分流膨胀热泵循环的制作方法

分流膨胀热泵循环
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年5月5日提交的、当前未决的美国专利申请第16867447号的优先权并且是于2020年5月5日提交的、当前未决的美国专利申请第16867447号的延续，其内容通过引用并入本文。
3.关于联邦资助的研究或开发的声明
4.不适用。

背景技术：

5.本部分引入来自现有技术的信息，该信息可以与本文描述的和/或以下要求保护的技术的一些方面有关或为其提供背景。该信息是便于更好地理解本文所公开的信息的背景信息。这是对“相关”技术的讨论。这种技术绝不意味着它也是“现有技术”。相关技术可以是或可以不是现有技术。讨论应就此而论，而不是作为现有技术的认可。
6.参见图1，在常规热泵循环中，工作流体从相对低温、低压状态(状态2)被压缩至更高温度和压力之一(状态3)。这种热量然后可以被传递到热传递目标htr，该热传递目标htr接收并使用或储存热量。在图1中，热传递目标htr在htrc的条件下开始并且在htrh处储存。在将包含htr的材料从htrc加热至htrh的过程中，工作流体被冷却至状态4。
7.将热量从工作流体传递到htr的过程在逆流换热器中进行。这种热传递的过程可以描绘在“tq”(温度-热流)曲线图或图表上，诸如图2中所示的曲线图。所图示的示例使用在30mpa压力下的超临界二氧化碳(“sco
2”)作为工作流体，并且使用硅砂作为htr介质。

