CN101893349A - 双缸往复式压力能回收热泵机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于热泵行业领域，实现了一种极大提高热泵能效比的新结构。发明内容主要涉及通过双缸往复式压力能回收机构来取代传统热泵系统中的压缩机和膨胀阀，并在对高压冷媒进行节流降压的同时利用活塞运动实现对低压冷媒的压缩，从而实现压力能的回收，大大提高能效比的新方法。本发明提出的双缸往复式压力能回收机构与传统的热泵结构有较大的不同，本结构直接取代了常见热泵系统中的压缩机和膨胀阀，借助小功率电机的引领驱动，该机构不仅能对高压冷媒实现节流降压，还可以使降压过程释放的压力能通过活塞运动回收到对低压冷媒的压缩过程中去，彻底避免了压缩机和膨胀阀所造成的能量浪费。

Description

双缸往复式压力能回收热泵机构 

本发明属于热泵行业领域，涉及一种大大提高能效比的双缸往复式压力能回收机构。 

背景技术

提高热泵系统的能效比是提高热泵效率、普及热泵使用的关键技术。在冷媒技术发展趋于成熟的今天，热泵的机构改进则是提高热泵能效比的关键，是提高热泵实用性和推广普及使用的基础。高效的热泵将在许多工业和民用场合得到广泛使用。 

现有的热泵技术，机构和原理基本一致，效率不高的主要原因在于能量的浪费，目前热泵压缩机电能转化的高压冷媒的压力能在膨胀阀处损失掉而没有得到有效的利用，高压冷媒只是单纯通过膨胀阀进行节流降压，有效能在节流过程中损失掉。针对这一情况，本发明提出的双缸往复式压力能回收机构可以让释放热量后的高压冷媒在减压过程中对外做功，并将其有效回收到低压冷媒压缩过程，减少小功率电机的电力输入，理论上，高压冷媒具有的压力能完全来自于并等于低压冷媒的压缩能耗，考虑这其中摩擦等损失占20％，回收80％的能量将使驱动电机的电耗就可以下降到原来的五分之一，从而可以使热泵的能效比由现在的3～5大幅提高到15～25，这将极大地促进热泵在工业和民用领域的推广使用。 

发明内容

本发明的目的是：提供一种结构简单，维护方便，易于实现，能够大大提高能效比的新型的热泵机构，有利于在工业和民用领域的推广使用。 

本发明的技术方案是：双缸往复式压力能回收机构采用了双缸结构，两个缸体通过活塞杆连接在一起，两缸体中间布置一个小功率电机，通过齿轮齿条连接活塞杆，可以驱动活塞杆运动，该机构的工作目的是让低压冷媒的压缩过程与高压冷媒的减压过程实现联动，使冷媒在减压过程中对外做功，实现压力能的回收，两气缸的入口处各自设置两个单向阀，可以使冷媒单向的流入和流出缸体。 

气态低压冷媒通过压缩缸低压单向阀4进入压缩缸2，驱动电机6驱 动活塞运动压缩冷媒，在压缩缸2中，冷媒等温压缩，压力升高，然后推开压缩缸高压单向阀3进入放热换热器1中，释放热量，等压降温，变成高压液态，打开截止阀9，高压冷媒推开膨胀高压单向阀8进入膨胀缸10内，高压冷媒在膨胀缸10中，等温膨胀，压力降低，对外做功推动活塞运动，把吸入压缩缸2的低压冷媒进行压缩，实现了压力能的回收，膨胀缸10中的冷媒经膨胀缸低压单向阀7进入吸热换热器5，液态低压冷媒吸收热量等压膨胀变成低压高温气态冷媒，随后气态低压冷媒推开压缩缸低压单向阀4进入压缩缸2，在压缩缸2中，冷媒被压缩，完成一个循环。待稳定后，驱动电机6做功大大减少，系统可借助很小的驱动力完成能量的转移，实现制冷和制热。双缸往复式压力能回收机构包括：放热换热器1、压缩缸2、压缩缸高压单向阀3、压缩缸低压单向阀4、吸热换热器5、驱动电机6、膨胀缸低压单向阀7、膨胀缸高压单向阀8、截止阀9、膨胀缸10。(见附图1) 

