CN114251865A - 一种冷热并供的喷射循环系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷热并供的喷射循环系统及其工作方法，该系统包括管路上连接的冷凝器，液体泵，发生器，第一气液分离器，第一截止阀，第一喷射器，第二喷射器，第三截止阀，增压器，集热蒸发器，第二气液分离器，第二截止阀，膨胀阀，太阳能储热集热器，泵。该系统通过配置第一喷射器，第二喷射器和第一气液分离器，降低了节流过程的不可逆损失，提高了制冷/制热运行效率。该系统还可以通过控制第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀的开合状态，实现不同工作模式的切换，充分利用太阳能或其他低品位热能。共包含三种工作模式：光照充足时的制冷/热泵模式、无光照时的制冷/热泵模式以及无光照时的高温热泵模式。

Description

一种冷热并供的喷射循环系统及其工作方法
技术领域
本发明属于制冷和热泵技术领域，具体涉及一种冷热并供的喷射循环系统及其工作方法。
背景技术
制冷系统和热泵系统是现代生活中不可或缺的能量转换设备。目前常见的制冷系统和热泵系统，其运行的基本原理都是基于蒸气压缩式制冷/热泵循环技术，即围绕逆卡诺循环开展功热能量转换，以实现既定制冷制热目标。虽然蒸气压缩式制冷/热泵循环技术成熟度高，应用范围广，但是其严重依赖电能作为驱动，能源消耗量大。
在“双碳”行动背景下，加大可再生能源的开发应用显得十分必要。这其中，对太阳能的开发和利用是可再生能源利用的重要方式之一。喷射式制冷/热泵循环可以利用太阳能作为驱动热源实现制冷和制热。但是受制于天阳能间歇供能和受天气影响较大等因素，传统的太阳能驱动喷射式制冷/热泵循环无法连续高效运行，再加之喷射式制冷/热泵循环的运行效率较低，使得相关技术的应用推广受到了一定的限制。虽然目前已有部分研究提及到了将太阳能驱动喷射循环和蒸气压缩循环相结合的技术方法，但是系统运行效率还是比较低，太阳能的利用不够充分。
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冷热并供的喷射循环系统及其工作方法，通过优化循环系统流程配置，引入双喷射器和双气液分离器，减少节流过程产生的不可逆损失，实现循环系统运行效率的提升。与此同时，通过流路切换还可以使该喷射循环系统在变工况条件下以多种制冷/制热模式运行，充分利用太阳能。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种冷热并供的喷射循环系统，包括液体泵101，液体泵101出口与发生器102的制冷剂侧入口相连，发生器102的制冷剂侧出口与第一气液分离器103入口相连，第一气液分离器103分为气相出口和液相出口两路：第一气液分离器103气相出口先后与第一截止阀V1进口和出口连接后与第一喷射器104一次流体入口相连；第一气液分离器103液相出口与第二喷射器106一次流体入口相连；第一喷射器104的二次流体入口与截止阀V3出口相连，第一喷射器104出口与增压器110出口连接后再与冷凝器105入口相连，冷凝器105出口与液体泵101入口相连；第二喷射器106二次流体入口与集热蒸发器109出口相连，第二喷射器106出口与第二气液分离器107入口相连，第二气液分离器107分为气相出口和液相出口两路：第二气液分离器107气相出口分别与第二截止阀V2和第三截止阀V3入口相连，第二截止阀V2出口与增压器110入口相连；第二气液分离器107液相出口与膨胀阀108入口相连，膨胀阀108出口与集热蒸发器109入口相连，集热蒸发器109出口与第二喷射器106二次流体入口相连；太阳能储热集热器111的进出口间连接泵112和发生器102的热源侧进出口，形成整个循环系统。
