CN105953471A - 第二类热驱动压缩式热泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供第二类热驱动压缩式热泵，属于热能利用与热泵技术领域。外部有中压介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有低压介质通道与低温热交换器连通，低温热交换器还有低压介质通道与压缩机连通，压缩机还有高压介质通道与外部连通，低温热交换器还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机并传输动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。

Description

第二类热驱动压缩式热泵
技术领域：
本发明属于动力、供热与热泵技术领域。
背景技术：
在工程实际中，低参数介质(比如低压蒸汽)用途往往受到一定限制；在低参数介质较为丰富的情况下，根据热力学第二定律原理，利用部分低参数介质与冷环境之间的温差，使另一部分低参数介质的温度和压力升高，这将具有很好的节能、环保与经济效益。
以吸收式热泵技术为代表的热能(温差)利用技术，利用余热资源与冷环境之间的温差，能够实现一部分余热温度的提升；但因受到工作介质(溶液和冷剂介质)的性质影响，其应用领域和应用范围受到较大限制。利用机械能与热能之间的品位差的压缩式热泵技术，具有一定的灵活性，但在余热资源丰富的情况下，难以实现对余热资源的高效利用。
本发明利用低参数介质与冷环境之间存在的温差，提出以膨胀机、压缩机和低温热交换器为核心部件，提高其中部分低参数介质的压力，或兼顾动力驱动，或兼顾动力输出，具有简单流程和结构的第二类热驱动压缩式热泵。
发明内容：
本发明主要目的是要提供利用中温中压介质部分热能品位降低，以实现自身压力升高的第二类热驱动压缩式热泵，具体发明内容分项阐述如下：
1.第二类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机和低温热交换器所组成；外部有中压介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有低压介质通道与低温热交换器连通，低温热交换器还有低压介质通道与压缩机连通，压缩机还有高压介质通道与外部连通，低温热交换器还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机并传输动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
2.第二类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机和低温热交换器所组成；外部有中压介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有低压介质通道与外部连通，膨胀机还有低压介质通道与低温热交换器连通，低温热交换器还有低压介质通道与压缩机连通，压缩机还有高压介质通道与外部连通，低温热交换器还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机并传输动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
3.第二类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二膨胀机和冷却器所组成；外部有中压介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有低压介质通道经冷却器与第二膨胀机连通，第二膨胀机还有低压介质通道与低温热交换器连通，低温热交换器还有低压介质通道与压缩机连通，压缩机还有高压介质通道与外部连通，低温热交换器和冷却器还分别有冷却介质通道与外部连通，膨胀机和第二膨胀机连接压缩机并传输动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
4.第二类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二膨胀机和冷却器所组成；外部有中压介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有低压介质通道经冷却器与第二膨胀机连通，第二膨胀机还有低压介质通道与外部连通，第二膨胀机还有低压介质通道与低温热交换器连通，低温热交换器还有低压介质通道与压缩机连通，压缩机还有高压介质通道与外部连通，低温热交换器和冷却器还分别有冷却介质通道与外部连通，膨胀机和第二膨胀机连接压缩机并传输动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
