CN102042721A - 一种喷射器增效型蒸气压缩式热泵循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷射器增效型蒸气压缩式热泵循环系统，包括管路上连接的压缩机、喷射器、冷凝器、过冷器、第一膨胀机构、第二膨胀机构和蒸发器；所述的压缩机和冷凝器之间设有一喷射器，所述的冷凝器和第二膨胀机构之间还设有一过冷器。本发明利用喷射器的引射与增压作用，能够增大循环的过冷度，提高循环系统的制热性能系数；相应地也可以提高进入冷凝器的制冷剂流量，从而提高了循环的单位容积制热量。因此，喷射器增效型蒸气压缩式热泵循环系统在改善空气源热泵制热性能方面具有明显的优势，可以应用于空气源热泵热水器、热泵型空调器和冷热水机组中。

Description

一种喷射器增效型蒸气压缩式热泵循环系统

技术领域

本发明属于空气源热泵与空调技术领域，涉及一种蒸气压缩式热泵循环系统，特别涉及一种带喷射器的增效型蒸气压缩式热泵循环系统。

背景技术

蒸气压缩式热泵循环系统广泛应用于空气源热泵热水器和热泵型空调器(机)等领域。它具有系统结构简单、紧凑并能快速制热等特点，还可以同时实现制冷作用。特别是近年来随着能源需求迅速增长，环境气候问题日益突出以及低碳经济的发展，空气源热泵技术作为一种节能、环保的制热技术在提高能源的利用效率、减少温室气体的排放及为人类生活与工作创造更舒适的环境等方面更显现出它突出的技术优点。因此，空气源热泵在中国的发展十分迅速，应用越来越广泛，热泵技术的研究也在不断创新。

目前，影响空气源热泵技术(包括热水器与热泵型空调器)发展的最主要问题是空气源热泵制热能力和制热性能系数随着室外环境空气温度的降低而降低；因此空气源热泵的使用受到环境温度的限制，它的低温环境适应性已成为实际应用中的技术屏障，改善循环系统性能系数和提高制热量也就成为这一技术领域中重要的研究发展方向。

常规蒸气压缩式热泵循环系统主要由压缩机、冷凝器、膨胀机构和蒸发器组成。在常规的蒸气压缩式热泵循环系统中，随着蒸发温度的降低(即室外环境空气温度降低时)，压缩机的吸气压力下降，压缩机的吸气比容增大，压比也将升高，从而使得循环系统的单位容积制热量下降，压缩机耗功增加，会导致热泵制热能力和制热性能系数显著降低。

为解决低温环境下空气源热泵的性能降低问题，有研究者提出了采用喷气增焓涡旋压缩机技术应用于空气源热泵(包括热水器与热泵型空调器)。喷气增焓涡旋压缩机能明显提高低温环境下机组的制热量。然而，这种喷气增焓方法不适用于普通涡旋压缩机或未带辅助进汽口的压缩机如滚动活塞压缩机。也有研究者进一步提出了准二级压缩-喷射复合热泵系统，在系统中采用喷射器代替膨胀阀，有效利用工质节流过程的部分压力能，可以提高热泵在低温工况下的性能系数。但是这种系统仍采用了带辅助进汽口的压缩机。无疑，上述技术的应用为空气源热泵在低温环境下性能的进一步改善提供了一个可行的解决方案，对空气源热泵的发展有着积极的推动作用。

喷射器作为一种机械增压设备以其结构简单、无运动部件和成本低的特点，在蒸气喷射制冷领域和其它相关领域获得了广泛的应用。同样，喷射器也可以应用在蒸气压缩式热泵循环系统中，通过压缩机与喷射器及辅助过冷器的联合方案，利用喷射器的引射与增压作用能够实现热泵循环的机械过冷方式，从而增大了循环的过冷度，提高了循环系统的制热性能系数；另一方面，采用喷射器相应地可以提高进入冷凝器的制冷剂流量，从而提高了循环的单位容积制热量。因此，在喷射器应用方案下，蒸气压缩式热泵循环系统应用于低温环境制热时的制热量和制热性能系数均会有显著的提高，使得目前空气源热泵低温环境适应性问题得到了有效解决。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，为了提高蒸气压缩式空气源热泵系统的制热能力以及制热性能系数，综合改善低温环境温度下空气源热泵的制热性能，本发明的目的在于提出一种新的采用喷射器实现增效的蒸气压缩式热泵循环系统。

实现上述发明目的的技术解决方案是：

一种带喷射器的蒸气压缩式热泵循环系统，压缩机、喷射器、冷凝器、过冷器、第二膨胀机构和蒸发器依次连接，另外，冷凝器与第一膨胀机构连接，第一膨胀机构通过过冷器之后与喷射器连接，喷射器与冷凝器连接。

所述压缩机的出口与喷射器入口相连接；喷射器的出口与冷凝器的入口相连接；冷凝器的制冷剂液体出口分两路：一路液体直接与第一膨胀机构入口相连，第一膨胀机构出口的制冷剂液体通过过冷器后再与喷射器连接；另一路制冷剂液体直接进入过冷器，过冷器的出口与第二膨胀机构入口相连接，第二膨胀机构的出口与蒸发器的入口相连，蒸发器的出口与压缩机的入口相连接。

该循环系统由于采用了喷射器，在低温空气环境温度下能增大循环的过冷度，提高循环的单位容积制热量，从而在低温空气环境温度下增大了热泵系统的制热量，提高了循环系统的制热性能系数，有效解决了目前空气源热泵低温环境适应性问题。该循环系统可以应用于空气源热泵热水器、热泵型空调器和冷热水机组中。