技术实现要素：

8.在一些实施例中，热泵包括热传递源、热传递目标以及使工作流体循环的闭合流体回路。闭合流体回路还包括压缩装置、逆流换热器、低温膨胀装置、低温换热器、高温膨胀装置以及回热换热器。闭合流体回路的这些元件中的每个元件对闭合流体回路内的工作流体进行操作。
9.更具体地，在操作中，压缩装置接收在第一状态下的工作流体并且通过机械功升高工作流体的温度和压力以使工作流体处于第二状态下。逆流换热器包括第一级和第二级。第一级与热传递目标热连通，并从压缩装置接收在第二状态下的工作流体，并将热量从接收的工作流体传送至热传递目标，以将工作流体冷却至第三状态。第二级与热传递目标热连通并且从第一级接收在第三状态下的工作流体的第一部分，并且将热量从接收的在第三状态下的工作流体的第一部分传输至热传递目标，以将工作流体冷却至第四状态。
10.在操作中，低温膨胀装置接收在第五状态下的工作流体，以使工作流体膨胀至第六状态。低温换热器与热传递源热连通并接收在第六状态下的工作流体并将热量从热传递源传递至在第六状态下的工作流体，以将工作流体加热至第七状态。高温膨胀装置从逆流换热器的第一级接收在第三状态下的工作流体的第二部分，并将接收的工作流体的第二部分膨胀至第八状态。回热换热器将热量从逆流换热器的第二级接收的在第四状态下的工作
流体传递到从高温膨胀装置接收的在第七状态下的工作流体与从低温换热器接收的在第八状态下的工作流体的组合，由此将混合的工作流体加热到第一状态并且将在第四状态下的工作流体冷却到第五状态。
11.在其他示例中，热泵包括：热传递目标；热传递源；以及用于循环工作流体的闭合流体回路。闭流体回路包括：压缩装置、用于执行工作流体的分流膨胀的器件、低温换热器以及回热换热器。压缩装置接收在第一状态下的工作流体，并且将接收的工作流体加热和加压至第二状态。用于执行在第二状态下的工作流体的分流膨胀的器件在第三状态下的工作流体的第二部分被进一步冷却至两次冷却的第四状态并且还被进一步冷却至第五状态之后，使在部分冷却的第三状态下的工作流体的第一部分膨胀至第八状态，并且使在部分冷却的第三状态下的工作流体的第二部分膨胀至第六状态。低温换热器与热传递源热连通并接收在第六状态下的工作流体并将热量从热传递源传递至在第六状态下的工作流体，以将工作流体加热至第七状态。回热换热器将热量从逆流换热器的第二级接收的在第四状态下的工作流体传递到从高温膨胀装置接收的在第七状态下的工作流体与从低温换热器接收的在第八状态下的工作流体的组合，由此将混合的工作流体加热到第一状态并且将在第四状态下的工作流体冷却到第五状态。
12.在又一其他实施例中，本公开描述了一种用于在闭合流体回路中操作热泵的方法，该方法包括：压缩在第一状态下的工作流体以将温度和压力升高至第二状态；以及在逆流换热器中冷却在第二状态下的工作流体。逆流换热器中的冷却包括：将第一级中的在第二状态下的工作流体冷却至第三状态；以及将第二级中的在第三状态下的工作流体的第一部分冷却至第四状态。该方法进一步包括将在第五状态下的工作流体膨胀至第六状态；将在第六状态下的工作流体加热至第七状态；将在第三状态下的工作流体的第二部分膨胀至第八状态；将在第七状态下的工作流体与在第八状态下的工作流体混合；以及在回热换热器中将在第七状态和第八状态下的工作流体的混合物加热至第一状态，同时将在第四状态下的工作流体冷却至第五状态。
13.以上给出了简化的概述以便提供对本发明的一些方面的基本理解。本概述不是本发明的详尽综述。其并不旨在标识本发明的关键或重要元素或者描绘本发明的范围。其唯一的目的是以简化的形式呈现一些概念作为稍后讨论的更详细描述的序言。
附图说明
14.通过参考结合附图进行的以下描述可以理解以下公开的主题，在附图中，相同的附图标记标识相同的元件，以及其中：
15.图1是采用常规热泵循环的常规热泵的示意图。
16.图2是图1的热泵循环的逆流换热器的t(q)曲线图。
17.图3是图1的热泵循环的热容量对温度的曲线图，图示了工作流体和热传递介质的热容量随着它们的温度变化的变化。
18.图4是图1的热泵循环的逆流换热器的第二t(q)曲线图，图示了当工作流体流速相对于热传递介质流速增加时，工作流体温度的变化率将如何增加，直到它达到工作流体流速进一步增加不能降低工作流体出口温度的点。
19.图5是根据以下所要求保护的主题的一个或更多个实施例的采用分流膨胀热泵循
环的分流膨胀热泵的示意图。
20.图6是在一个特定实施例中图5的热泵循环中的某些点处的工作流体的压力-焓图。
21.图7是图5的热泵循环的逆流换热器的t(q)曲线图。
