[发明专利]准三级压缩超级热泵换热装置及冷热源温差换热方法

权利要求书

1.一种准三级压缩超级热泵换热装置，其特征在于，所述准三级压缩超级热泵换热装置是一种实现低温冷源与高温热源的大温差的热泵换热装置，该热泵换热装置由A换热器(1)、蒸汽压缩器(2)、B换热器(3)、调配器(4)、控制器(5)、电机(6)、A阀门(7)、B阀门(8)、C阀门(9)、相变换热管(10)、A叶片(11)、B叶片(12)、循环工质、冷源入口(13)、冷源出口(14)、热源出口(15和热源入口(16)构成；其中，A换热器(1)、蒸汽压缩器(2)、B换热器(3)、B阀门(8)和调配器(4)串联成回路；调配器(4)再分别通过A阀门(7)与蒸汽压缩器(2连接，通过C阀门(9)连接在A换热器(1)和蒸汽压缩器(2)的连通管道上；控制器(5)通过连通管分别与A阀门(7)、B阀门(8)及A换热器(1)的冷源入口(13)连接；A换热器(1)还连接冷源出口(14)；B换热器(3)分别设置热源出口(15)和热源入口(16)；蒸汽压缩器(2)分成低压腔(2a)、混合腔(2b)和高压腔(2c)；其中，三个腔的中部水平固定一根转轴，在转轴上，B叶片(12)安装于低压腔(2a)内，A叶片(11)安装于高压腔(2c)内；电机(6)固定在低压腔2a外面，并与转轴连接，带动B叶片(12)、A叶片(11)旋转。

2.根据权利要求1所述的准三级压缩超级热泵换热装置，其特征在于，所述A换热器1和B换热器3内安装相变换热管(10)。

3.根据权利要求1所述的准三级压缩超级热泵换热装置，其特征在于，所述电机的驱动方式为电力驱动或者蒸汽驱动。所述循环工质为水。

4.根据权利要求1所述的准三级压缩超级热泵换热装置，其特征在于，所述叶片为活塞式、涡旋式、螺杆式或离心式。

5.根据权利要求1所述的准三级压缩超级热泵换热装置，其特征在于，所述热泵的冷源入口和出口均为空气，热源入口为热水，热源出口为蒸汽。

6.根据权利要求1所述的准三级压缩超级热泵换热装置，其特征在于，所述循环工质依次经过A换热器(1)、蒸汽压缩器(2)、B换热器(3)、B阀门(8)和调配器(4)后返回A换热器(1)；c阀门(9)和A阀门(7)通过开或关的状态控制，实现循环工质进入或者离开蒸汽压缩器2内部的气体压缩过程，从A换热器(1)出口的循环工质蒸汽与经过c阀门(9)的工质蒸汽混合后依次经过蒸汽压缩器(2的低压腔(2a)、混合腔(2b)和高压腔(2c)，工质蒸汽在混合腔(2b)中与经过A阀门(7)的工质混合或者部分工质经过A阀门(7)离开，控制器(5)通过检测冷源入口(13)的温度、流量控制、A阀门(7和c阀门(9)的开或关状态。

7.一种准三级压缩超级热泵换热装置的冷热源温差换热方法，其特征在于，其冷热源温差换热包括如下方式：

(1)最大负荷工况

当冷源流量增大或温度下降，A换热器(1)的换热量高于最大负荷设定值时，C阀门(9)开启，A阀门(7)开启，循环工质在A换热器(1)经过相变换热管(10)被冷源加热变成循环工质蒸汽，该循环工质蒸汽与经过C阀门(9)的循环工质混合后进入蒸汽压缩器(2)，混合后循环工质蒸汽经过低压腔2a压缩后进入混合腔(2b)，与经A过阀门(7)的循环工质再次混合后进入高压腔(2c)后被再次压缩，循环工质蒸汽进入B换热器(3)后加热热源介质后变为液态，液态的循环工质经过B阀门(8)后进入调配器(4)，在调配器(4)中部分工质经过A阀门(7)和C阀门(9)进入循环，剩余工质进入A换热器(1)完成循环。