本发明的带喷射器的蒸气压缩式热泵循环系统简单可靠、易于实施，所增加的喷射器仍属于常规的气-气型喷射器种类，具有增压的作用；相比于常规型的蒸气压缩式热泵循环系统，该系统是目前最为经济、有效的改善方案，因能有效提高循环系统的制热性能，从未来的应用上面看，具有明显的优势，可应用于空气源热泵热水器、热泵型空调器和冷热水机组中。

附图说明

图1是本发明喷射器增效型蒸气压缩式热泵循环系统示意图；

图2是本发明喷射器增效型蒸气压缩式热泵循环系统工作过程的循环压-焓图(p-h图)。

下面结合附图和给出的具体实施例，对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

如图1所示，本发明的带喷射器的蒸气压缩式热泵循环系统，包括管路上连接的压缩机101、喷射器102、冷凝器103、过冷器104、第一膨胀机构105、第二膨胀机构106和蒸发器107，其特征在于：所述的压缩机101和冷凝器103之间还设有一喷射器102，所述的冷凝器103和第二膨胀机构106之间还设有一过冷器104。所述压缩机101的出口与喷射器102入口相连接；喷射器102的出口与冷凝器103的入口相连接；冷凝器103的制冷剂液体出口分两路：一路液体直接与第一膨胀机构105入口相连，第一膨胀机构105出口的制冷剂液体通过过冷器104后再与喷射器102连接；另一路制冷剂液体直接进入过冷器104，过冷器104的出口与第二膨胀机构106入口相连接，第二膨胀机构106的出口与蒸发器107的入口相连，蒸发器107的出口与压缩机101的入口相连接。通过以上连接，构成完整的蒸气压缩式热泵循环系统。

其工作过程是：如图2所示，低压制冷剂气体(如R22，R417a)(在1点处)进入压缩机101，通过输入机械能被压缩为高压蒸气进入喷射器102(在2点处)，进而引射从过冷器104出来的较低压力的制冷剂蒸汽，在喷射器102内部混合与扩压后排出喷射器102(如图2中所示2、8到3的过程)；从喷射器102出来的制冷剂气体直接进入冷凝器103(在3点处)，放出热量凝结为饱和或过冷液体(在4点处)，同时实现制热目的；从冷凝器103中出来的制冷剂液体(在4点处)分出一部分，通过第一膨胀机构105降压降温后变成汽液两相流体(在7点处)，然后进入过冷器104的一侧，在其中蒸发吸收热量实现对过冷器104另一侧的制冷剂液体进一步过冷的目的；从冷凝器103出来的另一部分制冷剂液体进入过冷器104的另一侧，在其中放出热量获得进一步的过冷制冷剂液体(在5点处)；过冷器104出来的这一部分制冷剂液体再进入第二膨胀机构106进行节流降压(如图2中所示5到6的过程)，然后进入蒸发器107吸收热量蒸发为过热蒸气(如图2中所示6到1的过程)，从蒸发器107出来的制冷剂蒸汽再进入压缩机101(在1点处)，完成一个循环过程。

整个循环工作过程中存在有四个不同的工作压力，依次是压缩机101排气压力Pd、冷凝器103压力Pc、过冷器104蒸发侧压力Ps和蒸发器107压力Pe；其中冷凝器103压力和蒸发器107压力是由循环系统的工作工况所决定(蒸发温度与冷凝温度)，这又取决于制热温度要求和空气环境温度条件；而压缩机101排气压力、过冷器104蒸发侧压力(即喷射器102吸气压力)可以作为选择调节参数，是由压缩机101、喷射器102的工作特性以及循环中的质量守恒和能量守恒关系所确定的，可以通过循环优化分析进行优化选择。

相比于常规蒸气压缩式热泵循环系统，在同样的循环工况条件(蒸发温度与冷凝温度)下，特别是在低温空气环境温度下，在本发明实施例的热泵循环中，因喷射器102的引射与增压作用，增大了循环的过冷度，提高了循环系统的制热性能系数；另一方面，采用喷射器102相应地可以提高进入冷凝器的制冷剂流量，从而提高了循环的单位容积制热量；所以，整个循环系统的制热性能显著提高了。从以上分析可以看出，新的喷射器增效型蒸气压缩式热泵循环系统在改善空气源热泵制热性能方面具有明显的优势，可以应用于空气源热泵热水器、热泵型空调器和冷热水机组中。

Claims (2)

1.一种喷射器增效型蒸气压缩式热泵循环系统，包括管路上连接的压缩机(101)、喷射器(102)、冷凝器(103)、过冷器(104)、第一膨胀机构(105)、第二膨胀机构(106)和蒸发器(107)；其特征在于，压缩机(101)、喷射器(102)、冷凝器(103)、过冷器(104)、第二膨胀机构(106)和蒸发器(107)依次连接，另外，冷凝器(103)与第一膨胀机构(105)连接，第一膨胀机构(105)通过过冷器(104)之后与喷射器(102)连接，喷射器(102)与冷凝器(103)连接。

2.根据权利要求1所述的一种喷射器增效型蒸气压缩式热泵循环系统，其特征在于，所述压缩机(101)的出口与喷射器(102)入口相连接；喷射器(102)的出口与冷凝器(103)的入口相连接；冷凝器(103)的制冷剂液体出口分两路：一路液体直接与第一膨胀机构(105)入口相连，第一膨胀机构(105)出口的制冷剂液体通过过冷器(104)后再与喷射器(102)连接；另一路制冷剂液体直接进入过冷器(104)，过冷器(104)的出口与第二膨胀机构(106)入口相连接，第二膨胀机构(106)的出口与蒸发器(107)的入口相连，蒸发器(107)的出口与压缩机(101)的入口相连接。

Images