CN106958967B - 补气装置及具有其的热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热泵技术领域，特别是涉及一种补气装置，包括气液分离腔体和引射器；两相制冷剂通过气液进管进入气液分离腔体，气液分离腔体能够将气液分离，从而使气液分离腔体分为气体腔和液体腔；引射器具有喷射入口、引射入口和引射出口，喷射入口用于接收经分离后的气态制冷剂，引射入口用于引射气液两相制冷剂或者经分离后的液态制冷剂，引射出口连接至压缩机的补气口。该补气装置，能够根据补气量的大小自动调整补液量的大小，在压缩机排气温度低，补气量小的非极端工况进行少量补液或不补液；在压缩机排气温度高，补气量大的极端工况，补入更多的液态制冷剂以降低排气温度。本发明还涉及一种热泵系统。

Description

补气装置及具有其的热泵系统

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，特别是涉及一种补气装置及具有其的热泵系统。

背景技术

使用双级压缩中间补气的热泵空调装置能够显著提高极端工况下系统的能效，极端工况指的是高温环境下的制冷与低温环境下的制热，从压缩机角度来说，则是大压缩比(进出口压力之比)下的工作条件。尽管中间补气方式能在一定程度上降低压缩机的排气温度，但是，当压缩机在进出口压缩比较大，或者热泵系统中使用的是一些绝热指数较大的冷媒时(如R32等)，压缩机的排气温度仍然会较高。过高的排气温度对电机、及压缩机润滑油都会造成不利的影响。为了压缩机可靠运行，常用的方式是，在压缩机的吸气端或者补气端补入一定量的液态冷媒，以降低排气温度，增加压缩机的可靠性能。然而液态冷媒如果补入过少，无法达到降低压缩机排气温度的目的，补入过多又可能会造成液击损坏压缩机。

传统的补气方式是将闪发器中的气液混合物直接补入压缩机，达到降低排气温度的目的。但是这种方式补入的液态冷媒的多少是由气液混合物中的液态冷媒占比多少来决定的，与补入压缩机的冷媒多少无直接进关系，即无法根据实际需要向压缩机补入液量合适的冷媒以确保压缩机的可靠运行。

发明内容

基于此，有必要针对传统的补气方式无法控制补入的气液比例问题，提供一种补液量能随着补气量正相关变化的补气装置，同时还提供了一种包含该补气装置的热泵系统。

上述目的通过以下技术方案实现：

一种补气装置，用于对压缩机进行补气增焓，包括气液分离腔体和引射器；两相制冷剂通过气液进管进入气液分离腔体，气液分离腔体能够将气液分离，从而使气液分离腔体分为气体腔和液体腔；

引射器具有喷射入口、引射入口和引射出口，喷射入口用于接收经气液分离腔体分离后的气态制冷剂，引射入口用于引射气液两相制冷剂或者经气液分离腔体分离后的液态制冷剂，引射出口连接至压缩机的补气口。

