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，充分利用冷凝液的显热和尽力消除冷凝液降压副作用，部件简单化，并采用简单技术手段有效降低两个循环子系统之间传热温差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，主要由双能压缩机、膨胀增速机、喷管、压缩机、涡轮机、供热器、冷凝器、第二冷凝器和蒸发器所组成；双能压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀增速机连通，膨胀增速机还有循环工质通道经冷凝器和第二冷凝器与双能压缩机连通；压缩机有第二循环工质通道经第二冷凝器、喷管、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，膨胀增速机和涡轮机连接双能压缩机和压缩机并传输动力，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，主要由双能压缩机、膨胀增速机、喷管、第二双能压缩机、涡轮机、供热器、冷凝器、第二冷凝器和蒸发器所组成；双能压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀增速机连通，膨胀增速机还有循环工质通道经冷凝器和第二冷凝器与双能压缩机连通；第二双能压缩机有第二循环工质通道经第二冷凝器、喷管、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，膨胀增速机和涡轮机连接双能压缩机和第二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，主要由双能压缩机、膨胀增速机、喷管、第二双能压缩机、第二喷管、供热器、冷凝器、第二冷凝器和蒸发器所组成；双能压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀增速机连通，膨胀增速机还有循环工质通道经冷凝器和第二冷凝器与双能
压缩机连通；第二双能压缩机有第二循环工质通道经第二冷凝器、喷管、冷凝器和第二喷管与蒸发器连通，蒸发器还有第二循环工质通道与第二双能压缩机连通；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，膨胀增速机连接双能压缩机和第二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，主要由双能压缩机、膨胀增速机、喷管、第二双能压缩机、节流阀、供热器、冷凝器、第二冷凝器和蒸发器所组成；双能压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀增速机连通，膨胀增速机还有循环工质通道经冷凝器和第二冷凝器与双能压缩机连通；第二双能压缩机有第二循环工质通道经第二冷凝器、喷管、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第二双能压缩机连通；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，膨胀增速机连接双能压缩机和第二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，主要由双能压缩机、膨胀增速机、喷管、压缩机、涡轮机、供热器、冷凝器、第二冷凝器、蒸发器和低温回热器所组成；双能压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀增速机连通，膨胀增速机还有循环工质通道经冷凝器和第二冷凝器与双能压缩机连通；压缩机有第二循环工质通道经第二冷凝器、喷管、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，膨胀增速机和涡轮机连接双能压缩机和压缩机并传输动力，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，主要由双能压缩机、膨胀增速机、喷管、第二双能压缩机、涡轮机、供热器、冷凝器、第二冷凝器、蒸发器和低温回热器所组成；双能压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀增速机连通，膨胀增速机还有循环工质通道经冷凝器和第二冷凝器与双能压缩机连通；第二双能压缩机有第二循环工质通道经第二冷凝器、喷管、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，膨胀增速机和涡轮机连接双能压缩机和第二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，主要由双能压缩机、膨胀增速机、喷管、第二双能压缩机、第二喷管、供热器、冷凝器、第二冷凝器、蒸发器和低温回热器所组成；双能压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀增速机连通，膨胀增速机还有循环工质通道经冷凝器和第二冷凝器与双能压缩机连通；第二双能压缩机有第二循环工质通道经第二冷凝器、喷管、冷凝器、低温回热器