CN104807252A - 太阳能辅助喷射器增效的蒸气压缩式热泵循环系统及方法 - Google Patents

太阳能辅助喷射器增效的蒸气压缩式热泵循环系统及方法 Download PDF

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Abstract

太阳能辅助喷射器增效的蒸气压缩式热泵循环系统及方法，该系统包括相连接的压缩机和冷凝器，冷凝器出口分为两路，一路经截止阀后与增压泵入口相连，增压泵出口与太阳能集热/发生器入口相连，太阳能集热/发生器出口与喷射器工作流体入口相连；另一路与膨胀阀入口相连，膨胀阀出口与蒸发器入口相连，蒸发器出口分两路，一路经截止阀后与喷射器引射流体入口相连，另一路经截止阀后与压缩机吸气口相连，喷射器出口经截止阀后与压缩机吸气口相连；本发明利用太阳能集热/发生器为喷射器提供高压工作流体，在喷射器中引射蒸发器出口的低压制冷剂气体，提升压缩机的吸气压力从而降低循环中压缩机的功率消耗并提高输气量，提高热泵循环系统的性能。

Description

太阳能辅助喷射器增效的蒸气压缩式热泵循环系统及方法
技术领域
本发明属于热泵技术领域，具体涉及一种用于热泵装置的太阳能辅助喷射器增效的蒸气压缩式热泵循环系统及方法。
背景技术
空气源蒸气压缩式热泵循环系统是一种应用逆卡诺循环原理吸取低温空气中的能量加热空气或热水的系统，具有高效节能的特点，因而受到了人民群众和商家的青睐。但是，近年来随着能源需求的迅速增长，环境气候问题的日益突出以及低碳经济的发展，对热泵循环系统在节能、环保等方面提出更高的要求，因此，如何提高热泵循环系统的能效成为了其发展的方向。
太阳能是清洁而且用之不尽的能源，是21世纪人们解决能源可持续发展的重要出路之一。因此，进一步开发利用太阳能，将其应用于热泵循环系统，可以有效降低由于使用常规热泵设备而带来的巨额能源消耗，并减轻由于燃烧化石能源发电所带来的环境污染。而现有的方式多采用热水循环系统将太阳能与蒸气压缩式热泵循环系统耦合，其设备比较复杂，投资、运行和维护费用高，并且浪费了太阳能作为高品位能源的做功能力。喷射器因其结构简单、成本低廉、无运动部件,适于包括两相流的任何流体下使用，所以也有人提出了以太阳能为驱动力的喷射式热泵循环系统，然而由于其喷射器工作压差小，喷射器效率较低，导致整个循环系统效率低。因此，如果能将太阳能和喷射器与空气源蒸气压缩式热泵合理地结合，则能够设计出结构简单兼顾效率的更为经济实用的热泵系统。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种太阳能辅助喷射器增效的蒸气压缩式热泵循环系统及方法，利用太阳能集热/发生器为喷射器提供高压工作流体，在喷射器中引射蒸发器出口的低压制冷剂气体，提升压缩机的吸气压力，从而降低循环中压缩机的功率消耗并提高压缩机的输气量,进一步提高现有的蒸气压缩式热泵循环系统的性能；这将对热泵装置的节能技术发展有着积极的推动作用，而且会带来较好的社会效益和经济效益。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种太阳能辅助喷射器增效的蒸气压缩式热泵循环系统，包括相连接的压缩机101和冷凝器102，所述冷凝器102的出口分为两路，一路经第一截止阀103后与增压泵104的入口相连接，增压泵104的出口与太阳能集热/发生器105的入口相连接，太阳能集热/发生器105的出口与喷射器106的工作流体入口相连接；另一路与膨胀阀107的入口相连接，膨胀阀107的出口与蒸发器108的入口相连接；所述蒸发器108的出口分两路，一路经第二截止阀109后与喷射器106的引射流体入口相连接，另一路经第三截止阀110后与压缩机101的吸气口相连接，喷射器106的出口经第四截止阀111后与压缩机101的吸气口相连接。
在系统中，利用太阳能集热/发生器105为喷射器106提供高压工作流体，在喷射器106中引射蒸发器108出口的低压制冷剂气体，提升压缩机101的吸气压力从而降低循环中压缩机的功率消耗并提高压缩机的输气量。
所述喷射器106出口的制冷剂流体压力大于蒸发器108出口制冷剂流体压力，但小于太阳能集热/发生器105出口制冷剂流体压力。
上述所述太阳能辅助喷射器增效的蒸气压缩式热泵循环系统的工作模式，分为太阳能充足时的太阳能辅助喷射器增效的空气源热泵模式即工作模式①和太阳能不足时的传统空气源热泵模式即工作模式②；