在其中一个实施例中，引射器设置在气液分离腔体外部。

在其中一个实施例中，气体腔设有气体出口，气体出口通过补气管与喷射入口连通。

在其中一个实施例中，液体腔设有液体出口，液体出口通过第一补液管与引射入口连通。

在其中一个实施例中，液体腔连接有液体出管，引射入口通过第二补液管与液体出管连通。

在其中一个实施例中，引射入口通过气液同补管与气液进管连通。

在其中一个实施例中，引射器设置在气液分离腔体内部，位于气体腔处。

在其中一个实施例中，补气装置还包括第三补液管，第三补液管的一端与引射入口连通，另一端伸入液体腔的液面中。

在其中一个实施例中，补气装置还包括气液混合管，气液混合管设置在气液分离腔体上，气液混合管的一端与引射出口连接，另一端连接至压缩机。

一种热泵系统，包括压缩机，以及用于对压缩机进行补气的补气装置，其中，补气装置为如上任一项所述的补气装置。

上述补气装置，气液混合物经气液分离腔体实现气液分离，引射器的喷射入口用于接收气态制冷剂，引射器的引射入口用于引射液态制冷剂或者气液两相制冷剂，而引射器的引射出口连接至压缩机的补气口，用于将从喷射入口和引射入口进入的制冷剂全部补入压缩机，以实现降低压缩机排气温度的目的。根据引射器的特性，喷射入口补入的气态制冷剂越多，引射入口补入的液态制冷剂或者气液两相制冷剂也就越多，反之，喷射入口补入的气态制冷剂减少，引射入口补入的液态制冷剂或者气液两相制冷剂也减少，这样，该补气装置能够根据补气量的大小自动调整补液量的大小，在压缩机排气温度低，补气量小的非极端工况进行少量补液或不补液；在压缩机排气温度高，补气量大的极端工况，补入更多的液态制冷剂以降低排气温度。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的补气装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的补气装置应用于热泵系统中的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的补气装置的结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的补气装置的结构示意图；

图5为本发明实施例四提供的补气装置的结构示意图。

其中：

10-气液分离腔体；

11-气体腔；12-液体腔；

13-气液进管；14-液体出管；

15-补气管；16-气液混合管；

20-引射器；

2a-喷射入口；2b-引射入口；2c-引射出口；

21-第一补液管；22-第二补液管；23-第三补液管；

24-气液同补管；

30-压缩机；40-冷凝器；

50-蒸发器；60-一级节流装置；

70-二级节流装置；80-电磁阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的补气装置及具有其的热泵系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

本发明的补气装置，可应用于热泵空调系统或者热泵热水器系统中，其补液量能够根据补气量的大小自动调整，在压缩机排气温度低，补气量小的非极端工况进行少量补液或不补液；在压缩机排气温度高，补气量大的极端工况，补入更多的液体以降低排气温度。该装置结构简单，补液量可控，在保证压缩机性能的同时又确保了压缩机运行的可靠性。

参见图1、图3至图5，本发明具体实施方式提供的补气装置，用于对压缩机进行补气增焓，包括气液分离腔体10和引射器20；两相制冷剂通过气液进管13进入气液分离腔体10，气液分离腔体10能够将气液分离，从而使气液分离腔体10分为气体腔11和液体腔12；

引射器20具有喷射入口2a、引射入口2b和引射出口2c，喷射入口2a用于接收经气液分离腔体10分离后的气态制冷剂，引射入口2b用于引射气液两相制冷剂或者经气液分离腔体10分离后的液态制冷剂，引射出口2c连接至压缩机的补气口。

其中，气液分离腔体10可以是气液分离器的容器部分，也可以是闪发器的闪发腔体部分，其只要能实现气液分离的目的即可。较简单地，由气液进管13进入气液分离腔体10的气液混合物在重力作用下分离成气体和液体，液体存于气液分离腔体10的下部，气体存于气液分离腔体10的上部，参见图1、图3至图5，气液分离腔体10的上部分为气体腔11，下部分为液体腔12，由此，喷射入口2a可通过管道连通至上部气体腔11，用于接收经气液分离后的气态制冷剂，引射入口2b可通过管道连通至下部液体腔12，用于引射经气液分离后的液态制冷剂，或者，引射入口2b可直接通过管道连通至气液进管13，来引射气液两相制冷剂。

引射器20的工作原理是当工作流体进入引射器20，会经历一个渐缩渐扩的过程，在这个过程中，工作流体的压力能转换为速度能，在中间最小的喉部形成一个局部的低压，利用该低压可以对外部流体实现一个抽吸作用。可以假定工作流体为无黏理想流体，其沿流线伯努利方程如下：

上式中的p，ρ，v，g，z分别表示工作流体的压力，密度，流速，重力加速度，位势高度。在本发明具体应用中由于g、z通常较小，可以忽略。剩下主要是p与v²之间负相关的关系，即通过调整喉部速度，可以改变抽吸压力的大小，即喉部面积越小，速度越快，抽吸力越大。实际工作时为了达到较好的工作效果，除了调节喉部面积外，还可以对管道的直径进行调节，使流量、阻力特性满足使用需求。

