CN104019588A - 一种液体射流热泵循环结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液体射流热泵循环结构及方法，其中的一种液体射流热泵循环结构，包括高压液体泵、射流凝汽器、冷凝换热器、节流阀、蒸发器、射流凝汽器射流输入口及射流凝汽器蒸汽入口。该循环结构和同样依靠动力驱动的压缩式热泵系统的主要区别在于机械动力处理的对象不同，一个是汽态冷媒、一个是液态冷媒。因为液态物质的体积是气态物质的数十、数百分之一，因此对液态物质的动力传输较气态物质加压传输难度较小、效率较高。该循环可以以更高效率同时实现冷媒的再循环和热回收，如用于火力发电工艺改进、造纸蒸汽再利用等环节，可以大幅度提高能源、热能的利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及射流热泵循环，具体涉及一种液体射流热泵循环结构及方法。
背景技术
热泵（英语：Heat Pump）热泵是一种利用某种形式的能量驱动的装置，使热量从某种场合或介质转移到另外的场合或介质中的热能搬运装置。通常利用该技术实现不容易被利用的低温热能，转移到高温热源中进行再利用。热泵按照其技术原理区分有很多种，常见的有压缩式热泵、吸收式热泵、半导体热泵、热管热泵等。热泵工作通常都需要有驱动能源。根据驱动能量来源划分，则有热源驱动、机械动力驱动、电能驱动几大类。
压缩式热泵是利用机械能（如电机、内燃机等）带动压缩机，强制工作介质冷媒（如氟利昂、氨、二氧化碳等）进行气体、液体相变，通过介质以不同形式流动，利用相变过程吸热、放热实现热量随介质流动而转移，实现将低温热源的热量“逆”转移到高温热源中，实现再利用，驱动的动能也转化为热量一并到达输出端；
吸收式热泵是利用高温热能驱动蒸发、凝结循环过程，利用不同状态液体、气体转移，利用不同压力下介质的沸点不同，实现较高温度下凝结释放热量、较低温度下蒸发吸收热量，实现将低温热源的热量“逆”转移到高温热源中，实现再利用，驱动的热能也同样传递到输出端；
半导体热泵则是利用一种具有特殊电流、热流功能的PN结，实现根据电流驱动，实现PN结一侧的热量转移到另外一侧的的特殊能力，用电流作为能源驱动，实现将低温热源的热量“逆”转移到高温热源中，实现再利用，同时驱动电能也转化为热能同时到达目的端；
热管热泵则是利用真空环境下工作媒体（冷媒）蒸发过程吸热汽化，在另一端遇冷凝结，通过重力或毛细作用回流到蒸发端实现循环，同时从高温到低温传导大量热量。这种热管热泵虽然实现的还是高温到低温传热，和自然传热不同之处是具有数十倍甚至数百倍以上的导热效率；
除半导体热泵之外，其它几乎所有的热泵的工作机理在某种意义上来讲都是相同或相似，即通过工作介质（冷媒）的搬运、流动，实际上实现其所带热能的转移和吸收、释放。它们都要采用某种方式强迫介质实现在较低温度环境下汽化吸热，到了较高温度环境下被强迫凝结放热，实现热量随介质的转移而转移。
根据热力学第二定律，热量从高温热源到低温热源都可以实现自然传导，热管热泵可以在不需要能源驱动的情况下实现高效率的、快速的热量自然传导。其它热泵都是希望通过将低温热源中的热源，“逆向”搬运到高温热源中，实现热能的再利用、能量的“放大”利用目的。
根据逆卡诺循环的效率公式：COP=T2/dT。其中T2是热泵热量输出的目标温度，dT是热源和目标温度之间的温差。从公式中可以看出，由于热源不可能是绝对零度（0K），因此能效COP理论值一定是大于100%。而且温差越小，能效比越高；目标温度越高，同样温差，能效比越高。显然，热泵是一个节能减排的非常重要的手段，如果应用得当，可以让各行业的用能状况发生巨大的变化，为解决人类能源危机做出巨大的贡献！目前采用压缩式、吸收式热泵的输出目标温度已经可以超过100℃，完全可以应用在众多的高耗能行业，如食品、药品、造纸、轮胎、化工等等领域，实现高耗能环节的大比例节能！