所述工作模式①具体为：第一截止阀103、第二截止阀109和第四截止阀111开启，第三截止阀110关闭；压缩机101出口的过热制冷剂蒸汽进入冷凝器102放热冷凝成为过冷制冷剂液体，冷凝器102的出口的过冷制冷剂液体分为两路：一路过冷制冷剂液体经增压泵104升压，然后进入太阳能集热/发生器105中吸热蒸发成为高压的两相或过热制冷剂流体，该高压的两相或者过热制冷剂流体作为工作流体进入喷射器106的工作流体入口；另一路过冷制冷剂液体进入膨胀阀107中节流成为低压两相制冷剂流体，该低压两相制冷剂流体进入蒸发器108中吸热蒸发成为饱和或过热制冷剂气体，该低压制冷剂气体作为引射流体被来自太阳能集热器/发生器105的高压的制冷剂流体引射，两股流体在喷射器106中混合并增压，最后回到压缩机101，完成工作模式①循环过程；
所述工作模式②具体为：第一截止阀103、第二截止阀109和第四截止阀111关闭，第三截止阀110开启；压缩机101出口的过热制冷剂蒸汽进入冷凝器102放热冷凝成为过冷制冷剂液体，该过冷制冷剂液体继续进入膨胀阀107中节流成为两相制冷剂流体，该两相制冷剂流体进入蒸发器108中吸热蒸发成为饱和或过热制冷剂气体，最后回到压缩机101，完成工作模式②循环过程。
相比于常规的蒸气压缩式空气源热泵循环系统，本发明利用太阳太阳能集热/发生器能为喷射器提供高压工作流体，在喷射器中引射蒸发器出口的低压制冷剂气体，提升压缩机的吸气压力从而降低循环中压缩机的功率消耗并提高压缩机的输气量，达到提高热泵系统能效的目的，并且该方案具有结构简单，成本低廉的优点。总之，该系统是一种经济、有效、可行的改善方案，能有效提蒸气压缩式热泵循环系统的性能，促进蒸气压缩式热泵循环系统节能技术的发展。
附图说明
附图是本发明热泵循环系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如附图所示，本发明是一种太阳能辅助喷射器增效的蒸气压缩式热泵循环系统，包括相连接的压缩机101和冷凝器102，所述冷凝器102的出口分为两路，一路经第一截止阀103后与增压泵104的入口相连接，增压泵104的出口与太阳能集热/发生器105的入口相连接，太阳能集热/发生器105的出口与喷射器106的工作流体入口相连接；另一路与膨胀阀107的入口相连接，膨胀阀107的出口与蒸发器108的入口相连接；所述蒸发器108的出口分两路，一路经第二截止阀109后与喷射器106的引射流体入口相连接，另一路经第三截止阀110后与压缩机101的吸气口相连接，喷射器106的出口经第四截止阀111后与压缩机101的吸气口相连接。
该太阳能辅助喷射器增效的蒸气压缩式热泵循环系统的工作模式分为两种：工作模式①太阳能充足时的太阳能辅助喷射器增效的空气源热泵模式；工作模式②太阳能不足时的传统空气源热泵模式。
如附图所示，本发明一种太阳能辅助喷射器增效的蒸气压缩式热泵循环系统的工作过程如下：工作模式①：第一截止阀103、第二截止阀109和第四截止阀111开启，第三截止阀110关闭。压缩机101出口的过热制冷剂蒸汽(图中2点处)进入冷凝器102放热冷凝成为过冷制冷剂液体(图中3点处)，冷凝器102的出口的过冷制冷剂液体分为两路：一路过冷制冷剂液体经增压泵104升压(图中4点处)，然后进入太阳能集热/发生器105中吸热蒸发成为两相或过热制冷剂流体(图中5点处)，该高压的两相或者过热制冷剂流体作为工作流体进入喷射器106的工作流体入口；另一路过冷制冷剂液体进入膨胀阀107中节流成为低压两相制冷剂流体(图中6点处)，该两相制冷剂流体进入蒸发器108中吸热蒸发成为饱和或过热制冷剂气体(图中7点处)，该低压制冷剂气体作为引射流体被来自太阳能集热器105/发生器的高压的制冷剂流体引射，两股流体在喷射器106中混合并增压(图中1点处)，最后回到压缩机101，以上完成工作模式①循环过程。工作模式②：第一截止阀103、第二截止阀109和第四截止阀111关闭，第三截止阀110开启。压缩机101出口的过热制冷剂蒸汽(图中2点处)进入冷凝器102放热冷凝成为过冷制冷剂液体(图中3点处)，该过冷制冷剂液体继续进入膨胀阀107中节流成为两相制冷剂流体(图中6点处)，该两相制冷剂流体进入蒸发器108中吸热蒸发成为饱和或过热制冷剂气体(图中7点处)，最后回到压缩机101，以上完成工作模式②循环过程。
本发明的整个系统循环工作过程中存在有四个不同的工作压力，依次是太阳能集热/发生器105发生压力、冷凝器102冷凝压力、压缩机101吸气压力和蒸发器108蒸发压力。其中太阳能集热/发生器105发生压力、冷凝器102冷凝压力和蒸发器108蒸发压力是由循环系统的工作工况所决定，这又取决于制热温度要求、空气环境温度和太阳能辐射强度；压缩机101吸气压力是由喷射器106的工作特性、循环中的质量守恒、动量守恒和能量守恒关系所决定。