我们利用引射器20的工作原理，通过将引射器20的喷射入口2a与气体腔11连通，喷射入口2a作为上述工作流体进入引射器20的入口，其用以接收气态制冷剂；而引射器20的引射入口2b为上述外部流体的入口，其与液体腔12连通或者与气液进管13连通，以在抽吸力的作用下引入液态制冷剂或者气液两相制冷剂。

由前述可知，工作流体的速度越大，对外部流体的抽吸力越大。因此，引射的液态制冷剂的量(后简称补液量)主要与气态制冷剂流速相关，即气态制冷剂流速越大，补液量越多。在压缩机排气温度较高时，需补入的气态制冷剂(后简称补气量)增大，经过上述喉部的流体的速度也增大，因此补液量也增大，进而使补入压缩机的液态制冷剂的量增大，对压缩机排气的降温作用也会更明显，有效达到降低压缩机排气温度的目的，保证压缩机的可靠运行，同时，由于主要的工作流体为气态制冷剂，可避免补入过多的液态制冷剂。

参见图1和图2，补气装置在应用于热泵系统中时，其气液分离腔体10用于连接到循环回路中，气液分离腔体10上分别设置有气液进口和液流出口，以及气体出口，由于本实施中，在重力的作用下进行气液分离，因此气液进口和气体出口均设置在气液分离腔体10的上部，较佳地可位于气体腔11的上端面，液流出口设置在气液分离腔体10的下部，较佳地可位于液体腔12的下端面。气液进口通过气液进管13与循环回路中的冷凝器40的出口连通，液流出口可通过液体出管14与循环回路中的蒸发器50的进口连通。而引射器20的喷射入口2a与气体腔11连通，引射入口2b与液体腔12或者气液进管13连通。

参见图1，作为一种可实施的方式，引射器20设置在气液分离腔体10外部。较佳地，位于气液分离腔体10的上方。

进一步地，气体腔11设置有气体出口，引射器20的喷射入口2a通过补气管15连接至气体出口，以接收经气液分离后的气态制冷剂。液体腔12设有液体出口，应说明的是，该液体出口不同于上述液流出口，此时液体腔12上具有两个出口，一个是液流出口，用于连接至系统循环回路，另一个是液体出口，用于与引射器20的引射入口2b连通。引射器20的引射入口2b通过第一补液管21连接至液体出口，以向引射器20中引射液态制冷剂。最终气态制冷剂和液态制冷剂在引射器20中混合，由引射出口2c通过压缩机30的补气口补入压缩机30的进气端或者补气端。

参见图3，在其他实施例中，引射器20的引射入口2b可通过第二补液管22与液体出管14连通，这样，可避免在液体腔12额外开设液体出口。

如图4所示，在其他实施例中，引射入口2b通过气液同补管24与气液进管13连通，此时引射入口2b引入的是气液混合物，基于前述原理，此时引入的气液混合物的量也随着补气量的增加而增加、减少而减少，引射的气液混合物的量多，补入的液量也就多了。

如图5所示，作为另一种可实施的方式，引射器20设置在气液分离腔体10内部，位于气体腔11处。引射器20可设置在气液分离腔体10内部，喷射入口2a直接吸入经分离后的气态的制冷剂，无需通过管道连接。

进一步地，补气装置还包括第三补液管23，第三补液管23的一端与引射入口2b连通，另一端伸入液体腔12的液面中。

又进一步地，补气装置还包括气液混合管16，气液混合管16设置在气液分离腔体10上，气液混合管16的一端与引射出口2c连接，另一端连接至压缩机。可以理解，为了便于气态制冷剂的顺利吸入，以实现引射液态制冷剂的目的，可在气液混合管16处设置抽吸泵。

本发明实施例还提供了一种热泵系统，包括压缩机30，以及用于对压缩机30进行补气的补气装置，其中，补气装置为如上任一实施例所述的补气装置。

具体可参见图2，图中的补气装置为具体实施例一所示的补气装置。该热泵系统由一级节流装置60、冷凝器40、双级压缩机30、蒸发器50、二级节流装置70、补气装置、电磁阀80构成。补气装置的气液分离腔体10位于热泵系统的一级节流装置60与二级节流装置70之间，引射器20的引射出口2c连接至压缩机30的补气口，相对于传统闪发器，本发明的补气装置能根据补气量的大小混入部分液态冷媒。

