CN2851989Y - 不消耗电能的空气热泵 - Google Patents

Abstract

一种不消耗电能的空气热泵，属于空气热泵开发利用技术领域。它包括：由工质A加热器、工质B加热器、工质A工作室、工质B工作室、双动A活塞、双动B活塞和冷却器所组成的热动机，由射流器、容积变化A室和容积变化B室所组成的空气压缩器，还包括冷凝器、储液罐、节流调压阀和储热水箱。其结构特点是：工质A加热器、工质B加热器和冷凝器均放置在储热水箱里，冷凝器进气管通过输气管和空气压缩器出气管相连通，射流器吸入管和与大气相连通。同现有技术相比，本实用新型可使运行成本大幅降低，在收集空气热能的同时，还能提供空调制冷工质，为居民家庭采暖和降温，工业用户热能利用提供一种节能机械设备。

Description

不消耗电能的空气热泵

                    技术领域

本实用新型涉及热力学理论和空气热能利用技术，具体讲是提供一种不消耗电能的空气热泵。

                    背景技术

世界性的能源日益短缺和局部性的能源危机，已经严重制约了人类社会的经济发展，加上传统的矿物能源开采利用对人类生存环境的严重破坏，已经迫使人类不得不在探寻新的环保洁净能源。大力发展对水能、核能、太阳能、风能、潮能、空气热能、地热能等能源的开采和利用，已经成为世界上许多国家解决矿物能源危机，减轻大气污染的重要途径。空气、地热能源作为典型的环保洁净能源越来越受到人们的青睐，美国、瑞典等一些发达国家在20世纪末期已相继对空气、地热能源进行了大规模的开发和利用，成效显著。我国近几年来也在进行空气、地热能源的研究和开发，虽取得一定的进展，但和我国丰富地空气、地热能源储量相比，还远远不够，还有许多课题尚待研究，还有许多技术尚待开发。热泵作为该领域里的主要动力机械之一，在国外，虽已开始进行大规模的商业化的生产和应用，但还始终不能摆脱使用电能作为热泵的工作动力的运行模式。在我国，在电力供应一直偏紧的情况下，如果不能解决热泵需要消耗大量电能的问题，就对空气、地热能源进行大规模的开采和利用，势必会使我国的电力供应更加紧张。因此，研究和开发不消耗电能的热泵势在必行。

                    发明内容

本实用新型的目的是提供一种不消耗电能的空气热泵，该实用新型的热泵是以空气热能为工作动力，在进行获取空气热量的同时，自产自给。这样不仅解决了热泵不消耗电能的问题，而且也能把热泵从空气中获取的大量的热量提供给用户。

本实用新型的目的是这样实现的：在一个装置里，设置有热动机、空气压缩器、冷凝器、储液罐、储热水箱、节流调压阀等部件。热动机是该实用新型的动力部件，它主要有工质加热器、工质工作室、双动活塞和冷却器等部件所组成，它的作用就是将热能转化成机械能，并使机械能以双动活塞的往复运动形成而存在；空气压缩器主要有射流器、空气容积变化室和排气单向阀等部件所组成，它的作用就是通过捕获大量的空气，并对空气进行压缩后送到冷凝器；冷凝器采用沉浸式盘管冷凝器，该冷凝器放置在储热水箱里，当压缩空气被送到冷凝器后，空气液化，这时液化空气将潜热放出，大量潜热释放在储热水箱里，以水为中介将热能储存待用。该热能分为自用和它用，热动机通过放置在储热水箱里的工质加热器，使少部分热能转化为热泵工作动力，其余大部分热能可以用来提供给用户。当然这种热泵在运行启动时需要首先提供热能，这种热能可以是储热水箱里上次运行时的储存余热，也可以是通过其它临时措施提供的热能。在冷凝器里排放出潜热的液态空气在压力的作用下，通过节流调压阀进入到储液罐里储存待用，从储液罐获取的空气温度较低，可以作为空调制冷空气进行利用。

