[發明專利]一種高效超級熱泵換熱裝置及換熱方法

在審

• 申請號: 202011539312.1
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112539573A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 孫健;戈志華;杜小澤;楊勇平
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F25B30/02
• 分類號: F25B30/02;F25B30/06;F25B31/00;F25B41/20;F25B49/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

1.一種高效超級熱泵換熱裝置，其特征在于：該換熱裝置由熱匯入口(1)、熱匯出口(2)、熱源出口(3)、熱源入口(4)、A換熱器(5)、B換熱器(6)、C換熱器(7)、D換熱器(8)、A壓縮裝置(9)、B壓縮裝置(10)、A轉軸(11)、B轉軸(12)、A通道開關(13)、B通道開關(14)、A閥門(15)、B閥門(16)、C閥門(17)、D閥門(18)、A驅動裝置(19)、B驅動裝置(20)、A循環工質和B循環工質構成；其中A壓縮裝置(9)包括A低壓腔(9a)、A中壓腔(9b)、A高壓腔(9c)、A驅動裝置(19)和A轉軸(11)；B壓縮裝置(10)包括B低壓腔(10a)、B中壓腔(10b)、B高壓腔(10c)、B驅動裝置(20)和B轉軸(12)；A轉軸(11)上安裝A葉片(11a)和B葉片(11b)，B轉軸(12)上安裝C葉片(12a)和D葉片(12b)；

所述A循環工質依次經過A換熱器(5)、A閥門(15)、C換熱器(7)和A壓縮裝置(9)返回A換熱器(5)；B循環工質依次經過B換熱器(6)、C閥門(17)、D換熱器(8)和B壓縮裝置(10)返回B換熱器(6)；熱匯從熱匯入口(1)依次經過A換熱器(5)和B換熱器(6)被加熱，熱源從熱源入口(4)依次經過D換熱器(8)和C換熱器(7)被冷卻。

2.根據權利要求1所述的一種高效超級熱泵換熱裝置，其特征在于，所述A換熱器(5)與B換熱器(6)的主管道串聯；C換熱器(7)與D換熱器(8)的主管道串聯；A換熱器(5)的換熱管一端通過A閥門(15)分別與C換熱器(7)的換熱管一端和B閥門(16)相連，B閥門(16)與A壓縮裝置(9)相連；A換熱器(5)的換熱管另一端與A高壓腔(9c)連接；C換熱器(7)的換熱管一端與A低壓腔(9a)連接。

3.根據權利要求1所述的一種高效超級熱泵換熱裝置，其特征在于，所述B換熱器(6)的換熱管一端通過C閥門(17)分別與D換熱器(8)的換熱管一端和D閥門(18)相連，D閥門(18)與B壓縮裝置(10)相連；B換熱器(6)的換熱管另一端與B高壓腔(10c)相連；D換熱器(8)的換熱管另一端與B低壓腔(10a)。

4.根據權利要求1所述的一種高效超級熱泵換熱裝置，其特征在于，所述A壓縮裝置(9)包括A低壓腔(9a)、A中壓腔(9b)、A高壓腔(9c)、A驅動裝置(19)、A通道開關(13)和A轉軸(11)；轉軸A(11)通過A低壓腔(9a)和A中壓腔(9b)之間的支架固定在該兩個腔內；在A低壓腔(9a)內，A轉軸(11)上裝有A葉片(11a)，在A中壓腔(9b)內，A轉軸(11)上裝有B葉片(11b)；A驅動裝置(19)固定在A低壓腔(9a)下面，并與與A轉軸(11)連接。

5.根據權利要求1所述的一種高效超級熱泵換熱裝置，其特征在于，所述B壓縮裝置(10)包括B低壓腔(10a)、B中壓腔(10b)、B高壓腔(10c)、B驅動裝置(20)、B通道開關(14)和B轉軸(12)；B轉軸(12)通過B低壓腔(10a)和B中壓腔(10b)之間的支架固定在該兩個腔內，在B低壓腔(10a)內，B轉軸(12)上安裝C葉片(12a)，在B中壓腔(10b)內，B轉軸(12)上安裝D葉片(12b)；B驅動裝置(20)固定在B低壓腔(10a)下面，并與B轉軸(12)連接。

6.根據權利要求1所述的一種高效超級熱泵換熱裝置，其特征在于：熱源及熱匯采用兩級及以上換熱器串聯加熱。

7.根據權利要求1所述的一種高效超級熱泵換熱裝置，其特征在于：轉軸上安裝的葉片采用渦旋式、離心式、活塞式或螺桿式葉片。

8.根據權利要求1所述的一種高效超級熱泵換熱裝置，其特征在于：換熱器采用殼管式、板式或者熱管式換熱方式。

9.根據權利要求1所述的一種高效超級熱泵換熱裝置，其特征在于：所述A循環工質為水；B循環工質為二氧化碳。

10.一種權利要求1所述高效超級熱泵換熱裝置的換熱方法，其特征在于，所述換熱裝置的換熱運行包括：

(1)A通道開關(13)開啟，B閥門(16)關閉，A驅動裝置(19)開啟，B驅動裝置(20)關閉，A循環工質進行循環，B循環工質不進行循環，A循環工質在C換熱器(7)中被加熱變為蒸汽進入A壓縮裝置(9)，在A低壓腔(9a)中被B葉片(11b)壓縮后進入A中壓腔(9b)，A循環工質不經過A葉片(11a)壓縮直接經過通A道開關(13)進入A高壓腔(9c)，A循環工質進入A換熱器(5)加熱熱匯，再經過A閥門(15)返回C換熱器(7)；