和第二喷管与蒸发器连通，蒸发器还有第二循环工质通道经低温回热器与第二双能压缩机连通；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，膨胀增速机连接双能压缩机和第二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，主要由双能压缩机、膨胀增速机、喷管、第二双能压缩机、节流阀、供热器、冷凝器、第二冷凝器、蒸发器和低温回热器所组成；双能压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀增速机连通，膨胀增速机还有循环工质通道经冷凝器和第二冷凝器与双能压缩机连通；第二双能压缩机有第二循环工质通道经第二冷凝器、喷管、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第
二双能压缩机连通；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，膨胀增速机连接双能压缩机和第二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，将双能压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀增速机连通调整为双能压缩机有循环工质通道经供热器和高温回热器与膨胀增速机连通，将膨胀增速机有循环工质通道经冷凝器和第二冷凝器与双能压缩机连通调整为膨胀增速机有循环工质通道经冷凝器、第二冷凝器和高温回热器与双能压缩机连通，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，将双能压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀增速机连通调整为双能压缩机有循环工质通道经高温回热器与自身连通之后双能压缩机再有循环工质通道经供热器和高温回热器与膨胀增速机连通，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，将膨胀增速机有循环工质通道经冷凝器和第二冷凝器与双能压缩机连通调整为膨胀增速机有循环工质通道经高温回热器与自身连通之后膨胀增速机再有循环工质通道经冷凝器、第二冷凝器和高温回热器与双能压缩机连通，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，将双能压缩机有循环工质通道经供热器与膨胀增速机连通调整为双能压缩机有循环工质通道经高温回热器与自身连通之后双能压缩机再有循环工质通道供热器与膨胀增速机连通，将膨胀增速机有循环工质通道经冷凝器和第二冷凝器与双能压缩机连通调整为膨胀增速机有循环工质通道经高温回热器与自身连通之后膨胀增速机再有循环工质通道经冷凝器和第二冷凝器与双能压缩机连通，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-双能压缩机，2-膨胀增速机，3-喷管，4-压缩机，5-涡轮机，6-供热器，7-冷凝器，8-第二冷凝器，9-蒸发器，10-第二双能压缩机，11-第二喷管，12-节流阀，13-低温回热器，14-高温回热器。
具体实施方式：
27.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；同时还要进行如下两点说明：
28.(1)图7、图9中双能压缩机1中间回热流程，循环工质可以在降速升压段、降速升压结束处以及之后的升压段离开升压流程而进入高温回热器14，不限于下述具体实施方式中所提及的相关内容。
29.(2)图8、图9中膨胀增速机2中间回热流程，循环工质可以在降压作功段、降压作功结束处以及之后的降压增速段离开降压流程而进入高温回热器14，不限于下述具体实施方式中所提及的相关内容。
30.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，它主要由双能压缩机、膨胀增速机、喷管、压缩机、涡轮机、供热器、冷凝器、第二冷凝器和蒸发器所组成；双能压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀增速机2连通，膨胀增速机2还有循环工质通道经冷凝器7和第二冷凝器8与双能压缩机1连通；压缩机4有第二循环工质通道经第二冷凝器8、喷管3、冷凝器7和涡轮机5与蒸发器9连通，蒸发器9还有第二循环工质通道与压缩机4连通；供热器6还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器9还有低温热介质通道与外部连通，膨胀增速机2和涡轮机5连接双能压缩机1和压缩机4并传输动力。
