超级热泵.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010274402.6 (22)申请日 2020.04.09 (71)申请人 华北电力大学 地址 102206 北京市昌平区回龙观镇北农 路2号华北电力大学 (72)发明人 孙健戈志华杜小泽 (51)Int.Cl. F24H 4/02(2006.01) F25B 30/02(2006.01) (54)发明名称 一种超级热泵 (57)摘要 本发明提出了一种超级热泵， 属于能量转化 领域。 其采用了两个双侧相变换热器和三个压缩 机采用五种工质完成循环过程， 在双侧相变换热 器的。

2、传热管的内部空间和外部空间同时完成传 热和传质的过程， 相比现有技术具有制热温度可 达150以上、 热源和热汇的出口温差达到50 以上和无需其它冷源或者热源辅助的换热优势。 由于超级热泵的温度工作范围相比现有技术显 著的得到提升， 在工业或者民用场合有较为广阔 的应用前景。 权利要求书2页 说明书3页 附图1页 CN 111336685 A 2020.06.26 CN 111336685 A 1.一种超级热泵， 其特征在于： 由吸收器1、 双相变换热器A2、 双相变换热器B3、 蒸发器 4、 冷凝器5、 压缩机A6、 压缩机B7、 压缩机C8、 换热器A9、 换热器B10、 减压器A11、 减。

3、压器B12、 循环泵A13、 循环泵B14、 热汇入口15、 热汇出口16、 热源出口17、 热源入口18、 喷嘴19和能量 交换器20构成。 所述超级热泵中， 吸收器1与压缩机A6和换热器A9相连， 双相变换热器A2与压缩机A6、 换热器A9、 循环泵A13、 压缩机C8和换热器B10相连， 双相变换热器B3与循环泵B14、 换热器 B10、 减压器B12和压缩机B7相连， 冷凝器5与压缩机B7、 减压器B12、 双相变换热器B3和减压 器A11相连， 蒸发器4与压缩机C8和减压器A11相连， 压缩机A6与吸收器1和双相变换热器A2 相连， 压缩机B7与双相变换热器B3和冷凝器5相连， 压缩。

4、机C8与蒸发器4和双相变换热器A2 相连， 换热器A9与吸收器1、 双相变换热器A2和循环泵A13相连， 换热器B10与循环泵B14、 双 相变换热器B3和双相变换热器A2相连。 所述超级热泵中， 介质A离开双相变换热器A2后经压缩机A6进入吸收器1。 介质A和介质 B的混合物离开吸收器1后， 依次经过换热器A9、 双相变换热器A2和循环泵A13后， 再次经过 换热器A9返回吸收器1， 如此往复循环。 介质C离开双相变换热器B3后依次经过冷凝器5、 蒸 发器4和压缩机C8后进入双相变换热器A2。 介质C和介质D的混合物离开双相变换热器A2后 经过换热器B10、 双相变换热器B3、 循环泵B14。

5、和换热器B10后返回双相变换热器A2。 介质E离 开冷凝器5后经压缩机B7、 双相变换热器B3和减压器B12后返回冷凝器5， 如此往复循环。 所述超级热泵中， 其内部循环原理为： 在吸收器1中被压缩机A6压缩后的气态介质A进 入介质A和介质B组成的混合物中释放热量用以加热热汇， 介质A和介质B组成的混合物之后 经过换热器A9后进入双相变换热器A2中的能量交换器20的内部空间被能量交换器20的外 部空间的介质C和介质D组成的混合物加热， 介质A和介质B组成的混合物分离出部分气态介 质A进入压缩机A6， 剩余介质A和介质B组成的混合物经过循环泵A13和换热器A9进入吸收器 1。 介质C和介质D的混。

6、合物在双相变换热器B3中被气态介质E冷凝相变热量加热， 其中产生 的其它介质C进入冷凝器5， 气态的介质C加热介质E后变为液态， 液态的介质C经过减压器 A11后进入蒸发器4被热源的热量加热再次变为气态， 气态的介质C经过压缩机C8升温升压 后进入双相变换热器A2， 如此循环。 介质E在双相变换热器B3中由气态变为液态， 在冷凝器5 中由液态变成气态， 如此循环。 2.根据权利要求1所述的一种超级热泵， 其特征在于： 其内部循环介质由介质A、 介质B、 介质C、 介质D和介质E组成， 其中介质A和介质B组成介质对， 且介质A的沸点低于介质B， 介质 C和介质D组成介质对， 且介质C的沸点低于介。