Claims (4)

1.一种太阳能辅助喷射器增效的蒸气压缩式热泵循环系统，包括相连接的压缩机(101)和冷凝器(102)，其特征在于：所述冷凝器(102)的出口分为两路，一路经第一截止阀(103)后与增压泵(104)的入口相连接，增压泵(104)的出口与太阳能集热/发生器(105)的入口相连接，太阳能集热器/发生器(105)的出口与喷射器(106)的工作流体入口相连接；另一路与膨胀阀(107)的入口相连接，膨胀阀(107)的出口与蒸发器(108)的入口相连接；所述蒸发器(108)的出口分两路，一路经第二截止阀(109)后与喷射器(106)的引射流体入口相连接，另一路经第三截止阀(110)后与压缩机(101)的吸气口相连接，喷射器(106)的出口经第四截止阀(111)后与压缩机(101)的吸气口相连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能辅助喷射器增效的蒸气压缩式热泵循环系统，其特征在于：在系统中利用太阳能集热/发生器(105)为喷射器(106)提供高压工作流体，在喷射器(106)中引射蒸发器(108)出口的低压制冷剂气体，提升压缩机(101)的吸气压力从而降低循环中压缩机的功率消耗并提高压缩机的输气量。
3.根据权利要求1所述的太阳能辅助喷射器增效的蒸气压缩式热泵循环系统，其特征在于：所述喷射器(106)出口的制冷剂流体压力大于蒸发器(108)出口制冷剂流体压力，但小于太阳能集热/发生器(105)出口制冷剂流体压力。
4.权利要求1所述太阳能辅助喷射器增效的蒸气压缩式热泵循环系统的工作方法，其特征在于：分为太阳能充足时的太阳能辅助喷射器增效的空气源热泵模式即工作模式①和太阳能不足时的传统空气源热泵模式工作模式②；
所述工作模式①具体为：第一截止阀(103)、第二截止阀(109)和第四截止阀(111)开启，第三截止阀(110)关闭；压缩机(101)出口的过热制冷剂蒸汽进入冷凝器(102)放热冷凝成为过冷制冷剂液体，冷凝器(102)的出口的过冷制冷剂液体分为两路：一路过冷制冷剂液体经增压泵(104)升压，然后进入太阳能集热/发生器(105)中吸热蒸发成为高压的两相或过热制冷剂流体，该高压的两相或者过热制冷剂流体作为工作流体进入喷射器(106)的工作流体入口；另一路过冷制冷剂液体进入膨胀阀(107)中节流成为低压两相制冷剂流体，该低压两相制冷剂流体进入蒸发器(108)中吸热蒸发成为饱和或过热制冷剂气体，该低压制冷剂气体作为引射流体被来自太阳能集热器/发生器(105)的高压的制冷剂流体引射，两股流体在喷射器(106)中混合并增压，最后回到压缩机(101)，完成工作模式①循环过程；所述工作模式②具体为：第一截止阀(103)、第二截止阀(109)和第四截止阀(111)关闭，第三截止阀(110)开启；压缩机(101)出口的过热制冷剂蒸汽进入冷凝器(102)放热冷凝成为过冷制冷剂液体，该过冷制冷剂液体继续进入膨胀阀(107)中节流成为两相制冷剂流体，该两相制冷剂流体进入蒸发器(108)中吸热蒸发成为饱和或过热制冷剂气体，最后回到压缩机(101)，完成工作模式②循环过程。
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