本发明所述的一种冷热并供的喷射循环系统中，第一喷射器104包括第一流体入口、第二流体入口和出口：第一喷射器104的一次流体入口与第一截止阀V1出口相连，第一截止阀V1入口与第一气液分离器103气相出口相连；第一喷射器104的二次流体入口与第三截止阀V3出口相连，第三截止阀V3入口与第二气液分离器107气相出口相连；第一喷射器104的出口与增压器110出口相连后再与冷凝器105入口相连。
本发明所述的一种冷热并供的喷射循环系统中，第二喷射器106包括第一流体入口、第二流体入口和出口：第二喷射器106的一次流体入口与第一气液分离器103液相出口相连；第二喷射器106的二次流体入口与集热蒸发器109出口相连；第二喷射器106的出口与第二气液分离器107入口相连。
本发明所述的一种冷热并供的喷射循环系统中，第一气液分离器103包括气相出口和液相出口：第一气液分离器103气相出口与第一截止阀V1入口相连；第一气液分离器103液相出口与第二喷射器106一次流体入口相连。
本发明所述的一种冷热并供的喷射循环系统中，第二气液分离器107包括气相出口和液相出口：第二气液分离器107气相出口分别与第二截止阀V2和第三截止阀V3入口相连；第二气液分离器107液相出口与膨胀阀108入口连接。
本发明所述的一种冷热并供的喷射循环系统中，发生器102的共有四个出入口，分别为制冷剂侧进口、制冷剂侧出口、热源侧进口、热源侧出口。太阳能集热器111共有两个出入口，分别为进口和出口，且依次与发生器102的热源侧进出口连接。
本发明所述的一种冷热并供的喷射循环系统中，集热蒸发器109包括两部分，集热部分和蒸发部分。
本发明所述的一种冷热并供的喷射循环系统中，太阳能储热集热器111的具体结构形式包括但不限于真空管集热器、平板式集热器等，太阳能储热集热器111内部填充有蓄能材料，具有蓄能功能。太阳能储热集热器111内部还填充有水等液态载热剂作为蓄能材料，可通过泵112带动循环流动。
本发明所述的一种冷热并供的喷射循环系统的工作方法为：太阳能储热集热器111吸收太阳能将热量通过水等载热剂传输到发生器102热源侧；液体泵101出口的高压过冷制冷剂液体进入发生器102制冷剂侧吸热成为高压高焓值的两相态制冷剂后进入第一气液分离器103，在第一气液分离器103中这部分高压两相态制冷剂被分离为高压饱和气相和高压饱和液相两部分：高压饱和气相制冷剂经过第一截止阀V1后作为工作流体进入第一喷射器104的一次流体入口，引射来自于第一喷射器104二次流体入口的中压制冷剂气体，两路制冷剂气体在第一喷射器104中混合后以气体形式从第一喷射器104出口排出；第一气液分离器103中的高压饱和液相制冷剂作为工作流体进入第二喷射器106一次流体入口，引射来自于第二喷射器106二次流体入口的低压制冷剂气体，两路制冷剂在第二喷射器106中混合为后以中压两相态形式从第二喷射器106出口排出后进入第二气液分离器107；在第二气液分离器107中这部分中压两相态制冷剂被分离为中压饱和气相和中压饱和液相两部分：中压饱和液相制冷剂进入膨胀阀108等焓节流为低温低压两相态制冷剂后进入集热蒸发器109吸热蒸发为低压饱和气体或者低压过热气体，作为被引射流体进入第二喷射器106二次流体入口，被第二喷射器106一次流体引射后压力抬升从第二喷射器106出口排出；第二气液分离器107的中压饱和气相制冷剂分为两路：一路经过第二截止阀V2后进入增压器110提升了压力，另一路经过第三截止阀V3后作为被引射流体进入第一喷射器104二次流体入口，被第一喷射器104一次流体引射后压力提升从第一喷射器104出口排出，并与增压器110出口的气相制冷剂混合后进入冷凝器105被冷凝为饱和液体，冷凝器105出口的饱和液体经液体泵101增压后成为高压过冷制冷剂液体，完成整个工作过程。
