動(dòng)能回饋熱泵的制作方法
【專利摘要】一種動(dòng)能回饋熱泵，利用氣體被壓縮時(shí)內(nèi)能增加溫度升高，和壓縮氣體對(duì)外做功后體積增大內(nèi)能減少溫度降低的原理。以氣體為熱能的載體，通過對(duì)氣體的壓縮升溫得到高溫?zé)嵩磳?duì)目標(biāo)加熱，對(duì)目標(biāo)加熱后的氣體溫度降低，再對(duì)外做功后體積增大內(nèi)能減少溫度降低，從而從外界吸熱組成一個(gè)熱泵系統(tǒng)。如圖所示，工質(zhì)氣體經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后溫度升高進(jìn)入制熱器對(duì)目標(biāo)加熱，對(duì)目標(biāo)加熱后進(jìn)入動(dòng)能回收機(jī)做功體積增大溫度降低，然后進(jìn)入吸熱器從外界吸熱，再進(jìn)入壓縮機(jī)。如此循環(huán)在一個(gè)密閉的系統(tǒng)，同時(shí)動(dòng)能回收機(jī)所得動(dòng)能補(bǔ)償壓縮機(jī)。該熱泵系統(tǒng)克服傳統(tǒng)熱泵冷凝溫度較低，不能得到高品味熱源的缺點(diǎn)，是一種理想的節(jié)能新產(chǎn)品。
【專利說明】動(dòng)能回饋熱泵

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]發(fā)明涉及一種新型熱泵，以氣體為熱能的載體，通過對(duì)氣體的壓縮升溫得到高溫?zé)嵩磳?duì)目標(biāo)加熱，對(duì)目標(biāo)加熱后的氣體溫度降低，再對(duì)外做功后體積增大內(nèi)能減少溫度降低，從而從外界吸熱組成一個(gè)熱泵系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有熱泵技術(shù)受工質(zhì)氣體臨界溫度、冷凝溫度以及高泵高耗能的影響，不能很好地得到高溫?zé)嵩?，限制了熱泵技術(shù)在較高熱源要求領(lǐng)域的發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]動(dòng)能回饋熱泵，利用氣體被壓縮時(shí)內(nèi)能增加溫度升高，和壓縮氣體對(duì)外做功后體積增大內(nèi)能減少溫度降低的原理。如圖1，以氣體為熱能的載體，通過對(duì)氣體的壓縮升溫得到高溫?zé)嵩磳?duì)目標(biāo)加熱，對(duì)目標(biāo)加熱后的氣體溫度降低，再對(duì)外膨脹做功后體積增大內(nèi)能減少溫度降低，從而從外界吸熱，如此循環(huán)形成一個(gè)熱泵系統(tǒng)。同時(shí)氣體對(duì)外做功所得動(dòng)能回饋壓縮機(jī)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖2為動(dòng)能回饋熱泵結(jié)構(gòu)及主要部件，I為壓縮機(jī)，2為散熱器，3為熱交換器，4為儲(chǔ)氣箱，5為動(dòng)能回收機(jī)，6為吸熱器，7為動(dòng)能回收機(jī)，8為吸熱器，9壓強(qiáng)差感應(yīng)控制器，10為壓強(qiáng)差感應(yīng)控制器，11為溫度感測器。其中I壓縮機(jī)和5動(dòng)能回收機(jī)、7動(dòng)能回收機(jī)連桿相連，由外界對(duì)其做功，做同步往復(fù)運(yùn)動(dòng)；3熱交換器的結(jié)構(gòu)如圖3 (由a — b散熱管和熱交換箱組成，a — b散熱管在熱交換箱中，對(duì)目標(biāo)加熱后的工質(zhì)氣體從a端進(jìn)入到b端逐漸散熱降溫，壓縮前工質(zhì)氣體從c端進(jìn)入到d端逐漸吸熱升溫，達(dá)到充分的熱交換，熱交換器外殼由絕熱性能好的材料制做，避免外界對(duì)熱交換的影響);4儲(chǔ)氣箱作用為平緩壓縮后氣體的壓強(qiáng)；5動(dòng)能回收機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖4(動(dòng)能回收機(jī)活塞有效做功距離為a — b，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到b端排氣門控制閥關(guān)閉，進(jìn)氣門控制閥打開，壓縮氣體進(jìn)入氣缸推動(dòng)活塞向a端運(yùn)動(dòng)做功，到達(dá)c的位置進(jìn)氣門關(guān)閉，氣體繼續(xù)推動(dòng)活塞向a端運(yùn)動(dòng)做功，做功完成排氣門打開，活塞向b端運(yùn)動(dòng)，到達(dá)b端時(shí)排氣門控制閥關(guān)閉，進(jìn)氣門打開，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次做功，如此循環(huán)。