双工质联合循环热泵装置的制作方法

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1.本发明属于制冷与热泵技术领域。


背景技术：

2.冷需求、热需求和动力需求，为人类生活与生产当中所常见，利用机械能转换为热能是实现制冷和高效供热的重要方式。基于逆向朗肯循环的蒸汽压缩式热泵，其放热主要依靠冷凝过程来实现，循环工质与有升温需求的被加热介质之间温差损失大，且冷凝液的降压过程损失较大；在压缩比较大时低温热负荷获取受冷凝液降压不利影响较大，性能指数有待提高。基于逆向布雷顿循环的气体压缩式热泵装置，一般要求有较低的压缩比，这限制了供热参数的提高；其吸热过程是升温的，这使得制冷或制热时吸热环节往往存在较大温差损失，导致性能指数不合理。基于单一工质的热泵装置，其适应范围存在局限性。
3.从简单、主动、安全和高效地进行制冷或制热的原则出发，以及尽可能应对不同的制冷需求/供热需求，本发明提出了采用蒸发过程吸收低温热负荷和变温过程提供高温热负荷，尽可能充分利用冷凝液的显热和尽力消除冷凝液降压副作用，以及能够最大程度地实现两个循环子系统之间小温差传热的双工质联合循环热泵装置。


技术实现要素：

4.本发明主要目的是要提供双工质联合循环热泵装置，具体

技术实现要素：
分项阐述如下：
5.1.双工质联合循环热泵装置，主要由压缩机、膨胀机、降压冷凝器、第二压缩机、涡轮机、供热器和蒸发器所组成；压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀机连通，膨胀机还有循环工质通道经降压冷凝器与压缩机连通；第二压缩机有第二循环工质通道经降压冷凝器和涡轮机与蒸发器连通，蒸发器还有第二循环工质通道与第二压缩机连通；供热器还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器还有低温热介质通道与外部连通，膨胀机和涡轮机连接压缩机和第二压缩机并传输动力，形成双工质联合循环热泵装置。
6.2.双工质联合循环热泵装置，主要由压缩机、膨胀机、降压冷凝器、双能压缩机、涡轮机、供热器和蒸发器所组成；压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀机连通，膨胀机还有循环工质通道经降压冷凝器与压缩机连通；双能压缩机有第二循环工质通道经降压冷凝器和涡轮机与蒸发器连通，蒸发器还有第二循环工质通道与双能压缩机连通；供热器还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器还有低温热介质通道与外部连通，膨胀机和涡轮机连接压缩机和双能压缩机并传输动力，形成双工质联合循环热泵装置。
7.3.双工质联合循环热泵装置，主要由压缩机、膨胀机、降压冷凝器、双能压缩机、喷管、供热器和蒸发器所组成；压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀机连通，膨胀机还有循环工质通道经降压冷凝器与压缩机连通；双能压缩机有第二循环工质通道经降压冷凝器和喷管与蒸发器连通，蒸发器还有第二循环工质通道与双能压缩机连通；供热器还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器还有低温热介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机和双能
压缩机并传输动力，形成双工质联合循环热泵装置。
8.4.双工质联合循环热泵装置，主要由压缩机、膨胀机、降压冷凝器、双能压缩机、节流阀、供热器和蒸发器所组成；压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀机连通，膨胀机还有循环工质通道经降压冷凝器与压缩机连通；双能压缩机有第二循环工质通道经降压冷凝器和节流阀与蒸发器连通，蒸发器还有第二循环工质通道与双能压缩机连通；供热器还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器还有低温热介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机和双能压缩机并传输动力，形成双工质联合循环热泵装置。