5.第二类热驱动压缩式热泵，是在第1-4项所述的任一第二类热驱动压缩式热泵中，低温热交换器增设低压介质通道与外部连通，形成第二类热驱动压缩式热泵。
6.第二类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机和压缩机所组成；外部有中压介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有低压介质通道与外部连通，膨胀机还有低压介质通道与压缩机连通，压缩机还有高压介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机并传输动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
7.第二类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、第二膨胀机和冷却器所组成；外部有中压介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有低压介质通道经冷却器与第二膨胀机连通，第二膨胀机还有低压介质通道与外部连通，第二膨胀机还有低压介质通道与压缩机连通，压缩机还有高压介质通道与外部连通，冷却器还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机和第二膨胀机连接压缩机并传输动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
8.第二类热驱动压缩式热泵，是在第6项所述的第二类热驱动压缩式热泵中，增加分离器，将膨胀机有低压介质通道与压缩机连通调整为膨胀机有低压介质通道与分离器连通，分离器还有低压介质通道与压缩机连通，分离器还有液态低压介质通道与外部连通，形成第二类热驱动压缩式热泵。
9.第二类热驱动压缩式热泵，是在第7项所述的第二类热驱动压缩式热泵中，增加分离器，增加分离器，将第二膨胀机有低压介质通道与压缩机连通调整为第二膨胀机有低压介质通道与分离器连通，分离器还有低压介质通道与压缩机连通，分离器还有低压介质通道与外部连通，形成第二类热驱动压缩式热泵。
10.第二类热驱动压缩式热泵，是在第1-9项所述的任一第二类热驱动压缩式热泵中，增加回热器，将外部有中压介质通道与膨胀机连通调整为外部有中压介质通道经回热器与膨胀机连通，将压缩机有高压介质通道与外部连通调整为压缩机有高压介质通道经回热器与外部连通，形成第二类热驱动压缩式热泵。
11.第二类热驱动压缩式热泵，是在第1-10项所述的任一第二类热驱动压缩式热泵中，增加动力机，动力机连接压缩机并向压缩机提供动力，形成附加外部动力驱动的第二类热驱动压缩式热泵。
12.第二类热驱动压缩式热泵，是在第1-10项所述的任一第二类热驱动压缩式热泵中，增加工作机，膨胀机连接工作机并向工作机提供动力，形成附加对外提供动力负荷的第二类热驱动压缩式热泵。
附图说明：
图1是依据本发明所提供的第二类热驱动压缩式热泵第1种原则性热力系统图。
图2是依据本发明所提供的第二类热驱动压缩式热泵第2种原则性热力系统图。
图3是依据本发明所提供的第二类热驱动压缩式热泵第3种原则性热力系统图。
图4是依据本发明所提供的第二类热驱动压缩式热泵第4种原则性热力系统图。
图5是依据本发明所提供的第二类热驱动压缩式热泵第5种原则性热力系统图。
图6是依据本发明所提供的第二类热驱动压缩式热泵第6种原则性热力系统图。
图7是依据本发明所提供的第二类热驱动压缩式热泵第7种原则性热力系统图。
图8是依据本发明所提供的第二类热驱动压缩式热泵第8种原则性热力系统图。
图9是依据本发明所提供的第二类热驱动压缩式热泵第9种原则性热力系统图。
图10是依据本发明所提供的第二类热驱动压缩式热泵第10种原则性热力系统图。
图11是依据本发明所提供的第二类热驱动压缩式热泵第11种原则性热力系统图。
图中，1-膨胀机，2-压缩机，3-低温热交换器，4-第二膨胀机，5-冷却器，6-分离器，7-回热器，8-动力机，9-工作机。
这里还要给出如下说明：
(1)高压介质——为该类第二类热驱动压缩式热泵之产品，压力最高。
(2)中压介质——温度高于冷却介质温度，压力低于高压介质。
(3)低压介质——压力低于中压介质，是中压介质降压作功之后的产物。
具体实施方式：
首先要说明的是，在结构和流程的表述上，非必要情况下不重复进行；对显而易见的流程不作表述。下面结合附图和实例来详细描述本发明。
图1所示第二类热驱动压缩式热泵是这样实现的：