本发明所述的一种冷热并供的喷射循环系统的工作方法中，第一喷射器104的一次流体入口制冷剂为第一气液分离器103出来的饱和气相制冷剂；第一喷射器104的二次流体入口制冷剂为第二气液分离器出来的饱和气相制冷剂；第一喷射器104出口的制冷剂为压力介于第一喷射器104一次流体入口制冷剂压力和第一喷射器104二次流体入口制冷剂压力数值之间的气态制冷剂。
本发明所述的一种冷热并供的喷射循环系统的工作方法中，第二喷射器106的一次流体入口制冷剂为第一气液分离器103出来的饱和液相制冷剂；第二喷射器106二次流体入口制冷剂为集热蒸发器109出来的饱和或过热气相制冷剂，第二喷射器106出口的制冷剂为两相态制冷剂。
本发明所述的一种冷热并供的喷射循环系统的工作方法中，共有4个不同的工作压力：分别为发生器102工作压力、冷凝器105工作压力、第二气液分离器107工作压力、集热蒸发器109工作压力。
和现有技术相比，本发明有如下特点和优势：该循环中配置有两个喷射器：第一喷射器104和第二喷射器106。这其中，第二喷射器106引射的二次流体来自于膨胀阀108节流降压经集热蒸发器109吸热蒸发后的制冷剂，在这个过程中，第二喷射器106可以回收膨胀阀108在工作过程中所产生的膨胀功，进而将集热蒸发器109出口制冷剂的压力进行提升，这对于降低整个循环系统的总压比和提升循环效率是有益的。第一喷射器104是以第一气液分离器103中的饱和气体作为工作流体，将第二气液分离器107中产生的饱和气体引射并提升压力，这也有助于降低整个循环系统的总压比和提升循环效率。除此之外，在发生器102出口配置有第一气液分离器103，可将引射做功能力比较弱的气态制冷剂分离至第一喷射器104一次流体入口处来引射同样为气体的第一喷射器104二次流体入口制冷剂，这就使得第一喷射器104为气-气喷射器。而第一气液分离器103液相出口的制冷剂其引射做功能力比较强，用于回收膨胀功引射集热蒸发器109出口的气态制冷剂，第二喷射器106为液-气喷射器。在第一气液分离器103、第一喷射器104、第二喷射器106和第二气液分离器107的综合作用下，无论是该循环系统用于制冷还是制热场景，其运行效率均可以得到更大的提升。
附图说明
图1是本发明一种冷热并供的喷射循环系统及其工作方法示意图。
图2是本发明一种冷热并供的喷射循环系统的压焓图。
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。
如图1所示，本发明是一种冷热并供的喷射循环系统，液体泵101出口与发生器102的制冷剂侧入口相连，发生器102的制冷剂侧出口与第一气液分离器103入口相连，第一气液分离器103分为气相出口和液相出口两路：第一气液分离器103气相出口先后与第一截止阀V1进口和出口连接后与第一喷射器104一次流体入口相连；第一气液分离器103液相出口与第二喷射器106一次流体入口相连。第一喷射器104的二次流体入口与第三截止阀V3出口相连，第一喷射器104出口与增压器110出口连接后再与冷凝器105入口相连，冷凝器105出口与液体泵101入口相连。第二喷射器106二次流体入口与集热蒸发器109出口相连，第二喷射器106出口与第二气液分离器107入口相连，第二气液分离器107分为气相出口和液相出口两路：第二气液分离器107气相出口分别与第二截止阀V2和第三截止阀V3入口相连，第二截止阀V2出口与增压器110入口相连；第二气液分离器107液相出口与膨胀阀108入口相连，膨胀阀108出口与集热蒸发器109入口相连，集热蒸发器109出口与第二喷射器106二次流体入口相连。太阳能储能集热器111的进出口间连接泵112和发生器102的热源侧。
本发明一种冷热并供的喷射循环系统有三种不同的实施方案：光照充足时的制冷/热泵模式：
