一種熱能驅(qū)動蒸汽射流熱泵循環(huán)結(jié)構(gòu)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱能驅(qū)動蒸汽射流熱泵循環(huán)結(jié)構(gòu)及方法，其中的一種熱能驅(qū)動蒸汽射流熱泵循環(huán)結(jié)構(gòu)，包括高壓液體泵、氣體放大器、冷凝換熱器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、高壓汽化器。該熱泵循環(huán)比同樣使用熱能驅(qū)動的吸收式熱泵的優(yōu)點(diǎn)是通過充分發(fā)揮氣體放大器的10~100倍的放大作用，可以實(shí)現(xiàn)較高的效率；工質(zhì)流體在壓力驅(qū)動下系統(tǒng)循環(huán)速度加快；系統(tǒng)只需要一種機(jī)械循環(huán)泵，動力需求減少；單一工質(zhì)一次實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)冷凝過程，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡化。該循環(huán)比吸收式熱泵的不同點(diǎn)還有工作壓力分別處于高壓和低壓狀態(tài)。
【專利說明】一種熱能驅(qū)動蒸汽射流熱泵循環(huán)結(jié)構(gòu)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射流熱泵循環(huán)，具體涉及一種熱能驅(qū)動蒸汽射流熱泵循環(huán)結(jié)構(gòu)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱泵(英語:Heat Pump)熱泵是一種利用某種形式的能量驅(qū)動的裝置，使熱量從某種場合或介質(zhì)轉(zhuǎn)移到另外的場合或介質(zhì)中的熱能搬運(yùn)裝置。通常利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)不容易被利用的低溫?zé)崮埽D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩粗羞M(jìn)行再利用。熱泵按照其技術(shù)原理區(qū)分有很多種，常見的有壓縮式熱泵、吸收式熱泵、半導(dǎo)體熱泵、熱管熱泵等。熱泵工作通常都需要有驅(qū)動能源。根據(jù)驅(qū)動能量來源劃分，則有熱源驅(qū)動、機(jī)械動力驅(qū)動、電能驅(qū)動幾大類。
[0003]壓縮式熱泵是利用機(jī)械能(如電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等)帶動壓縮機(jī)，強(qiáng)制工作介質(zhì)冷媒(如氟利昂、氨、二氧化碳等)進(jìn)行氣體、液體相變，通過介質(zhì)以不同形式流動，利用相變過程吸熱、放熱實(shí)現(xiàn)熱量隨介質(zhì)流動而轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)將低溫?zé)嵩吹臒崃俊澳妗鞭D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩粗?，?shí)現(xiàn)再利用，驅(qū)動的動能也轉(zhuǎn)化為熱量一并到達(dá)輸出端；
吸收式熱泵是利用高溫?zé)崮茯?qū)動蒸發(fā)、凝結(jié)循環(huán)過程，利用不同狀態(tài)液體、氣體轉(zhuǎn)移，利用不同壓力下介質(zhì)的沸點(diǎn)不同，實(shí)現(xiàn)較高溫度下凝結(jié)釋放熱量、較低溫度下蒸發(fā)吸收熱量，實(shí)現(xiàn)將低溫?zé)嵩吹臒崃俊澳妗鞭D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩粗?，?shí)現(xiàn)再利用，驅(qū)動的熱能也同樣傳遞到輸出端；