射流凝汽泵是射流真空泵的一种特殊应用。射流真空泵是利用液态流体来传递能量和质量的获得真空的装置，采用有一定压力的液体（通常是水）通过喷咀喷出。由于喷射水流速特别高，将压力能转变为速度能，通过物质分子之间的吸引、撞击、带动作用使吸气区压力降低产生真空。被抽吸的气体，经过文氏管收缩段与喉径充分混合压缩，进行分子扩散能量交换，速度均衡。在经扩张段速度降低压力增高，从出口喷入蓄水罐（通常是储水罐）中，如果有不凝性气体则析出、排放。液体经离心泵循环使用，完成吸气工艺。射流凝汽泵则通常是用水来抽吸水蒸气，最后水蒸气大部分凝结，几乎没有不凝气排出，实现用射流凝汽的功能。也可以用于其他液体和该液体蒸发的蒸汽凝结。
发明内容
本发明为利用射流技术，进一步改善热泵的效率，拓展热泵应用领域，提出一种液体射流热泵循环结构及方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种液体射流热泵循环结构，包括高压液体泵、射流凝汽器、冷凝换热器、节流阀、蒸发器、射流凝汽器射流输入口及射流凝汽器蒸汽入口；所述高压液体泵输出端连接射流凝汽器射流输入口；所述射流凝汽器输出端连接冷凝换热器；所述冷凝换热器输出端分别连接高压液体泵和节流阀；所述节流阀输出端连接蒸发器；所述蒸发器输出端连接射流凝汽器蒸汽入口。
根据本发明的又一方面，提供了一种液体射流热泵循环方法，包括以下步骤：
S1，采用高压液体泵赋予冷媒流体动能，成为射流凝汽器的射流源，从射流凝汽器射流输入口输入；
S2，选择适合流量、压力的射流凝汽器，产生真空抽吸作用，并利用该抽吸作用，使得蒸发器内的冷媒低压、蒸发、汽化吸收大量的热量；
S3，蒸发器内因真空抽吸作用，低温吸热汽化的冷媒蒸汽通过射流凝汽器蒸汽吸入口进入，在射流凝汽器喉管、喷口与液态冷媒混合升压，混合凝结，放出大量的凝结热，冷媒升温；
S4，进入冷凝换热器后进行热交换，降温，实现了热量从蒸发器到冷凝换热器的转移；
S5，冷媒从冷凝换热器出口出来后，大部分直接被高压液体泵抽吸、加压进入下一个工作循环；少量冷媒经节流阀限制，进入内部低压的蒸发器，通过低压吸热、蒸发、汽化，通过射流凝汽器抽真空作用吸出，进入下一个工作循环。
本发明的优点：
该循环结构和压缩式热泵系统的主要区别在于机械动力处理的对象不同，一个是汽态冷媒、一个是液态冷媒。汽态物质的体积是液态物质的数十、数百倍，因此对汽态物质的压缩较液态物质加压传输难度较大、效率较低。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的一种液体射流热泵循环结构示意图；
图2是本发明的一种液体射流热泵循环方法流程图。
附图说明：
1为高压液体泵；2为射流凝汽器；3为冷凝换热器；4为节流阀；5为蒸发器；6为射流凝汽器射流输入口；7为射流凝汽器蒸汽吸入口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参考图1，如图1所示的一种液体射流热泵循环结构，包括高压液体泵1、射流凝汽器2、冷凝换热器3、节流阀4、蒸发器5、射流凝汽器射流输入口6及射流凝汽器蒸汽入口7；所述高压液体泵1输出端连接射流凝汽器射流输入口6；所述射流凝汽器2输出端连接冷凝换热器3；所述冷凝换热器3输出端分别连接高压液体泵1和节流阀4；所述节流阀4输出端连接蒸发器5；所述蒸发器5输出端连接射流凝汽器蒸汽入口7。
液体射流热泵循环利用不可压缩流体的特点，采用液体泵赋予冷媒流体动能，选择适合的射流凝汽器2结构，产生真空抽吸作用，并利用该抽吸作用，使得蒸发器内的冷媒低压、蒸发、汽化吸收大量的热量，抽吸的冷媒汽在喉管、喷口与液态冷媒混合升压，混合凝结，放出大量的凝结热，冷媒升温；进入冷凝换热环节后进行热交换，降温、降压、完全液化。