如图1和图2所示，开启第一截止阀V1和第三截止阀V3，关闭第二截止阀V2。太阳能储能集热器111吸热量充足，所提供的热量通过发生器102热源侧传递给发生器102制冷剂侧，使得液体泵101出口的高压过冷制冷剂液体(图中2点处)进入发生器102制冷剂侧后可以吸热成为高压高焓值的两相态制冷剂(图中3点处)后进入第一气液分离器103，在第一气液分离器103中这部分高压两相态制冷剂被分离为高压饱和气相和高压饱和液相两部分：高压饱和气相制冷剂(图中4点处)经过第一截止阀V1后作为工作流体进入第一喷射器104的一次流体入口，引射来自于第一喷射器104二次流体入口的中压制冷剂气体(图中9点处)，两路制冷剂气体在第一喷射器104中混合后以气体形式从第一喷射器104出口排出(图中5点处)；第一气液分离器103中的高压饱和液相制冷剂(图中7点处)作为工作流体进入第二喷射器106一次流体入口，引射来自于第二喷射器106二次流体入口的低压制冷剂气体(图中12点处)，两路制冷剂在第二喷射器106中混合为后以中压两相态形式从第二喷射器106出口排出(图中8点处)后进入第二气液分离器107。在第二气液分离器107中这部分中压两相态制冷剂被分离为中压饱和气相和中压饱和液相两部分：中压饱和液相制冷剂(图中10点处)进入膨胀阀108等焓节流为低温低压两相态制冷剂(图中11点处)后进入集热蒸发器109蒸发部分吸热蒸发为低压饱和气体提供制冷效果，随后再流经集热蒸发器109集热部分继续吸收太阳能热量成为低压过热气体(图中12点处)，作为被引射流体进入第二喷射器106二次流体入口，被第二喷射器106一次流体引射后压力抬升从第二喷射器106出口排出(图中8点处)；第二气液分离器107的中压饱和气相制冷剂(图中9点处)经过第三截止阀V3后作为被引射流体进入第一喷射器104二次流体入口，被第一喷射器104一次流体引射后压力提升从第一喷射器104出口排出，随后进入冷凝器105被冷凝为饱和液体(图中1点处)提供热泵制热效果，冷凝器105出口的饱和液体经液体泵101增压后成为高压过冷制冷剂液体(图中2点处)，完成光照充足时制冷/热泵模式的冷热并供的工作过程。
无光照时的制冷/热泵模式：
如图1和图2所示，开启第一截止阀V1、第二截止阀V2和第三截止阀V3。太阳能储能集热器111将内部蓄能材料的热量通过发生器102热源侧传递给发生器102制冷剂侧，液体泵101出口的高压过冷制冷剂液体(图中2点处)进入发生器102制冷剂侧吸热成为高压高焓值的两相态制冷剂(图中3点处)后进入第一气液分离器103，在第一气液分离器103中这部分高压两相态制冷剂被分离为高压饱和气相和高压饱和液相两部分：高压饱和气相制冷剂(图中4点处)经过第一截止阀V1后作为工作流体进入第一喷射器104的一次流体入口，引射来自于第一喷射器104二次流体入口的中压制冷剂气体(图中9点处)，两路制冷剂气体在第一喷射器104中混合后以气体形式从第一喷射器104出口排出(图中5点处)；第一气液分离器103中的高压饱和液相制冷剂(图中7点处)作为工作流体进入第二喷射器106一次流体入口，引射来自于第二喷射器106二次流体入口的低压制冷剂气体(图中12点处)，两路制冷剂在第二喷射器106中混合为后以中压两相态形式从第二喷射器106出口排出(图中8点处)后进入第二气液分离器107。