(2)次大负荷工况

当冷源流量增大或温度下降，A换热器(1)的换热量高于次大负荷并小于最大负荷设定值时，C阀门(9)关闭，A阀门(7)开启。循环工质在A换热器(1)中经过相变换热管(10)被冷源加热变成循环工质蒸汽，循环工质蒸汽经过低压腔(2a)压缩后进入混合腔(2b)，与经过A阀门(7)的循环工质再次混合后进入高压腔(2c)后被再次压缩，循环工质蒸汽进入B换热器(3)后加热热源介质后变为液态，液态的循环工质经过B阀门8后进入调配器(4)，在调配器(4中部分工质经过A阀门(7)进入循环，剩余工质进入A换热器(1)完成循环。

(3)较大负荷工况

当冷源流量增大或温度下降，A换热器(1)的换热量高于设计负荷并低于次大负荷设定值时，C阀门(9)关闭，A阀门(7)关闭；循环工质在A换热器(1)经过相变换热管(10)被冷源加热变成循环工质蒸汽，循环工质蒸汽经过低压腔(2a)压缩后进入混合腔(2b)后进入高压腔(2c)后被再次压缩，循环工质蒸汽进入B换热器(3)后加热热源介质后变为液态，液态的循环工质经过B阀门(8)后进入调配器(4)，在调配器(4)中全部工质进入A换热器(1)完成循环。

(4)较小负荷工况

当冷源流量下降或温度上升，A换热器的换热量小于设计负荷并大于较小负荷设定值时，C阀门(9)开启，A阀门(7)关闭；循环工质在A换热器(1)经过相变换热管(10)被冷源加热变成循环工质蒸汽，该循环工质蒸汽与经过C阀门(9)的循环工质混合后进入蒸汽压缩器(2)，混合后循环工质蒸汽经过低压腔(2a)压缩后进入混合腔(2b)，再进入高压腔(2c)后被再次压缩，循环工质蒸汽进入B换热器(3)后加热热源介质后变为液态，液态的循环工质经过B阀门(8)后进入调配器(4)，在调配器(4)中部分工质经过C阀门(9)进入循环，剩余工质进入A换热器1完成循环。

(5)次小负荷工况

当冷源流量下降或温度上升，换热器A的换热量小于较小负荷并大于次小负荷设定值时，C阀门(9)开启，A阀门(7)开启，循环工质在A换热器(1)经过相变换热管(10)被冷源加热变成循环工质蒸汽，该循环工质蒸汽与经过C阀门(9)的循环工质混合后进入蒸汽压缩器(2)，混合后循环工质蒸汽经过低压腔(2a)压缩后进入混合腔(2b)，部分循环工质蒸汽经过A阀门(7)离开蒸汽压缩器(2)，剩余循环工质蒸汽再进入高压腔(2c)后被再次压缩，循环工质蒸汽进入B换热器(3)后加热热源介质后变为液态，液态的循环工质经过B阀门(8)后进入调配器(4)，在调配器(4)中经过A阀门(7)的循环工质与来自B换热器(3)的循环工质混合后部分工质经过C阀门(9)进行循环，剩余工质进入A换热器(1)完成循环。

(6)最小负荷工况

当冷源流量下降或温度上升，换热器A的换热量小于次小负荷设定值时，c阀门(9)关闭，a阀门(7)开启，循环工质在A换热器(1)经过相变换热管(10)被冷源加热变成循环工质蒸汽，循环工质蒸汽经过低压腔(2a)压缩后进入混合腔(2b)，部分循环工质蒸汽经过A阀门(7)离开蒸汽压缩器(2)，剩余循环工质蒸汽再进入高压腔(2c)后被再次压缩，循环工质蒸汽进入B换热器(3)后加热热源介质后变为液态，液态的循环工质经过B阀门(8)后进入调配器(4)，在调配器(4)中经过A阀门(7)的循环工质与来自B换热器(3)的循环工质混合后进入A换热器(1)完成循环。