[发明专利]一种耦合热泵换热器

摘要

本发明提出一种高效的提取冷水的热量用于加热热水的高效换热器，将三级压缩循环、吸收式循环以及热管换热器耦合实现该换热过程。该高效换热器可以根据换热的参数要求选择一种或者多种成分组成循环工质。同时，两级压缩机可以采用汽轮机或者电机驱动，相比现有换热方式而言，可实现在“热侧与冷侧温差大”和“热侧出口温度高”的极限工况下高效工作，具有显著的性能优势。

主权项

1.一种耦合热泵换热器，其特征在于：该换热器包括再生器1、蒸发冷凝器2、稀释器3、冷凝蒸发器4、蒸汽压缩机5、蒸汽压缩机6、节流阀7、循环泵8、蒸汽压缩机9、循环泵10、循环泵11、节流阀12、热管换热器13、热水管路14、冷水管路15和连接管路构成。如前所述一种耦合热泵换热器，组成部件连接方式为：蒸汽压缩机5与再生器1和蒸发冷凝器2相连。蒸汽压缩机6与蒸发冷凝器2和冷凝蒸发器4相连。蒸汽压缩机9与稀释器3和冷凝蒸发器4相连。再生器1与蒸汽压缩机5、热管换热器13、循环泵10和冷水管路15相连。蒸发冷凝器2与蒸汽压缩机5、蒸汽压缩机6、节流阀7、节流阀12和循环泵11相连。稀释器3与热管换热器13、蒸汽压缩机9和热水管路14相连。冷凝蒸发器4与蒸汽压缩机6、蒸汽压缩机9、节流阀7、节流阀12、循环泵8相连。热管换热器13与稀释器3、再生器1和循环泵10相连。如前所述一种耦合热泵换热器，再生器1实现在水平传热管外部溶液吸热后沸腾产生工质B蒸汽，稀溶液经喷嘴喷洒在水平传热管的外表面，受重力作用自上而下的流动过程中不断的沸腾变成浓溶液后离开。蒸发冷凝器2实现在水平传热管外部工质C从液态变成汽态的蒸发过程，液态的工质C经喷嘴喷洒在水平传热管外部，在自上而下的流动过程中被加热变成汽态后离开。同时在水平传热管内部实现工质B蒸汽冷凝为液态的过程，工质B蒸汽由水平传热管左侧进入管内空间，由左向右流动过程中不断冷凝为液态后离开。稀释器3实现工质A和工质B组成的浓溶液吸收工质B蒸汽变成稀溶液的过程，浓溶液经喷嘴喷洒在水平传热管外部，在自上而下流动过程中利用工质B蒸汽的冷凝热加热热水，浓溶液变成稀溶液后离开。冷凝蒸发器4实现液态工质B变成汽态的蒸发过程和汽态工质C变成液态的冷凝过程，液态工质B经喷嘴喷洒在水平传热管外部，自上而下流动过程中被加热而蒸发，工质B变为汽态后离开，同时水平管内的汽态工质C从水平管左侧进入，在水平管内冷凝后变成液态后从右侧流出。蒸汽压缩机5实现对来自再生器1的工质B蒸汽进行压缩提升其温度压力的目的。蒸汽压缩机6实现对来自蒸发冷凝器2的工质C蒸汽进行压缩提升其温度压力的目的。蒸汽压缩机9实现对来自冷凝蒸发器4的工质B蒸汽进行压缩提升其温度压力的目的。节流阀7和节流阀12分别实现对液态的工质C和工质B减温减压的目的。热管换热器13实现浓溶液和稀溶液的热量交换过程，实现稀溶液在进入再生器1之前被预热的目的，热管换热器13内置于稀释器3中，即使热管换热器13出现泄漏时该换热器也可正常运行，同时避免环境温度对预热效果的影响。循环泵8实现在冷凝蒸发器4底部未蒸发的液态工质B再次循环返回冷凝蒸发器4顶部的喷嘴继续喷淋蒸发的过程。循环泵10实现将离开再生器1的浓溶液加压送至热管换热器13后被降温后进入稀释器3的目的。循环泵11实现在蒸发冷凝器2底部未蒸发的液态工质C再次循环返回蒸发冷凝器2顶部的喷嘴继续喷淋蒸发的过程。热水经热水管路14内部被升温，冷水经冷水管路15内部被降温。如前所述一种耦合热泵换热器内部循环过程包含：工质B的蒸发冷凝循环以及工质C的蒸发冷凝循环：①工质B的蒸发冷凝循环原理：工质B的蒸发冷凝循环原理：工质A和工质B组成的溶液在再生器1被加热再生产生汽态工质B，汽态工质B被蒸汽压缩机5压缩提升温度和压力后进入蒸发冷凝器2后被冷却变为液态后离开，液态工质B经过节流阀12后被减温减压后进入冷凝蒸发器4被加热变成蒸汽，工质B蒸汽经过蒸汽压缩机9被升压后在稀释器3冷凝，工质B冷凝后的稀溶液经热管换热器13进入再生器1后再次产生汽态工质B，如此往复循环。②工质C的蒸发冷凝循环原理：液态的工质C在蒸发冷凝器2内被加热变成汽态，汽态的工质C经过蒸汽压缩机6后压力被提升，汽态工质C在冷凝蒸发器4内被冷却释放热量变成液态，液态的工质C经过节流阀7被减温减压后进入蒸发冷凝器2后被加热变成汽态，如此往复循环。如前所述一种耦合热泵换热器，蒸汽压缩机5、蒸汽压缩机6和蒸汽压缩机9可以分别采用汽轮机或者电机驱动。如前所述一种耦合热泵换热器，其内部循环循环工质包括工质A、工质B和工质C，其中工质A和工质B组成工质对，工质A为固体或者液体工质，工质B为液体工质，工质A溶解于工质B中形成溶液。工质C为液体工质，可选用与工质B相同或者不同的物质。