33.(2)流程上，双能压缩机1排放的循环工质流经供热器6放热降温，流经膨胀增速机2降压作功并增速，流经冷凝器7和第二冷凝器8逐步吸热升温，之后进入双能压缩机1升压升温并降速；压缩机4排放的第二循环工质流经第二冷凝器8放热并部分冷凝，流经喷管3降压增速，流经冷凝器7放热冷凝，流经涡轮机5降速降压并作功，流经蒸发器9吸热汽化，之后进入压缩机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9提供低温热负荷，外部、膨胀增速机2和涡轮机5共同向双能压缩机1和压缩机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，它主要由双能压缩机、膨胀增速机、喷管、第二双能压缩机、涡轮机、供热器、冷凝器、第二冷凝器和蒸发器所组成；双能压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀增速机2连通，膨胀增速机2还有循环工质通道经冷凝器7和第二冷凝器8与双能压缩机1连通；第二双能压缩机10有第二循环工质通道经第二冷凝器8、喷管3、冷凝器7和涡轮机5与蒸发器9连通，蒸发器9还有第二循环工质通道与第二双能压缩机10连通；供热器6还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器9还有低温热介质通道与外部连通，膨胀增速机2和涡轮机5连接双能压缩机1和第二双能压缩机10并传输动力。
36.(2)流程上，双能压缩机1排放的循环工质流经供热器6放热降温，流经膨胀增速机2降压作功并增速，流经冷凝器7和第二冷凝器8逐步吸热升温，之后进入双能压缩机1升压升温并降速；第二双能压缩机10排放的第二循环工质流经第二冷凝器8放热并部分冷凝，流经喷管3降压增速，流经冷凝器7放热冷凝，流经涡轮机5降压作功或降速降压并作功，流经蒸发器9吸热汽化，之后进入第二双能压缩机10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9提供低温热负荷，外部、膨胀增速机2和涡轮机5
共同向双能压缩机1和第二双能压缩机10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，它主要由双能压缩机、膨胀增速机、喷管、第二双能压缩机、第二喷管、供热器、冷凝器、第二冷凝器和蒸发器所组成；双能压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀增速机2连通，膨胀增速机2还有循环工质通道经冷凝器7和第二冷凝器8与双能压缩机1连通；第二双能压缩机10有第二循环工质通道经第二冷凝器8、喷管3、冷凝器7和第二喷管11与蒸发器9连通，蒸发器9还有第二循环工质通道与第二双能压缩机10连通；供热器6还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器9还有低温热介质通道与外部连通，膨胀增速机2连接双能压缩机1和第二双能压缩机10并传输动力。
39.(2)流程上，双能压缩机1排放的循环工质流经供热器6放热降温，流经膨胀增速机2降压作功并增速，流经冷凝器7和第二冷凝器8逐步吸热升温，之后进入双能压缩机1升压升温并降速；第二双能压缩机10排放的第二循环工质流经第二冷凝器8放热并部分冷凝，流经喷管3降压增速，流经冷凝器7放热冷凝，流经第二喷管11降压增速，流经蒸发器9吸热汽化，之后进入第二双能压缩机10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9提供低温热负荷，外部和膨胀增速机2共同向双能压缩机1和第二双能压缩机10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，它主要由双能压缩机、膨胀增速机、喷管、第二双能压缩机、节流阀、供热器、冷凝器、第二冷凝器和蒸发器所组成；双能压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀增速机2连通，膨胀增速机2还有循环工质通道经冷凝器7和第二冷凝器8与双能压缩机1连通；第二双能压缩机10有第二循环工质通道经第二冷凝器8、喷管3、冷凝器7和节流阀12与蒸发器9连通，蒸发器9还有第二循环工质通道与第二双能压缩机10连通；供热器6还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器9还有低温热介质通道与外部连通，膨胀增速机2连接双能压缩机1和第二双能压缩机10并传输动力。
42.(2)流程上，双能压缩机1排放的循环工质流经供热器6放热降温，流经膨胀增速机2降压作功并增速，流经冷凝器7和第二冷凝器8逐步吸热升温，之后进入双能压缩机1升压升温并降速；第二双能压缩机10排放的第二循环工质流经第二冷凝器8放热并部分冷凝，流经喷管3降压增速，流经冷凝器7放热冷凝，流经节流阀12节流降压，流经蒸发器9吸热汽化，之后进入第二双能压缩机10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9提供低温热负荷，外部和膨胀增速机2共同向双能压缩机1和第二双能压缩机10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，它主要由双能压缩机、膨胀增速机、喷管、压缩机、涡轮机、供热器、冷凝器、第二冷凝器、蒸发器和低温回热器所组成；双能压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀增速机2连通，膨胀增速机2还有循环工质通道经冷凝器7和第二冷凝器8与双能压缩机1连通；压缩机4有第二循环工质通道经第二冷凝器8、喷管3、冷凝器7、低温回热器13和涡轮机5与蒸发器9连通，蒸发器9还有第二循环工质通道经低温回热器13与压缩机4连通；供热器6还有被加热介质通道与外部连通，蒸发器9还有低温热介质通道与外部连通，膨胀增速机2和涡轮机5连接双能压缩机1和压缩机4并传输动力。
