[发明专利]一种热泵

说明书

技术领域

本发明涉及热泵技术，是一种节能供热设备，属机械工程领域。

背景技术

制热循环是热泵技术发展的理论基础。每一次新的制热循环的发展应用，都能带动了热泵技术的飞跃，有力推动了社会进步。

当今热泵时代是以相变制热循环为主的相变制热时代，自从这个制热时代的主角之一热泵工质---氟利昻对臭氧层破坏行为被证实以后，氟利昻的限用和禁用观念日渐深得人心。全世界许多热泵专家都在努力开发氟利昻的替代品并已产生多种新型无氟热泵工质，新型无氟热泵工质是否还有其它破坏自然环境的问题，目前不得而知，但是每年成千上万吨的化工合成工质由世界各地化工厂被生产制造出来就可以近似认为未来几年每年将有成千上万吨的化工物质在向大气排放，其隐患甚忧。有识之士都认为开发利用天然工质的热泵循环，特别是用空气或水为热泵工质的制热循环是最根本的阻止热泵工质破坏自然环境的办法。由于现有可用天然工质的热力循环普遍制热效率较低，使得用天然工质的热泵开发进程缓慢。本发明的目标正是希望推出一种可以使用天然工质、制热效率较高的热泵。

逆卡诺循环是公知最好的热泵循环，诞生以来物理学界鲜有人重视逆卡诺循环中的二个等温过程的利用方法，即等温压缩过程和等温膨胀过程的利用方法。本发明人注意到等温压缩过程和等温膨胀过程具有良好的热能交换价值，本发明涉及的热力循环则利用了这种价值。

本发明涉及的一种制热循环由二个定压回热过程和二个多变过程组成(如图1所示)，这里称之为H热力循环。需要说明的是H热力循环与概括性逆卡诺循环中的阿金森循环的不同点是二个多变过程与二个定温过程的区别。与阿金森循环相比，H热力循环更具有可操作意义，阿金森循环是H热力循环的一个特例。

二个定压回热过程由一套回热器(气---气换热器)实现。

二个多变过程分别是一个多变压缩过程和一个多变膨胀过程，严格地说是一个升温压缩过程和一个降温膨胀过程。显然，H循环在回热器传热温差足够小时，可以逼近概括性逆卡诺循环。本发明人认为以空气为工质的H循环优于目前公知的各类空气循环(如：布雷顿循环)，可以作为空气热泵技术的一个发展方向。

发明内容

为实现H循环中的二个多变过程，本发明设计了一种实现多变膨胀过程的多变膨胀机组和一种实现多变压缩过程的多变压缩机组，同时还设计了取冷的方法和取热的方法。多变膨胀机组和多变压缩机组组合为一个执行H循环的气体热泵。

执行H循环气体热泵，简称一种热泵，发明目的是提出一种可以使用天然工质、制热效率较高的热泵。

附图说明

图1为H循环的逆循环(H制热循环)温熵图，箭头指向为循环过程方向，图中1→2为定压升温过程，2→3为多变压缩过程，3→4为定压降温过程，4→1多变膨胀过程。

图2为膨胀机示意图，它是一种加热型膨胀机。高压气体由下方箭头指向进入膨胀机内，膨胀后由下方箭头指向离开膨胀机，驱动叶轮转动轴，对外作功，同时吸收上方流入膨胀机机体之低位热源(载冷剂)的热量Q(加热)。低位热源的流入流出方向与膨胀气体走向相同，气体被低位热源间接加热。

图3为图2与图6的连合体，形成机组，为多变膨胀机组示意图。

图4为压缩机示意图，它是一种冷却型压缩机。低压气体由下方箭头指向进入压缩机内，被压缩后由下方箭头指向离开压缩机，外力驱动叶轮转动轴，对气体进行压缩，同时气体被上方流入压缩机机体的载热剂(冷却介质)的间接冷却，排热Q(放热)。载热剂的流入流出方向与气体走向相同，气体在压缩过程中被压缩机机体冷却。

图5为图4与图6的连合体，形成机组，为多变压缩机组示意图。

图6为回热器示意图，冷热气体分别由相反箭头指向流入流出回热器进行热交换，回热器是逆流型换热器。

图7为H循环的气体热泵示意图，为图3与图5的组合体。膨胀机和外力通过转动轴驱动压缩机，热泵对载热剂实施供热。

具体实施方案：

一膨胀机取冷方法和多变膨胀机组：