(1)结构上，它主要由膨胀机、压缩机和低温热交换器所组成；外部有中压介质通道与膨胀机1连通，膨胀机1还有低压介质通道与低温热交换器3连通，低温热交换器3还有低压介质通道与压缩机2连通，压缩机2还有高压介质通道与外部连通，低温热交换器3还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机1连接压缩机2并传输动力。
(2)流程上，中压介质进入膨胀机1降压作功，流经低温热交换器3并放热于冷却介质，之后进入压缩机2升压升温并对外排放；中压介质通过进出流程成为高压介质，冷却介质通过低温热交换器3带走低品位热能，膨胀机1输出的功提供给压缩机2作动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
图2所示第二类热驱动压缩式热泵是这样实现的：
(1)结构上，它主要由膨胀机、压缩机和低温热交换器所组成；外部有中压介质通道与膨胀机1连通，膨胀机1还有低压介质通道与外部连通，膨胀机1还有低压介质通道与低温热交换器3连通，低温热交换器3还有低压介质通道与压缩机2连通，压缩机2还有高压介质通道与外部连通，低温热交换器3还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机1连接压缩机2并传输动力。
(2)流程上，中压介质进入膨胀机1降压作功之后分成两路——第一路直接对外排放，第二路流经低温热交换器3并放热于冷却介质，之后进入压缩机2升压升温并对外排放；一部分中压介质通过进出流程而升压，一部分中压介质直接降压降温，冷却介质通过低温热交换器3带走低品位热能，膨胀机1输出的功提供给压缩机2作动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
图3所示第二类热驱动压缩式热泵是这样实现的：
(1)结构上，它主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二膨胀机和冷却器所组成；外部有中压介质通道与膨胀机1连通，膨胀机1还有低压介质通道经冷却器5与第二膨胀机4连通，第二膨胀机4还有低压介质通道与低温热交换器3连通，低温热交换器3还有低压介质通道与压缩机2连通，压缩机2还有高压介质通道与外部连通，低温热交换器3和冷却器5还分别有冷却介质通道与外部连通，膨胀机1和第二膨胀机4连接压缩机2并传输动力。
(2)流程上，中压介质进入膨胀机1降压作功，流经冷却器5并放热，之后进入第二膨胀机4降压作功；第二膨胀机4排放的低压介质进入的低温热交换器4并放热，之后进入压缩机2升压升温并对外排放；中压介质通过进出流程而升压，冷却介质通过低温热交换器3和冷却器5带走低温热能，膨胀机1和第二膨胀机4输出的功提供给压缩机2作动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
图4所示第二类热驱动压缩式热泵是这样实现的：
(1)结构上，它主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二膨胀机和冷却器所组成；外部有中压介质通道与膨胀机1连通，膨胀机1还有低压介质通道经冷却器5与第二膨胀机4连通，第二膨胀机4还有低压介质通道与外部连通，第二膨胀机4还有低压介质通道与低温热交换器3连通，低温热交换器3还有低压介质通道与压缩机2连通，压缩机2还有高压介质通道与外部连通，低温热交换器3和冷却器5还分别有冷却介质通道与外部连通，膨胀机1和第二膨胀机4连接压缩机2并传输动力。
(2)流程上，中压介质进入膨胀机1降压作功，流经冷却器5并放热，进入第二膨胀机4降压作功之后分成路——第一路直接对外排放，第二路依次流经低温热交换器3并放热和流经压缩机2升压升温并对外排放；一部分中压介质通过进出流程而升压，冷却介质通过低温热交换器3和冷却器5带走低温热能，第二膨胀机4对外排放的低压介质带走低温热能，膨胀机1和第二膨胀机4输出的功提供给压缩机2作动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
图5所示第二类热驱动压缩式热泵是这样实现的：
在图1所示第二类热驱动压缩式热泵中，低温热交换器3增设低压介质通道与外部连通；膨胀机1排放的液态低压介质直接对外排放，或是经冷凝之后的液态低压介质直接对外排放，形成第二类热驱动压缩式热泵。
图6所示第二类热驱动压缩式热泵是这样实现的：
(1)结构上，它主要由膨胀机和压缩机所组成；外部有中压介质通道与膨胀机1连通，膨胀机1还有低压介质通道与外部连通，膨胀机1还有低压介质通道与压缩机2连通，压缩机2还有高压介质通道与外部连通，膨胀机1连接压缩机2并传输动力。
