[發明專利]熱能累積熱泵

在審

• 申請號: 201611154416.4
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN107192167A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 易真平
• 申請（專利權）人: 易真平
• 主分類號: F25B30/02
• 分類號: F25B30/02;F25B41/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是熱泵技術，主要是對熱泵技術的改進優化，提高熱泵能耗效率和拓展熱泵技術應用范圍。

背景技術

現有熱泵系統中，能耗比值都還較低，和理想效率之間有很大距離，同時對工質物理性質和壓縮機性能要求都比較高，一定程度的限制了熱泵技術的發展和更深入的實際應用。

發明內容

一種熱能累積熱泵，和申請號201610143275X案件基本原理相同，利用壓縮后工質氣體的熱能對壓縮過程中氣體加熱進行熱能累積，實現得到更高溫度的壓縮后工質氣體溫度，實現熱泵對更高溫度的熱源放熱，實現熱泵工作于更大溫差的高低熱源之間。

附圖說明

圖1為熱能累積熱泵的基本原理圖，A為壓縮機、B為高溫熱交換器、C為內部熱交換器、D為截流閥、F為低溫熱交換器。

圖2為熱能累積熱泵主要結構示意圖，A為壓縮機、B為高溫熱交換器、C為內部熱交換器、D為截流閥、E為分流閥、F為低溫熱交換器。分流閥的作用是可將截流后工質分流出一部分，直接進去內部熱交換器中。

圖3為內部熱交換器的主要結構示意圖，其中主要有兩個通路分別為高壓通路和低壓通路，兩個通路之間流向做對向流動。在低壓通路中分為兩段，在兩段之間并列有一段為氣化段。

具體實施方式

熱力學實例中，熱泵和熱機的特點：熱泵通過做功改變工質壓強，使工質在高壓狀態對外放熱得到熱能；熱機通過高壓工質吸熱，工質從高壓狀態膨脹做功回到低壓而得到功。其理想效率中比值相同（可逆的熱力學變化），也就是工質高壓狀態放（吸）熱、低壓狀態吸（放）熱和消耗（得到）功三者之間比值相同。熱泵的最大能耗效率，可通過熱機的最大效率換算得出。

熱泵基本原理是將工質作為媒介，從低溫熱源吸熱，再對高溫熱源放熱；通過對工質氣體壓縮做功，改變工質氣體溫度，使工質氣體溫度升高對高溫熱源放熱Q；具體方式是通過對工質壓縮做功和截流，將工質分為相對的高低壓強狀態（根據工質在不同溫度時飽和蒸汽壓不同，反之工質在不同飽和蒸汽壓時溫度不同），使其在不同溫度液化和氣化（低溫低壓氣化吸熱Q1，高溫高壓液化放熱Q）；工質在高低壓強狀態之間循環時，稱壓縮消耗機械功減去膨脹得到機械功為壓強差耗功W（截流閥不能得到功），其能量關系為：低溫吸熱量加上壓強差耗功等于高溫放熱量Q=W+Q1（消耗較少功得到較多熱能），此處的壓強差耗功，是保證高低壓強差所壓縮耗功，也就是壓縮耗功。

弊端問題分析：1、在熱泵系統中工質相對的高低溫和高低壓，高低溫才是目的（高低溫差才能實現對外吸熱和放熱，才能實現制熱和制冷），高低壓是措施，壓強差越大溫度差越大，壓強差越大壓縮機效率（壓縮機有效壓縮率）越低；2、在對外吸熱和放熱時，溫差越大熱傳遞越快，為保證熱傳遞效率，熱泵工質溫差需更大，影響壓縮機效率；3、通過截流工質回到低壓消耗功（液態高壓工質回到低壓，絕熱膨脹系數不大，膨脹做功不利于轉化為機械功的回收利用而浪費，故而采用截流閥）；4、截流所耗功，轉化為低壓狀態工質內能增加，工質在低壓從外界吸熱氣化時吸熱量減少；5、相對的低溫低壓，液態高壓工質膨脹回到低壓，壓強越高膨脹系數越大，溫度越高膨脹系數越大，壓強和溫度越高截流耗功越大，浪費越大也影響工質氣化時從外界吸熱量；6高低溫熱源溫差越大，工質溫差和壓強差越大，工質高溫高壓與其臨界溫度和臨界壓強越越接近，液化越難。在追求更大溫差的工質吸熱和放熱溫度時，一般的改良方式是通過改變更大的工質高低壓強差，而這一方法帶來對壓縮性能和工質物理性質更高要求。

對熱泵系統的進一步分析：工質高溫是目的，對工質壓縮是得到高溫的手段和方法，通過對氣態工質做功改變工質內能。改變工質內能的方法有做功和熱傳遞，在熱泵系統中，低壓液態工質氣化吸熱后，為實現繼續增加其內能可同時進行做功和熱傳遞，也就是壓縮和加熱同時作用于低壓氣態工質（可先加熱再壓縮或者分級壓縮區間加熱），可利用高壓工質對目標放熱后的余熱，作用于低壓氣化后工質。具體結構如圖1所示：低壓工質經A壓縮機壓縮后，溫度升高，壓縮后高溫高壓工質通過B高溫熱交換器對高溫熱源放熱（放熱之后工質溫度仍高于氣化后溫度，可對氣化后工質繼續放熱），再經過C內部熱交換器對氣化后壓縮前工質放熱（余熱交換），完全放熱后高壓工質液化，之后經過D截流閥回到低壓，低壓液態工質通過F低溫熱交換器從低溫熱源吸熱氣化，氣態工質經過C內部熱交換器通過余熱交換進行預熱處理，再進入A壓縮機如此循環。