在第二气液分离器107中这部分中压两相态制冷剂被分离为中压饱和气相和中压饱和液相两部分：中压饱和液相制冷剂(图中10点处)进入膨胀阀108等焓节流为低温低压两相态制冷剂(图中11点处)后进入集热蒸发器109蒸发部分吸热蒸发产生制冷效果后的低压制冷剂气体(图中12点处)，作为被引射流体进入第二喷射器106二次流体入口，被第二喷射器106一次流体引射后压力抬升从第二喷射器106出口排出(图中8点处)；第二气液分离器107的中压气相制冷剂(图中9点处)分为两路：一路经过第二截止阀V2后进入增压器110提升了压力，另一路经过第三截止阀V3后作为被引射流体进入第一喷射器104二次流体入口，被第一喷射器104一次流体引射后压力提升从第一喷射器104出口排出，并与增压器110出口的气态制冷剂混合后(图中6点处)进入冷凝器105被冷凝为饱和液体(图中1点处)提供热泵制热效果，冷凝器105出口的饱和液体经液体泵101增压后成为高压过冷制冷剂液体(图中2点处)，完成无光照时制冷/热泵模式的冷热并供的工作过程。
无光照时的高温热泵模式：
如图1和图2所示，开启第一截止阀V1和第二截止阀V2，关闭第三截止阀V3。液体泵101出口的高压过冷制冷剂液体(图中2点处)先后流经发生器102(图中3点处)和第一气液分离器103(图中7点处)后，作为工作流体进入第二喷射器106一次流体入口，引射来自于第二喷射器106二次流体入口的低压制冷剂气体(图中12点处)，两路制冷剂在第二喷射器106中混合为后以中压两相态形式从第二喷射器106出口排出(图中8点处)后进入第二气液分离器107。在第二气液分离器107中这部分中压两相态制冷剂被分离为中压饱和气相和中压饱和液相两部分：中压饱和液相制冷剂(图中10点处)进入膨胀阀108等焓节流为低温低压两相态制冷剂(图中11点处)后进入集热蒸发器109蒸发部分吸热蒸发为低压饱和气体或者低压过热气体(图中12点处)，作为被引射流体进入第二喷射器106二次流体入口，被第二喷射器106一次流体引射后压力抬升从第二喷射器106出口排出(图中8点处)；第二气液分离器107的中压饱和气相制冷剂(图中9点处)经过第二截止阀V2后进入增压器110成为高温过热气体，进入冷凝器105被冷凝为饱和液体(图中1点处)产生热泵制热效果，冷凝器105出口的饱和液体经液体泵101增压后成为高压过冷制冷剂液体(图中2点处)，完成无光照时高温热泵制热模式的工作过程。

Claims (8)

1.一种冷热并供的喷射循环系统，其特征在于：包括液体泵(101)，液体泵(101)出口与发生器(102)的制冷剂侧入口相连，发生器(102)的制冷剂侧出口与第一气液分离器(103)入口相连，第一气液分离器(103)分为气相出口和液相出口两路：第一气液分离器(103)气相出口先后与第一截止阀(V1)进口和出口连接后与第一喷射器(104)一次流体入口相连；第一气液分离器(103)液相出口与第二喷射器(106)一次流体入口相连；第一喷射器(104)的二次流体入口与第三截止阀(V3)出口相连，第一喷射器(104)出口与增压器(110)出口连接后再与冷凝器(105)入口相连，冷凝器(105)出口与液体泵(101)入口相连；第二喷射器(106)二次流体入口与集热蒸发器(109)出口相连，第二喷射器(106)出口与第二气液分离器(107)入口相连，第二气液分离器(107)分为气相出口和液相出口两路：第二气液分离器(107)气相出口分别与第二截止阀(V2)和第三截止阀(V3)入口相连，第二截止阀(V2)出口与增压器(110)入口相连；第二气液分离器(107)液相出口与膨胀阀(108)入口相连，膨胀阀(108)出口与集热蒸发器(109)入口相连，集热蒸发器(109)出口与第二喷射器(106)二次流体入口相连；太阳能储热集热器(111)的进出口间连接泵(112)和发生器(102)的热源侧进出口，形成整个循环系统。
2.根据权利要求1所述的一种冷热并供的喷射循环系统，其特征在于：太阳能储热集热器(111)为真空管集热器或平板式集热器，太阳能储热集热器(111)内部填充有蓄能材料，具有蓄能功能。
3.根据权利要求1所述的一种冷热并供的喷射循环系统，其特征在于：集热蒸发器(109)包括两部分，集热部分和蒸发部分。