半導(dǎo)體熱泵則是利用一種具有特殊電流、熱流功能的PN結(jié)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)電流驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)PN結(jié)一側(cè)的熱量轉(zhuǎn)移到另外一側(cè)的的特殊能力，用電流作為能源驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)將低溫?zé)嵩吹臒崃俊澳妗鞭D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩粗?，?shí)現(xiàn)再利用，同時(shí)驅(qū)動電能也轉(zhuǎn)化為熱能同時(shí)到達(dá)目的端；熱管熱泵則是利用真空環(huán)境下工作媒體(冷媒)蒸發(fā)過程吸熱汽化，在另一端遇冷凝結(jié)，通過重力或毛細(xì)作用回流到蒸發(fā)端實(shí)現(xiàn)循環(huán)，同時(shí)從高溫到低溫傳導(dǎo)大量熱量。這種熱管熱泵雖然實(shí)現(xiàn)的還是高溫到低溫傳熱，和自然傳熱不同之處是具有數(shù)十倍甚至數(shù)百倍以上的導(dǎo)熱效率；
除半導(dǎo)體熱泵之外，其它幾乎所有的熱泵的工作機(jī)理在某種意義上來講都是相同或相似，即通過工作介質(zhì)(冷媒)的搬運(yùn)、流動，實(shí)際上實(shí)現(xiàn)其所帶熱能的轉(zhuǎn)移和吸收、釋放。它們都要采用某種方式強(qiáng)迫介質(zhì)實(shí)現(xiàn)在較低溫度環(huán)境下汽化吸熱，到了較高溫度環(huán)境下被強(qiáng)迫凝結(jié)放熱，實(shí)現(xiàn)熱量隨介質(zhì)的轉(zhuǎn)移而轉(zhuǎn)移。
[0004]根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量從高溫?zé)嵩吹降蜏責(zé)嵩炊伎梢詫?shí)現(xiàn)自然傳導(dǎo)，熱管熱泵可以在不需要能源驅(qū)動的情況下實(shí)現(xiàn)高效率的、快速的熱量自然傳導(dǎo)。其它熱泵都是希望通過將低溫?zé)嵩粗械臒嵩?，“逆向”搬運(yùn)到高溫?zé)嵩粗?，?shí)現(xiàn)熱能的再利用、能量的“放大”利用目的。
[0005]根據(jù)逆卡諾循環(huán)的效率公式:C0P=T2/dT。其中T2是熱泵熱量輸出的目標(biāo)溫度，dT是熱源和目標(biāo)溫度之間的溫差。從公式中可以看出，由于熱源不可能是絕對零度(0K)，因此能效COP理論值一定是大于100%。而且溫差越小，能效比越高；目標(biāo)溫度越高，同樣溫差，能效比越高。顯然，熱泵是一個(gè)節(jié)能減排的非常重要的手段，如果應(yīng)用得當(dāng)，可以讓各行業(yè)的用能狀況發(fā)生巨大的變化，為解決人類能源危機(jī)做出巨大的貢獻(xiàn)！目前采用壓縮式、吸收式熱泵的輸出目標(biāo)溫度已經(jīng)可以超過100°C，完全可以應(yīng)用在眾多的高耗能行業(yè)，如食品、藥品、造紙、輪胎、化工等等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)高耗能環(huán)節(jié)的大比例節(jié)能！
進(jìn)入20世紀(jì)70年代以后，世界各國都在進(jìn)一步研究有關(guān)射流引流、真空理論，通過對一些細(xì)節(jié)的研究，如噴口形狀、方式、脈動等等因素的研究實(shí)踐，取得了一定的成果。比如和人類生活密切相關(guān)的無葉片風(fēng)扇，以及工業(yè)化應(yīng)用的氣體放大器。