45.(2)流程上，双能压缩机1排放的循环工质流经供热器6放热降温，流经膨胀增速机2降压作功并增速，流经冷凝器7和第二冷凝器8逐步吸热升温，之后进入双能压缩机1升压升温并降速；压缩机4排放的第二循环工质流经第二冷凝器8放热并部分冷凝，流经喷管3降压增速，流经冷凝器7放热冷凝，流经低温回热器13放热降温，流经涡轮机5降速降压并作功，流经蒸发器9吸热汽化，流经低温回热器13吸热升温，之后进入压缩机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9提供低温热负荷，外部、膨胀增速机2和涡轮机5共同向双能压缩机1和压缩机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，将双能压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀增速机2连通调整为双能压缩机1有循环工质通道经供热器6和高温回热器14与膨胀增速机2连通，将膨胀增速机2有循环工质通道经冷凝器7和第二冷凝器8与双能压缩机1连通调整为膨胀增速机2有循环工质通道经冷凝器7、第二冷凝器8和高温回热器14与双能压缩机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：双能压缩机1排放的循环工质流经供热器6和高温回热器14逐步放热降温，流经膨胀增速机2降压作功并增速，流经冷凝器7、第二冷凝器8和高温回热器14逐步吸热升温，之后进入双能压缩机1升压升温并降速，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，将双能压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀增速机2连通调整为双能压缩机1有循环工质通道经高温回热器14与自身连通之后双能压缩机1再有循环工质通道经供热器6和高温回热器14与膨胀增速机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：双能压缩机1排放的循环工质流经供热器6和高温回热器14逐步放热降温，流经膨胀增速机2降压作功并增速，流经冷凝器7和第二冷凝器8逐步吸热升温，进入双能压缩机1升压升温并降速至一定程度之后流经高温回热器14吸热升温，再之后进入双能压缩机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，将膨胀增速机2有循环工质通道经冷凝器7和第二冷凝器8与双能压缩机1连通调整为膨胀增速机2有循环工质通道经高温回热器14与自身连通之后膨胀增速机2再有循环工质通道经冷凝器7、第二冷凝器8和高温回热器14与双能压缩机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：双能压缩机1排放的循环工质流经供热器6放热降温，进入膨胀增速机2降压作功至一定程度之后流经高温回热器14放热降温，再之后进入膨胀增速机2继续降压作功并增速；膨胀增速机排放的循环工质流经冷凝器7、第二冷凝器8和高温回热器14逐步吸热升温，之后进入双能压缩机1升压升温并降速，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，将双能压缩机1有循环工质通道经供热器6与膨胀增速机2连通调整为双能压缩机1有循环工质通道经高温回热器14与自身连通之后双能压缩机1再有循环工质通道供热器6与膨胀增速机2连通，将膨胀增速机2有循环工质通道经冷凝器7和第二冷凝器8与双能压缩机1连通调整为膨胀增速机2有循环工质通道经高温回热器14与自身连通之后膨胀增速机2再有循环工质通道经冷凝器7和第二冷凝器8与双能压缩机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：双能压缩机1排放的循环工质流经供热器6放热降温，进入膨胀增速机2降压作功至一定程度之后流经高温回热器14放热降温，再之后进入膨胀增速机2继续降压作功并增速；膨胀增速机2排放的循环工质流经冷凝器7和第二冷凝器8逐步吸热升温，进入双能压缩机1升压升温并降速至一定程度之后流经高温回热器14吸热升温，再之后进入双能压缩机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)有效减小两个循环子系统之间的传热温差损失，技术手段简单，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)部件简单化，有利于提升装置性能指数和降低成本。
68.(10)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。
69.(11)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。