位置c為可調(diào)性，增大和減小b - c以增大和減小做功前氣體進(jìn)入氣缸的體積)，其工作原理為，壓縮散熱后的工質(zhì)氣體膨脹推動(dòng)動(dòng)能回收機(jī)做功，膨脹程度為略高于壓縮前壓強(qiáng)(約為壓縮前后壓差的五分之一)；7動(dòng)能回收機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖5 (動(dòng)能回收機(jī)活塞有效做功距離為a — b，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到b端氣門控制閥關(guān)閉，進(jìn)氣門控制閥打開，壓縮氣體進(jìn)入氣缸推動(dòng)活塞向a端運(yùn)動(dòng)做功，到達(dá)c的位置進(jìn)氣門關(guān)閉，氣體繼續(xù)推動(dòng)活塞向a端運(yùn)動(dòng)做功；做功完成排氣門打開，活塞向b端運(yùn)動(dòng)，到達(dá)b端時(shí)排氣門控制閥關(guān)閉，進(jìn)氣門打開，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次做功，如此循環(huán)。位置c為可調(diào)性，增大和減小b — c以增大和減小做功前氣體進(jìn)入氣缸的體積，如此調(diào)節(jié)使排出工質(zhì)氣體壓強(qiáng)與壓縮前工質(zhì)氣體壓強(qiáng)相同)；9壓強(qiáng)差感應(yīng)控制器用以感測氣體做功前后壓強(qiáng)，10壓強(qiáng)差感應(yīng)控制器用以感測5動(dòng)能回收機(jī)氣體做功后壓強(qiáng)；11為溫度感測器壓縮機(jī)排出氣體溫度。如圖所示，I壓縮機(jī)、2散熱器、3熱交換器、4儲(chǔ)氣箱、5動(dòng)能回收機(jī)、6吸熱器、7動(dòng)能回收機(jī)、8吸熱器、3熱交換器、I壓縮機(jī)依次用連接管連接在一個(gè)密閉的系統(tǒng)。9壓強(qiáng)差感應(yīng)控制器用以感測5動(dòng)能回收機(jī)氣體做功前壓強(qiáng)，10為壓強(qiáng)差感應(yīng)控制器用以感測7動(dòng)能回收機(jī)氣體做功前壓強(qiáng)，11溫度感測器用以感測I壓縮機(jī)排出氣體溫度。

【具體實(shí)施方式】
[0005]動(dòng)能回饋熱泵，利用氣體被壓縮時(shí)內(nèi)能增加溫度升高，和壓縮氣體對(duì)外做功后體積增大內(nèi)能減少溫度降低的原理。如圖1，以氣體為熱能的載體，通過對(duì)氣體的壓縮升溫得到高溫?zé)嵩磳?duì)目標(biāo)加熱，對(duì)目標(biāo)加熱后的氣體溫度降低，最大限度地利用氣體的有用熱能(對(duì)目標(biāo)加熱后的氣體再對(duì)壓縮前的氣體進(jìn)行熱交換)，然后再對(duì)外做功后體積增大內(nèi)能減少溫度降低，從而從外界吸熱，同時(shí)最大限度地利用氣體從外界吸熱后增加的有用動(dòng)能，所有回收的動(dòng)能回饋壓縮機(jī)，如此循環(huán)形成一個(gè)熱泵系統(tǒng)。同時(shí)氣體對(duì)外做功所得有用動(dòng)能回饋壓縮機(jī)。
[0006]實(shí)施例一，在常溫條件下，在空氣中吸熱，工質(zhì)氣體設(shè)為干燥的空氣。
[0007]如圖2所示，外界對(duì)I壓縮機(jī)做功，壓縮機(jī)開始?jí)嚎s工質(zhì)氣體，逐漸調(diào)節(jié)5動(dòng)能回收機(jī)c的位置，減少5動(dòng)能回收機(jī)做功工質(zhì)氣體體積以增加做功前工質(zhì)氣體壓強(qiáng)，同時(shí)也調(diào)節(jié)了 I壓縮機(jī)排出工質(zhì)氣體溫度，壓縮后高溫高壓的工質(zhì)氣體進(jìn)入2散熱器對(duì)目標(biāo)加熱，散熱后的工質(zhì)氣體進(jìn)入3熱交換器繼續(xù)散熱對(duì)進(jìn)入I壓縮機(jī)的工質(zhì)氣體加熱讓自身冷卻，再進(jìn)入4儲(chǔ)氣箱，再進(jìn)入5動(dòng)能回收機(jī)做功，所得動(dòng)能回饋I壓縮機(jī)，做功后的工質(zhì)氣體進(jìn)入6吸熱器從外界空氣吸熱，吸熱后的工質(zhì)氣體膨脹動(dòng)能增加，吸熱膨脹后工質(zhì)氣體再進(jìn)入7動(dòng)能回收機(jī)做功恢復(fù)到I壓縮機(jī)壓縮前工質(zhì)氣體壓強(qiáng)，同時(shí)所得動(dòng)能回饋I壓縮機(jī)，做功后工質(zhì)氣體再進(jìn)入8吸熱器從外界空氣吸熱，然后進(jìn)入3熱交換器進(jìn)行加熱，加熱后進(jìn)入I壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，如此循環(huán)。
