热泵的工作原理及类型及与冰箱工作上的区别

1、热泵的工作原理及类型及与冰箱工作上的区别热泵的基本原理是借助一定的能量消耗或能位降级，将能量由低温热源传递到高温热源。按照提高余热温位的方法，可以分为蒸汽压缩式热泵、吸收式热泵及化学热泵等。1.1 蒸汽压缩式热泵这种热泵的原理与一般压缩式制冷机原理完全相同，也就是说与电冰箱的工作原理完全相同。但使用的目的不是致冷，而是致热。如下图所示，（T1为高温热源，T2为低温热源）加压的液态工质经节流阀减压降温进入蒸发器，在T2温度下从低温热源吸热而蒸发，然后进压缩机压缩升温，再生冷凝器中于T1温度下冷凝。具体分析其各个过程如下：热泵是在环境温度T0和所需温度T1之间按逆向卡诺循环进行工作的。在此循环中工

2、质首先沿绝热线12膨胀，同时温度从T1降到T0。然后沿等温线23膨胀，在等温膨胀中，工质在温度T0下从冷源（环境）吸收热量Q0。从状态3沿绝热线34被压缩，同时温度由T0升高到T1。最后沿等温线41被压缩，在等温压缩中，工质在温度T1下向热源（受热体）放出热量Q1。逆向卡诺循环的结果是消耗机械功W，把从恒温冷源T0所得到Q0输送给恒温热源T1。此时，恒温热源所得到的热量为Q1：热泵的经济性一般用供热系数来衡量：化工厂中的大量低温废热，可以利用热泵把这些低温热能转变为高温热能，用于蒸发、精馏工艺过程的加热。例如石油裂解深冷分离中最简单形式的热泵，将制冷系统与精馏设备结合起来。制冷剂经压缩之后，用

3、于精馏塔的再沸器作为加热介质，制冷剂本身被冷凝，然后将此液态制冷剂输送到塔顶蒸汽冷凝器管间蒸发，供给冷量，使塔顶蒸汽冷凝，制冷蒸汽重新去压缩，起到了热泵的作用。石油裂解气中分离乙烯、乙烷的乙烯塔流程中可以使用热泵节约总的能量消耗。以乙烷、乙烯液体混合物为进料的精馏塔，塔顶产品为纯乙醇蒸汽，经过压缩后，以塔顶压力，提高到，温度从-68升高到85，经过一系列的冷却器，先后为水，0的液态丙烯，-21的液态丙烯冷却。然后，其中一部分-43丙烯冷凝为-36的液态乙烯，另一部分则为-43的丙烯冷却为-32的气态乙烯，进入乙烯乙烷塔底的再沸器中，供加热汽化塔底的乙烷只用。此时，乙烯本身则冷凝为液态乙烯，连同

4、前一部分的液态乙烯作为产品。这样，塔顶压力较低的气体乙烯由于经过压缩，就可将其一部分热量传给塔底再沸器中的乙烷，使之部分气化，进行精馏，而本身则被冷凝为液体。总的效果就是将塔顶-68的气体乙烯中的部分热量传给塔底-50的液态乙烷，即将低温物质中的热量通过加入外功而传给高温物质，因此构成了一个热泵装置。1.2 吸收式热泵这种热泵以低位余热为热源，利用某些溶液在浓度变化时的热特性，通过该溶液作为介质构成的热泵循环，将低温位热传向高温热源。吸收式热泵通常由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器等设备组成。如下图所示，其工作介质是溴化锂水溶液，这是热量获得型热泵，用温位较高的工作蒸汽作为发生器热源，以浓缩稀的

5、溴化锂溶液。浓缩过程产生的蒸汽在冷凝器中冷凝，其潜热由热水移走。冷凝液流入蒸发器中，在低压下蒸发，此处可用低温余热作为热源。蒸发器中产生的蒸汽，在吸收器重用温度较高的浓溴化锂溶液吸收。由于溴化锂溶液在低压下仍具有较高沸点，故在吸收水蒸气的过程中，低温位的水蒸气潜热转变为温位较高的溴化锂溶液的显热，再由热水将此热量移去。在冷凝器和吸收器中吸热后的热水均可作用特定过程的热源。1.3 化学热泵这是利用特定的化学反应，使在进行吸热反应时吸收低温位热量，而在放热反应时排出高温位热量，从而构成具有化学反应的热泵。这类热泵的典型是金属氢化物化学热泵。镍、锰及镧系等多种金属或合金，具有吸收氢而生成金属氢化物的特性。在一定温度下，某一金属氢化物与一定的氢分压成平衡。若将性能不同的两种金属氢化物为一组，则可因两者平衡氢分压的差异，导致氢的移动，从而出现金属氢化物的吸氢或放氢反应。在吸氢一侧放热，而放氢一侧则吸热。在氢的移动停止后，应进行再生。这时再分别改变两侧的温度、压力参数，使原先吸氢侧放出氢，并被原先的放氢侧吸收。