(2)A通道開關(13)關閉，B閥門(16)關閉，A驅動裝置(19)開啟，B驅動裝置(20)關閉，A循環工質進行循環，B循環工質不進行循環，A循環工質在C換熱器(7)中被加熱變為蒸汽進入A壓縮裝置(9)，在A低壓腔(9a)中被B葉片(11b)壓縮后進入A中壓腔(9b)，A循環工質再經過A葉片(11a)壓縮進入A高壓腔(9c)，A循環工質進入A換熱器(5)加熱熱匯，再經A過閥門(15)返回C換熱器(7)；

(3)通道A開關(13)關閉，B閥門(16)開啟，A驅動裝置(19)開啟，B驅動裝置(20)關閉，A循環工質進行循環，B循環工質不進行循環，A循環工質在C換熱器(7)中被加熱變為蒸汽進入A壓縮裝置(9)，在A低壓腔(9a)中被B葉片(11b)壓縮后進入A中壓腔(9b)，A循環工質再經過A葉片(11a)壓縮進入A高壓腔(9c)，A循環工質進入A換熱器(5)加熱熱匯，再經過A閥門(15)后部分A循環工質進入壓A縮裝置(9)，其余A循環工質返回C換熱器(7)；

(4)A通道開關(13)關閉，B閥門(16)開啟，B通道開關(14)開啟，D(閥門18)關閉，A驅動裝置(19)開啟，B驅動裝置(20)開啟，A循環工質進行循環，B循環工質進行循環，A循環工質在C換熱器(7)中被加熱變為蒸汽進入A壓縮裝置(9)，在A低壓腔(9a)中被B葉片(11b)壓縮后進入A中壓腔(9b)，A循環工質再經過A葉片(11a)壓縮進入A高壓腔(9c)，A循環工質進入A換熱器(5)加熱熱匯，再經過A閥門(15)后部分A循環工質進入A壓縮裝置(9)，其余A循環工質返回C換熱器(7)，B循環工質在D換熱器(8)中被加熱變為蒸汽進入B壓縮裝置(10)，在B低壓腔(10a)中被D葉片(12b)壓縮后進入B中壓腔(10b)，循環工質A再不經過葉片C(12a)壓縮進入高壓腔B(10c)，B循環工質進入B換熱器(6)加熱熱匯，再經過C閥門(17)返回D換熱器(8)；

(5)A通道開關(13)關閉，B閥門(16)開啟，B通道開關(14)關閉，D閥門(18)關閉，A驅動裝置(19)開啟，B驅動裝置(20)開啟，A循環工質進行循環，B循環工質進行循環，A循環工質在C換熱器(7)中被加熱變為蒸汽進入A壓縮裝置(9)，在A低壓腔(9a)中被B葉片(11b)壓縮后進入A中壓腔(9b)，A循環工質再經過A葉片(11a)壓縮進入A高壓腔(9c)，A循環工質進入A換熱器(5)加熱熱匯，再經過A閥門(15)后部分A循環工質進入A壓縮裝置(9)，其余A循環工質返回C換熱器(7)，B循環工質在D換熱器(8)中被加熱變為蒸汽進入B壓縮裝置(10)，在B低壓腔(10a)中被D葉片(12b)壓縮后進入B中壓腔(10b)，A循環工質再經過C葉片(12a)壓縮進入B高壓腔(10c)，B循環工質進入B換熱器(6)加熱熱匯，再經過C閥門(17)返回D換熱器(8)；(6)A通道開關(13)關閉，B閥門(16)開啟，B通道開關(14)關閉，D閥門(18)開啟，A驅動裝置(19)開啟，B驅動裝置(20)開啟，A循環工質進行循環，B循環工質進行循環，A循環工質在C換熱器(7)中被加熱變為蒸汽進入A壓縮裝置(9)，在A低壓腔(9a)中被B葉片(11b)壓縮后進入A中壓腔(9b)，A循環工質再經過A葉片(11a)壓縮進入A高壓腔(9c)，A循環工質進入A換熱器(5)加熱熱匯，再經過A閥門(15)后部分A循環工質進入A壓縮裝置(9)，其余A循環工質返回C換熱器(7)，B循環工質在D換熱器(8)中被加熱變為蒸汽進入B壓縮裝置(10)，在B低壓腔(10a)中被D葉片(12b)壓縮后進入中B壓腔(10b)，A循環工質再經過C葉片(12a)壓縮進入B高壓腔(10c)，B循環工質進入B換熱器(6)加熱熱匯，再經過C閥門(17)部分B循環工質進入B壓縮裝置(10)，其余B循環工質返回D換熱器(8)。