4.权利要求1至3任一项所述的一种冷热并供的喷射循环系统的工作方法，其特征在于：太阳能储热集热器(111)吸收太阳能将热量通过蓄能材料传输到发生器(102)热源侧；液体泵(101)出口的高压过冷制冷剂液体进入发生器(102)制冷剂侧吸热成为高压高焓值的两相态制冷剂后进入第一气液分离器(103)，在第一气液分离器(103)中这部分高压两相态制冷剂被分离为高压饱和气相和高压饱和液相两部分：高压饱和气相制冷剂经过第一截止阀(V1)后作为工作流体进入第一喷射器(104)的一次流体入口，引射来自于第一喷射器(104)二次流体入口的中压制冷剂气体，两路制冷剂气体在第一喷射器(104)中混合后以气体形式从第一喷射器(104)出口排出；第一气液分离器(103)中的高压饱和液相制冷剂作为工作流体进入第二喷射器(106)一次流体入口，引射来自于第二喷射器(106)二次流体入口的低压制冷剂气体，两路制冷剂在第二喷射器(106)中混合为后以中压两相态形式从第二喷射器(106)出口排出后进入第二气液分离器(107)；在第二气液分离器(107)中这部分中压两相态制冷剂被分离为中压饱和气相和中压饱和液相两部分：中压饱和液相制冷剂进入膨胀阀(108)等焓节流为低温低压两相态制冷剂后进入集热蒸发器(109)吸热蒸发为低压饱和气体或者低压过热气体，作为被引射流体进入第二喷射器(106)二次流体入口，被第二喷射器(106)一次流体引射后压力抬升从第二喷射器(106)出口排出；第二气液分离器(107)的中压饱和气相制冷剂分为两路：一路经过第二截止阀(V2)后进入增压器(110)提升了压力，另一路经过第三截止阀(V3)后作为被引射流体进入第一喷射器(104)二次流体入口，被第一喷射器(104)一次流体引射后压力提升从第一喷射器(104)出口排出，并与增压器(110)出口的气相制冷剂混合后进入冷凝器(105)被冷凝为饱和液体，冷凝器(105)出口的饱和液体经液体泵(101)增压后成为高压过冷制冷剂液体，完成整个工作过程。
5.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于：共有三种工作模式：
光照充足时的制冷/热泵模式：开启第一截止阀(V1)和第三截止阀(V3)，关闭第二截止阀(V2)；
无光照时的制冷/热泵模式：开启第一截止阀(V1)、第二截止阀(V2)和第三截止阀(V3)；
无光照时的高温热泵模式：开启第一截止阀(V1)和第二截止阀(V2)，关闭第三截止阀(V3)。
6.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于：第一喷射器(104)的一次流体入口制冷剂为第一气液分离器(103)出来的饱和气相制冷剂；第一喷射器(104)的二次流体入口制冷剂为第二气液分离器出来的饱和气相制冷剂；第一喷射器(104)出口的制冷剂为压力介于第一喷射器(104)一次流体入口制冷剂压力和第一喷射器(104)二次流体入口制冷剂压力数值之间的气态制冷剂。
7.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于：第二喷射器106的一次流体入口制冷剂为第一气液分离器(103)出来的饱和液相制冷剂；第二喷射器(106)二次流体入口制冷剂为集热蒸发器(109)出来的饱和或过热气相制冷剂，第二喷射器(106)出口的制冷剂为两相态制冷剂。
8.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于：共有4个不同的工作压力：分别为发生器(102)工作压力、冷凝器(105)工作压力、第二气液分离器(107)工作压力、集热蒸发器(109)工作压力。
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