(2)流程上，中压介质进入膨胀机1降压作功之后分成两路——第一路直接对外排放，第二路进入压缩机2升压升温并对外排放；一部分中压介质提供进出流程而升压，膨胀机1直接排放的低压介质带走低温热能，膨胀机1输出的功提供给压缩机2作动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
图7所示第二类热驱动压缩式热泵是这样实现的：
(1)结构上，它主要由膨胀机、压缩机、第二膨胀机和冷却器所组成；外部有中压介质通道与膨胀机1连通，膨胀机1还有低压介质通道经冷却器5与第二膨胀机4连通，第二膨胀机4还有低压介质通道与外部连通，第二膨胀机4还有低压介质通道与压缩机2连通，压缩机2还有高压介质通道与外部连通，冷却器5还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机1和第二膨胀机4连接压缩机2并传输动力。
(2)流程上，中压介质进入膨胀机1降压作功，流经冷却器5并放热，进入第二膨胀机4降压作功之后分成路——第一路直接对外排放，第二路进入压缩机2升压升温并对外排放；一部分中压介质通过进出流程而升压，第二膨胀机4直接排放的低压介质带走低温热能，冷却介质通过冷却器5带走低温热能，膨胀机1和第二膨胀机4输出的功提供给压缩机2作动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
图8所示第二类热驱动压缩式热泵是这样实现的：
在图6所示第二类热驱动压缩式热泵中，增加分离器，将膨胀机1有低压介质通道与压缩机2连通调整为膨胀机1有低压介质通道与分离器6连通，分离器6还有低压介质通道与压缩机2连通，分离器6还有液态低压介质通道与外部连通；膨胀机1排放的气液两相低压介质进入分离器6之后分成两路——气态低压介质进入压缩机2升压升温并对外排放，液态低压介质直接对外排放，形成第二类热驱动压缩式热泵。
图9所示第二类热驱动压缩式热泵是这样实现的：
在图2所示第二类热驱动压缩式热泵中，增加回热器，将外部有中压介质通道与膨胀机1连通调整为外部有中压介质通道经回热器7与膨胀机1连通，将压缩机2有高压介质通道与外部连通调整为压缩机2有高压介质通道经回热器7与外部连通；中压介质流经回热器7吸热之后进入膨胀机1降压作功，压缩机2排放的高压介质流经回热器7放热之后对外排放，形成第二类热驱动压缩式热泵。
图10所示第二类热驱动压缩式热泵是这样实现的：
在图6所示第二类热驱动压缩式热泵中，增加动力机，动力机8连接压缩机2并向压缩机2提供动力；膨胀机1和动力机8输出的功提供给压缩机2作动力，形成附加外部动力驱动的第二类热驱动压缩式热泵。
图11所示第二类热驱动压缩式热泵是这样实现的：
在图2所示第二类热驱动压缩式热泵中，增加工作机，膨胀机1连接工作机9并向工作机9提供动力；膨胀机1输出的功提供给压缩机2和工作机9作动力，形成附加对外提供动力负荷的第二类热驱动压缩式热泵。
本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的第二类热驱动压缩式热泵，具有如下效果和优势：
(1)实现温差有效利用，并兼顾温差附加动力共同驱动方式，实现压力提升。
(2)流程合理，热力学参数与性能指数之间实现合理对应。
(3)必要时，借助外部动力实现压力提升，方式灵活，适应性好。
(4)以膨胀机、压缩机和热交换器为核心部件，结构简单。
(5)应用范围广，适应多种低参数介质压力提升需求，工质与工作参数的匹配灵活。
(6)给出多种具体技术方案，能够应对众多不同的实际状况，有较宽的适用范围。
(7)扩展了热泵技术，丰富了压缩式热泵的类型，有利于更好地实现温差的高效利用。

Claims (12)

1.第二类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机和低温热交换器所组成；外部有中压介质通道与膨胀机(1)连通，膨胀机(1)还有低压介质通道与低温热交换器(3)连通，低温热交换器(3)还有低压介质通道与压缩机(2)连通，压缩机(2)还有高压介质通道与外部连通，低温热交换器(3)还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机(1)连接压缩机(2)并传输动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
2.第二类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机和低温热交换器所组成；外部有中压介质通道与膨胀机(1)连通，膨胀机(1)还有低压介质通道与外部连通，膨胀机(1)还有低压介质通道与低温热交换器(3)连通，低温热交换器(3)还有低压介质通道与压缩机(2)连通，压缩机(2)还有高压介质通道与外部连通，低温热交换器(3)还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机(1)连接压缩机(2)并传输动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