7、质D， 介质A、 介质B、 介质C、 介质D和介质E的各 自成分为单一化学物或两种化学物的混合物。 3.根据权利要求1所述的一种超级热泵， 其特征在于： 蒸发器4用于提取热源的热量， 吸 收器1用于向热汇释放热量。 4.根据权利要求1所述的一种超级热泵， 其特征在于： 同时使用两个双相变换热器， 其 中双相变换热器A2中采用了垂直布置的能量交换器20， 内部空间和外部空间同时完成传热 和传质的过程， 显著的提升了传热和传质的效率， 进而显著的提升了超级热泵的整体性能。 双相变换热器A2中采用喷嘴19将介质C和介质D的混合物进行水平方向喷洒于能量交换器 20的外部空间， 将介质C和介质D的混合物。

8、喷洒于完整的能量交换器壁面， 解决了 “光区” 的 问题， 为了在相同体积下增加传热和传质的面积， 能量交换器20的横截面为圆形、 方形或者 权利要求书 1/2 页 2 CN 111336685 A 2 不规则形状。 5.根据权利要求1所述的一种超级热泵， 其特征在于： 使用三个压缩机分别对介质A、 介 质C和介质E进行升温升压过程， 各个压缩机为电机驱动或者机械驱动。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111336685 A 3 一种超级热泵 技术领域 0001 本发明属于能量转化技术领域， 特别是涉及一种从热量从低温物体向高温物体转 移的装置。 背景技术 0002 在能量转化领域存在大量的。

9、换热过程， 依据热力学第二定律： 热量只能自发的从 高温物体传向低温物体。 如果需要将热量从低温物体传向高温物体则需要消耗一定的代 价。 温差是热量传递的推动力， 当需要将热量从高温物体传递到低温物体时仅需要常规的 换热器即可， 但是若将热量从低温物体传递到高温物体则需要借助热泵等设备。 常规的热 泵设备受循环工质性能和流程的限制， 一般只能工作在100以下的温度范围， 而且高温物 体和低温物体温差不高于30， 因此导致在整个能量温度范围内热泵所能应用的范围较 窄。 0003 本发明提出了一种超级热泵循环， 利用蒸汽压缩过程和吸收再生过程构建了一种 新的热泵循环， 该循环相比现有热泵技术具有以。

10、下显著优点： (1)制热温度可达150以上； (2)热源和热汇出口温差达到50以上； (3)无需其它冷源或者热源辅助。 0004 由于超级热泵的温度工作范围相比现有热泵技术获得了大幅度的提升， 进了提升 了热源和热汇换热的换热范围， 在工业或者民用场合有较为广阔的应用前景。 发明内容 0005 该发明提出了一种超级热泵， 制热温度达到150以上， 并且在换热过程中无需额 外的冷源或者热源进行辅助， 显著的提升了工业或者民用应用场合高温物体和低温物体换 热效率和换热温度范围。 0006 该发明提出了一种将热量从低温物体转移到高温物体的超级热泵， 该超级热泵由 吸收器1、 双相变换热器A2、 双相。

11、变换热器B3、 蒸发器4、 冷凝器5、 压缩机A6、 压缩机B7、 压缩 机C8、 换热器A9、 换热器B10、 减压器A11、 减压器B12、 循环泵A13、 循环泵B14、 热汇入口15、 热 汇出口16、 热源出口17、 热源入口18、 喷嘴19和能量交换器20构成。 0007 所述超级热泵的内部循环介质由介质A、 介质B、 介质C、 介质D和介质E组成， 其中介 质A和介质B组成介质对， 且介质A的沸点低于介质B， 介质C和介质D组成介质对， 且介质C的 沸点低于介质D。 0008 所述超级热泵中， 吸收器1与压缩机A6和换热器A9相连， 双相变换热器A2与压缩机 A6、 换热器A9、。