[0008]在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，I壓縮機(jī)入氣口進(jìn)入的工質(zhì)氣體在3熱交換器中加熱升溫，使I壓縮機(jī)排出工質(zhì)氣體溫度進(jìn)一步升高，以進(jìn)一步調(diào)節(jié)和滿足目標(biāo)的加熱溫度。
[0009]在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，逐漸減小5動(dòng)能回收機(jī)做功工質(zhì)氣體體積，以增加I壓縮機(jī)排出工質(zhì)氣體壓強(qiáng)，同時(shí)就逐漸增加排出工質(zhì)氣體溫度，以進(jìn)一步調(diào)節(jié)和滿足對(duì)目標(biāo)的逐漸加熱。
[0010]在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，I壓縮機(jī)排出氣體溫度高于水的沸點(diǎn)，目標(biāo)溫度便可將水加熱至沸騰并保持水的沸騰。
[0011]在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，5動(dòng)能回收機(jī)為第一級(jí)動(dòng)能回收，7動(dòng)能回收機(jī)為第二級(jí)動(dòng)能回收，5動(dòng)能回收機(jī)排出工質(zhì)氣體與7動(dòng)能回收機(jī)工質(zhì)氣體壓強(qiáng)相當(dāng)，7動(dòng)能回收機(jī)排出工質(zhì)氣體與I壓縮機(jī)進(jìn)入工質(zhì)氣體壓強(qiáng)相當(dāng)，壓縮狀態(tài)的工質(zhì)氣體在5動(dòng)能回收機(jī)和7動(dòng)能回收機(jī)中呈逐漸膨脹狀態(tài)。工質(zhì)氣體在6吸熱器中吸熱后再進(jìn)入7動(dòng)能回收機(jī)，由于吸熱膨脹，動(dòng)能增加，以實(shí)現(xiàn)更大效率的動(dòng)能回收。
[0012]實(shí)施例二，根據(jù)實(shí)施例一內(nèi)容，動(dòng)能回收機(jī)可采用單級(jí)動(dòng)能回收模式。如圖6，單級(jí)動(dòng)能回收模中，第一級(jí)也是最后一級(jí)動(dòng)能回收機(jī)排出氣體壓強(qiáng)相當(dāng)，與I壓縮機(jī)進(jìn)入氣體壓強(qiáng)相當(dāng)，壓強(qiáng)相當(dāng)，單級(jí)動(dòng)能回收模式省去一個(gè)動(dòng)能回收機(jī)和一個(gè)吸熱器，但動(dòng)能回收效率偏低(第二級(jí)以后包括第二級(jí)動(dòng)能回收機(jī)所回收的動(dòng)能小于或等于其機(jī)械損耗時(shí)采用)。
[0013]實(shí)施例三，根據(jù)實(shí)施例一內(nèi)容，動(dòng)能回收機(jī)可采用多級(jí)動(dòng)能回收模式。多級(jí)動(dòng)能回收模式中，最后一級(jí)動(dòng)能回收機(jī)排出氣體與I壓縮機(jī)進(jìn)入氣體壓強(qiáng)相當(dāng)，每一級(jí)動(dòng)能回收加一個(gè)動(dòng)能回收機(jī)和一個(gè)吸熱器，工質(zhì)氣體在進(jìn)入各級(jí)動(dòng)能回收機(jī)和吸熱器過程中呈逐漸吸熱和逐漸膨脹做功狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)最大動(dòng)能回收。但同時(shí)也要考慮能量的機(jī)械損耗，每加一級(jí)動(dòng)能回收以實(shí)際回收有用動(dòng)能大于機(jī)械損耗為原則(同時(shí)第二級(jí)以后包括第二級(jí)動(dòng)能回收的總效率應(yīng)大于單級(jí)動(dòng)能回收的效率，反之采用單級(jí)動(dòng)能回收或減少一級(jí)動(dòng)能回收)。