22.图8是热泵循环的性能系数(“cop”)随着在图5的热泵循环中的逆流换热器的第一级与第二级之间提取的流动的部分的变化的曲线图。
23.图9是图5的分流式膨胀热泵循环的第二具体实施例的示意图。
24.虽然所公开的技术易受不同修改和可替代形式的影响，但是附图以举例的方式图示了本文详细描述的具体实施例。然而，应当理解，本文对特定实施例的描述并不旨在将权利要求限制于所公开的特定形式，而是相反，旨在覆盖落入所附权利要求的精神和范围内的所有修改、等同物和可替代物。
具体实施方式
25.现在将公开以下要求保护的主题的多个说明性实施例。为了清楚起见，在本说明书中没有描述实际实现的所有特征。将理解，在任何这种实际实施例的改进中，必须做出许多因实现方式而异的决策以实现改进者的特定目标，诸如遵从与系统相关的和与商业相关的约束等，这些约束将因实现方式而异。此外，应当理解，这样的改进努力，即使复杂且耗时，对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说也将是常规任务。
26.再次参见以上相对于图1和图2讨论的常规热泵循环，tq曲线图中的twf曲线和thtr曲线的斜率由流体的流速和热容量(“cp”)确定。如图3所示，随着它们各自的温度通过换热器变化，这两种流体在热容量方面表现出显著的变化。该变化在图3中可以看作t(q)曲线图中的曲率。因为热容量曲线是不匹配的，所以可以从工作流体转移到htr介质的热量是有限的。
27.随着工作流体流速相对于htr介质流速减小，twf曲线的斜率将减小，直到t(q)曲线在如图4所示的点400处相交。在该交点处，工作流体流速的进一步降低不能降低工作流体出口温度，因为由于在曲线相交的点处流体之间接近零的温差，热传递过程不能更快地进行。这种现象经常被称为“夹挤”，在这种情况下，该夹挤发生在换热器的中间。
28.由于热泵性能将受到这种夹挤现象的影响，匹配工作流体和htr介质t(q)曲线的斜率将是有益的。因为热容量是两种材料的热力学特性，并且因此不能被改变，人们仅可以通过改变任一种或两种材料的流速来改变t(q)斜率。而且，htr介质流速可能难以控制并且储存多于图1所示的两个热传递目标，这将是复杂的并且成本过高的。
29.本公开的技术提供了一种热泵循环，该热泵循环允许t(q)斜率的改进匹配并且改进热泵循环的性能。更具体地，高温热交换(例如，如在图1中的逆流换热器htx中发生的)反而被分为两级。此外，在第一级中被冷却的工作流体的一部分在与用于输入至回热换热器的加热的工作流体混合之前通过膨胀被进一步冷却。在其他实施例中，还可以看到其他变化。
30.图5是根据一个或更多个实施例的采用分流膨胀热泵循环的热泵500的示意图。热泵500包括热传递源502、热传递目标504和闭合流体回路506。在操作中，闭合流体回路506使工作流体循环，该工作流体用于以下文进一步描述的方式进行热传递。工作流体可以是
例如二氧化碳。根据讨论中的闭合流体回路506中的点，在讨论闭合流体回路506的操作期间，工作流体可以被称为“加热的工作流体”、“压缩的工作流体”、“冷却的工作流体”等。
31.热传递源502包括未另外示出的热传递介质。热传递介质可以具有可变的热容量，尽管并非所有实施例都如此受限，并且可以是流体或固体。如果是流体，则热传递介质可以是例如合成油热传递流体、水或沙子。热传递源502可以是例如在管道中循环的流体，这取决于实施例。如果热传递介质是固体，则固体可以是例如包含在储层中的固体物质或流动沙子。
32.热传递目标504包括热传递介质(未另外示出)，该热传递介质可以是一种或多种可变热容量材料，尽管并非所有实施例都是如此受限的。热传递介质可以是流体或固体。如果是流体，则热传递介质可以是例如合成油热传递流体、水或沙子。例如，流体可以在管道中循环。由此，热传递目标504可以是在管道中循环的流体。如果热传递介质是固体，则固体可以是例如固体物质或沙子。
33.图5的闭合流体回路506用于使工作流体循环并且包括回热换热器508、压缩装置510、逆流换热器512、低温膨胀装置514、低温换热器516以及高温膨胀装置518。在操作中，压缩装置510从回热换热器508接收在第一状态下的工作流体。压缩装置510通过机械功将第一状态下的工作流体的温度和压力升高至第二状态。在操作中，压缩装置510提供用于使工作流体循环通过闭合流体回路506的动力。