一般热泵系统在两种情况下压缩机排气温度会过高，一是环境温度过低，二是冷凝温度过高，引射器20在这两种情况下分别产生以下效果①环境温度越低，闪发气体越多，补入气体量越大，喉部速度越大，喉部吸力越大，引射液量越多。②冷凝温度越高，闪发气体越多，补入气体量越大，喉部速度越大，喉部吸力越大，引射液量越多。引射液量多，补入压缩机30的液体也多，对压缩机30排气降温作用也会更明显。

本发明的热泵系统的优点在于，补液量的大小主要与主流气态制冷剂流速相关，即气态制冷剂流速越大，补液量越多，这正好满足实际情况需求，在热泵系统的过冷度相同时，压缩机的排气温度随着冷凝温度的升高、蒸发温度的降低而升高，而冷凝温度升高与蒸发温度降低都会增大一级节流后的干度，使气态制冷剂流速提高，从而补入更多的液态制冷剂以降低排气温度，起到类似反馈的作用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种补气装置，用于对压缩机进行补气增焰，其特征在于，包括气液分离腔体(10)和引射器(20)；两相制冷剂通过气液进管(13)进入所述气液分离腔体(10)，所述气液分离腔体(10)能够将气液分离，从而使所述气液分离腔体(10)分为气体腔(11)和液体腔(12)；

所述引射器(20)设置在所述气液分离腔体(10)内部，位于所述气体腔(11)处；所述引射器(20)具有喷射入口(2a)、引射入口(2b)和引射出口(2c)，所述补气装置还包括第三补液管(23)，所述第三补液管(23)的一端与所述引射入口(2b)连通，另一端伸入所述液体腔(12)的液面中，所述喷射入口(2a)用于接收经所述气液分离腔体(10)分离后的气态制冷剂，所述引射入口(2b)用于引射气液两相制冷剂或者经所述气液分离腔体(10)分离后的液态制冷剂，所述引射出口(2c)连接至压缩机的补气口。

2.根据权利要求1所述的补气装置，其特征在于，所述第三补液管(23)的另一端的端部靠近所述液体腔(12)的底壁设置，且与所述液体腔(12)的底壁之间具有间隙。

3.根据权利要求1所述的补气装置，其特征在于，还包括气液混合管(16)，所述气液混合管(16)设置在所述气液分离腔体(10)上，所述气液混合管(16)的一端与所述引射出口(2c)连接，另一端连接至所述压缩机。

4.根据权利要求3所述的补气装置，其特征在于，所述气液分离腔体(10)用于连接到循环回路中，所述气液分离腔体(10)上分别设置有气液进口、液流出口以及气体出口，所述气液进口和所述气体出口均设置在所述气液分离腔体(10)的上部，所述液流出口设置在所述气液分离腔体(10)的下部；所述气液混合管(16)通过所述气体出口与所述引射器(20)的引射出口(2c)连通。

5.根据权利要求4所述的补气装置，其特征在于，所述气液进口和所述气体出口均位于所述气体腔(11)的上端面，所述液流出口位于所述液体腔(12)的下端面。

6.根据权利要求4所述的补气装置，其特征在于，所述气液进口通过气液进管(13)与循环回路中的冷凝器(40)的出口连通，所述液流出口通过液体出管(14)与循环回路中的蒸发器(50)的进口连通。

7.一种热泵系统，包括压缩机，以及用于对所述压缩机进行补气的补气装置，其特征在于，所述补气装置为如权利要求1-6任一项所述的补气装置。

8.根据权利要求7所述的热泵系统，其特征在于，所述补气装置的气液分离腔体(10)位于所述热泵系统的一级节流装置(60)与二级节流装置(70)之间，所述引射器(20)的引射出口(2c)连接至压缩机(30)的补气口。