12、 循环泵A13、 压缩机C8和换热器B10相连， 双相变换热器B3与循环泵B14、 换热 器B10、 减压器B12和压缩机B7相连， 冷凝器5与压缩机B7、 减压器B12、 双相变换热器B3和减 压器A11相连， 蒸发器4与压缩机C8和减压器A11相连， 压缩机A6与吸收器1和双相变换热器 A2相连， 压缩机B7与双相变换热器B3和冷凝器5相连， 压缩机C8与蒸发器4和双相变换热器 A2相连， 换热器A9与吸收器1、 双相变换热器A2和循环泵A13相连， 换热器B10与循环泵B14、 双相变换热器B3和双相变换热器A2相连。 说明书 1/3 页 4 CN 111336685 A 4 0009 。

13、所述超级热泵中， 介质A离开双相变换热器A2后经压缩机A6进入吸收器1。 介质A和 介质B的混合物离开吸收器1后， 依次经过换热器A9、 双相变换热器A2和循环泵A13后， 再次 经过换热器A9返回吸收器1， 如此往复循环。 介质C离开双相变换热器B3后依次经过冷凝器 5、 蒸发器4和压缩机C8后进入双相变换热器A2。 介质C和介质D的混合物离开双相变换热器 A2后经过换热器B10、 双相变换热器B3、 循环泵B14和换热器B10后返回双相变换热器A2。 介 质E离开冷凝器5后经压缩机B7、 双相变换热器B3和减压器B12后返回冷凝器5， 如此往复循 环。 0010 所述超级热泵中， 其内部循。

14、环原理为： 在吸收器1中被压缩机A6压缩后的气态介质 A进入介质A和介质B组成的混合物中释放热量用以加热热汇， 介质A和介质B组成的混合物 之后经过换热器A9后进入双相变换热器A2中的能量交换器20的内部空间被能量交换器20 的外部空间的介质C和介质D组成的混合物加热， 介质A和介质B组成的混合物分离出部分气 态介质A进入压缩机A6， 剩余介质A和介质B组成的混合物经过循环泵A13和换热器A9进入吸 收器1。 介质C和介质D的混合物在双相变换热器B3中被气态介质E冷凝相变热量加热， 其中 产生的其它介质C进入冷凝器5， 气态的介质C加热介质E后变为液态， 液态的介质C经过减压 器A11后进入蒸。

15、发器4被热源的热量加热再次变为气态， 气态的介质C经过压缩机C8升温升 压后进入双相变换热器A2， 如此循环。 介质E在双相变换热器B3中由气态变为液态， 在冷凝 器5中由液态变成气态， 如此循环。 0011 所述超级热泵中， 蒸发器4用于提取热源的热量， 吸收器1用于向热汇释放热量。 0012 所述超级热泵中， 同时使用两个双相变换热器， 其中双相变换热器A2中采用了垂 直布置的能量交换器20， 内部空间和外部空间同时完成传热和传质的过程， 显著的提升了 传热和传质的效率， 进而显著的提升了超级热泵的整体性能。 双相变换热器A2中采用喷嘴 19将介质C和介质D的混合物进行水平方向喷洒于能量交。

16、换器20的外部空间， 将介质C和介 质D的混合物喷洒于完整的能量交换器壁面， 解决了 “光区” 的问题， 为了在相同体积下增加 传热和传质的面积， 能量交换器20的横截面为圆形、 方形或者不规则形状。 0013 所述超级热泵中使用三个压缩机分别对介质A、 介质C和介质E进行升温升压过程， 各个压缩机为电机驱动或者机械驱动。 附图说明 0014 图1是超级热泵系统图。 0015 附图标记： 0016 1-吸收器、 2-双相变换热器A、 3-双相变换热器B、 4-蒸发器、 5-冷凝器、 6-压缩机A、 7-压缩机B、 8-压缩机C、 9-换热器A、 10-换热器B、 11-减压器A、 12-减压器。

