CN115265001A - 第一类热驱动压缩式热泵 - Google Patents

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CN115265001A CN202011177940.XA CN202011177940A CN115265001A CN 115265001 A CN115265001 A CN 115265001A CN 202011177940 A CN202011177940 A CN 202011177940A CN 115265001 A CN115265001 A CN 115265001A
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Abstract

本发明提供实现压差/或和温差同时利用的第一类热驱动压缩式热泵，属于动力、制冷与热泵技术领域。外部有高温热介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有高温热介质通道与低温热交换器连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器连通，低温热交换器还有混合热介质通道与压缩机连通，压缩机还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器还有热源介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机并传输动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。

Description

第一类热驱动压缩式热泵
技术领域：
本发明属于动力、制冷与热泵技术领域。
背景技术：
在工程实际中，供热介质与热用户之间往往同时存在着压差和温差，为此常采用节流阀进行降压降温，以实现供热介质与热用户之间参数的匹配，从而造成能源浪费。
以吸收式热泵技术为代表的热能(温差)利用技术，利用高温热负荷驱动实现供热或制冷，但难以同时将压差利用起来；还有，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限制。利用机械能与热能之间品位差的压缩式热泵技术，具有较好的灵活性，但其本身不具有利用温差和压差的功能。
本发明针对供热介质与热用户之间存在温差/或和压差不匹配问题，提出以膨胀机、压缩机和低温热交换器为技术手段，实现压差或/和温差高效利用，具有简单流程和简单结构，并具有很好灵活性的第一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压差或/和温差的第一类热驱动压缩式热泵，实现供热或制冷，或同时考虑利用机械能进行制冷或制热，或同时对外提供动力。具体发明内容分项阐述如下：
1.第一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；外部有高温热介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有高温热介质通道与低温热交换器连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器连通，低温热交换器还有混合热介质通道与压缩机连通，压缩机还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器还有热源介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机并传输动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
2.第一类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二膨胀机和第二低温热交换器所组成；外部有高温热介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有高温热介质通道与低温热交换器连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器连通，低温热交换器还有混合热介质通道与第二膨胀机连通，第二膨胀机还有混合热介质通道经第二低温热交换器与压缩机连通，压缩机还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器和第二低温热交换器还分别有热源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，形成第一类热驱动压缩式热泵。
3.第一类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二压缩机和第二低温热交换器所组成；外部有高温热介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有高温热介质通道与低温热交换器连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器连通，低温热交换器还有混合热介质通道与压缩机连通，压缩机还有混合热介质通道经第二低温热交换器与第二压缩机连通，第二压缩机还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器和第二低温热交换器还分别有热源介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机和第二压缩机并传输动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
4.第一类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二膨胀机和供热器所组成；外部有高温热介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有高温热介质通道经供热器与第二膨胀机连通，第二膨胀机还有高温热介质通道与低温热交换器连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器连通，低温热交换器还有混合热介质通道与压缩机连通，压缩机还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器还有热源介质通道与外部连通，供热器还有被加热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，形成第一类热驱动压缩式热泵。