34.逆流换热器512包括第一级538和第二级540，第一级538和第二级540中的两者都与热传递目标504热连通。逆流换热器512可根据实施例以各种方式实现。例如，在一些实施例中，逆流换热器512可以在两个单级换热器中实现，每个单级换热器实现第一级538或第二级540中的相应一个。在其他实施例中，逆流换热器512可以是具有中间歧管的单个换热器。受益于本公开的本领域技术人员可以理解逆流换热器512的实现方式的其他变化。
35.在操作中，逆流换热器512的第一级538接收在第二状态下的工作流体，并且将来自工作流体的热量传递至热传递目标504，以便将工作流体冷却至第三状态。第二级540接收在第三状态下的工作流体的第一部分544，并且将来自第一部分544的热量传递至热传递目标504，以将工作流体从第三状态冷却至第四状态。
36.注意，在第三状态下的工作流体的第一部分544与第二部分550之间存在使热泵500的性能系数(“cop”)最大化的最佳分流。这可以相对于图5的热泵循环从图8中推断出。在这个背景下，“最佳”是指最大可实现的热泵性能，如由将给定量的热传递至热传递目标504所要求的净功的量所定义的。最佳流分流是工作流体和热传递目标504的热传递介质的热力学特性(具体地，热容量)的函数。
37.在操作中，低温膨胀装置514从回热换热器508接收在第五状态下的工作流体。低温膨胀装置514降低在第一状态下的工作流体的压力并降低其温度，以将工作流体冷却至第六状态。低温膨胀装置514可以实施在例如膨胀阀或涡轮机中。
38.低温换热器516与热传递源502热连通。在操作中，低温换热器516接收来自低温膨胀装置514的在第六状态下的工作流体并且将该工作流体加热至第七状态。
39.逆流换热器512、低温膨胀装置514、和高温膨胀装置518(通过举例和说明的方式)在一些实施例中形成用于执行在第二状态下的工作流体的分流膨胀的装置，分流膨胀包括在在第三状态下的工作流体的第二部分被进一步冷却至第四状态并且还被进一步冷却至
第五状态之后，使在部分冷却的第三状态下的工作流体的第一部分膨胀至第八状态，并且使在部分冷却的第三状态下的工作流体的第二部分膨胀至第六状态。其他实施例可以包括对图5中公开的结构的变化。应当理解，这样的装置可以通过执行所述功能的结构等同物来实现。
40.高温膨胀装置518接收在第三状态下的工作流体的第二部分550。高温膨胀装置518使在第三状态下的工作流体的第二部分550膨胀以将其压力和温度降低至第八状态。高温膨胀装置518可以实施在例如膨胀阀或涡轮机中。
41.仍参见图5，热泵500将热量从第四状态下的工作流体传递至在第七状态下的工作流体和在第八状态下的工作流体的组合或混合物526。这使第四状态下的工作流体返回至第五状态并且使混合物526返回至第一状态。然后如上所述压缩在第一状态下的工作流体以升高温度和压力。
42.更具体地，在操作中，回热换热器508从逆流换热器512接收在第四状态下的经两次冷却的工作流体，并且接收来自低温换热器516的在第七状态下的工作流体和来自高温膨胀装置518的在第八状态下的工作流体的组合526。在回热换热器508中的热传递使在第四状态下的工作流体返回至第五状态并且使混合物526在第一状态下。
43.热泵500实现工作流体的分流膨胀。如本文使用的，“分流膨胀”是指其中工作流体的一部分在第一级热交换中被部分地冷却之后膨胀并且工作流体的其余部分在第一级和第二级热交换两者中被冷却之后膨胀的特征。因此，在图5中，第一部分544和第二部分550均以这种分流膨胀方式膨胀。第一部分544在第一级538和第二级540热交换中冷却，然后通过低温膨胀装置514膨胀。第二部分550仅在由高温膨胀装置518膨胀之前在热传递的第一级538中被冷却。因此，热泵500中的工作流体经历“分流膨胀”。
44.为了进一步理解以下要求保护的主题，现在将公开一个具体实施例。图6是在一个特定实施例中图5中的热泵500的热泵循环中的某些点处的工作流体的压力-焓图。在这个具体实施例中，工作流体是二氧化碳(co2)。热传递目标512的热传递介质为沙子。
45.热泵循环500(类似于图5的热泵500)将高温热交换分成两个级538、540。在该特定的实施例中，在两个类似大小的级中实施两个级538、540。“类似尺寸”是指热级的热导率。热导率，通常称为“ua”，是平均热传递系数(“u”)和热传递面积(“a”)的乘积。在其他实施例中，两个级538、540的相对大小可以在大小上变化，一个大于另一个。级538、540的特定大小可以在设计过程期间取决于工作流体和热传递目标504的热传递介质的相对热力学特性(例如，热容量)来选择。