[0014]實(shí)施例四，如圖7，在外界溫度低于零攝氏度時(shí)，避免外界水分子在吸熱器上凝結(jié)而影響熱交換，可采用單級(jí)動(dòng)能回收，省去吸熱器，工質(zhì)氣體從動(dòng)能回收機(jī)直接排入大氣，而進(jìn)入3熱交換器的工質(zhì)氣體為經(jīng)由一個(gè)過濾器直接從大氣中吸入(動(dòng)能回饋熱泵，吸入的是當(dāng)時(shí)外界溫度的氣體，排出的是低于當(dāng)時(shí)外界溫度的氣體，避免了吸熱器因溫差水分子凝結(jié)，而是直接的不同溫度氣體的交換，從而實(shí)現(xiàn)與外界熱能交換的目的；在外界溫度高于零攝氏度時(shí)，也可采用此結(jié)構(gòu))。
[0015]其它實(shí)施方式:壓縮機(jī)可換用螺桿式，離心式等其它更多方式；工質(zhì)氣體在密閉條件下也可換作其它氣體；動(dòng)能回收機(jī)也可換作葉輪式等其它更多方式。
[0016]根據(jù)外界溫度環(huán)境，可采用不同的實(shí)施例；根據(jù)不同的可回收動(dòng)能，可采用不同級(jí)數(shù)的動(dòng)能回收；根據(jù)I壓縮機(jī)排出氣體溫度的不同，可用于不同的制熱范圍，主要可用于室內(nèi)的制熱取暖(20°c左右)、生活熱水制取(50°C左右)、高溫?zé)嵩粗迫?90°C左右)，以及高于100°C熱源的更多應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1.一種動(dòng)能回饋熱泵，其特征是:利用氣體被壓縮時(shí)內(nèi)能增加溫度升高，和壓縮氣體對(duì)外做功后體積增大內(nèi)能減少溫度降低的原理，以氣體為熱能的載體，通過對(duì)氣體的壓縮升溫得到高溫?zé)嵩磳?duì)目標(biāo)加熱，對(duì)目標(biāo)加熱后的氣體溫度降低，再對(duì)外做功后體積增大內(nèi)能減少溫度降低，從而從外界吸熱組成一個(gè)熱泵系統(tǒng)，同時(shí)氣體對(duì)外做功所得動(dòng)能回饋壓縮機(jī)；主要由壓縮機(jī)，散熱器，熱交換器，儲(chǔ)氣箱，動(dòng)能回收機(jī)，吸熱器組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)能回饋熱泵，其特征是:壓縮機(jī)入氣口進(jìn)入的工質(zhì)氣體在熱交換器中加熱升溫，使壓縮機(jī)排出工質(zhì)氣體溫度進(jìn)一步升高，以進(jìn)一步滿足目標(biāo)的加熱溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)能回饋熱泵，其特征是:逐漸減小動(dòng)能回收機(jī)做功工質(zhì)氣體體積，以增加壓縮機(jī)排出工質(zhì)氣體壓強(qiáng)，同時(shí)就逐漸增加排出工質(zhì)氣體溫度，以進(jìn)一步調(diào)節(jié)和滿足對(duì)目標(biāo)的逐漸加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)能回饋熱泵，其特征是:動(dòng)能回收機(jī)可采用多級(jí)動(dòng)能回收模式。
5.多級(jí)動(dòng)能回收模式中，最后一級(jí)動(dòng)能回收機(jī)排出氣體與壓縮機(jī)進(jìn)入氣體壓強(qiáng)相當(dāng)，每一級(jí)動(dòng)能回收加一個(gè)動(dòng)能回收機(jī)和一個(gè)吸熱器，工質(zhì)氣體在進(jìn)入各級(jí)動(dòng)能回收機(jī)和吸熱器過程中呈逐漸吸熱和逐漸膨脹做功狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)最大動(dòng)能回收；同時(shí)考慮能量的機(jī)械損耗，每加一級(jí)動(dòng)能回收以實(shí)際回收有用動(dòng)能大于機(jī)械損耗為原則，每加一級(jí)動(dòng)能回收能實(shí)現(xiàn)增加回收的有用動(dòng)能總效率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)能回饋熱泵，其特征是:在外界溫度低于零攝氏度時(shí)，避免外界水分子在吸熱器上凝結(jié)而影響熱交換，采用單級(jí)動(dòng)能回收，省去吸熱器，工質(zhì)氣體從動(dòng)能回收機(jī)直接排入大氣，而進(jìn)入熱交換器的工質(zhì)氣體為經(jīng)由一個(gè)過濾器直接從大氣中吸入。
【文檔編號(hào)】F25B30/02GK104422197SQ201310361241
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】易真平 申請(qǐng)人:易真平