1、高效回收压力能，大大提高能效比，其特征在于：双缸结构完全取代了传统的压缩机和膨胀阀，借助配置电机的驱动作用，待系统稳定后，可使膨胀缸内的冷媒在完成降压节流的同时，推动活塞实现对低压冷媒的压缩，完成压力能的高效回收，驱动电机仅需较少的电能辅助驱动，热泵能效比得到大大提高。 

2、结构简单可靠，整体性强，效率高，其特征在于：本发明通过活塞杆把压缩缸和膨胀缸有效地连接在了一起，使两个缸作动一致，整体性强，同时实现了冷媒的压缩和膨胀，该结构不仅可实现压力能的高效回收，还使热泵工作效率得到较大提高，该结构维护方便，可靠性强。 

本发明的优点是：新技术与传统技术最大的不同之处在于传统技术中膨胀阀处存在节流减压的能量损失，而新技术针对该损失，提出了一种机构来回收该能量并有效地用于低压冷媒的压缩过程中，并避免了传统热泵结构中压缩机所需的大量耗电，可将热泵能效比提高到目前能效比的3～5倍。 

附图说明

图1是本发明双缸往复式压力能回收机构的结构简图。 

1-放热换热器；2-压缩缸；3-压缩缸高压单向阀；4-压缩缸低压单向阀；5-吸热换热器；6-驱动电机；7-膨胀缸低压单向阀；8-膨胀缸高压单向阀；9-截止阀；10-膨胀缸。 

图2是本发明双缸往复式压力能回收机构卡诺循环图。 

图3是本发明双缸往复式机构简图。 

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明。 

从热泵的工作原理入手看，最理想的热泵循环是逆向卡诺循环，由两个可逆的绝热过程和两个可逆的定温过程组成，如附图2所示。 

1→2：工质绝热膨胀做功，由T₁到T₂。2→3：工质在T₂下定温吸热，吸热量Q₁。3→4：工质耗功绝热压缩，由T₂到T₁。4→1：工质在T₁下定温放热，放热量Q₂。 

若循环1→2→3→4→1消耗的功量为W，则Q₂＝Q₁+W。循环中可逆过程1→2和3→4熵不变，而4→1过程减少了 

$\frac{Q_2}{T_1}=\frac{Q_1+W}{T_2}$

2→3过程增加了 

由于整个循环式可逆循环，故循环的总熵变为 

$\mathrm{\ΔS}=\frac{Q_2}{T_1}-\frac{Q_1}{T_2}=0$

因此有 

$W=Q_2\·\frac{T_1-T_2}{T_1}$

在理想状况下，本设计的增压机构一样遵守卡诺逆向循环，在这里电机通过齿条带动活塞杆运动所做的功为W，冷媒从外界吸收的热量Q₁，释放的热量为Q₂，理想状态下， 

Q₂＝Q₁+W 

该结构的制热能效比为 

${\mathrm{COP}}_{H,C}=\frac{Q_1+W}{W}=\frac{Q_2}{W}$

在机构的运行过程中，上下气缸的两个开口连有两个单向阀，且始终保持压力的不同，低压为P₁，高压为P₂，其压力能的回收利用可基本分为两个过程：压缩排气过程和膨胀吸气过程。其作动过程简图如附图3所示。 

Claims (1)

1.一种能同时对低压冷媒压缩和高压冷媒减压并回收高压冷媒压力能的双缸往复式机构，其特征在于：双缸结构由压缩缸与膨胀缸组成，压缩缸对低压冷媒进行压缩的同时，膨胀缸对高压冷媒进行节流降压；膨胀缸活塞杆与压缩缸活塞杆连接，高压冷媒联合驱动电机推动膨胀缸活塞与压缩缸活塞做功，压缩低压热媒输出高压热媒，高压冷媒降压，实现了高压冷媒压力能回收。

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