用于熱泵裝置的帶噴射器的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于熱泵裝置的帶噴射器的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)，壓縮機的出口與冷凝器的入口相連，冷凝器出口與噴射器的噴嘴入口相連，噴射器的被引射制冷劑入口與第二級閃蒸器氣相出口相連，噴射器出口與第一級閃蒸器入口相連；第一級閃蒸器的飽和氣態(tài)制冷劑出口與壓縮機中間補氣口相連，飽和液態(tài)制冷劑出口經(jīng)第一級膨脹閥或毛細管后與第二級閃蒸器入口相連；第二級閃蒸器的飽和氣態(tài)制冷劑出口與噴射器的被引射制冷劑入口相連接，飽和液態(tài)制冷劑出口經(jīng)第二級膨脹閥或毛細管后與蒸發(fā)器入口相連接；蒸發(fā)器出口與壓縮機吸氣口連接；通過采用噴射器及輔助的閃蒸器實現(xiàn)節(jié)流過程的膨脹功回收，同時增大壓縮機中間級補氣量，從而改善熱泵系統(tǒng)制熱性能。
【專利說明】用于熱泵裝置的帶噴射器的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱泵【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于熱泵裝置的帶噴射器的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]蒸氣壓縮式空氣源熱泵技術(shù)作為一種節(jié)能、環(huán)保的制熱技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于商用建筑和住宅的供熱中，如熱泵型空調(diào)器與熱泵熱水器。隨著經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，空氣源熱泵在我國的發(fā)展十分迅速，相關(guān)技術(shù)的研究也在不斷創(chuàng)新。然而，當(dāng)蒸氣壓縮式空氣源熱泵使用在較低室外空氣環(huán)境溫度下時，壓縮機吸排氣壓差增大，壓縮機吸入的制冷劑的密度減小，熱泵系統(tǒng)內(nèi)部制冷劑的循環(huán)流量減小，導(dǎo)致熱泵系統(tǒng)向室內(nèi)提供的熱量減少，熱泵系統(tǒng)制熱性能衰減即效率與制熱量降低是它存在的突出技術(shù)問題，從而影響其大范圍的應(yīng)用。為使空氣源熱泵在低溫環(huán)境中高效、安全運行，人們進行了許多技術(shù)研發(fā)和改進，其中目前應(yīng)用較多的是采用帶補氣增焓的循環(huán)系統(tǒng)，又稱噴氣增焓系統(tǒng)?？傊?，應(yīng)用補氣增焓系統(tǒng)是解決空氣源熱泵機組低溫運行性能下降的有效技術(shù)途徑之一。
[0003]目前，常用的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)主要包括壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、閃蒸器和膨脹閥或毛細管等部件；其中，壓縮機為具有補氣增焓功能的渦旋壓縮機或兩級滾動轉(zhuǎn)子壓縮機，其壓縮過程被補氣過程分成兩段，成為準(zhǔn)二級壓縮過程。然而，在現(xiàn)有的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)中，由于實現(xiàn)制冷劑的膨脹過程仍主要是采用節(jié)流機構(gòu)膨脹閥或毛細管，因而在其節(jié)流過程產(chǎn)生了較大的不可逆損失，并且隨著蒸發(fā)溫度降低不可逆損失加大，導(dǎo)致循環(huán)系統(tǒng)性能會顯著降低。實際上，制冷劑的節(jié)流過程具有可利用的膨脹功，可以在目前的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)中采用附加的噴射器回收節(jié)流過程的部分膨脹功，使循環(huán)系統(tǒng)的性能獲得提高，改善低溫環(huán)境下制熱性能衰減情況。
[0004]許多研究表明，在蒸氣壓縮循環(huán)系統(tǒng)上采用噴射器確實可以提高制冷與熱泵裝置的性能。然而，目前有關(guān)噴射器在蒸氣壓縮循環(huán)系統(tǒng)上的應(yīng)用，大多數(shù)是針對常規(guī)的單級蒸氣壓縮式循環(huán)系統(tǒng)?？偟膩碚f，在補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)中應(yīng)用噴射器的技術(shù)措施還存在空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供用于熱泵裝置的帶噴射器的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)，通過采用噴射器回收節(jié)流過程的膨脹功，從而使帶噴射器的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)具有更高的效率，降低循環(huán)裝置能量消耗；并利用噴射器引射第二級閃蒸器中的氣態(tài)制冷劑，增加了壓縮機中間級的補氣量，進一步有效地解決了空氣源熱泵系統(tǒng)在低環(huán)境溫度時的制熱量衰減問題。