一种高效超级热泵换热装置的制作方法

1.本实用新型属于能源利用技术领域，特别是涉及一种高效超级热泵换热装置。


背景技术：

2.在能源利用领域，各种工业与民用工艺存在着大量的换热过程。根据牛顿第二定律，热量可以自发地从高温物体传递到低温物体，该换热工况仅使用普通的换热器即可实现；如果需要将热量从低温物体传递给高温物体，则需要消耗一定量的高品位能量，如电、高温蒸汽或热水等。同时，我国工业能耗占总能耗的70％以上，其中至少50％转化为载体不同、温度不同的工业余热，大部分可回收利用；而目前我国工业余热资源回收率仅约为30％，大力开展工业余热综合利用的基础研究和工业实践，对推动我国节能减排重大战略目标的实现具有重要的意义。在余热利用领域热泵技术具有显著的节能减排优势，但是工业余热具有热量分布范围广和温度不稳定的特点，为了深度回收各种余热废热，实现热源与热汇的大温差换热，满足生产工艺和民用场合需求，本发明提出了一种超级热泵装置，实现热源与热汇的大温差换热同时，并根据热源与热汇温度变化运行实现灵活高效换热过程。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是针对现有技术的不足提出一种高效超级热泵换热装置，其特征在于：该换热装置由热汇入口1、热汇出口2、热源出口3、热源入口4、a换热器5、b换热器6、c换热器7、d换热器8、a压缩装置9、b压缩装置10、a转轴11、b转轴12、a通道开关13、b通道开关14、a阀门15、b阀门(16、c阀门17、d阀门18、a驱动装置19、b驱动装置20、a循环工质和b循环工质构成；其中a压缩装置9包括a低压腔9a、a中压腔9b、a高压腔9c、a驱动装置19和a转轴11；b压缩装置10包括b低压腔10a、b中压腔10b、b高压腔10c、b驱动装置20和b转轴12；a转轴11上安装a叶片11a和b叶片11b、b转轴12上安装c叶片12a和d叶片12b。
4.所述a循环工质依次经过a换热器5、a阀门15、c换热器7和a压缩装置9返回a换热器5；b循环工质依次经过b换热器6、c阀门17、d换热器8和b压缩装置10返回b换热器6；热汇从热汇入口1依次经过a换热器5和b换热器6被加热，热源从热源入口4依次经过d换热器8和c换热器7被冷却。
5.所述a换热器5与b换热器6的主管道串联；c换热器7与d换热器8的主管道串联；a换热器5的换热管一端通过a阀门15分别与c换热器7的换热管一端和b阀门16相连，b阀门16与a压缩装置9相连；a换热器5的换热管另一端与a高压腔9c连接；c换热器7的换热管一端与a低压腔9a连接；
6.所述b换热器6的换热管一端通过c阀门17分别与d换热器8的换热管一端和d阀门18相连，d阀门18与b压缩装置10相连；b换热器6的换热管另一端与b高压腔10c相连；d换热器8的换热管另一端与b低压腔10a。
7.所述a压缩装置9包括a低压腔9a、a中压腔9b、a高压腔9c、a驱动装置19、a通道开关
13和a转轴11；a转轴11通过a低压腔9a和a中压腔9b之间的支架固定在该两个腔内；在a低压腔9a内，a转轴11上装有a叶片11a，在a中压腔9b内，a转轴11上装有b叶片11b；a驱动装置19固定在a低压腔9a下面，并与a转轴11连接，
8.所述b压缩装置10包括b低压腔10a、b中压腔10b、b高压腔10c、b驱动装置20、b通道开关14和b转轴12；b转轴12通过b低压腔10a和b中压腔10b之间的支架固定在该两个腔内，在b低压腔10a内，b转轴12上安装c叶片12a，在b中压腔10b内，b转轴12上安装d叶片12b；b驱动装置20固定在b低压腔10a下面，并与b转轴12连接。
9.所述热源及热汇采用两级及以上换热器串联加热。
10.所述转轴上安装的叶片采用涡旋式、离心式、活塞式或螺杆式叶片。
11.所述循环工质循环工质a为水和循环工质b二氧化碳。
12.本实用新型有益效果是提出个超级热泵装置，实现热源与热汇的大温差换热同时，并根据热源与热汇温度变化运行实现灵活高效换热过程。
附图说明
13.图1为高效超级热泵换热装置示意图。
具体实施方式
14.本实用新型提出一种高效超级热泵换热装置，下面结合附图对本实用新型予以说明。
15.如图1所示的高效超级热泵换热装置示意图。图中所示的换热装置由热汇入口1、热汇出口2、热源出口3、热源入口4、a换热器5、b换热器6、c换热器7、d换热器8、a压缩装置9、b压缩装置10、a转轴11、b转轴12、a通道开关13、b通道开关14、a阀门15、b阀门(16、c阀门17、d阀门18、a驱动装置19、b驱动装置20、a循环工质和b循环工质构成；所述a换热器5与b换热器6的主管道串联；c换热器7与d换热器8的主管道串联；a换热器5的换热管一端通过a阀门15分别与c换热器7的换热管一端和b阀门16相连，b阀门16与a压缩装置9相连；a换热器5的换热管另一端与a高压腔9c连接；c换热器7的换热管一端与a低压腔9a连接；
16.所述b换热器6的换热管一端通过c阀门17分别与d换热器8的换热管一端和d阀门18相连，d阀门18与b压缩装置10相连；b换热器6的换热管另一端与b高压腔10c相连；d换热器8的换热管另一端与b低压腔10a。所述换热器采用壳管式、板式或者热管式换热方式。所述热源及热汇采用两级及以上换热器串联加热。