5.第一类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二膨胀机和供热器所组成；外部有高温热介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有高温热介质通道与低温热交换器连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器连通，低温热交换器还有混合热介质通道与压缩机连通，压缩机还有混合热介质通道经供热器与第二膨胀机连通，第二膨胀机还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器还有热源介质通道与外部连通，供热器还有被加热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，形成第一类热驱动压缩式热泵。
6.第一类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二压缩机和供热器所组成；外部有高温热介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有高温热介质通道与低温热交换器连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器连通，低温热交换器还有混合热介质通道与压缩机连通，压缩机还有混合热介质通道经供热器与第二压缩机连通，第二压缩机还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器还有热源介质通道与外部连通，供热器还有被加热介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机和第二压缩机并传输动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
7.第一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；外部有高温热介质通道与膨胀机连通，膨胀机还有高温热介质通道与低温热交换器连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器连通，低温热交换器还有混合热介质通道与压缩机连通，压缩机还分别有中间混合热介质通道与外部连通和有末端混合热介质通道与外部连通，低温热交换器还有热源介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机并传输动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
8.第一类热驱动压缩式热泵，是在第1-7所述的任一一款第一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，形成第一类热驱动压缩式热泵。
9.第一类热驱动压缩式热泵，是在第1-7所述的任一一款第一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，形成第一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一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一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一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一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一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一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一类热驱动压缩式热泵第7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-第二低温热交换器，6-第二压缩机，7-供热器。
为便于理解，给出如下说明：
(1)热源介质——通过低温热交换器3向流经膨胀机1降压降温之后的高温热介质和进入的低压低温介质提供热能的介质。比较高温热介质，热源介质又可称为低温热介质/余热介质/被制冷介质。
(2)被加热介质——获得中温热负荷的工作介质，其温度低于高温热介质，但高于热源介质。
(3)高温热介质——比较混合热介质的需求方，初始状态的高温热介质与需求方之间存在压差或/和温差。
(4)混合热介质——外部高温热介质和外部低压低温热介质，分别经不同位置进入热泵系统，合二为一形成混合热介质；再经过一定热力过程，二者以混合热介质身份对外提供。
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所示的第一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；外部有高温热介质通道与膨胀机1连通，膨胀机1还有高温热介质通道与低温热交换器3连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器3连通，低温热交换器3还有混合热介质通道与压缩机2连通，压缩机2还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器3还有热源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，外部高温热介质进入膨胀机1降压作功之后提供给低温热交换器3，外部低压低温介质提供给低温热交换器3；二者分别流经低温热交换器3吸热之后混合，或二者混合之后流经低温热交换器3吸热；低温热交换器3排放的混合热介质，流经压缩机2升压升温，之后对外排放；热源介质提供低温热负荷，膨胀机1产生的功提供给压缩机2作动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
图2所示的第一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、第二膨胀机和第二低温热交换器所组成；外部有高温热介质通道与膨胀机1连通，膨胀机1还有高温热介质通道与低温热交换器3连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器3连通，低温热交换器3还有混合热介质通道与第二膨胀机4连通，第二膨胀机4还有混合热介质通道经第二低温热交换器5与压缩机2连通，压缩机2还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器3和第二低温热交换器5还分别有热源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，外部高温热介质进入膨胀机1降压作功之后提供给低温热交换器3，外部低压低温介质提供给低温热交换器3；二者分别流经低温热交换器3吸热之后混合，或二者混合之后流经低温热交换器3吸热；低温热交换器3排放的混合热介质，流经第二膨胀机4降压作功，流经第二低温热交换器5吸热，流经压缩机2升压升温，之后对外排放；热源介质提供低温热负荷，膨胀机1和第二膨胀机4产生的功提供给压缩机2作动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