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種用于熱泵裝置的帶噴射器的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)，包括壓縮機101，壓縮機101的出口與冷凝器102的入口相連接，冷凝器102的出口與噴射器103的噴嘴入口相連接，噴射器103的被引射制冷劑入口與第二級閃蒸器106的氣相出口相連接，噴射器103的出口與第一級閃蒸器104的入口相連接；第一級閃蒸器104出口分兩路，一路飽和氣態(tài)制冷劑出口與壓縮機101中間補吸氣口相連接，另一路飽和液態(tài)制冷劑出口經(jīng)過第一級膨脹閥或毛細管105后與第二級閃蒸器106入口相連接；第二級閃蒸器106出口分兩路，一路飽和氣態(tài)制冷劑出口與噴射器103的被引射制冷劑入口相連接，另一路飽和液態(tài)制冷劑出口經(jīng)過第二級膨脹閥或毛細管107后與蒸發(fā)器108入口相連接；蒸發(fā)器108出口與壓縮機101吸氣口連接。
[0008]所述壓縮機101采用具有補氣增焓功能的壓縮機，其具有兩級吸氣口，分別為低壓吸氣口和中間補氣口。
[0009]所述具有補氣增焓功能的壓縮機為渦旋壓縮機或兩級滾動轉(zhuǎn)子壓縮機。
[0010]所述噴射器103中來自冷凝器102出口的過冷液態(tài)制冷劑壓力大于從第二級閃蒸器106氣相出口出來的制冷劑蒸氣壓力。
[0011]所述第二級閃蒸器106氣相出口的制冷劑蒸氣在噴射器103中被來自冷凝器102出口的過冷液態(tài)制冷劑引射，在噴射器103中混合后增壓并進入第一級閃蒸器104。
[0012]相比于現(xiàn)有的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)，本發(fā)明提出的一種帶噴射器的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)，通過采用噴射器回收節(jié)流過程的膨脹功，從而使帶噴射器的補氣增焓空氣源熱泵循環(huán)系統(tǒng)具有更高的效率，降低熱泵系統(tǒng)能量消耗。同時，利用噴射器引射第二級閃蒸器中的氣態(tài)制冷劑，增加了壓縮機中間級的補氣量，進一步有效地解決了空氣源熱泵系統(tǒng)在低環(huán)境溫度時的制熱量衰減問題。該系統(tǒng)是一種經(jīng)濟、有效、可行的改善方案，能有效提高熱泵循環(huán)系統(tǒng)性能，可促進熱泵產(chǎn)品節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明制冷循環(huán)系統(tǒng)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明制冷循環(huán)系統(tǒng)工作過程的循環(huán)壓-焓圖(P - h圖)。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明一種用于熱泵裝置的帶噴射器的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)，包括壓縮機101，壓縮機101的出口與冷凝器102的入口相連接，冷凝器102的出口與噴射器103的噴嘴入口相連接，噴射器103的被引射制冷劑入口與第二級閃蒸器106的氣相出口相連接，噴射器103的出口與第一級閃蒸器104的入口相連接；第一級閃蒸器104出口分兩路，一路飽和氣態(tài)制冷劑出口與壓縮機101中間補吸氣口相連接，另一路飽和液態(tài)制冷劑出口經(jīng)過第一級膨脹閥或毛細管105后與第二級閃蒸器106入口相連接；第二級閃蒸器106出口分兩路，一路飽和氣態(tài)制冷劑出口與噴射器103的被引射制冷劑入口相連接，另一路飽和液態(tài)制冷劑出口經(jīng)過第二級膨脹閥或毛細管107后與蒸發(fā)器108入口相連接；蒸發(fā)器108出口與壓縮機101吸氣口連接。
[0017]所述壓縮機101采用具有補氣增焓功能的壓縮機，其具有兩級吸氣口，分別為低壓吸氣口和中間補氣口。
[0018]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述具有補氣增焓功能的壓縮機為渦旋壓縮機或兩級滾動轉(zhuǎn)子壓縮機。
[0019]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述噴射器103中來自冷凝器102出口的過冷液態(tài)制冷劑壓力大于從第二級閃蒸器106氣相出口出來的制冷劑蒸氣壓力。這樣高壓過冷液態(tài)制冷劑作為工作流體進入噴射器103的噴嘴中將壓力能轉(zhuǎn)化為速度能后變?yōu)榈蛪焊咚贇庖簝上嗷旌现评鋭?，從而引射從第二級閃蒸器106氣相出口出來的制冷劑蒸氣，并在噴射器出口形成壓力高于第二級閃蒸器106氣相出口的制冷劑蒸氣的氣液兩相混合制冷劑，達至IJ提高壓縮機中間補氣壓力降低能耗的目的。
[0020]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述第二級閃蒸器106氣相出口的制冷劑蒸氣在噴射器103中被來自冷凝器102出口的過冷液態(tài)制冷劑引射，在噴射器103中混合后增壓并進入第一級閃蒸器104。這樣增加了壓縮機中間級的補氣量，進一步有效地解決了空氣源熱泵系統(tǒng)在低環(huán)境溫度時的制熱量衰減問題。