9.5.双工质联合循环热泵装置，主要由压缩机、膨胀机、降压冷凝器、第二压缩机、涡轮机、供热器、蒸发器和低温回热器所组成；压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀机连通，膨胀机还有循环工质通道经降压冷凝器与压缩机连通；第二压缩机有第二循环工质通道经降压冷凝器、低温回热器和涡轮机与蒸发器连通，蒸发器还有第二循环工质通道经低温回热器与第二压缩机连通；供热器还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器还有低温热介质通道与外部连通，膨胀机和涡轮机连接压缩机和第二压缩机并传输动力，形成双工质联合循环热泵装置。
10.6.双工质联合循环热泵装置，主要由压缩机、膨胀机、降压冷凝器、双能压缩机、涡轮机、供热器、蒸发器和低温回热器所组成；压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀机连通，膨胀机还有循环工质通道经降压冷凝器与压缩机连通；双能压缩机有第二循环工质通道经降压冷凝器、低温回热器和涡轮机与蒸发器连通，蒸发器还有第二循环工质通道经低温回热器与双能压缩机连通；供热器还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器还有低温热介质通道与外部连通，膨胀机和涡轮机连接压缩机和双能压缩机并传输动力，形成双工质联合循环热泵装置。
11.7.双工质联合循环热泵装置，主要由压缩机、膨胀机、降压冷凝器、双能压缩机、喷管、供热器、蒸发器和低温回热器所组成；压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀机连通，膨胀机还有循环工质通道经降压冷凝器与压缩机连通；双能压缩机有第二循环工质通道经降压冷凝器、低温回热器和喷管与蒸发器连通，蒸发器还有第二循环工质通道经低温回热器与双能压缩机连通；供热器还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器还有低温热介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机和双能压缩机并传输动力，形成双工质联合循环热泵装置。
12.8.双工质联合循环热泵装置，主要由压缩机、膨胀机、降压冷凝器、双能压缩机、节流阀、供热器、蒸发器和低温回热器所组成；压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀机连通，膨胀机还有循环工质通道经降压冷凝器与压缩机连通；双能压缩机有第二循环工质通道经降压冷凝器、低温回热器和节流阀与蒸发器连通，蒸发器还有第二循环工质通道经低温回热器与双能压缩机连通；供热器还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器还有低温热介质通道与外部连通，膨胀机连接压缩机和双能压缩机并传输动力，形成双工质联合循环热泵装置。
13.9.双工质联合循环热泵装置，是在第1-8项所述的任一一款双工质联合循环热泵装置中，增加高温回热器，将压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀机连通调整为压缩机有循环工质通道经供热器和高温回热器与膨胀机连通，将膨胀机有循环工质通道经降压冷凝器与压缩机连通调整为膨胀机有循环工质通道经降压冷凝器和高温回热器与压缩机连
通，形成双工质联合循环热泵装置。
14.10.双工质联合循环热泵装置，是在第1-8项所述的任一一款双工质联合循环热泵装置中，增加高温回热器，将压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀机连通调整为压缩机有循环工质通道经高温回热器与自身连通之后压缩机再有循环工质通道经供热器和高温回热器与膨胀机连通，形成双工质联合循环热泵装置。
15.11.双工质联合循环热泵装置，是在第1-8项所述的任一一款双工质联合循环热泵装置中，增加高温回热器，将膨胀机有循环工质通道经降压冷凝器与压缩机连通调整为膨胀机有循环工质通道经高温回热器与自身连通之后膨胀机再有循环工质通道经降压冷凝器和高温回热器与压缩机连通，形成双工质联合循环热泵装置。
16.12.双工质联合循环热泵装置，是在第1-8项所述的任一一款双工质联合循环热泵装置中，增加高温回热器，将压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀机连通调整为压缩机有循环工质通道经高温回热器与自身连通之后压缩机再有循环工质通道供热器与膨胀机连通，将膨胀机有循环工质通道经降压冷凝器与压缩机连通调整为膨胀机有循环工质通道经高温回热器与自身连通之后膨胀机再有循环工质通道经降压冷凝器与压缩机连通，形成双工质联合循环热泵装置。
