[實用新型]一種耦合熱泵換熱器

有效

• 申請號: 201920789783.4
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN210663433U
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 孫健;戈志華;劉靖宇;杜小澤;楊勇平
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F25B7/00
• 分類號: F25B7/00;F25B29/00;F25B49/02;F28D15/02;F24H4/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型提出一種耦合熱泵換熱器，將三級壓縮循環、吸收式循環以及熱管換熱器耦合實現該換熱過程。該高效換熱器可以根據換熱的參數要求選擇一種或者多種成分組成循環工質。同時，兩級壓縮機可以采用汽輪機或者電機驅動，相比現有換熱方式而言，可實現在“熱側與冷側溫差大”和“熱側出口溫度高”的極限工況下高效工作，具有顯著的性能優勢。

技術領域

本實用新型屬于能源利用技術領域，特別是涉及冷流體與熱流體進行深度熱量交換的換熱器。

背景技術

在能源利用領域廣泛存在大量的熱量交換過程，熱量的傳遞過程可以歸納為從高溫流體向低溫流體傳遞或者從低溫流體向高溫流體傳遞。根據牛頓第二定律，熱量可以自發的從高溫物體傳向低溫物體，僅使用普通換熱器即可實現；如果需要將熱量從低溫物體傳向高溫物體則需要消耗一定的代價，往往需要消耗一定量的高品位能源，比如電力、高溫度的蒸汽或者熱水等，需要使用熱泵、引射裝置等。在現有技術中，采用熱泵技術由于其較高的效率和可靠性得到了市場的認可和應用。熱泵技術中按原理分為吸收式熱泵或者壓縮式熱泵方式，其中吸收式熱泵又分為第一類吸收式熱泵和第二類吸收式熱泵，第一類吸收式熱泵需要消耗高品位能量將低溫物體的熱量大量傳輸給高溫物體，也稱為增熱型熱泵，而第二類熱泵不需要消耗高品位能量，而需要比低溫物體更低溫度的冷源，提取低溫物體的少量熱量將高溫物體繼續升溫，也稱為升溫型熱泵；壓縮式熱泵需要消耗機械功，通過逆卡諾循環實現熱量從低溫物體傳向高溫物體。吸收式熱泵受熱力循環以及工質物性的限制，只能將高溫物體進行有限溫度提升，而壓縮式熱泵受熱力循環及工質物性限制，在對高溫物體進行大幅度溫升時循環效率急劇下降，需要進行大量做功。因此吸收式熱泵與壓縮式熱泵只能工作在各自性能較為優越的工作范圍，進而限制了熱泵在低溫物體向高溫物體傳熱過程的應用，即在“高溫物體與低溫物體溫差大”和“高溫物體溫升大”的工況下，現有的熱泵技術無法滿足需求。

為了解決上述的應用難題，該實用新型提出了一種采用稀釋-再生過程、三級壓縮過程和熱管換熱器實現熱量從低溫物體向高溫物體的高效傳遞換熱器。

實用新型內容

為了滿足“高溫物體與低溫物體溫差大”和“高溫物體溫升大”的換熱需求，該實用新型將稀釋-再生過程、蒸汽壓縮機和熱管換熱器有機結合實現熱量從低溫物體向高溫物體的高效傳遞。該換熱器包括再生器1、蒸發冷凝器2、稀釋器3、冷凝蒸發器4、蒸汽壓縮機5、蒸汽壓縮機6、節流閥7、循環泵8、蒸汽壓縮機9、循環泵10、循環泵11、節流閥12、熱管換熱器13、熱水管路14、冷水管路15和連接管路構成。其內部循環工質包括工質A、工質B和工質C，其中工質A和工質B組成工質對，工質A為固體或者液體工質，工質B為液體工質，工質A溶解于工質B中形成溶液。工質C為液體工質，可選用與工質B相同或者不同的物質。

各個組成單元的原理和運行方式為：

再生器1實現在水平傳熱管外部溶液吸熱后沸騰產生工質B蒸汽，稀溶液經噴嘴噴灑在水平傳熱管的外表面，受重力作用自上而下的流動過程中不斷的沸騰變成濃溶液后離開。

蒸發冷凝器2實現在水平傳熱管外部工質C從液態變成汽態的蒸發過程，液態的工質C經噴嘴噴灑在水平傳熱管外部，在自上而下的流動過程中被加熱變成汽態后離開。同時在水平傳熱管內部實現工質B蒸汽冷凝為液態的過程，工質B蒸汽由水平傳熱管左側進入管內空間，由左向右流動過程中不斷冷凝為液態后離開。

稀釋器3實現工質A和工質B組成的濃溶液吸收工質B蒸汽變成稀溶液的過程，濃溶液經噴嘴噴灑在水平傳熱管外部，在自上而下流動過程中利用工質B蒸汽的冷凝熱加熱熱水，濃溶液變成稀溶液后離開。

冷凝蒸發器4實現液態工質B變成汽態的蒸發過程和汽態工質C變成液態的冷凝過程，液態工質B經噴嘴噴灑在水平傳熱管外部，自上而下流動過程中被加熱而蒸發，工質B變為汽態后離開，同時水平管內的汽態工質C從水平管左側進入，在水平管內冷凝后變成液態后從右側流出。

蒸汽壓縮機5實現對來自再生器1的工質B蒸汽進行壓縮提升其溫度壓力的目的。