46.在第二状态下的工作流体流出压缩装置510并且进入第一级538。在第一级538中，在第二状态下的工作流体的温度随着第一级538完成热传递目标504中的热传递介质的加热而降低。一次冷却的工作流体542的第一部分544随后行进至第三状态中的第二级540。
47.在第三状态下的一次冷却的工作流体的第一部分544在第二级540中在热传递介质正被加热的同时被热传递目标504的热传递介质进一步冷却。然后，在第三状态下的工作流体的第一部分544被冷却至在第四状态下的经两次冷却的工作流体524的第四状态。在第四状态下的经两次冷却的工作流体仍可以包含在可以在另一加热器中的压缩机510的入口511之前被传递回工作流体中的有用温度下的热量。另一个加热器是回热换热器508。
48.回热工作流体532仍处于高压下(即，图6中的状态5)。然后在第五状态下的工作流
体通过低温膨胀装置514膨胀，低温膨胀装置514可以是阀门或低温涡轮机(“lt涡轮机”)。由此，该过程大幅降低了第五状态下的工作流体的温度，形成第六状态的工作流体。
49.低温膨胀装置514中的温度降低允许在第二状态下的工作流体接收来自热传递源502的热量。热传递源502的热传递介质是合成油热传递流体、水或沙子。此时，第六状态下的工作流体(即co2)是液体或液体/蒸气混合物。热量被传递至低温换热器516中的工作流体。该热传递使工作流体蒸发，从而产生第七状态下的工作流体。然后，第七状态下的工作流体与第八状态下的工作流体混合。然后，在第七状态下的工作流体和在第八状态下的工作流体的组合526在再次被压缩之前在回热换热器508中被进一步加热到第一状态。
50.在第三状态下，一次冷却的工作流体的第二部分550在第一级538与第二级540之间被提取并且通过高温膨胀装置518被膨胀，高温膨胀装置518在这个实施例中是高温涡轮机。在高温膨胀装置518中，工作流体产生轴功，轴功可以抵消操作充气压缩机510所要求的功。在第八状态下产生的工作流体然后在低温换热器516的下游并且在回热换热器508的上游混合回到主流体流中，如图5中所示。
51.热泵循环500中的逆流换热器512的t(q)曲线图在图7中示出。在大约70％q/q
总
处的斜率变化是点700，在该点700处已经在第一级538与第二级540之间提取了大约34％的工作流体。在图8中示出了热泵500的热泵循环作为在第一级538与第二级540之间提取的流动的部分的函数的性能系数(“cop”)。对于这组条件和假设，cop的改进几乎是10％。
52.如以上关于图5的实施例所指出的，存在膨胀的工作流体的比例中的“最佳”分流。这些比例被设定的方式是使工作流体温度曲线的斜率与热传递介质温度曲线大致匹配，如图7所示。回顾这些曲线的斜率与流体质量流速和流体热容量的乘积成反比(即，斜率～1/(m
·
cp))，人们可以计算逆流换热器的每一级中的工作流体的大致流速，这将导致这种斜率匹配。
53.图9是热泵900的示意图，图示了在一些实施例中可以到的一些变体。热泵900的一些部件与图5的热泵500是共同的，并且相同的部件带有相同的数字。在一个示例变体中，逆流换热器912在单个换热器中实现，其中，中间歧管939限定第一级938和第二级940。一次冷却的工作流体542的第二部分550被从中间歧管939中抽出。在第二示例变体中，加热侧922包括设置在回热换热器508和低压膨胀装置514之间的辅助换热器950。辅助换热器950在第二部分546被低温膨胀装置514接收之前将热量从回热的工作流体532的第二部分546排出至周围环境。受益于本公开的本领域技术人员可以理解进一步的变化。
54.以下要求保护的所公开的热泵循环装置适用于任何热泵应用，其中，受热流体(例如，热传递介质)具有一热容量对比于温度曲线，其基本上不同于涵盖大多数实际流体的工作流体(例如，co2)的热容量对比于温度曲线。例如，可商购的热传递流体(像duratherm hf
tm
(耐高温膜元件
tm
)或dowtherm
tm
(导热姆换热剂
tm
))的热容量遵循与沙(随温度增加c
p
)类似的对温度的依赖性。
55.这总结了详细描述。以上公开的具体实施例仅是说明性的，因为所要求保护的主题可以按不同但等效的方式来修改和实践，这对于受益于本文的教导内容的本领域技术人员是明显的。此外，除了如以下权利要求中所描述的，并非旨在对本文示出的构造或设计的细节进行限制。因此清楚的是，可以改变或修改以上公开的具体实施例并且所有这些变体都被认为是在权利要求书的范围和精神之内。因此，本文所寻求的保护是如在以下权利要
求中阐述的。

