CN110986414B - 一种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统，包括带中间抽气压缩机、串联压缩机和并联压缩机；第一冷凝器用于低温温区加热，入口与压缩机抽气口相连；第二冷凝器用于高温区加热，入口与压缩机排气口相连；回热器高压侧入口与第一冷凝器出口相连；回热器高压侧出口与节流装置相连；第一蒸发器入口与节流装置出口，出口与喷射器二次流入口相连；第二蒸发器入口与喷射器出口相连，第二蒸发器出口与回热器低压侧入口相连；喷射器喷嘴入口与第二冷凝器出口相连，喷射器出口与第二蒸发器入口相连；该循环系统可以有效利压缩机中间抽气作用实现双冷凝压力和冷凝温度，并提供双温区及大温差供热；可以减少蒸发器传热不可逆损失，有效改善系统的整体性能。

Description

一种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统

技术领域

本发明属于蒸气压缩式热泵供暖技术领域，具体涉及一种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统。

技术背景

近年来，随着新科技的迅猛发展，人民生活水平的不断提高，空热泵技术得到了广泛使用，并在空气源热泵热水器、工业热泵余热回收等领域取得了良好的节能效果。目前，随着对不同温区供热和高水温供热需求的日益迫切，多温区供热和和大温差加热技术的发展迫在眉睫。

传统热泵技术在满足不同温区供热的时候通常先将水加热到高温，然后通过与低温供水混合的方式，调节低温供水温度，这样必然存在高低温差较大的水混合的过程，导致不可逆损失的增加。同时，在获得高温水的同时，也需要热泵运行在较高的冷凝温度下，导致系统整体性能下降；另外，在一次加热的热泵中，当出口水温和入口水温相差较大的情况下，冷凝器内的两相状态的制冷剂与水存在较大的换热温差，从而导致了传热不可逆损失的增加，这对于热泵系统的整体能效是不利的。

分析传统热泵热水系统的运行特性和循环结构可知，可以从以下几个方面对系统性能进行改善：首先，单一冷凝温度情况下，供水与工质存在较大的换热温差，可以通过采用多冷凝温度的方式，梯度加热，使得水温与制冷剂存在较好的温度匹配，从而降低不可逆损失，因此采用压缩机中间抽气，或者多级压缩中间排气以及者并联压缩是实现双冷凝温度可行的方式；其次，与冷凝器类似，单一蒸发温度与其热源介质(如空气)的传热也存在较大温差，导致不可逆损失的增加，因此，通过系统改进实现多温度蒸发，与热源介质形成良好的温度匹配，可以降低蒸发器不可逆损失；最后，高出水温度工况下，冷凝压力较高，高低压差增大，节流不可逆损失较大，导致系统性能的下降，对此可以通过喷射器对节流过程膨胀功进行回收，并用以提高压缩机吸气压力，降低压比，从而改善系统的整体性能。然而，目前针对多温区以及大温跨制热的热泵中喷射器技术的采用还比较缺乏。因此，发展采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵技术将具有积极的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统，该系统不但可以实现不同温区供热的输出以及大的进出水温跨制热，还可以有效改善系统的制热性能。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供的第一种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统，采用具有中间抽气功能的压缩机以及喷射器实现双温区制热和大温跨制热；所述系统包括：具有中间抽气功能的压缩机101、第一冷凝器102、第二冷凝器103、回热器104、节流装置105、喷射器106、第一蒸发器107和第二蒸发器108；

所述具有中间抽气功能的压缩机101抽气口与第一冷凝器102的入口相连，第一冷凝器102出口与回热器104高压侧进口相连；回热器104高压侧出口与节流装置105和第一蒸发器107入口依次相连；所述具有中间抽气功能的压缩机101的高压排气口与第二冷凝器103的入口和喷射器106的一次流入口依次相连；所述喷射器106的二次流入口与第一蒸发器107的出口相连，喷射器106的出口与第二蒸发器108的入口相连；第二蒸发器108出口与回热器104低压侧入口相连；回热器104低压侧出口与具有中间抽气功能的压缩机101的吸气口相连，形成完整的热泵循环系统；

采用中间抽气功能的单压缩机系统能够通过设置抽气控制阀来控制抽气量，匹配冷凝器的热负荷；同时，减少压缩机设备的体积和投资成本。

优选地，所述具有中间抽气功能的压缩机101为滚动转子压缩机、螺杆式压缩机或涡旋压缩机。

本发明提供的第二种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统，采用单级压缩机技术，通过压缩机串联布置，以及喷射器增效实现双温区和大温跨制热；所述系统包括相串联的第一级压缩机201和第二级压缩机202，第一级压缩机201排气口分两路，一路与第一冷凝器102的入口相连，另一路与第二级压缩机202的入口相连；第一冷凝器102出口与回热器104高压侧进口相连；回热器104高压侧出口与节流装置105和第一蒸发器107入口依次相连；所述第二级压缩机202的排气口与第二冷凝器103的入口和喷射器106的一次流入口依次相连；所述喷射器106的二次流入口与第一蒸发器107的出口相连，喷射器106的出口与第二蒸发器108的入口相连；第二蒸发器108出口与回热器104低压侧入口相连；回热器104低压侧出口与第一级压缩机201的吸气口相连，形成完整的热泵循环系统；