图3所示的第一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、第二压缩机和第二低温热交换器所组成；外部有高温热介质通道与膨胀机1连通，膨胀机1还有高温热介质通道与低温热交换器3连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器3连通，低温热交换器3还有混合热介质通道与压缩机2连通，压缩机2还有混合热介质通道经第二低温热交换器5与第二压缩机6连通，第二压缩机6还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器3和第二低温热交换器5还分别有热源介质通道与外部连通，膨胀机1连接压缩机2和第二压缩机6并传输动力。
(2)流程上，外部高温热介质进入膨胀机1降压作功之后提供给低温热交换器3，外部低压低温介质提供给低温热交换器3；二者分别流经低温热交换器3吸热之后混合，或二者混合之后流经低温热交换器3吸热；低温热交换器3排放的混合热介质，流经压缩机2升压升温，流经第二低温热交换器5吸热，流经压缩机2升压升温，之后对外排放；热源介质提供低温热负荷，膨胀机1产生的功提供给压缩机2和第二压缩机6作动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
图4所示的第一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、第二膨胀机和供热器所组成；外部有高温热介质通道与膨胀机1连通，膨胀机1还有高温热介质通道经供热器7与第二膨胀机4连通，第二膨胀机4还有高温热介质通道与低温热交换器3连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器3连通，低温热交换器3还有混合热介质通道与压缩机2连通，压缩机2还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器3还有热源介质通道与外部连通，供热器7还有被加热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，外部高温热介质进入膨胀机1降压作功，流经供热器7并放热，流经第二膨胀机4降压作功之后提供给低温热交换器3，外部低压低温介质提供给低温热交换器3；二者分别流经低温热交换器3吸热之后混合，或二者混合之后流经低温热交换器3吸热；低温热交换器3排放的混合热介质，流经压缩机2升压升温，之后对外排放；热源介质提供低温热负荷，被加热介质获取中温热负荷，膨胀机1和第二膨胀机4产生的功提供给压缩机2作动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
图5所示的第一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、第二膨胀机和供热器所组成；外部有高温热介质通道与膨胀机1连通，膨胀机1还有高温热介质通道与低温热交换器3连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器3连通，低温热交换器3还有混合热介质通道与压缩机2连通，压缩机2还有混合热介质通道经供热器7与第二膨胀机4连通，第二膨胀机4还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器3还有热源介质通道与外部连通，供热器7还有被加热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，外部高温热介质进入膨胀机1降压作功之后提供给低温热交换器3，外部低压低温介质提供给低温热交换器3；二者分别流经低温热交换器3吸热之后混合，或二者混合之后流经低温热交换器3吸热；低温热交换器3排放的混合热介质，流经压缩机2升压升温，流经供热器7并放热，流经第二膨胀机4降压作功，之后对外排放；热源介质提供低温热负荷，被加热介质获取中温热负荷，膨胀机1和第二膨胀机4产生的功提供给压缩机2作动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
图6所示的第一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、第二压缩机和供热器所组成；外部有高温热介质通道与膨胀机1连通，膨胀机1还有高温热介质通道与低温热交换器3连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器3连通，低温热交换器3还有混合热介质通道与压缩机2连通，压缩机2还有混合热介质通道经供热器7与第二压缩机6连通，第二压缩机6还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器3还有热源介质通道与外部连通，供热器7还有被加热介质通道与外部连通，膨胀机1连接压缩机2和第二压缩机6并传输动力。
(2)流程上，外部高温热介质进入膨胀机1降压作功之后提供给低温热交换器3，外部低压低温介质提供给低温热交换器3；二者分别流经低温热交换器3吸热之后混合，或二者混合之后流经低温热交换器3吸热；低温热交换器3排放的混合热介质，流经压缩机2升压升温，流经供热器7并放热，流经第二压缩机6升压升温，之后对外排放；热源介质提供低温热负荷，被加热介质获取中温热负荷，膨胀机1产生的功提供给压缩机2和第二压缩机6作动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
图7所示的第一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；外部有高温热介质通道与膨胀机1连通，膨胀机1还有高温热介质通道与低温热交换器3连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器3连通，低温热交换器3还有混合热介质通道与压缩机2连通，压缩机2还分别有中间混合热介质通道与外部连通和有末端混合热介质通道与外部连通，低温热交换器3还有热源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，外部高温热介质进入膨胀机1降压作功之后提供给低温热交换器3，外部低压低温介质提供给低温热交换器3；二者分别流经低温热交换器3吸热之后混合，或二者混合之后流经低温热交换器3吸热；低温热交换器3排放的混合热介质进入压缩机2，升压升温至一定程度之后分成两路——第一路经压缩机2中间出口对外排放，第二路经压缩机2末端出口对外排放；热源介质提供低温热负荷，膨胀机1产生的功提供给压缩机2作动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的第一类热驱动压缩式热泵，具有如下效果和优势：
(1)提出了将压差或/和温差同时加以利用的新思路、新概念和新技术，将推动压差或/和温差有效利用技术的进一步发展和应用。
(2)利用压差或/和温差，实现供热/制冷，或可选择同时对外提供动力。
(3)流程合理，结构简单，性能指数可变且热力学参数变化相对应，能够实现压差或/和温差的充分和高效利用。