附图说明：
17.图1是依据本发明所提供的双工质联合循环热泵装置第1种原则性热力系统图。
18.图2是依据本发明所提供的双工质联合循环热泵装置第2种原则性热力系统图。
19.图3是依据本发明所提供的双工质联合循环热泵装置第3种原则性热力系统图。
20.图4是依据本发明所提供的双工质联合循环热泵装置第4种原则性热力系统图。
21.图5是依据本发明所提供的双工质联合循环热泵装置第5种原则性热力系统图。
22.图6是依据本发明所提供的双工质联合循环热泵装置第6种原则性热力系统图。
23.图7是依据本发明所提供的双工质联合循环热泵装置第7种原则性热力系统图。
24.图8是依据本发明所提供的双工质联合循环热泵装置第8种原则性热力系统图。
25.图9是依据本发明所提供的双工质联合循环热泵装置第9种原则性热力系统图。
26.图中，1-压缩机，2-膨胀机，3-降压冷凝器，4-第二压缩机，5-涡轮机，6-供热器，7-蒸发器，8-双能压缩机，9-喷管，10-节流阀，11-低温回热器，12-高温回热器。
27.为便于理解，这里给出如下说明：
28.(1)降压冷凝器——为变截面热交换器，工作介质通过流动截面的改变实现压力降低和能量转换(降压增速)，以减小工作介质与被加热介质之间的温差不可逆损失，工作介质与被加热介质之间能够实现和保持连续性小温差放热，完成降压冷凝及放热过程；一般地，当工作介质初始速度为亚声速，而换热过程结束时工作介质的速度不高于声速时，流动截面为渐缩型变截面；当工作介质初始速度为超声速，而换热过程结束时工作介质的速度高于初始速度时，流动截面为渐扩型变截面；当工作介质初始速度为亚声速，而换热过程结束时工作介质的速度高于声速时，流动截面为渐缩-渐扩型变截面。
29.(2)本发明技术方案中，降压冷凝器用于底部朗肯循环子系统的冷凝放热过程，能够实现与顶部布雷顿循环子系统吸热过程之间的小温差传热，最大程度地减小该环节温差损失。
具体实施方式：
30.首先要说明的是，在结构和流程的表述上，非必要情况下不重复进行；对显而易见的流程不作表述。下面结合附图和实例来详细描述本发明。
31.图1所示的双工质联合循环热泵装置是这样实现的：
32.(1)结构上，它主要由压缩机、膨胀机、降压冷凝器、第二压缩机、涡轮机、供热器和蒸发器所组成；压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀机2连通，膨胀机2还有循环工质通道经降压冷凝器3与压缩机1连通；第二压缩机4有第二循环工质通道经降压冷凝器3和涡轮机5与蒸发器7连通，蒸发器7还有第二循环工质通道与第二压缩机4连通；供热器6还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器7还有低温热介质通道与外部连通，膨胀机2和涡轮机5连接压缩机1和第二压缩机4并传输动力。
33.(2)流程上，压缩机1排放的循环工质流经供热器6放热降温，流经膨胀机2降压作功，流经降压冷凝器3吸热升温，之后进入压缩机1升压升温；第二压缩机4排放的第二循环工质流经降压冷凝器3降压冷凝并放热，流经涡轮机5降速降压并作功，流经蒸发器7吸热汽化，之后进入第二压缩机4升压升温；被加热介质通过供热器6获取高温热负荷，低温热介质通过蒸发器7提供低温热负荷，外部、膨胀机2和涡轮机5共同向压缩机1和第二压缩机4提供动力，形成双工质联合循环热泵装置。
34.图2所示的双工质联合循环热泵装置是这样实现的：
35.(1)结构上，它主要由压缩机、膨胀机、降压冷凝器、双能压缩机、涡轮机、供热器和蒸发器所组成；压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀机2连通，膨胀机2还有循环工质通道经降压冷凝器3与压缩机1连通；双能压缩机8有第二循环工质通道经降压冷凝器3和涡轮机5与蒸发器7连通，蒸发器7还有第二循环工质通道与双能压缩机8连通；供热器6还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器7还有低温热介质通道与外部连通，膨胀机2和涡轮机5连接压缩机1和双能压缩机8并传输动力。