该系统中采用串联布置的压缩机能够降低单个压缩机的压缩比，提高压缩机效率，在冷热源温差较大工况如低温热泵工况下使用，节能效果显著，同时可以利用现成的压缩机技术可以降低成本。

本发明提供的第三种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统，采用单级压缩机技术，通过压缩机并联布置，以及喷射器增效实现双温区和大温跨制热；所述系统包括相并联的低排气压力压缩机301和高排气压力压缩机302，低排气压力压缩机301排气口与第一冷凝器102的入口相连；第一冷凝器102出口与回热器104高压侧进口相连；回热器104高压侧出口与节流装置105和第一蒸发器107入口依次相连；所述高排气压力压缩机302的排气口与第二冷凝器103的入口和喷射器106的一次流入口依次相连；所述喷射器106的二次流入口与第一蒸发器107的出口相连，喷射器106的出口与第二蒸发器108的入口相连；第二蒸发器108出口与回热器104低压侧入口相连；回热器104低压侧出口与低排气压力压缩机301和高排气压力压缩机302的吸气总管相连，形成完整的热泵循环系统；

采用并联布置的压缩机能够合理匹配低排气压力压缩机301和高排气压力压缩机302的排量的大小，调节高温区和低温区供热的负荷，提高系统的整体性能；同时利用现成的压缩机技术可以有效降低成本。

利用喷射器106回收第二冷凝器103出口液体制冷剂膨胀过程的膨胀功，提升系统的吸气压力，改善系统性能，喷射器具有引射工质，升压的特性；同时，喷射器结构形式包括可调式喷射器和固定结构的喷射器。

所述系统具有单吸气压力，双蒸发温度，且第二蒸发器108的蒸发温度高于第一蒸发器107的蒸发温度；系统具有双冷凝压力和温度，且第二冷凝器103的冷凝压力高于第一冷凝器102的冷凝压力。

低温给水与第一冷凝器102进行热交换，能够向低温区A供热，也部分或者全部通过第二冷凝器103向高温区B供水。

所述节流装置105为毛细管或膨胀阀。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：可以利用所述第一冷凝器提供较低温度的热水，利用第二冷凝器提供温度较高的热水，实现大温跨加热的同时，获得不同温区供热，避免了冷热水掺混带来的不可逆损失；双冷凝压力运行状态下，部分负荷在较低的冷凝压力下运行，降低了压缩比，改善了压缩机性能，能够提高系统的整体能效；同时采用喷射器能够部分回收高冷凝压力下的制冷剂膨胀功，用来提升压缩机吸气压力，进一步降低压比改善压缩机性能。另外，喷射器升压作用可形成双蒸发温度，制冷剂与热源介质的换热的温度匹配良好，可以减少蒸发器传热不可逆损失，有效改善系统的整体性能。

采用具有中间抽气功能的单压缩机系统能够通过设置抽气控制阀来控制抽气量，匹配冷凝器的热负荷；同时，集成抽气功能的压缩机可以有效控制设备的体积和投资成本；采用串联布置的压缩机能够降低单个压缩机的压缩比，提高压缩机效率，适应于冷热源温差更大的大工况，且此时喷射器在高的膨胀比下具有更显著的升压能力，系统节能效果更为明显；采用并联布置的压缩机能够合理灵活匹配低排气压力压缩机301和高排气压力压缩机302的排量的大小，调节高温区和低温区供热的负荷，提高系统的整体性能；同时利用单级压缩机技术能够有效降低成本。

附图说明

图1为本发明施例一的系统示意图。

图2为本发明施例一的热泵循环系统工作过程的压-焓图(p-h图)

图3为本发明施例二的系统示意图。

图4为本发明施例三的系统示意图

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简明，以下结合附图及两种实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