技术特征：

1.一种热泵，包括：热传递源；热传递目标；以及用于使工作流体循环的闭合流体回路，所述闭合流体回路包括：压缩装置，所述压缩装置用于接收在第一状态下的工作流体并且通过机械功升高所述工作流体的温度和压力，以使所述工作流体处于第二状态；逆流换热器，包括：第一级，所述第一级与所述热传递目标热连通，所述第一级用于接收在第二状态下的所述工作流体并且将热量从所接收的工作流体传递至所述热传递目标，以将所述工作流体冷却至第三状态；以及第二级，所述第二级与所述热传递目标热连通，所述第二级接收在所述第三状态下的所述工作流体的第一部分并且将热量从所接收的在所述第三状态下的所述工作流体的第一部分传递至所述热传递目标，以将所述工作流体冷却至第四状态；低温膨胀装置，所述低温膨胀装置用于接收在第五状态下的工作流体并且使所述工作流体膨胀至第六状态；低温换热器，所述低温换热器与所述热传递源热连通，所述低温换热器接收在第六状态下的所述工作流体并且将热量从所述热传递源传递到所述第六状态下的所述工作流体，以将所述工作流体加热到第七状态；高温膨胀装置，所述高温膨胀装置用于接收所述第三状态下的所述工作流体的第二部分并且使所接收的所述第三状态下的所述工作流体的第二部分膨胀至第八状态；以及回热换热器，所述回热换热器用于将热量从所述逆流换热器的第二级接收的在所述第四状态下的所述工作流体传递至从所述高温膨胀装置接收的在所述第七状态下的所述工作流体与从所述低温换热器接收的在所述第八状态下的所述工作流体的组合，从而将所述混合工作流体加热至所述第一状态并且将所述第四状态下的所述工作流体冷却至所述第五状态。2.根据权利要求1所述的热泵，其中，所述高温膨胀装置和所述低温膨胀装置中的至少一个包括涡轮机或阀。3.根据权利要求1所述的热泵，其中，所述热传递源和所述热传递目标中的至少一个包括热传递介质，所述热传递介质包括流体和固体中的至少一个。4.根据权利要求3所述的热泵，其中，所述流体在管道中流动。5.根据权利要求3所述的热泵，其中，所述固体是固体物质或沙子。6.根据权利要求3所述的热泵，其中，所述流体是水、水/丙二醇混合物或空气。7.根据权利要求1所述的热泵，其中，所述热传递介质是合成油热传递流体、水或沙子。8.根据权利要求1所述的热泵，其中，所述逆流换热器包括两个单级换热器或具有中间歧管的单个换热器。9.根据权利要求8所述的热泵，其中，所述两个单级换热器的尺寸相似。10.根据权利要求1所述的热泵，进一步包括辅助换热器，所述辅助换热器布置在所述回热换热器与所述低压膨胀装置之间，所述辅助换热器用于在所述回热工作流体的所述第
二部分被所述低温膨胀装置接收之前将热量从所述回热换热器的所述回热工作流体的所述第二部分排放到周围环境。11.根据权利要求1所述的热泵，其中所述工作流体为二氧化碳。12.一种热泵，包括：热传递目标；热传递源；以及用于使工作流体循环的闭合流体回路，所述闭合流体回路包括：压缩装置，所述压缩装置用于接收在第一状态下的所述工作流体并且将所接收的工作流体加热和加压至第二状态；用于执行在所述第二状态下的所述工作流体的分流膨胀的器件，所述分流膨胀包括在所述第三状态下的所述工作流体的第二部分被进一步冷却至第四状态并且还被进一步冷却至第五状态之后，使在部分冷却的第三状态下的所述工作流体的第一部分膨胀至第八状态，并且使在部分冷却的第三状态下的所述工作流体的第二部分膨胀至第六状态；低温换热器，所述低温换热器与所述热传递源热连通