[0006]氣體放大器原理是當(dāng)高壓氣體通過氣體放大器0.05~0.1毫米的環(huán)形窄縫后噴出，通過科恩達(dá)效應(yīng)原理及氣體放大器特殊的幾何形狀，最大10-100倍的低壓氣體可被吸入，并與原始高壓氣體一起從氣體放大器出口吹出。近兩年來氣體放大器(空氣放大器)應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)展，常用大比例節(jié)約壓縮空氣，并且利用壓縮空氣實(shí)現(xiàn)吹塵、吸塵、物料運(yùn)送等工業(yè)應(yīng)用，技術(shù)成熟穩(wěn)定。這種應(yīng)用方式下較典型的被吸入的介質(zhì)是空氣或水蒸氣。如入口氣體是低溫、低壓蒸汽(可壓縮流體)，驅(qū)動氣流是高溫、高壓過熱蒸汽，在高溫蒸汽從環(huán)形噴口噴出時(shí)，會膨脹、降溫、降壓，同時(shí)與低溫、低壓蒸汽混合，達(dá)到熱量、動量平衡，最終氣流是中溫、中壓混合蒸汽，從出口排出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為利用射流技術(shù)，進(jìn)一步改善熱泵的效率，拓展熱泵應(yīng)用領(lǐng)域，提出一種熱能驅(qū)動蒸汽射流熱泵循環(huán)結(jié)構(gòu)及方法。 [0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種熱能驅(qū)動蒸汽射流熱泵循環(huán)結(jié)構(gòu)，包括高壓液體泵、氣體放大器、冷凝換熱器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、高壓汽化器、氣體放大器高壓驅(qū)動氣體輸入口及氣體放大器氣體吸入口 ；所述高壓液體泵輸出端連接高壓汽化器；所述高壓汽化器輸出端連接氣體放大器高壓驅(qū)動氣體輸入口 ；所述氣體放大器輸出端連接冷凝換熱器；所述冷凝換熱器輸出端分別連接高壓液體泵和節(jié)流閥；所述節(jié)流閥輸出端連接蒸發(fā)器；所述蒸發(fā)器輸出端連接氣體放大器氣體吸入口。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種熱能驅(qū)動蒸汽射流熱泵循環(huán)方法，包括以下步驟:
Si，采用高壓液體泵賦予冷媒流體動能，輸送給高壓汽化器；
S2，高壓汽化器內(nèi)熱源將冷媒升溫汽化，形成高壓、高溫冷媒蒸汽，并輸送到氣體放大器，通過氣體放大器高壓氣體輸入口進(jìn)入，驅(qū)動氣體放大器工作；
S3，氣體放大器工作，氣體放大器氣體吸入口產(chǎn)生抽吸作用，形成的負(fù)壓會促使蒸發(fā)器里的冷媒能在低溫、低壓情況下吸熱、汽化，并被氣體放大器從氣體放大器氣體吸入口吸入；在氣體放大器喉管中和高溫、高壓冷媒蒸汽混合升溫、增壓，待被壓入冷凝換熱器后，冷凝、放熱；
S4,進(jìn)入冷凝換熱器后進(jìn)行熱交換，蒸汽冷媒降溫，凝結(jié)釋放大量熱量，實(shí)現(xiàn)了熱量從蒸發(fā)器到冷凝換熱器的轉(zhuǎn)移；
S5，冷媒從冷凝換熱器出口出來后，大部分直接被高壓液體泵抽吸、加壓進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)；少量冷媒經(jīng)節(jié)流閥限制，進(jìn)入內(nèi)部低壓的蒸發(fā)器，通過低壓吸熱、蒸發(fā)、汽化，通過氣體放大器抽真空作用吸出，經(jīng)氣體放大器氣體吸入口吸入，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
這個(gè)循環(huán)和吸收式熱泵的共同點(diǎn)都是用熱量驅(qū)動循環(huán)，都是借助高溫?zé)嵩磳?shí)現(xiàn)對低溫?zé)崃康脑倮?。該循環(huán)比吸收式熱泵的優(yōu)點(diǎn)是通過充分發(fā)揮氣體放大器的10-100倍的放大作用，可以實(shí)現(xiàn)較高的效率；壓力驅(qū)動下，系統(tǒng)循環(huán)速度加快；系統(tǒng)只需要一種機(jī)械循環(huán)泵，動力需求減少；單一工質(zhì)，一次蒸發(fā)冷凝過程，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡化。該循環(huán)比吸收式熱泵的不同點(diǎn)還有工作壓力分別處于高壓和低壓狀態(tài)。
