动能回馈热泵的制作方法
【专利摘要】一种动能回馈热泵，利用气体被压缩时内能增加温度升高，和压缩气体对外做功后体积增大内能减少温度降低的原理。以气体为热能的载体，通过对气体的压缩升温得到高温热源对目标加热，对目标加热后的气体温度降低，再对外做功后体积增大内能减少温度降低，从而从外界吸热组成一个热泵系统。如图所示，工质气体经压缩机压缩后温度升高进入制热器对目标加热，对目标加热后进入动能回收机做功体积增大温度降低，然后进入吸热器从外界吸热，再进入压缩机。如此循环在一个密闭的系统，同时动能回收机所得动能补偿压缩机。该热泵系统克服传统热泵冷凝温度较低，不能得到高品味热源的缺点，是一种理想的节能新产品。
【专利说明】动能回馈热泵
【技术领域】
[0001]发明涉及一种新型热泵，以气体为热能的载体，通过对气体的压缩升温得到高温热源对目标加热，对目标加热后的气体温度降低，再对外做功后体积增大内能减少温度降低，从而从外界吸热组成一个热泵系统。
【背景技术】
[0002]现有热泵技术受工质气体临界温度、冷凝温度以及高泵高耗能的影响，不能很好地得到高温热源，限制了热泵技术在较高热源要求领域的发展。
【发明内容】
[0003]动能回馈热泵，利用气体被压缩时内能增加温度升高，和压缩气体对外做功后体积增大内能减少温度降低的原理。如图1，以气体为热能的载体，通过对气体的压缩升温得到高温热源对目标加热，对目标加热后的气体温度降低，再对外膨胀做功后体积增大内能减少温度降低，从而从外界吸热，如此循环形成一个热泵系统。同时气体对外做功所得动能回馈压缩机。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]图2为动能回馈热泵结构及主要部件，I为压缩机，2为散热器，3为热交换器，4为储气箱，5为动能回收机，6为吸热器，7为动能回收机，8为吸热器，9压强差感应控制器，10为压强差感应控制器，11为温度感测器。其中I压缩机和5动能回收机、7动能回收机连杆相连，由外界对其做功，做同步往复运动；3热交换器的结构如图3 (由a — b散热管和热交换箱组成，a — b散热管在热交换箱中，对目标加热后的工质气体从a端进入到b端逐渐散热降温，压缩前工质气体从c端进入到d端逐渐吸热升温，达到充分的热交换，热交换器外壳由绝热性能好的材料制做，避免外界对热交换的影响);4储气箱作用为平缓压缩后气体的压强；5动能回收机的结构如图4(动能回收机活塞有效做功距离为a — b，当活塞运动到b端排气门控制阀关闭，进气门控制阀打开，压缩气体进入气缸推动活塞向a端运动做功，到达c的位置进气门关闭，气体继续推动活塞向a端运动做功，做功完成排气门打开，活塞向b端运动，到达b端时排气门控制阀关闭，进气门打开，准备进行下一次做功，如此循环。位置c为可调性，增大和减小b - c以增大和减小做功前气体进入气缸的体积)，其工作原理为，压缩散热后的工质气体膨胀推动动能回收机做功，膨胀程度为略高于压缩前压强(约为压缩前后压差的五分之一)；7动能回收机的结构如图5 (动能回收机活塞有效做功距离为a — b，当活塞运动到b端气门控制阀关闭，进气门控制阀打开，压缩气体进入气缸推动活塞向a端运动做功，到达c的位置进气门关闭，气体继续推动活塞向a端运动做功；做功完成排气门打开，活塞向b端运动，到达b端时排气门控制阀关闭，进气门打开，准备进行下一次做功，如此循环。位置c为可调性，增大和减小b — c以增大和减小做功前气体进入气缸的体积，如此调节使排出工质气体压强与压缩前工质气体压强相同)；9压强差感应控制器用以感测气体做功前后压强，10压强差感应控制器用以感测5动能回收机气体做功后压强；11为温度感测器压缩机排出气体温度。如图所示，I压缩机、2散热器、3热交换器、4储气箱、5动能回收机、6吸热器、7动能回收机、8吸热器、3热交换器、I压缩机依次用连接管连接在一个密闭的系统。9压强差感应控制器用以感测5动能回收机气体做功前压强，10为压强差感应控制器用以感测7动能回收机气体做功前压强，11温度感测器用以感测I压缩机排出气体温度。
【具体实施方式】
[0005]动能回馈热泵，利用气体被压缩时内能增加温度升高，和压缩气体对外做功后体积增大内能减少温度降低的原理。如图1，以气体为热能的载体，通过对气体的压缩升温得到高温热源对目标加热，对目标加热后的气体温度降低，最大限度地利用气体的有用热能(对目标加热后的气体再对压缩前的气体进行热交换)，然后再对外做功后体积增大内能减少温度降低，从而从外界吸热，同时最大限度地利用气体从外界吸热后增加的有用动能，所有回收的动能回馈压缩机，如此循环形成一个热泵系统。同时气体对外做功所得有用动能回馈压缩机。
[0006]实施例一，在常温条件下，在空气中吸热，工质气体设为干燥的空气。
[0007]如图2所示，外界对I压缩机做功，压缩机开始压缩工质气体，逐渐调节5动能回收机c的位置，减少5动能回收机做功工质气体体积以增加做功前工质气体压强，同时也调节了 I压缩机排出工质气体温度，压缩后高温高压的工质气体进入2散热器对目标加热，散热后的工质气体进入3热交换器继续散热对进入I压缩机的工质气体加热让自身冷却，再进入4储气箱，再进入5动能回收机做功，所得动能回馈I压缩机，做功后的工质气体进入6吸热器从外界空气吸热，吸热后的工质气体膨胀动能增加，吸热膨胀后工质气体再进入7动能回收机做功恢复到I压缩机压缩前工质气体压强，同时所得动能回馈I压缩机，做功后工质气体再进入8吸热器从外界空气吸热，然后进入3热交换器进行加热，加热后进入I压缩机进行压缩，如此循环。