3.第二类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二膨胀机和冷却器所组成；外部有中压介质通道与膨胀机(1)连通，膨胀机(1)还有低压介质通道经冷却器(5)与第二膨胀机(4)连通，第二膨胀机(4)还有低压介质通道与低温热交换器(3)连通，低温热交换器(3)还有低压介质通道与压缩机(2)连通，压缩机(2)还有高压介质通道与外部连通，低温热交换器(3)和冷却器(5)还分别有冷却介质通道与外部连通，膨胀机(1)和第二膨胀机(4)连接压缩机(2)并传输动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
4.第二类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二膨胀机和冷却器所组成；外部有中压介质通道与膨胀机(1)连通，膨胀机(1)还有低压介质通道经冷却器(5)与第二膨胀机(4)连通，第二膨胀机(4)还有低压介质通道与外部连通，第二膨胀机(4)还有低压介质通道与低温热交换器(3)连通，低温热交换器(3)还有低压介质通道与压缩机(2)连通，压缩机(2)还有高压介质通道与外部连通，低温热交换器(3)和冷却器(5)还分别有冷却介质通道与外部连通，膨胀机(1)和第二膨胀机(4)连接压缩机(2)并传输动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
5.第二类热驱动压缩式热泵，是在权利要求1-4所述的任一第二类热驱动压缩式热泵中，低温热交换器(3)增设低压介质通道与外部连通，形成第二类热驱动压缩式热泵。
6.第二类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机和压缩机所组成；外部有中压介质通道与膨胀机(1)连通，膨胀机(1)还有低压介质通道与外部连通，膨胀机(1)还有低压介质通道与压缩机(2)连通，压缩机(2)还有高压介质通道与外部连通，膨胀机(1)连接压缩机(2)并传输动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
7.第二类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、第二膨胀机和冷却器所组成；外部有中压介质通道与膨胀机(1)连通，膨胀机(1)还有低压介质通道经冷却器(5)与第二膨胀机(4)连通，第二膨胀机(4)还有低压介质通道与外部连通，第二膨胀机(4)还有低压介质通道与压缩机(2)连通，压缩机(2)还有高压介质通道与外部连通，冷却器(5)还有冷却介质通道与外部连通，膨胀机(1)和第二膨胀机(4)连接压缩机(2)并传输动力，形成第二类热驱动压缩式热泵。
8.第二类热驱动压缩式热泵，是在权利要求6所述的第二类热驱动压缩式热泵中，增加分离器，将膨胀机(1)有低压介质通道与压缩机(2)连通调整为膨胀机(1)有低压介质通道与分离器(6)连通，分离器(6)还有低压介质通道与压缩机(2)连通，分离器(6)还有低液态压介质通道与外部连通，形成第二类热驱动压缩式热泵。
9.第二类热驱动压缩式热泵，是在权利要求7所述的第二类热驱动压缩式热泵中，增加分离器，增加分离器，将第二膨胀机(4)有低压介质通道与压缩机(2)连通调整为第二膨胀机(4)有低压介质通道与分离器(6)连通，分离器(6)还有低压介质通道与压缩机(2)连通，分离器(6)还有低压介质通道与外部连通，形成第二类热驱动压缩式热泵。
10.第二类热驱动压缩式热泵，是在权利要求1-9所述的任一第二类热驱动压缩式热泵中，增加回热器，将外部有中压介质通道与膨胀机(1)连通调整为外部有中压介质通道经回热器(7)与膨胀机(1)连通，将压缩机(2)有高压介质通道与外部连通调整为压缩机(2)有高压介质通道经回热器(7)与外部连通，形成第二类热驱动压缩式热泵。
11.第二类热驱动压缩式热泵，是在权利要求1-10所述的任一第二类热驱动压缩式热泵中，增加动力机，动力机(8)连接压缩机(2)并向压缩机(2)提供动力，形成附加外部动力驱动的第二类热驱动压缩式热泵。
12.第二类热驱动压缩式热泵，是在权利要求1-10所述的任一第二类热驱动压缩式热泵中，增加工作机，膨胀机(1)连接工作机(9)并向工作机(9)提供动力，形成附加对外提供动力负荷的第二类热驱动压缩式热泵。
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