以确保具有动能(kineticforce)的工作流体同时运动，该动能可以将其能量瞬时传输给接收流体。这样，可以简化装置，其不再需要外部指令，一切都是直接发生，即，不需要流体外部的能量干预。为此，这种装置称之为被动系统。此外，在本申请中，卡普兰式水轮机证明最适合低压降。一种卡普兰式水轮机是一种推进式水轮机，其包括螺旋桨，分配器和抽吸器。螺旋桨是在轴上旋转的部件，其将流过水轮机的工作流体的能量转换为机械能，被传送到机械轴上，用于驱动接收流体流过与机械轴相耦合的循环器，并进而使接收流体运动。分配器由一圈可移动的带轮廓的翅片组成，用于引导流体并根据开度操纵其转动(流体速度的切向分量)。分配器也可以用作流量调节阀。分配器的作用是使用压力头(manometrichead)(联接到水头上，对应于横穿水轮机的液体的压力差，用水柱米表示)所产生的压力来迫使工作流体流过其翅片，这些翅片的朝向布置成以形成漩涡。压能(或称压头)从而转换成切向速度。最好清晰地区分出流过螺旋桨的工作流体速度中的两个分量：轴向速度和切向速度。轴向速度是与水轮机轴线平行方向上的速度。系统流量是由该轴向速度乘以螺旋桨扫过的截面(又称之为水轮机截面)而给出。切向速度是分配器所造成的漩涡的旋转速度(有时与蜗壳结合)。不同于轴向速度，切向速度可以完全被利用(截止)，被中断的工作流体不会流动。于是，完全被截获的切向速度成为零，引起独特轴向的一般流速。分配器将液压能转换为漩涡的旋转速度。切向速度能量被利用的质量在螺旋桨输出端的流速失去其所有切向分量时最佳(即不再存在任何漩涡)。液压能量转换为切向速度，其所有能量可被截获，流量产生轴向速度，可以仅提取其能量的60％左右。抽吸器或扩散器是一种扩散锥体，其通过使用螺旋桨输出端剩余速度来产生压力降。以瓦特数表示的水轮机液压动力Ph表示为：Ph(总数)＝Q(m3/s)×H(m)×ρ(kg/m3)×g(m/s2)，式中：(公式1)-H为水轮机上游水池(basin)表面和水轮机下游水池表面之间可用水头之差(等于分量中的能量损失)；-Q是流过系统的体积流量(水轮机流量)，用m3/sec表示；-ρ是水的密度，用kg/m3表示；-g是重力引起的加速度，用m/s2表示。在流过水轮机螺旋桨时，由于叶片产生的压力降，流体将其能量传输给螺旋桨轴。流体损失的这个能量将会引起螺旋桨上下游之间速度和压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于从工作流体到接收流体交换热量的系统，所述系统包括：‑用于从工作流体(1)向接收流体(4)传输动能的装置(7)，包括：o循环器(72；72b)，其适于循环所述接收流体(4)；o水轮机(71；71b)，其适于被所述工作流体(1)的循环驱动；以及o轴(73；73b)，其将所述水轮机联接到所述循环器上；‑热量转换装置(21)，其用于从所述工作流体(1)到所述接收流体(4)的热量转换；‑混合装置(5)，其用于混合所述接收流体(4b)和所述被加热过的工作流体(11)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.13 FR 15512221.用于从工作流体到接收流体交换热量的系统，所述系统包括：-用于从工作流体(1)向接收流体(4)传输动能的装置(7)，包括：o循环器(72；72b)，其适于循环所述接收流体(4)；o水轮机(71；71b)，其适于被所述工作流体(1)的循环驱动；以及o轴(73；73b)，其将所述水轮机联接到所述循环器上；-热量转换装置(21)，其用于从所述工作流体(1)到所述接收流体(4)的热量转换；-混合装置(5)，其用于混合所述接收流体(4b)和所述被加热过的工作流体(11)。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括：-第一管道(8)，其适于循环所述工作流体(1)并连接到所述水轮机(71；71b)上；-第二管道(9)，其适于循环所述接收流体(4)并连接到所述循环器(72；72b)上。3.根据权利要求1或2中所述的系统，其特征在于，所述混合装置(5)包括连接到储存所述接收流体(4b)装置(3)上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·洛奈，凯法·萨拉夫，
申请(专利权)人：艾克斯马赛大学，国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：法国,FR