[0011]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0012]【專利附圖】

【附圖說明】
構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0013]圖1是本發(fā)明的一種熱能驅(qū)動蒸汽射流熱泵循環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的一種熱能驅(qū)動蒸汽射流熱泵循環(huán)方法流程圖。
[0014]【專利附圖】

【附圖說明】:
I為高壓液體泵、2為氣體放大器、3為冷凝換熱器、4為節(jié)流閥、5為蒸發(fā)器、6為高壓汽化器、7為氣體放大器高壓驅(qū)動氣體輸入口及8為氣體放大器氣體吸入口。
[0015]【具體實(shí)施方式】
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]實(shí)施例1
參考圖1，如圖1所示的一種熱能驅(qū)動蒸汽射流熱泵循環(huán)結(jié)構(gòu)，包括高壓液體泵1、氣體放大器2、冷凝換熱器3、節(jié)流閥4、蒸發(fā)器5、高壓汽化器6、氣體放大器高壓驅(qū)動氣體輸入口7及氣體放大器氣體吸入口 8 ;所述高壓液體泵I輸出端連接高壓汽化器6 ;所述高壓汽化器6輸出端連接氣體放大器高壓驅(qū)動氣體輸入口 7 ;所述氣體放大器2輸出端連接冷凝換熱器3 ;所述冷凝換熱器3輸出端分別連接高壓液體泵I和節(jié)流閥4 ;所述節(jié)流閥4輸出端連接蒸發(fā)器5 ;所述蒸發(fā)器5輸出端連接氣體放大器氣體吸入口 8。
[0017]實(shí)施例2
參考圖2，如圖2所示的一種熱能驅(qū)動蒸汽射流熱泵循環(huán)方法，包括以下步驟:
SI，采用高壓液體泵I賦予冷媒流體動能，輸送給高壓汽化器6 ;
S2，高壓汽化器6內(nèi)熱源將冷媒升溫汽化，形成高壓、高溫冷媒蒸汽，并輸送到氣體放大器2，通過氣體放大器高壓氣體輸入口 7進(jìn)入，驅(qū)動氣體放大器2工作；
S3，氣體放大器2工作，氣體放大器氣體吸入口 8產(chǎn)生抽吸作用，形成的負(fù)壓會促使蒸發(fā)器5里的冷媒能在低溫、低壓情況下吸熱、汽化，并被氣體放大器2從氣體放大器氣體吸入口吸入；在氣體放大器2喉管中和高溫、高壓冷媒蒸汽混合升溫、增壓，待被壓入冷凝換熱器3后，冷凝、放熱；
S4，進(jìn)入冷凝換熱器3后進(jìn)行熱交換，蒸汽冷媒降溫，凝結(jié)釋放大量熱量，實(shí)現(xiàn)了熱量從蒸發(fā)器5到冷凝換熱器3的轉(zhuǎn)移；
S5，冷媒從冷凝換熱器3出口出來后，大部分直接被高壓液體泵I抽吸、加壓進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)；少量冷媒經(jīng)節(jié)流閥4限制，進(jìn)入內(nèi)部低壓的蒸發(fā)器5，通過低壓吸熱、蒸發(fā)、汽化，通過氣體放大器2抽真空作用吸出，經(jīng)氣體放大器氣體吸入口 8吸入，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。
[0018]該熱能驅(qū)動蒸汽射流熱泵利用熱源驅(qū)動得到氣態(tài)射流產(chǎn)生的“帶動”作用形成對冷媒的抽吸、擠壓作用，在蒸發(fā)器、冷凝器部位形成壓力差，利用不同壓力下冷媒介質(zhì)的沸點(diǎn)不同，實(shí)現(xiàn)較低溫度、低壓下蒸發(fā)吸收熱量，較高溫度、高壓下凝結(jié)釋放熱量，實(shí)現(xiàn)將低溫?zé)嵩吹臒崃俊澳妗鞭D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩粗?，?shí)現(xiàn)部分低位熱量再利用，驅(qū)動的熱源熱能也同樣傳遞到輸出端。