图1示出的是本发明的一种实现方式。本实施例具有中间抽气功能的压缩机101为中间抽气式的压缩机，类型包括滚动转子压缩机、螺杆式压缩机和涡旋压缩机等新型具有抽气功能的压缩机，所述具有中间抽气功能的压缩机101的中间抽气口与第一冷凝器102入口相连，第一冷凝器102出口与回热器104高压侧进口相连；回热器104高压侧出口依次与节流装置105和第一蒸发器107入口相连；第一蒸发器107出口与喷射器106的二次流入口即引射流体入口相连；具有中间抽气功能的压缩机101的高压排气口与第二冷凝器103的入口相连；第二冷凝器103的出口与喷射器106的一次流入口即喷嘴入口相连；喷射器106出口与第二蒸发器108的入口相连；第二蒸发器108出口与回热器104的低压侧入口相连；回热器104低压侧出口与具有中间抽气功能的压缩机101吸气口相连；由此形成可以同时获得双蒸发温度和双冷凝温度的喷射器增效热泵循环系统。

图2为实施例一的热泵循环系统工作过程的压-焓图(p-h图)。具体工作过程为：低压过热气体(图2中1点)经过具有中间抽气功能的压缩机101被压缩至中间压力(图2中2点)，然后部分制冷剂抽气进入第一冷凝器102后放热，变为过冷液体(图2中6点)，提供低温供热；另外一股制冷剂经具有中间抽气功能的压缩机101继续压缩，变为高压过热气体(图2中3点)，然后进入第二冷凝器103，等压放热后变为过冷液体(图2中4点)；第一冷凝器102出口的制冷剂进入回热器104与来自第二蒸发器108的制冷剂进行换热，实现继续过冷(图2中7点)，然后进入节流装置105节流变为气液两相状态(图2中8点)，然后该两相制冷剂进入第一蒸发器107吸热后变为过热蒸气(图2中9点)，然后通过喷射器106二次流入口进入喷射器；来自第二冷凝器103的过冷液体(图2中4点)通过在喷射器106喷嘴的膨胀变为高速两相流体(图2中5点)，然后该流体与来自第一蒸发器107的二次流体进行混合(图2中5点)，实现能量、动量的交换，经过喷射器扩压段升压获得膨胀功的回收，变为两相状态(图2中11点)；然后该两相制冷剂进入第二蒸发器108，吸热后变为气体(图2中12点)，然后进入回热器(104)，与来自第一冷凝器102的制冷剂进行换热，变为过热气体(图2中1点)，然后进入具有中间抽气功能的压缩机101，完成整个循环。给水(图1中13点)经过第一冷凝器102进行换热，实现温升(图1中14点)，可以输出低温区供热(图2中B)，也可以根据用户需求将部分或全部低温水区出水通过第二冷凝器103继续加热获得高温出水温度(图1中15点)，向高温供热区供热(图1中A点)；蒸发器处的热源介质(图1中16点)先流经第二蒸发器108温度降低(图1中17点)，接着空气流经第一蒸发器107，温度进一步降低(图1中18点)。由此冷凝器与蒸发器处制冷剂与热源介质之间均可实现良好的温度匹配。

实施例二

图3示出的是本发明的另一种实现方式。本实施例采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵系统包括串联布置的第一级串联压缩机201和第二级串联压缩机202，第一级串联压缩机201的排气口与第一冷凝器102入口和第二级串联压缩机202的入口相连，第一冷凝器102出口与回热器104高压侧进口相连；回热器104高压侧出口依次与节流装置105和第一蒸发器107入口相连；第一蒸发器107出口与喷射器106的二次流入口即引射流体入口相连；第二级串联压缩机202的排气口与第二冷凝器103的入口相连；第二冷凝器103的出口与喷射器106的一次流入口即喷嘴入口相连；喷射器106出口与第二蒸发器108的入口相连；第二蒸发器108出口与回热器106的低压侧入口相连；回热器106低压侧出口与第一级串联压缩机201吸气口相连；由此形成可以同时获得双蒸发温度和双冷凝温度的喷射器增效热泵循环系统。

实施例三

图4示出的是本发明的另一种实现方式。本实施例采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵系统包括相并联的低排气压力压缩机301和第二级并联压缩机302，低排气压力压缩机301的排气口与第一冷凝器102的入口相连，第一冷凝器102出口与回热器104高压侧进口相连；回热器104高压侧出口依次与节流装置105和第一蒸发器107入口相连；第一蒸发器107出口与喷射器106的二次流入口即引射流体入口相连；高排气压力压缩机302出口与第二冷凝器103的进口相连；第二冷凝器103的出口与喷射器106的一次流入口即喷嘴入口相连；喷射器106出口与第二蒸发器108的入口相连；第二蒸发器108出口与回热器104的低压侧进口相连；回热器104低压侧出口与低排气压力压缩机301和高排气压力压缩机302的吸气总管相连；由此形成可以同时获得双蒸发温度和双冷凝温度的喷射器增效热泵循环系统。

Claims (8)

1.一种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统，其特征在于，采用具有中间抽气功能的压缩机以及喷射器实现双温区制热和大温跨制热；所述系统包括：具有中间抽气功能的压缩机(101)、第一冷凝器(102)、第二冷凝器(103)、回热器(104)、节流装置(105)、喷射器(106)、第一蒸发器(107)和第二蒸发器(108)；