36.(2)流程上，压缩机1排放的循环工质流经供热器6放热降温，流经膨胀机2降压作功，流经降压冷凝器3吸热升温，之后进入压缩机1升压升温；双能压缩机8排放的第二循环工质流经降压冷凝器3降压冷凝并放热，流经涡轮机5降压作功或降速降压并作功，流经蒸发器7吸热汽化，之后进入双能压缩机8升压升温并降速；被加热介质通过供热器6获取高温热负荷，低温热介质通过蒸发器7提供低温热负荷，外部、膨胀机2和涡轮机5共同向压缩机1和双能压缩机8提供动力，形成双工质联合循环热泵装置。
37.图3所示的双工质联合循环热泵装置是这样实现的：
38.(1)结构上，它主要由压缩机、膨胀机、降压冷凝器、双能压缩机、喷管、供热器和蒸发器所组成；压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀机2连通，膨胀机2还有循环工质通道经降压冷凝器3与压缩机1连通；双能压缩机8有第二循环工质通道经降压冷凝器3和喷管9与蒸发器7连通，蒸发器7还有第二循环工质通道与双能压缩机8连通；供热器6还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器7还有低温热介质通道与外部连通，膨胀机2连接压缩机1和双能压缩机8并传输动力。
39.(2)流程上，压缩机1排放的循环工质流经供热器6放热降温，流经膨胀机2降压作功，流经降压冷凝器3吸热升温，之后进入压缩机1升压升温；双能压缩机8排放的第二循环工质流经降压冷凝器3降压冷凝并放热，流经喷管9降压增速，流经蒸发器7吸热汽化，之后
进入双能压缩机8升压升温并降速；被加热介质通过供热器6获取高温热负荷，低温热介质通过蒸发器7提供低温热负荷，外部和膨胀机2共同向压缩机1和双能压缩机8提供动力，形成双工质联合循环热泵装置。
40.图4所示的双工质联合循环热泵装置是这样实现的：
41.(1)结构上，它主要由压缩机、膨胀机、降压冷凝器、双能压缩机、节流阀、供热器和蒸发器所组成；压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀机2连通，膨胀机2还有循环工质通道经降压冷凝器3与压缩机1连通；双能压缩机8有第二循环工质通道经降压冷凝器3和节流阀10与蒸发器7连通，蒸发器7还有第二循环工质通道与双能压缩机8连通；供热器6还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器7还有低温热介质通道与外部连通，膨胀机2连接压缩机1和双能压缩机8并传输动力。
42.(2)流程上，压缩机1排放的循环工质流经供热器6放热降温，流经膨胀机2降压作功，流经降压冷凝器3吸热升温，之后进入压缩机1升压升温；双能压缩机8排放的第二循环工质流经降压冷凝器3降压冷凝并放热，流经节流阀10节流降压，流经蒸发器7吸热汽化，之后进入双能压缩机8升压升温并降速；被加热介质通过供热器6获取高温热负荷，低温热介质通过蒸发器7提供低温热负荷，外部和膨胀机2共同向压缩机1和双能压缩机8提供动力，形成双工质联合循环热泵装置。
43.图5所示的双工质联合循环热泵装置是这样实现的：
44.(1)结构上，它主要由压缩机、膨胀机、降压冷凝器、第二压缩机、涡轮机、供热器、蒸发器和低温回热器所组成；压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀机2连通，膨胀机2还有循环工质通道经降压冷凝器3与压缩机1连通；第二压缩机4有第二循环工质通道经降压冷凝器3、低温回热器11和涡轮机5与蒸发器7连通，蒸发器7还有第二循环工质通道经低温回热器11与第二压缩机4连通；供热器6还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器7还有低温热介质通道与外部连通，膨胀机2和涡轮机5连接压缩机1和第二压缩机4并传输动力。
45.(2)流程上，压缩机1排放的循环工质流经供热器6放热降温，流经膨胀机2降压作功，流经降压冷凝器3吸热升温，之后进入压缩机1升压升温；第二压缩机4排放的第二循环工质流经降压冷凝器3降压冷凝并放热，流经低温回热器11放热降温，流经涡轮机5降速降压并作功，流经蒸发器7吸热汽化，流经低温回热器11吸热升温，之后进入第二压缩机4升压升温；被加热介质通过供热器6获取高温热负荷，低温热介质通过蒸发器7提供低温热负荷，外部、膨胀机2和涡轮机5共同向压缩机1和第二压缩机4提供动力，形成双工质联合循环热泵装置。
46.图6所示的双工质联合循环热泵装置是这样实现的：
