1、熱泵的工作原理及類型及與冰箱工作上的區(qū)別熱泵的基本原理是借助一定的能量消耗或能位降級(jí)，將能量由低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩础０凑仗岣哂酂釡匚坏姆椒?，可以分為蒸汽壓縮式熱泵、吸收式熱泵及化學(xué)熱泵等。1.1 蒸汽壓縮式熱泵這種熱泵的原理與一般壓縮式制冷機(jī)原理完全相同，也就是說(shuō)與電冰箱的工作原理完全相同。但使用的目的不是致冷，而是致熱。如下圖所示，（T1為高溫?zé)嵩?，T2為低溫?zé)嵩矗┘訅旱囊簯B(tài)工質(zhì)經(jīng)節(jié)流閥減壓降溫進(jìn)入蒸發(fā)器，在T2溫度下從低溫?zé)嵩次鼰岫舭l(fā)，然后進(jìn)壓縮機(jī)壓縮升溫，再生冷凝器中于T1溫度下冷凝。具體分析其各個(gè)過(guò)程如下：熱泵是在環(huán)境溫度T0和所需溫度T1之間按逆向卡諾循環(huán)進(jìn)行工作的。在此循環(huán)中工

2、質(zhì)首先沿絕熱線12膨脹，同時(shí)溫度從T1降到T0。然后沿等溫線23膨脹，在等溫膨脹中，工質(zhì)在溫度T0下從冷源（環(huán)境）吸收熱量Q0。從狀態(tài)3沿絕熱線34被壓縮，同時(shí)溫度由T0升高到T1。最后沿等溫線41被壓縮，在等溫壓縮中，工質(zhì)在溫度T1下向熱源（受熱體）放出熱量Q1。逆向卡諾循環(huán)的結(jié)果是消耗機(jī)械功W，把從恒溫冷源T0所得到Q0輸送給恒溫?zé)嵩碩1。此時(shí)，恒溫?zé)嵩此玫降臒崃繛镼1：熱泵的經(jīng)濟(jì)性一般用供熱系數(shù)來(lái)衡量：化工廠中的大量低溫廢熱，可以利用熱泵把這些低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)變?yōu)楦邷責(zé)崮埽糜谡舭l(fā)、精餾工藝過(guò)程的加熱。例如石油裂解深冷分離中最簡(jiǎn)單形式的熱泵，將制冷系統(tǒng)與精餾設(shè)備結(jié)合起來(lái)。制冷劑經(jīng)壓縮之后，用

3、于精餾塔的再沸器作為加熱介質(zhì)，制冷劑本身被冷凝，然后將此液態(tài)制冷劑輸送到塔頂蒸汽冷凝器管間蒸發(fā)，供給冷量，使塔頂蒸汽冷凝，制冷蒸汽重新去壓縮，起到了熱泵的作用。石油裂解氣中分離乙烯、乙烷的乙烯塔流程中可以使用熱泵節(jié)約總的能量消耗。以乙烷、乙烯液體混合物為進(jìn)料的精餾塔，塔頂產(chǎn)品為純乙醇蒸汽，經(jīng)過(guò)壓縮后，以塔頂壓力，提高到，溫度從-68升高到85，經(jīng)過(guò)一系列的冷卻器，先后為水，0的液態(tài)丙烯，-21的液態(tài)丙烯冷卻。然后，其中一部分-43丙烯冷凝為-36的液態(tài)乙烯，另一部分則為-43的丙烯冷卻為-32的氣態(tài)乙烯，進(jìn)入乙烯乙烷塔底的再沸器中，供加熱汽化塔底的乙烷只用。此時(shí)，乙烯本身則冷凝為液態(tài)乙烯，連同

4、前一部分的液態(tài)乙烯作為產(chǎn)品。這樣，塔頂壓力較低的氣體乙烯由于經(jīng)過(guò)壓縮，就可將其一部分熱量傳給塔底再沸器中的乙烷，使之部分氣化，進(jìn)行精餾，而本身則被冷凝為液體。總的效果就是將塔頂-68的氣體乙烯中的部分熱量傳給塔底-50的液態(tài)乙烷，即將低溫物質(zhì)中的熱量通過(guò)加入外功而傳給高溫物質(zhì)，因此構(gòu)成了一個(gè)熱泵裝置。1.2 吸收式熱泵這種熱泵以低位余熱為熱源，利用某些溶液在濃度變化時(shí)的熱特性，通過(guò)該溶液作為介質(zhì)構(gòu)成的熱泵循環(huán)，將低溫位熱傳向高溫?zé)嵩?。吸收式熱泵通常由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器等設(shè)備組成。如下圖所示，其工作介質(zhì)是溴化鋰水溶液，這是熱量獲得型熱泵，用溫位較高的工作蒸汽作為發(fā)生器熱源，以濃縮稀的

5、溴化鋰溶液。濃縮過(guò)程產(chǎn)生的蒸汽在冷凝器中冷凝，其潛熱由熱水移走。冷凝液流入蒸發(fā)器中，在低壓下蒸發(fā)，此處可用低溫余熱作為熱源。蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸汽，在吸收器重用溫度較高的濃溴化鋰溶液吸收。由于溴化鋰溶液在低壓下仍具有較高沸點(diǎn)，故在吸收水蒸氣的過(guò)程中，低溫位的水蒸氣潛熱轉(zhuǎn)變?yōu)闇匚惠^高的溴化鋰溶液的顯熱，再由熱水將此熱量移去。在冷凝器和吸收器中吸熱后的熱水均可作用特定過(guò)程的熱源。1.3 化學(xué)熱泵這是利用特定的化學(xué)反應(yīng)，使在進(jìn)行吸熱反應(yīng)時(shí)吸收低溫位熱量，而在放熱反應(yīng)時(shí)排出高溫位熱量，從而構(gòu)成具有化學(xué)反應(yīng)的熱泵。這類熱泵的典型是金屬氫化物化學(xué)熱泵。鎳、錳及鑭系等多種金屬或合金，具有吸收氫而生成金屬氫化物的特性。在一定溫度下，某一金屬氫化物與一定的氫分壓成平衡。若將性能不同的兩種金屬氫化物為一組，則可因兩者平衡氫分壓的差異，導(dǎo)致氫的移動(dòng)，從而出現(xiàn)金屬氫化物的吸氫或放氫反應(yīng)。在吸氫一側(cè)放熱，而放氫一側(cè)則吸熱。在氫的移動(dòng)停止后，應(yīng)進(jìn)行再生。這時(shí)再分別改變兩側(cè)的溫度、壓力參數(shù)，使原先吸氫側(cè)放出氫，并被原先的放氫側(cè)吸收。