该实用新型和现有技术相比，能够产生以下积极有益的效果：

1、该实用新型对热泵的工艺结构进行了改进，不用空压机、不消耗电能，以自身生产的热能作为工作动力，改变了国内外普遍采用的热泵以电能作为工作动力的运行模式。

2、该实用新型不仅可以从空气中收集热能，也可以通过简单的改进从地热中等多种热源中收集热能，该实用新型为多种热源的开发利用提供了一种切实可行的工程机械。

3、该实用新型在收集空气热能的同时，还能提供空调制冷空气，这为居民家庭采暖和降温，工业用户热能利用提供了一种节能机械设备。

4、该实用新型具有结构简单，运行可靠性高，维修方便的特点；

5、该实用新型可使热泵的运行费用大幅度的降低。

                        附图说明

图1是本实用新型一实施例的俯视结构图。

图2是图1中的A-A剖视图。

图3是图1中的B-B剖视图。

图4是图1中的储液灌正面剖视图。

图中，1.储热水箱  2.工质A加热器  3.工质B加热器  4.阀门5.软管  6.进回工质管  7.工质A工作室  8.工质B工作室  9.双动A活塞  10.双动B活塞  11.双动活塞连杆  12.隔板  13.冷却器  14.壳体  15.冷却进出气孔  16.进出气槽  17.射流器  17-1.射流器喷嘴  17-2.射流器吸入室  17-3.射流器混合室  17-4.射流器增压室17-5.射流器吸入管  17-6.射流器固定夹  18.空气容积变化A室  19.空气容积变化B室  20.单向出气阀  21.输气管  22.冷凝器  23.节流调压阀  24.输气管  25.储液灌  26.阀门  27.输气管  28.挡板29.进水管  30.阀门  31.阀门  32.出水管  33.热泵上盖  34.螺钉35.储热水箱上盖  36.射流器  36-1.射流器喷嘴  36-2射流器吸入室36-3射流器混合室  36-4射流器增压室  36-5射流器吸入管  37.阀门  38排水管。

                    具体实施方式

在图1中，储热水箱(1)是由钢板焊接而成，为矩形长方体，为了隔热保温，水箱壳体为内外两层，隔层内填有保温材料，储热水箱(1)的作用就是储存热泵获取的空气热量，为用户和热泵自身提供热能。

热动机是该实用新型的工作动力部件，它主要由工质A加热器(2)、工质B加热器(3)、工质A工作室(7)、工质B工作室(8)、双动A活塞(9)、双动B活塞(10)和冷却器(13)等部件所组成，其作用是将热能转化成机械能，并使该机械能以双动A活塞(9)和双动B活塞(10)进行往复运动的形式而存在。工质A加热器(2)和工质B加热器(3)均是由钢板焊接而成，为密闭式容器，安放在储热水箱(1)里，可以在水中进行上下沉浮运动，其内均存放着低沸点工质，工质在高温时气化，冷凝时液化，工质A加热器(2)和工质B加热器(3)分别通过阀门(4)、软管(5)、进回工质管(6)和工质A工作室(7)、工质B工作室(8)相连通。工质加热器的作用就是将高温气化工质送入工质工作室，并接收在工质工作室冷凝液化后的回流工质。阀门(4)是标准件，其作用就是通过关闭或打开控制工质的流动，以达到控制热泵的目的。软管(5)是塑料软管，它的作用是在工质加热器上、下沉浮运动时随其上下自由运动，进回工质管(6)是由钢管制作而成，它的一端和工质工作室相连通，另一端和软管(5)相连通，其作用就是输送工质。工质A工作室(7)、工质B工作室(8)均是由壳体(14)、双动A活塞(9)、双动B活塞(10)和隔板(12)等部件所组成，壳体(14)是由铸钢铸造而成，为长方体形状，其作用就是和其它部件一起构造工质工作室、空气容积变化室，为双动活塞构造缸体。双动A活塞(9)和双动B活塞(10)均是由钢板加工制作而成，二者通过双动活塞拉杆(11)焊接固定在一起，双动活塞拉杆(11)是由圆钢加工制作而成，两端分别和双动塞的作用一方面和其它部件构造工质工作室和空气容积变化室，另一方面接受工质工作室的热能转换，为空气容积变化室提供工作动力。隔板(12)是由钢板制作而成，焊接在壳体(14)上，其作用就是将工质A工作室和工质B工作室隔开。工质工作室的作用就是通过工质的进出，使双动活塞进行往复运动。冷却器(13)是由薄钢板焊接而成的密封容器，和双动活塞内侧面焊接在一起，随双动活塞运动而运动，它的作用就是通过空气的进出将工质工作室里的多余热量带走。冷却进出气孔(15)是分别开在两活塞一侧面的一个小孔洞，其作用是向冷却器(13)输送和回流冷却气体。进出气槽(16)设在壳体(14)一侧面，也是在双动活塞缸体一侧面的两端部位，是在壳体(14)铸造时预留的矩形小气槽，它的作用就是通过和冷却进出气孔(15)有序接通和断开，将降温气体引入冷却器(13)，将冷却器(13)里的高温气体引出。