[0019]本發(fā)明中的高壓汽化器用于將液體汽化為氣體，也是一種鍋爐，即使改變?yōu)槔缅仩t產(chǎn)生蒸汽，也不影響本發(fā)明；在本發(fā)明基礎(chǔ)上依據(jù)眾所周知的知識，根據(jù)實(shí)際需要，增加冷媒過濾、儲存、轉(zhuǎn)儲、真空保持等附加裝置，均不影響本發(fā)明；在冷媒汽化過程中，顯然存在完全氣化、汽化、汽液混合等狀態(tài)，均可以實(shí)現(xiàn)氣體放大器驅(qū)動作用，也不影響本發(fā)明。
[0020]這個(gè)循環(huán)和吸收式熱泵的共同點(diǎn)都是用熱量驅(qū)動循環(huán)，都是借助高溫?zé)嵩磳?shí)現(xiàn)對低溫?zé)崃康脑倮?。該循環(huán)比吸收式熱泵的優(yōu)點(diǎn)是通過充分發(fā)揮氣體放大器的?0-ιοο倍的放大作用，可以實(shí)現(xiàn)較高的效率；壓力驅(qū)動下，系統(tǒng)循環(huán)速度加快；系統(tǒng)只需要一種機(jī)械循環(huán)泵，動力需求減少；單一工質(zhì)，一次蒸發(fā)冷凝過程，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡化。該循環(huán)比吸收式熱泵的不同點(diǎn)還有工作壓力分別處于高壓和低壓狀態(tài)。該專利如用于某些場合，可以高效率同時(shí)實(shí)現(xiàn)冷媒的再循環(huán)和熱回收，如火力發(fā)電工藝、造紙蒸汽利用等環(huán)節(jié)，大幅度提高能源、熱能的利用效率。 [0021 ] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種熱能驅(qū)動蒸汽射流熱泵循環(huán)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括高壓液體泵(I)、氣體放大器(2)、冷凝換熱器(3)、節(jié)流閥(4)、蒸發(fā)器(5)、高壓汽化器(6)、氣體放大器高壓驅(qū)動氣體輸入口( 7 )及氣體放大器氣體吸入口( 8 );所述高壓液體泵(I)輸出端連接高壓汽化器(6 );所述高壓汽化器(6)輸出端連接氣體放大器高壓驅(qū)動氣體輸入口(7);所述氣體放大器(2)輸出端連接冷凝換熱器(3);所述冷凝換熱器(3)輸出端分別連接高壓液體泵(I)和節(jié)流閥(4);所述節(jié)流閥(4)輸出端連接蒸發(fā)器(5);所述蒸發(fā)器(5)輸出端連接氣體放大器氣體吸入口(8)。
2.一種熱能驅(qū)動蒸汽射流熱泵循環(huán)方法，其特征在于，包括以下步驟: SI，采用高壓液體泵(I)賦予冷媒流體動能，輸送給高壓汽化器(6)； S2，高壓汽化器(6)內(nèi)熱源將冷媒升溫汽化，形成高壓、高溫冷媒蒸汽，并輸送到氣體放大器(2 )，通過氣體放大器高壓氣體輸入口( 7 )進(jìn)入，驅(qū)動氣體放大器(2 )工作； S3，氣體放大器(2)工作，氣體放大器氣體吸入口(8)產(chǎn)生抽吸作用，形成的負(fù)壓會促使蒸發(fā)器(5)里的冷媒能在低溫、低壓情況下吸熱、汽化，并被氣體放大器(2)從氣體放大器氣體吸入口吸入；在氣體放大器(2)喉管中和高溫、高壓冷媒蒸汽混合升溫、增壓，待被壓入冷凝換熱器(3)后，冷凝、放熱； S4，進(jìn)入冷凝換熱器(3)后進(jìn)行熱交換，蒸汽冷媒降溫，凝結(jié)釋放大量熱量，實(shí)現(xiàn)了熱量從蒸發(fā)器(5)到冷凝換熱器(3)的轉(zhuǎn)移； S5，冷媒從冷凝換熱器(3)出口出來后，大部分直接被高壓液體泵(I)抽吸、加壓進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)；少量 冷媒經(jīng)節(jié)流閥(4)限制，進(jìn)入內(nèi)部低壓的蒸發(fā)器(5)，通過低壓吸熱、蒸發(fā)、汽化，通過氣體放大器(2)抽真空作用吸出，經(jīng)氣體放大器氣體吸入口(8)吸入，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。
【文檔編號】F25B19/02GK104019576SQ201410263404
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】茍仲武 申請人:茍仲武