[0008]在运转过程中，I压缩机入气口进入的工质气体在3热交换器中加热升温，使I压缩机排出工质气体温度进一步升高，以进一步调节和满足目标的加热温度。
[0009]在运转过程中，逐渐减小5动能回收机做功工质气体体积，以增加I压缩机排出工质气体压强，同时就逐渐增加排出工质气体温度，以进一步调节和满足对目标的逐渐加热。
[0010]在运转过程中，I压缩机排出气体温度高于水的沸点，目标温度便可将水加热至沸腾并保持水的沸腾。
[0011]在运转过程中，5动能回收机为第一级动能回收，7动能回收机为第二级动能回收，5动能回收机排出工质气体与7动能回收机工质气体压强相当，7动能回收机排出工质气体与I压缩机进入工质气体压强相当，压缩状态的工质气体在5动能回收机和7动能回收机中呈逐渐膨胀状态。工质气体在6吸热器中吸热后再进入7动能回收机，由于吸热膨胀，动能增加，以实现更大效率的动能回收。
[0012]实施例二，根据实施例一内容，动能回收机可采用单级动能回收模式。如图6，单级动能回收模中，第一级也是最后一级动能回收机排出气体压强相当，与I压缩机进入气体压强相当，压强相当，单级动能回收模式省去一个动能回收机和一个吸热器，但动能回收效率偏低(第二级以后包括第二级动能回收机所回收的动能小于或等于其机械损耗时采用)。
[0013]实施例三，根据实施例一内容，动能回收机可采用多级动能回收模式。多级动能回收模式中，最后一级动能回收机排出气体与I压缩机进入气体压强相当，每一级动能回收加一个动能回收机和一个吸热器，工质气体在进入各级动能回收机和吸热器过程中呈逐渐吸热和逐渐膨胀做功状态，以实现最大动能回收。但同时也要考虑能量的机械损耗，每加一级动能回收以实际回收有用动能大于机械损耗为原则(同时第二级以后包括第二级动能回收的总效率应大于单级动能回收的效率，反之采用单级动能回收或减少一级动能回收)。
[0014]实施例四，如图7，在外界温度低于零摄氏度时，避免外界水分子在吸热器上凝结而影响热交换，可采用单级动能回收，省去吸热器，工质气体从动能回收机直接排入大气，而进入3热交换器的工质气体为经由一个过滤器直接从大气中吸入(动能回馈热泵，吸入的是当时外界温度的气体，排出的是低于当时外界温度的气体，避免了吸热器因温差水分子凝结，而是直接的不同温度气体的交换，从而实现与外界热能交换的目的；在外界温度高于零摄氏度时，也可采用此结构)。
[0015]其它实施方式:压缩机可换用螺杆式，离心式等其它更多方式；工质气体在密闭条件下也可换作其它气体；动能回收机也可换作叶轮式等其它更多方式。
[0016]根据外界温度环境，可采用不同的实施例；根据不同的可回收动能，可采用不同级数的动能回收；根据I压缩机排出气体温度的不同，可用于不同的制热范围，主要可用于室内的制热取暖(20°c左右)、生活热水制取(50°C左右)、高温热源制取(90°C左右)，以及高于100°C热源的更多应用。
【权利要求】
1.一种动能回馈热泵，其特征是:利用气体被压缩时内能增加温度升高，和压缩气体对外做功后体积增大内能减少温度降低的原理，以气体为热能的载体，通过对气体的压缩升温得到高温热源对目标加热，对目标加热后的气体温度降低，再对外做功后体积增大内能减少温度降低，从而从外界吸热组成一个热泵系统，同时气体对外做功所得动能回馈压缩机；主要由压缩机，散热器，热交换器，储气箱，动能回收机，吸热器组成。
2.根据权利要求1所述的动能回馈热泵，其特征是:压缩机入气口进入的工质气体在热交换器中加热升温，使压缩机排出工质气体温度进一步升高，以进一步满足目标的加热温度。
3.根据权利要求1所述的动能回馈热泵，其特征是:逐渐减小动能回收机做功工质气体体积，以增加压缩机排出工质气体压强，同时就逐渐增加排出工质气体温度，以进一步调节和满足对目标的逐渐加热。
4.根据权利要求1所述的动能回馈热泵，其特征是:动能回收机可采用多级动能回收模式。
5.多级动能回收模式中，最后一级动能回收机排出气体与压缩机进入气体压强相当，每一级动能回收加一个动能回收机和一个吸热器，工质气体在进入各级动能回收机和吸热器过程中呈逐渐吸热和逐渐膨胀做功状态，以实现最大动能回收；同时考虑能量的机械损耗，每加一级动能回收以实际回收有用动能大于机械损耗为原则，每加一级动能回收能实现增加回收的有用动能总效率。
6.根据权利要求1所述的动能回馈热泵，其特征是:在外界温度低于零摄氏度时，避免外界水分子在吸热器上凝结而影响热交换，采用单级动能回收，省去吸热器，工质气体从动能回收机直接排入大气，而进入热交换器的工质气体为经由一个过滤器直接从大气中吸入。
【文档编号】F25B30/02GK104422197SQ201310361241
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】易真平 申请人:易真平