热动机的工作原理是这样的：当工质A加热器(2)里有一定重量的工质时，该加热器在储热水箱(1)里下沉，其内工质被高温水加热并气化，气化后的工质沿进回工质管(6)不断地进入工质A工作室(7)，由于工质A工作室(7)气压不断增加，使双动活塞不断向双动A活塞(9)方向移动，随着双动活塞不断向双动A活塞(9)方向移动，工质B工作室(8)里的工质会不断向工质B加热器(3)里回流，当双动活塞向双动A活塞(9)方向移动一定行程到达端点后，由于工质A加热器(2)里的工质质量大幅减少，而使该加热器重量大幅的减轻，进而使该加热器在储热水箱(1)里上浮，并停止加热，这时双动A活塞(9)正好到达进出气槽(16)的位置并停止移动。这时该进出气槽(16)和双动A活塞(9)上的冷却进出气孔(15)相连通，而这时空气容积变化A室(18)里的气压，由于双动活塞向双动A活塞(9)方向移动而升高，该高压气会迅速进入在双动A活塞(9)内侧的冷却器(13)，而这时工质A工作室(7)里的工质温度也已达到了最高，其能量转换完毕，需迅速降温冷却，为工质向工质A加热器(2)里回流进行必要的准备工作，此时工质A工作器(7)里的工质热量迅速传递到该冷却器(13)，其内气温升高，在当工质A加热器(2)里的工质不断向工质A工作室(7)里移动的同时，工质B工作室(8)里的工质也在不断向工质B加热器(3)里回流，当工质A加热器(2)里的工质停止向工质A工作室(7)里移动时，工质B工作室(8)里的工质也就全部回流到了工质B加热器(3)里，这样，工质B加热器(3)由于重量大幅增加而使该加热器在储热水箱(1)里下沉并开始加热，其内的工质加热而气化并不断进入工质B工质室(8)，由于工质B工作室(8)气压增加而使双动活塞向双动B活塞(10)方向移动，这时空气容积变化A室(18)会迅速形成负压，在该负压工作下，上述冷却器(13)里的高温气体被吸入该室，而这时工质A工作室(7)里的工质也开始向工质A加热器(2)里回流，当回流完毕，工质B加热器(3)里的工质也已全部流入到工质B工作室(8)时，双动活塞向双动B活塞(10)方向的移动也达到了端点，这时工质B加热器(3)在储热水箱里(1)上浮，停止对工质加热，而工质A加热器(2)在储热水箱(1)里下沉，开始对工质加热，加热后的工质迅速流向工质A工作室(7)，双动活塞又开始向双动A活塞(9)方向移动，同上过程，空气容积变化B室(19)里的空气进入和排出在双动B活塞(10)内侧的冷却器(13)，并对工质B工作室(8)里的工质进行降温冷却，这样周而复始的运行，一方面自动有序地完成对工质的降温冷却，另一方面也完成了热能向机械能的转化过程，使机械能以双动活塞进行往复运动的形式而存在。