(4)必要时，借助部分外部动力实现供热/制冷，方式灵活，适应性好。
(5)采用低压低温介质调整出口混合热介质的参数，并适应压差或/和温差的不同工况，有效提升热泵装置的灵活性。
(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)扩展了压缩式热泵技术，丰富了压缩式热泵的类型，有利于更好地实现压差或/和温差的高效利用。

Claims (9)

1.第一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；外部有高温热介质通道与膨胀机(1)连通，膨胀机(1)还有高温热介质通道与低温热交换器(3)连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器(3)连通，低温热交换器(3)还有混合热介质通道与压缩机(2)连通，压缩机(2)还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器(3)还有热源介质通道与外部连通，膨胀机(1)连接压缩机(2)并传输动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
2.第一类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二膨胀机和第二低温热交换器所组成；外部有高温热介质通道与膨胀机(1)连通，膨胀机(1)还有高温热介质通道与低温热交换器(3)连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器(3)连通，低温热交换器(3)还有混合热介质通道与第二膨胀机(4)连通，第二膨胀机(4)还有混合热介质通道经第二低温热交换器(5)与压缩机(2)连通，压缩机(2)还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器(3)和第二低温热交换器(5)还分别有热源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，形成第一类热驱动压缩式热泵。
3.第一类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二压缩机和第二低温热交换器所组成；外部有高温热介质通道与膨胀机(1)连通，膨胀机(1)还有高温热介质通道与低温热交换器(3)连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器(3)连通，低温热交换器(3)还有混合热介质通道与压缩机(2)连通，压缩机(2)还有混合热介质通道经第二低温热交换器(5)与第二压缩机(6)连通，第二压缩机(6)还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器(3)和第二低温热交换器(5)还分别有热源介质通道与外部连通，膨胀机(1)连接压缩机(2)和第二压缩机(6)并传输动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
4.第一类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二膨胀机和供热器所组成；外部有高温热介质通道与膨胀机(1)连通，膨胀机(1)还有高温热介质通道经供热器(7)与第二膨胀机(4)连通，第二膨胀机(4)还有高温热介质通道与低温热交换器(3)连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器(3)连通，低温热交换器(3)还有混合热介质通道与压缩机(2)连通，压缩机(2)还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器(3)还有热源介质通道与外部连通，供热器(7)还有被加热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，形成第一类热驱动压缩式热泵。
5.第一类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二膨胀机和供热器所组成；外部有高温热介质通道与膨胀机(1)连通，膨胀机(1)还有高温热介质通道与低温热交换器(3)连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器(3)连通，低温热交换器(3)还有混合热介质通道与压缩机(2)连通，压缩机(2)还有混合热介质通道经供热器(7)与第二膨胀机(4)连通，第二膨胀机(4)还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器(3)还有热源介质通道与外部连通，供热器(7)还有被加热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，形成第一类热驱动压缩式热泵。
6.第一类热驱动压缩式热泵，主要由膨胀机、压缩机、低温热交换器、第二压缩机和供热器所组成；外部有高温热介质通道与膨胀机(1)连通，膨胀机(1)还有高温热介质通道与低温热交换器(3)连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器(3)连通，低温热交换器(3)还有混合热介质通道与压缩机(2)连通，压缩机(2)还有混合热介质通道经供热器(7)与第二压缩机(6)连通，第二压缩机(6)还有混合热介质通道与外部连通，低温热交换器(3)还有热源介质通道与外部连通，供热器(7)还有被加热介质通道与外部连通，膨胀机(1)连接压缩机(2)和第二压缩机(6)并传输动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
7.第一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；外部有高温热介质通道与膨胀机(1)连通，膨胀机(1)还有高温热介质通道与低温热交换器(3)连通，外部还有低压低温介质通道与低温热交换器(3)连通，低温热交换器(3)还有混合热介质通道与压缩机(2)连通，压缩机(2)还分别有中间混合热介质通道与外部连通和有末端混合热介质通道与外部连通，低温热交换器(3)还有热源介质通道与外部连通，膨胀机(1)连接压缩机(2)并传输动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
8.第一类热驱动压缩式热泵，是在权利要求1-7所述的任一一款第一类热驱动压缩式热泵中，增加工作机，膨胀机(1)连接工作机并向工作机提供动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
9.第一类热驱动压缩式热泵，是在权利要求1-7所述的任一一款第一类热驱动压缩式热泵中，增加动力机，动力机连接压缩机(2)并向压缩机(2)提供动力，形成第一类热驱动压缩式热泵。
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