实施例2
参考图2，如图2所示的一种液体射流热泵循环方法，包括以下步骤：
S1，采用高压液体泵1赋予冷媒流体动能，成为射流凝汽器2的射流源，从射流凝汽器射流输入口6输入；
S2，选择适合流量、压力的射流凝汽器2，产生真空抽吸作用，并利用该抽吸作用，使得蒸发器5内的冷媒低压、蒸发、汽化吸收大量的热量；
S3，蒸发器内因真空抽吸作用，低温吸热汽化的冷媒蒸汽通过射流凝汽器蒸汽吸入口7进入，在射流凝汽器2喉管、喷口与液态冷媒混合升压，混合凝结，放出大量的凝结热，冷媒升温；
S4，进入冷凝换热器3后进行热交换，降温，实现了热量从蒸发器5到冷凝换热器3的转移；
S5，冷媒从冷凝换热器3出口出来后，大部分直接被高压液体泵1抽吸、加压进入下一个工作循环；少量冷媒经节流阀4限制，进入内部低压的蒸发器5，通过低压吸热、蒸发、汽化，通过射流凝汽器2抽真空作用吸出，进入下一个工作循环。
射流热泵利用机械能或热源驱动得到液态或气态射流产生的“带动”作用形成对冷媒的抽吸、挤压作用，在蒸发、射流凝汽部位形成压力差，利用不同压力下介质的沸点不同，实现较高温度、高压下凝结释放热量、较低温度、低压下蒸发吸收热量，实现将低温热源的热量“逆”转移到高温热源中，实现再利用，驱动的热能也同样传递到输出端。
该循环结构和压缩式热泵系统的主要区别在于机械动力处理的对象不同，一个是汽态冷媒、一个是液态冷媒。因为液态物质的体积是气态物质的数十、数百分之一，因此对液态物质的动力传输较气态物质加压传输难度较小、效率较高该专利如用于某些场合，可以高效率同时实现冷媒的再循环和热回收，如火力发电工艺、造纸蒸汽利用等环节，大幅度提高能源、热能的利用效率。该专利如用于某些场合，可以高效率同时实现冷媒的再循环和热回收，如火力发电工艺、造纸蒸汽利用等环节，大幅度提高能源、热能的利用效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1. 一种液体射流热泵循环结构，其特征在于，包括高压液体泵（1）、射流凝汽器（2）、冷凝换热器（3）、节流阀（4）、蒸发器（5）、射流凝汽器射流输入口（6）及射流凝汽器蒸汽入口（7）；所述高压液体泵（1）输出端连接射流凝汽器射流输入口（6）；所述射流凝汽器（2）输出端连接冷凝换热器（3）；所述冷凝换热器（3）输出端分别连接高压液体泵（1）和节流阀（4）；所述节流阀（4）输出端连接蒸发器（5）；所述蒸发器（5）输出端连接射流凝汽器蒸汽入口（7）。
2.一种液体射流热泵循环方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，采用高压液体泵（1）赋予冷媒流体动能，成为射流凝汽器（2）的射流源，从射流凝汽器射流输入口（6）输入；
S2，选择适合流量、压力的射流凝汽器（2），产生真空抽吸作用，并利用该抽吸作用，使得蒸发器（5）内的冷媒低压、蒸发、汽化吸收大量的热量；
S3，蒸发器内因真空抽吸作用，低温吸热汽化的冷媒蒸汽通过射流凝汽器蒸汽吸入口（7）进入，在射流凝汽器（2）喉管、喷口与液态冷媒混合升压，混合凝结，放出大量的凝结热，冷媒升温；
S4，进入冷凝换热器（3）后进行热交换，降温，实现了热量从蒸发器（5）到冷凝换热器（3）的转移；
S5，冷媒从冷凝换热器（3）出口出来后，大部分直接被高压液体泵（1）抽吸、加压进入下一个工作循环；少量冷媒经节流阀（4）限制，进入内部低压的蒸发器（5），通过低压吸热、蒸发、汽化，通过射流凝汽器（2）抽真空作用吸出，进入下一个工作循环。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C04 | Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20140903 |