空气压缩器主要有射流器(17)、空气容积变化A室(18)、空气积变化B室(19)和单向出气阀(20)等部件所组成，其作用就是捕获大量的空气，并对空气进行压缩后送到冷凝器(22)。射流器(17)是由射流器喷咀(17-1)、射流器吸入室(17-2)、射流混合室(17-3)、射流器增压室(17-4)、射流器吸入管(17-5)等部件组成，其各部件均是由钢管制作而成。射流器(17)通过射流器固定夹(17-6)固定在壳体(14)上，射流器固定夹(17-6)是由扁钢制作而成，焊接在壳体(14)上。射流器喷咀(17-1)、射流器吸入管(17-5)和射流器混合室(17-3)均焊接在射流器吸入室(17-2)上，射流器增压室(17-4)进口和射流器混合室(17-3)的另一端焊接在一起，射流器增压室(17-4)的出口和输气管(21)连接在一起，射流器(17)的作用是捕获大量的空气，并送到冷凝器。空气容积变化A室(18)和空气容积变化B室(19)均是由壳体(14)和双动活塞所组成，当双动活塞移动时，其室内容积也在变化。单向出气阀(20)是标准件，安装在输气管(21)上，其作用是空气只能从空气容积变化室流出，不能流入。空气压缩器的工作原理是：当双动活塞向双动A活塞(9)方向移动时，空气容积变化A室(18)由于容积变小气压增大，其内空气通过射流器喷咀(17-1)进行高速喷射，该高速喷射气流将射流器吸入室(17-2)内空气挟带走而形成真空，由于射流器吸入管(17-5)的一端和射流器的吸入室(17-2)相连通，另一端和大气相连通，因此大气在大气压的作用下就会源源不断地进入射流器吸入室(17-2)，进入射流器吸入室(17-2)的大气随高速气流在射流器混合室(17-3)里进行混合，混合后的气流进入到射流器增压室(17-4)，由于增压室的过流载面增大，气流流速降低，其动能减小，压能增加，具有较大压能的气流通过单向出气阀(20)和输气管(21)进入冷凝器(22)。以上是空气容积变化A室(18)及其内的射流器(17)等部件的工作情况，当双动活塞向双动A活塞(9)方向移动时，空气容积变化B室(19)由于容积增大而使其内气压减小，并形成真空，这时，由于射流器喷咀(17-1)通过射流器吸入室(17-2)和射流器吸入管(17-5)相连通，大气在大气压的作用下同样会通过射流器吸入管(17-5)、射流器吸入室(17-2)和射流器喷咀(17-1)进入到容积变化B室(19)暂存，为双动活塞下一步向双动B活塞(10)方向移动时，其内压力增大，并向外输送有压气体做前期准备工作。当双动活塞向双动B活塞(10)方向移动时，空气容积变化A室(18)压力减小，空气容积变化B室(19)压力增加，其工作过程和前述工作过程类似。由此可见，两个空气容积变化室及其内的射流器在交替着重复着同一工作过程，这样，循环往复，即可实现将大量的空气捕获，并进行压缩，进而送到冷凝器(22)的目的。

冷凝器(22)采用沉浸盘管式冷凝器，由铜管制作而成，放置固定在储热水箱(1)里，左右两个冷凝器(22)进气管分别通过输气管(21)、单向出气阀(20)和空气容积变化A室(18)、空气容积变化B室(19)相连接，左右两个冷凝器(22)出气管分别通过节流调压阀(23)、输气管(24)和储液罐(25)相连通。输气管(21)和输气管(24)均是由钢管制作而成，节流调压阀(23)是标准件，其作用是在保持冷凝器(22)一定压力的情况下，将冷凝器(22)中的液化气输送到储液罐(25)。冷凝器(22)的工作原理是当有压空气从射流器流入冷凝器(22)后，空气在此冷凝液化，根据热力学原理，空气在从气化状态向液化状态转化时会将大量潜热释放出来，由于该冷凝器放置储热水箱(1)中，释放出来的大量潜热会迅速传导到储热水箱(1)的水中，从而使水箱的水温升高。