47.(1)结构上，在图1所示的双工质联合循环热泵装置中，增加高温回热器，将压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀机2连通调整为压缩机1有循环工质通道经供热器6和高温回热器12与膨胀机2连通，将膨胀机2有循环工质通道经降压冷凝器3与压缩机1连通调整为膨胀机2有循环工质通道经降压冷凝器3和高温回热器12与压缩机1连通。
48.(2)流程上，与图1所示双工质联合循环热泵装置相比较，不同之处在于：压缩机1排放的循环工质流经供热器6和高温回热器12逐步放热降温，流经膨胀机2降压作功，流经降压冷凝器3和高温回热器12逐步吸热升温，之后进入压缩机1升压升温，形成双工质联合循环热泵装置。
49.图7所示的双工质联合循环热泵装置是这样实现的：
50.(1)结构上，在图1所示的双工质联合循环热泵装置中，增加高温回热器，将压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀机2连通调整为压缩机1有循环工质通道经高温回热器12与自身连通之后压缩机1再有循环工质通道经供热器6和高温回热器12与膨胀机2连通。
51.(2)流程上，与图1所示双工质联合循环热泵装置相比较，不同之处在于：压缩机1排放的循环工质流经供热器6和高温回热器12逐步放热降温，流经膨胀机2降压作功，流经降压冷凝器3吸热升温，进入压缩机1升压升温至一定程度之后流经高温回热器12吸热升温，再之后进入压缩机1继续升压升温并向供热器6排放，形成双工质联合循环热泵装置。
52.图8所示的双工质联合循环热泵装置是这样实现的：
53.(1)结构上，在图1所示的双工质联合循环热泵装置中，增加高温回热器，将膨胀机2有循环工质通道经降压冷凝器3与压缩机1连通调整为膨胀机2有循环工质通道经高温回热器12与自身连通之后膨胀机2再有循环工质通道经降压冷凝器3和高温回热器12与压缩机1连通。
54.(2)流程上，与图1所示双工质联合循环热泵装置相比较，不同之处在于：压缩机1排放的循环工质流经供热器6放热降温，进入膨胀机2降压作功至一定程度之后流经高温回热器12放热降温，再之后进入膨胀机2继续降压作功；膨胀机排放的循环工质流经降压冷凝器3和高温回热器12逐步吸热升温，之后进入压缩机1升压升温，形成双工质联合循环热泵装置。
55.图9所示的双工质联合循环热泵装置是这样实现的：
56.(1)结构上，在图1所示的双工质联合循环热泵装置中，增加高温回热器，将压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀机2连通调整为压缩机1有循环工质通道经高温回热器12与自身连通之后压缩机1再有循环工质通道供热器6与膨胀机2连通，将膨胀机2有循环工质通道经降压冷凝器3与压缩机1连通调整为膨胀机2有循环工质通道经高温回热器12与自身连通之后膨胀机2再有循环工质通道经降压冷凝器3与压缩机1连通。
57.(2)流程上，与图1所示双工质联合循环热泵装置相比较，不同之处在于：压缩机1排放的循环工质流经供热器6放热降温，进入膨胀机2降压作功至一定程度之后流经高温回热器12放热降温，再之后进入膨胀机2继续降压作功；膨胀机2排放的循环工质流经降压冷凝器3吸热升温，进入压缩机1升压升温至一定程度之后流经高温回热器12吸热升温，再之后进入压缩机1继续升压升温并向供热器6排放，形成双工质联合循环热泵装置。
58.本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的双工质联合循环热泵装置，具有如下效果和优势：
59.(1)提供了机械能制冷与制热利用(能差利用)的新技术。
60.(2)实现小温差传热，降低两个循环子系统之间的传热温差损失，提升装置性能指数。
61.(3)有效降低冷凝液显热对获取低温热负荷的不利影响，提高装置性能指数。
62.(4)实现高温供热/变温供热，有利于提升减少供热环节传热温差，提高热泵装置的热力学完善度。
63.(5)以相变过程实现低温热负荷获取，有利于提升低温热负荷利用水平。
64.(6)工作参数范围得到大幅度扩展，实现高效供热与高效高温供热。
65.(7)降低工作压力，提高装置安全性。
66.(8)采用双工质，有利于扩展制冷和供热参数范围，有利于调节压力参数范围。
67.(9)适用范围广，能够很好地适应供能需求，工质与工作参数之间匹配灵活。
68.(10)提供多种技术方案，实现机械能在制冷、高温供热和变温供热领域的高效利用。