[0021]如圖2所示，為本發(fā)明制冷循環(huán)系統(tǒng)工作過程的循環(huán)壓-焓圖(P - h圖)，其示意的制冷系統(tǒng)工作過程為:壓縮機101出口的高溫高壓過熱氣態(tài)制冷劑(圖中2點處)在冷凝器102放出熱量實現(xiàn)制熱目的后成為高壓過冷液態(tài)制冷劑(圖中3點處)；冷凝器102出口的過冷液態(tài)制冷劑作為工作流體進入噴射器103的噴嘴，在噴嘴中膨脹后變?yōu)榈蛪焊咚贇庖簝上嗷旌现评鋭?圖中3’點處);低壓高速氣液兩相混合制冷劑與從第二級閃蒸器106出來的飽和氣態(tài)制冷劑(圖中8點處)在噴射器103的混合室中混合后(圖中4’點處)再經(jīng)噴射器103的擴壓器增壓成為氣液兩相混合制冷劑(圖中4點處)后排出；噴射器103出口的氣液兩相混合制冷劑進入第一級閃蒸器104進行氣液分離，其中從第一級閃蒸器104分離出的飽和氣態(tài)制冷劑(圖中5點處)返回壓縮機101的中間補氣口，而分離出的飽和液態(tài)制冷劑(圖中6點處)通過第一級膨脹閥或毛細管105降壓降溫后(圖中7點處)進入第二級閃蒸器106中進行氣液分離，其中從第二級閃蒸器106分離出的飽和氣態(tài)制冷劑(圖中8點處)作為被引射制冷劑進入噴射器103的引射入口，而分離出的飽和液態(tài)制冷劑(圖中9點處)通過第二級膨脹閥或毛細管107降壓降溫后(圖中10點處)進入蒸發(fā)器108中吸熱蒸發(fā)成為氣態(tài)制冷劑圖中I點處)；蒸發(fā)器108出口的氣態(tài)制冷劑進入壓縮機101吸氣口，以上完成整個循環(huán)過程。
[0022]本發(fā)明的整個系統(tǒng)循環(huán)工作過程中存在有四個不同的工作壓力，依次是冷凝器102冷凝壓力、壓縮機101中間補氣壓力、噴射器103的引射流體壓力和蒸發(fā)器108蒸發(fā)壓力。其中冷凝器102冷凝壓力和蒸發(fā)器108蒸發(fā)壓力是由循環(huán)系統(tǒng)的工作工況所決定(即一個冷凝溫度及一個蒸發(fā)溫度)，這又取決于制熱溫度要求和空氣環(huán)境溫度；壓縮機101中間補氣壓力為設(shè)計工況參數(shù)，可根據(jù)冷凝壓力和蒸發(fā)壓力選取；噴射器103的引射流體壓力是由噴射器103的工作特性、循環(huán)中的質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒關(guān)系所決定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于熱泵裝置的帶噴射器的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)，包括壓縮機(101)，壓縮機(101)的出口與冷凝器(102)的入口相連接，其特征在于:冷凝器(102)的出口與噴射器(103)的噴嘴入口相連接，噴射器(103)的被引射制冷劑入口與第二級閃蒸器(106)的氣相出口相連接，噴射器(103)的出口與第一級閃蒸器(104)的入口相連接；第一級閃蒸器(104)出口分兩路，一路飽和氣態(tài)制冷劑出口與壓縮機(101)中間補吸氣口相連接，另一路飽和液態(tài)制冷劑出口經(jīng)過第一級膨脹閥或毛細管(105)后與第二級閃蒸器(106)入口相連接；第二級閃蒸器(106)出口分兩路，一路飽和氣態(tài)制冷劑出口與噴射器(103)的被引射制冷劑入口相連接，另一路飽和液態(tài)制冷劑出口經(jīng)過第二級膨脹閥或毛細管(107)后與蒸發(fā)器(108)入口相連接；蒸發(fā)器(108)出口與壓縮機(101)吸氣口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱泵裝置的帶噴射器的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述壓縮機(101)采用具有補氣增焓功能的壓縮機，其具有兩級吸氣口，分別為低壓吸氣口和中間補氣口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于熱泵裝置的帶噴射器的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述具有補氣增焓功能的壓縮機為渦旋壓縮機或兩級滾動轉(zhuǎn)子壓縮機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱泵裝置的帶噴射器的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述噴射器(103)中來自冷凝器(102)出口的過冷液態(tài)制冷劑壓力大于從第二級閃蒸器(106)氣相出口出來的制冷劑蒸氣壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于熱泵裝置的帶噴射器的補氣增焓型熱泵循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述第二級閃蒸器(106)氣相出口的制冷劑蒸氣在噴射器(103)中被來自冷凝器(102)出口的過冷液態(tài)制冷劑引射，在噴射器(103)中混合后增壓并進入第一級閃蒸器(104)。
【文檔編號】F25B41/06GK103776189SQ201410022664
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月18日
【發(fā)明者】魚劍琳, 王驍, 邢美波 申請人:西安交通大學(xué)