17.所述a压缩装置9包括a低压腔9a、a中压腔9b、a高压腔9c、a驱动装置19、a通道开关13和a转轴11；a转轴11通过a低压腔9a和a中压腔9b之间的支架固定在该两个腔内；在a低压腔9a内，a转轴11上装有a叶片11a，在a中压腔9b内，a转轴11上装有b叶片11b；a驱动装置19固定在a低压腔9a下面，并与a转轴11连接，
18.所述b压缩装置10包括b低压腔10a、b中压腔10b、b高压腔10c、b驱动装置20、b通道开关14和b转轴12；b转轴12通过b低压腔10a和b中压腔10b之间的支架固定在该两个腔内，在b低压腔10a内，b转轴12上安装c叶片12a，在b中压腔10b内，b转轴12上安装d叶片12b；b驱动装置20固定在b低压腔10a下面，并与b转轴12连接。
19.高效超级热泵换热装置的换热过程为所述a循环工质(水)依次经过a换热器5、a阀
门15、c换热器7和a压缩装置9返回a换热器5；b循环工质(二氧化碳)依次经过b换热器6、c阀门17、d换热器8和b压缩装置10返回b换热器6；热汇从热汇入口1依次经过a换热器5和b换热器6被加热，热源从热源入口4依次经过d换热器8和c换热器7被冷却。其中，热源入口和出口温度为30℃/5℃，热汇入口温度为50℃：
20.具体的高效超级热泵换热装置的换热运行包括：
21.(1)a通道开关13开启，b阀门16关闭，a驱动装置19开启，b驱动装置20关闭，a循环工质进行循环，b循环工质不循环，a循环工质在c换热器7中被加热变为蒸汽进入a压缩装置9，在a低压腔9a中被b叶片11b压缩后进入a中压腔9b，a循环工质不经过a叶片11a压缩直接经过通a道开关13进入a高压腔9c，a循环工质进入a换热器5加热热汇，再经过a阀门15返回c换热器7。
22.(2)a通道开关13关闭，b阀门16关闭，a驱动装置19开启，b驱动装置20关闭，a循环工质进行循环，b循环工质不循环，a循环工质在c换热器(7)中被加热变为蒸汽进入a压缩装置(9)，在a低压腔(9a)中被b叶片(11b)压缩后进入a中压腔(9b)，a循环工质再经过a叶片11a压缩进入a高压腔9c，a循环工质进入a换热器5加热热汇，再经a过阀门15返回c换热器7。
23.(3)通道a开关13关闭，b阀门16开启，a驱动装置19开启，b驱动装置20关闭，a循环工质进行循环，b循环工质不循环，a循环工质在c换热器7中被加热变为蒸汽进入a压缩装置9，在a低压腔9a中被b叶片11b压缩后进入a中压腔9b，a循环工质再经过a叶片11a压缩进入a高压腔9c，a循环工质进入a换热器5加热热汇，再经过a阀门15后部分a循环工质进入a压缩装置9，其余a循环工质返回c换热器7。
24.(4)a通道开关13关闭，b阀门16开启，b通道开关14开启，d阀门18关闭，a驱动装置19开启，b驱动装置20开启，a循环工质进行循环，b循环工质进行循环，a循环工质在c换热器7中被加热变为蒸汽进入a压缩装置9，在a低压腔9a中被b叶片11b压缩后进入a中压腔9b，a循环工质再经过a叶片11a压缩进入a高压腔9c，a循环工质进入a换热器5加热热汇，再经过a阀门15后部分a循环工质进入a压缩装置9，其余a循环工质返回c换热器7，b循环工质在d换热器8中被加热变为蒸汽进入b压缩装置10，在b低压腔10a中被d叶片12b压缩后进入b中压腔10b，a循环工质再不经过c叶片12a压缩进入b高压腔10c，b循环工质进入b换热器6加热热汇，再经过c阀门17返回d换热器8。
25.(5)a通道开关13关闭，b阀门16开启，b通道开关14关闭，d阀门18关闭，a驱动装置19开启，b驱动装置20开启，a循环工质进行循环，b循环工质进行循环，a循环工质在c换热器7中被加热变为蒸汽进入a压缩装置9，在a低压腔9a中被b叶片11b压缩后进入a中压腔9b，a循环工质再经过a叶片11a压缩进入a高压腔9c，a循环工质进入a换热器5加热热汇，再经过a阀门15后部分a循环工质进入a压缩装置9，其余a循环工质返回c换热器7，b循环工质在d换热器8中被加热变为蒸汽进入b压缩装置10，在b低压腔10a被d叶片12b压缩后进入b中压腔10b，a循环工质再经过c叶片12a压缩进入b高压腔10c，b循环工质进入b换热器6加热热汇，再经过c阀门17返回d换热器8。
26.(6)a通道开关13关闭，b阀门16开启，b通道开关14关闭，d阀门18开启，a驱动装置19开启，b驱动装置20开启，a循环工质进行循环，b循环工质进行循环，a循环工质在c换热器7中被加热变为蒸汽进入a压缩装置9，在a低压腔9a中被b叶片11b压缩后进入a中压腔9b，a循环工质再经过a叶片11a压缩进入a高压腔9c，a循环工质进入a换热器5加热热汇，再经过a
阀门15后部分a循环工质进入a压缩装置9，其余a循环工质返回c换热器7，b循环工质在d换热器8中被加热变为蒸汽进入b压缩装置10，在b低压腔10a中被d叶片12b压缩后进入中b压腔10b，a循环工质再经过c叶片12a压缩进入b高压腔10c，b循环工质进入b换热器6加热热汇，再经过c阀门17部分b循环工质进入b压缩装置10，其余b循环工质返回d换热器8。