17、B、 13-循环泵A、 14- 循环泵B、 15-热汇入口、 16-热汇出口、 17-热源出口、 18-热源入口、 19-喷嘴， 20-能量交换器 具体实施方式 0017 为使本发明实施的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发明实施例中 的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。 在附图中， 自始至终相同或类 似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。 所描述的实施例是本发明 一部分实施例， 而不是全部的实施例。 下面通过参考附图描述的实施例是示例性的， 旨在用 说明书 2/3 页 5 CN 111336685 A 5 于解释本发明， 而不能理解为对本发明。

18、的限制。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人 员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。 0018 该实施例的内部循环中， 介质A为R32， 介质B为R22， 介质C为R11， 介质D为R143a， 介 质E为R290。 0019 该实施例中， 吸收器1与压缩机A6和换热器A9相连， 双相变换热器A2与压缩机A6、 换热器A9、 循环泵A13、 压缩机C8和换热器B10相连， 双相变换热器B与循环泵B14、 换热器 B10、 减压器B12和压缩机B7相连， 冷凝器5与压缩机B7、 减压器B12、 双相变换热器B3和减压 器A11相连， 蒸发器4与压缩机。

19、C8和减压器A11相连， 压缩机A6与吸收器1和双相变换热器A2 相连， 压缩机B7与双相变换热器B3和冷凝器5相连， 压缩机C8与蒸发器4和双相变换热器A2 相连， 换热器A9与吸收器1、 双相变换热器A2和循环泵A13相连， 换热器B10与循环泵B14、 双 相变换热器B3和双相变换热器A2相连。 0020 该实施例中， R32离开双相变换热器A2后经压缩机A6进入吸收器1。 R32和R22的混 合物离开吸收器1后， 依次经过换热器A9、 双相变换热器A2和循环泵A13后， 再次经过换热器 A9返回吸收器1， 如此往复循环。 R11离开双相变换热器B3后依次经过冷凝器5、 蒸发器4和压 缩。

20、机C8后进入双相变换热器A2。 R11和R143a的混合物离开双相变换热器A2后经过换热器 B10、 双相变换热器B3、 循环泵B14和换热器B10后返回双相变换热器A2。 R290离开冷凝器5后 经压缩机B7、 双相变换热器B3和减压器B12后返回冷凝器5， 如此往复循环。 0021 该实施例中， 内部循环原理为： 在吸收器1中被压缩机A6压缩后的气态R32进入R32 和R22组成的混合物中释放热量用以加热热汇， R32和R22组成的混合物之后经过换热器A9 后进入双相变换热器A2中的能量交换器20的内部空间被能量交换器20的外部空间的R11和 R143a组成的混合物加热， R32和R22组。

21、成的混合物分离出部分气态R32进入压缩机A6， 剩余 R32和R22组成的混合物经过循环泵A13和换热器A9进入吸收器1。 R11和R143a的混合物在双 相变换热器B3中被气态R290冷凝相变热量加热， 其中产生的其它R11进入冷凝器5， 气态的 R11加热R290后变为液态， 液态的R11经过减压器A11后进入蒸发器4被热源的热量加热再次 变为气态， 气态的R11经过压缩机C8升温升压后进入双相变换热器A2， 如此循环。 R290在双 相变换热器B3中由气态变为液态， 在冷凝器5中由液态变成气态， 如此循环。 0022 该实施例中， 一股110热水由热汇入口15进入吸收器1后被加热至150。

22、由热汇 出口16离开， 另外一股80的热水由热源入口18进入蒸发器4被降温至50经热源出口17 离开。 0023 该实施例中， 同时使用两个双相变换热器， 其中双相变换热器A2中采用了垂直布 置的能量交换器20， 内部空间和外部空间同时完成传热和传质的过程， 显著的提升了传热 和传质的效率， 进而显著的提升了超级热泵的整体性能。 双相变换热器A2中采用喷嘴19将 R11和R143a的混合物进行水平方向喷洒于能量交换器20的外部空间， 将R11和R143a的混合 物喷洒于完整的能量交换器壁面， 解决了 “光区” 的问题， 能量交换器20的横截面为菱形。 0024 最后需要指出的是： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制。 尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解： 其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等同替 换； 而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。 说明书 3/3 页 6 CN 111336685 A 6 图1 说明书附图 1/1 页 7 CN 111336685 A 7 。