所述具有中间抽气功能的压缩机(101)抽气口与第一冷凝器(102)的入口相连，第一冷凝器(102)出口与回热器(104)高压侧进口相连；回热器(104)高压侧出口与节流装置(105)和第一蒸发器(107)入口依次相连；所述具有中间抽气功能的压缩机(101)的高压排气口与第二冷凝器(103)的入口和喷射器(106)的一次流入口依次相连；所述喷射器(106)的二次流入口与第一蒸发器(107)的出口相连，喷射器(106)的出口与第二蒸发器(108)的入口相连；第二蒸发器(108)出口与回热器(104)低压侧入口相连；回热器(104)低压侧出口与具有中间抽气功能的压缩机(101)的吸气口相连，形成完整的热泵循环系统；

采用中间抽气功能的单压缩机系统能够通过设置抽气控制阀来控制抽气量，匹配冷凝器的热负荷；同时，减少压缩机设备的体积和投资成本。

2.根据权利要求1所述的一种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统，其特征在于，所述具有中间抽气功能的压缩机(101)为滚动转子压缩机、螺杆式压缩机或涡旋压缩机。

3.一种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统，其特征在于：采用单级压缩机技术，通过压缩机串联布置，以及喷射器增效实现双温区和大温跨制热；所述系统包括相串联的第一级压缩机(201)和第二级压缩机(202)，第一级压缩机(201)排气口分两路，一路与第一冷凝器(102)的入口相连，另一路与第二级压缩机(202)的入口相连；第一冷凝器(102)出口与回热器(104)高压侧进口相连；回热器(104)高压侧出口与节流装置(105)和第一蒸发器(107)入口依次相连；所述第二级压缩机(202)的排气口与第二冷凝器(103)的入口和喷射器(106)的一次流入口依次相连；所述喷射器(106)的二次流入口与第一蒸发器(107)的出口相连，喷射器(106)的出口与第二蒸发器(108)的入口相连；第二蒸发器(108)出口与回热器(104)低压侧入口相连；回热器(104)低压侧出口与第一级压缩机(201)的吸气口相连，形成完整的热泵循环系统；

该系统中采用串联布置的压缩机能够降低单个压缩机的压缩比，提高压缩机效率，在冷热源温差较大工况，节能效果显著，同时利用单级压缩机技术能够降低成本。

4.一种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统，其特征在于：采用单级压缩机技术，通过压缩机并联布置，以及喷射器增效实现双温区和大温跨制热；所述系统包括相并联的低排气压力压缩机(301)和高排气压力压缩机(302)，低排气压力压缩机(301)排气口与第一冷凝器(102)的入口相连；第一冷凝器(102)出口与回热器(104)高压侧进口相连；回热器(104)高压侧出口与节流装置(105)和第一蒸发器(107)入口依次相连；所述高排气压力压缩机(302)的排气口与第二冷凝器(103)的入口和喷射器(106)的一次流入口依次相连；所述喷射器(106)的二次流入口与第一蒸发器(107)的出口相连，喷射器(106)的出口与第二蒸发器(108)的入口相连；第二蒸发器(108)出口与回热器(104)低压侧入口相连；回热器(104)低压侧出口与低排气压力压缩机(301)和高排气压力压缩机(302)的吸气总管相连，形成完整的热泵循环系统；

采用并联布置的压缩机能够合理匹配低排气压力压缩机(301)和高排气压力压缩机(302)的排量的大小，调节高温区和低温区供热的负荷，提高系统的整体性能；同时利用单级压缩机技术能够有效降低成本。

5.根据权利要求1或3或4所述的一种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统，其特征在于，利用喷射器(106)回收第二冷凝器(103)出口液体制冷剂膨胀过程的膨胀功，提升系统的吸气压力，改善系统性能，喷射器具有引射工质，升压的特性；同时，喷射器结构形式包括可调式喷射器和固定结构的喷射器。

6.根据权利要求1或3或4所述的一种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统，其特征在于，所述系统具有单吸气压力，双蒸发温度，且第二蒸发器(108)的蒸发温度高于第一蒸发器(107)的蒸发温度；系统具有双冷凝压力和温度，且第二冷凝器(103)的冷凝压力高于第一冷凝器(102)的冷凝压力。

7.根据权利要求1或3或4所述的一种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统，其特征在于，低温给水与第一冷凝器(102)进行热交换，能够向低温区A供热，也部分或者全部通过第二冷凝器(103)向高温区B供水。

8.根据权利要求1或3或4所述的一种采用喷射器增效的多温区和大温跨热泵循环系统，其特征在于，所述节流装置(105)为毛细管或膨胀阀。

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