，以接收所述第六状态下的所述工作流体并将热量从所述热传递源传递至所述第六状态下的所述工作流体，以将所述工作流体加热至第七状态；回热换热器，所述回热换热器用于将热量从所述逆流换热器的所述第二级接收的在所述第四状态下的所述工作流体传递至从所述高温膨胀装置接收的在所述第七状态下的所述工作流体与从所述低温换热器接收的在所述第八状态下的所述工作流体的组合，由此将所述混合工作流体加热至所述第一状态并且将在所述第四状态下的所述工作流体冷却至所述第五状态。13.根据权利要求12所述的热泵，其中，用于执行所述分流膨胀的器件包括：逆流换热器，包括：第一级，所述第一级与热传递目标热连通，以从所述压缩装置接收第二状态下的所述工作流体，并且将来自接收的在所述第二状态下的工作流体的热传递至热传递目标，以将所述接收的在所述第二状态下的工作流体冷却至部分冷却的第三状态；以及第二级，所述第二级与所述热传递目标热连通，以从所述第一级接收在所述部分冷却的第二状态下的所述工作流体的所述第一部分并且将热量从在所述部分冷却的第二状态下的所述工作流体传递至所述热传递目标，以将所述工作流体冷却至二次冷却的第四状态；低温膨胀装置，低温膨胀装置使从所述回热换热器接收的在所述第五状态下的所述工作流体膨胀至所述第六状态；以及高温膨胀装置，所述高温膨胀装置从所述逆流换热器的第一级接收所述第三状态下的所述工作流体的第二部分，并将所接收的第二部分工作流体膨胀至第八状态。14.根据权利要求13所述的热泵，所述冷却回路还包括辅助换热器，所述辅助换热器将来自所述第五状态下的所述工作流体的热量从所述回热换热器排出至周围环境。15.根据权利要求12所述的热泵，其中，所述逆流换热器包括两个单级换热器或具有中间歧管的单个换热器。16.一种闭合流体回路中的热泵循环，所述热泵循环包括：
压缩在第一状态下的工作流体，以将温度和压力升高至第二状态；在逆流换热器中冷却所述第二状态下的所述工作流体，包括：在第一级中将在所述第二状态下的所述工作流体冷却至第三状态；以及在第二级中将在所述第三状态下的所述工作流体的第一部分冷却至第四状态；将在第五状态下的所述工作流体膨胀至第六状态；将所述第六状态下的所述工作流体加热至第七状态；使所述第三状态下的所述工作流体的第二部分膨胀至第八状态；将所述第七状态下的所述工作流体与所述第八状态下的所述工作流体混合；以及在回热换热器中将在所述第七状态和所述第八状态下的所述工作流体的混合物加热至所述第一状态，同时将在第四状态下的所述工作流体冷却至所述第五状态。17.根据权利要求16所述的热泵循环，其中，所述第一级是第一换热器，以及所述第二级是第二换热器。18.根据权利要求16所述的热泵循环，其中，所述第一级和所述第二级包括具有中间歧管的单个换热器的部分。19.根据权利要求16所述的热泵循环，还包括在将所述第五状态下的所述工作流体膨胀至所述第六状态之前，通过将热量排放到环境大气中来进一步冷却所述第五状态下的所述工作流体。

技术总结

本公开提供一种热泵循环，该热泵循环允许热泵循环的T(Q)斜率的改进匹配。更具体地，高温热交换被分成两个级。此外，在第一级中被冷却的工作流体的一部分在与用于输入至回热换热器的加热的工作流体混合之前通过膨胀被进一步冷却。一步冷却。一步冷却。

技术研发人员：

蒂莫西

受保护的技术使用者：

艾克竣电力系统特拉华有限责任公司

技术研发日：

2021.04.12

技术公布日：

2022/12/16