储液罐(25)是由钢板焊接而成，为密封容器，它通过节流调压阀(23)、输气管(24)和冷凝器(22)相连通，在储液罐(25)正面装置有一个阀门(26)，输气管(27)和阀门(26)相连通。可以通过该阀门和输气管将储液罐里温度较低的空气输送到需要制冷的用户。储液罐的作用就是将从冷凝器(22)中流出的液化气体在此暂存待用。档板(28)是由钢板制作而成，为矩形条状，焊接在储热水箱(1)上，设置档板(28)的目的是在不影响水流流动的情况下，防止工质A加热器(2)和工质B加热器(3)在运动时偏离设计位置。进水管(29)是由钢管制作而成，通过丝扣和储热水箱(1)连接在一起，其作用是可以通过该水管向储热水箱(1)里补充水量。阀门(30)是标准件，安装在进水管(29)上，其作用是控制管内水流的进入。出水管(32)是由钢管制作而成，通过丝扣和储热水箱(1)连接在一起，其作用是通过该出水管可以将高温水送到用户。阀门(31)是标准件，安装在出水管(32)上，其作用就是控制出水管里的水流的流出。

在图2中，热泵上盖(33)是由钢板制作而成，为矩形形状，它通过螺钉(34)和壳体(14)连接在一起，热泵上盖(33)的作用就是可以通过打开对其内的部件进行检修。螺钉(34)是标准件。

在图3中，储热水箱上盖(35)是由钢板制作而成，盖在储热水箱(1)上，其作用就是可以通过打开检修其内的部件。射流器(36)同样是由射流器喷咀(36-1)、射流器吸入室(36-2)、射流器混合室(36-3)、射流器增压室(36-4)和射流器吸入管(36-5)等部件所组成，其工作原理和上述射流器(17)相同，在此不在叠述，只是这里的射流器吸入管(36-5)是将液化的工质吸入射流器吸入室(36-2)而后随同气化的工质一起进入到工质工作室。

在图4中，排水管(38)是由钢管制作而成，通过丝扣和储液罐(25)连接在一起，它的作用是排除储液罐(25)里的积水。阀门(37)是标准件，安装在排水管(38)上，其作用就是通过打开或关闭控制积水的排出。

Claims (3)

1.一种不消耗电能的空气热泵，其特征在于，它包括：由工质A加热器(2)、工质B加热器(3)、工质A工作室(7)、工质B工作室(8)、双动A活塞(9)、双动B活塞(10)和冷却器(13)所组成的热动机，其中，工质A加热器(2)通过进出气管和工质A工作室(7)相连通，工质B加热器(3)通过进出气管和工质B工作室(8)相连通，双动A活塞(9)和双动B活塞(10)通过双动活塞连杆连接固定在一起，冷却器(13)分别设置固定在双动A活塞(9)和双动B活塞(10)内侧，并随双动活塞一起进行往复运动；由射流器(17)、容积变化A室(18)和容积变化B室(19)所组成的空气压缩器，其中，射流器(17)分别设置固定在容积变化A室(18)和容积变化B室(19)里，射流器吸入管(17-5)和与大气相连通；还包括冷凝器(22)、储液罐(25)、节流调压阀(23)和储热水箱(1)；上述冷凝器(22)、工质A加热器(2)和工质B加热器(3)均放置在储热水箱(1)里，冷凝器(22)的进气管通过输气管和空气压缩器出气管相连通，冷凝器(22)出气管通过节流调压阀(23)和储液罐(22)相连通。

2、根据权利要求1所述的一种不消耗电能的空气热泵，其特征在于热动机的工质A加热器(2)和工质B加热器(3)结构完全相同，均为密闭容器，其内均设置有射流器(36)。

3、根据权利要求1所述的一种不消耗电能的空气热泵，其特征在于储热水箱(1)的壳体为内外层，隔层内填有保温材料。

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