CN114608050A - 带喷射器的平行压缩跨临界co2空气源热泵供暖系统 - Google Patents
带喷射器的平行压缩跨临界co2空气源热泵供暖系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114608050A CN114608050A CN202210399030.9A CN202210399030A CN114608050A CN 114608050 A CN114608050 A CN 114608050A CN 202210399030 A CN202210399030 A CN 202210399030A CN 114608050 A CN114608050 A CN 114608050A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ejector
- compressor
- heat pump
- outlet
- transcritical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000006835 compression Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 238000007906 compression Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 26
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 16
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 5
- 239000008236 heating water Substances 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 239000010726 refrigerant oil Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D3/00—Hot-water central heating systems
- F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
- F25B1/10—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with multi-stage compression
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Abstract
本发明公开了一种带喷射器的平行压缩跨临界CO2空气源热泵供暖系统，所述系统包括蒸发器、第一压缩机、第二压缩机、喷射器、气体冷却器、第一节流机构、第二节流机构、经济器、气液分离器。该系统将热泵过冷技术与膨胀功回收技术有机结合，利用经济器对气体冷却器出口的CO2蒸汽进行冷却，降低系统最佳排气压力；通过平行压缩降低辅助压缩机的压缩比提高其效率，同时通过调节辅路的流量一定程度上可以适应热泵复杂的工况变化；采用喷射器代替膨胀阀回收膨胀功从而减小系统的节流损失，提高系统整体性能。本发明克服了喷射器系统调节困难，难以匹配热泵变化的运行工况的缺点，提升了CO2跨临界热泵供暖系统的能效比，具有良好的低温适应性。
Description
技术领域
本发明涉及一种热泵机组，具体涉及一种带喷射器的平行压缩跨临界CO2空气源热泵供暖系统。
背景技术
随着能源革命、双碳战略的推进，具有环境友好、高温制热性和低温适应性良好等优势的CO2跨临界热泵循环越来越受到重视。但是CO2的临界压力高达7.37MPa，其循环的高压压力可达14MPa，同时蒸发压力在2~4MPa左右，CO2跨临界热泵用于供暖时受限于供暖系统较高的回水温度，导致气体冷却器出口的CO2蒸汽温度较高，且高低压的压差较大，节流损失严重，系统循环效率明显下降，严重掣肘了该技术的推广。
通过增加辅助过冷设备或者回收膨胀功可以降低系统循环过程的节流损失，提高热泵效率。由于喷射器结构简单，制造成本较低，因此在小型CO2系统中倾向于使用喷射器代替节流阀回收能量。但是喷射式跨临界CO2热泵在实际应用过程中，由于喷射器的结构固定且调节困难，很难在变工况条件下达到较高的效率。
发明内容
为了降低CO2气冷器出口温度，减小节流损失，回收膨胀功，提高系统整体能效，本发明提供了一种带喷射器的平行压缩跨临界CO2空气源热泵供暖系统。该系统将热泵过冷技术与膨胀功回收技术有机结合，利用经济器对气体冷却器出口的CO2蒸汽进行冷却，降低系统最佳排气压力；通过平行压缩降低辅助压缩机的压缩比以提高其效率，同时通过调节辅路的流量一定程度上可以适应热泵复杂的工况变化；采用喷射器代替膨胀阀回收膨胀功从而减小系统的节流损失，提高系统整体性能。本发明的供暖系统克服了喷射器系统调节困难，难以匹配热泵变化的运行工况的缺点，提升了CO2跨临界热泵供暖系统的能效比，具有良好的低温适应性，扩大了CO2跨临界热泵的适用范围。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种带喷射器的平行压缩跨临界CO2空气源热泵供暖系统，包括蒸发器、第一压缩机、第二压缩机、喷射器、气体冷却器、第一节流机构、第二节流机构、经济器、气液分离器，其中：
所述第一压缩机的出口与气体冷却器的工质侧入口相连；
所述气体冷却器的工质出口管路分为两路，一路通过第一节流机构与经济器的冷端入口相连，另一路与经济器的热端入口相连；
所述经济器的冷端出口与第二压缩机的入口相连；
所述第二压缩机的出口与第一压缩机的出口相连；
所述经济器的热端出口与喷射器的主动流入口相连；
所述喷射器的引射流入口与蒸发器的出口相连；
所述喷射器的出口与气液分离器的入口相连；
所述气液分离器的气体出口与第一压缩机的入口相连；
所述气液分离器的液体出口经第二节流机构与蒸发器的工质入口相连；
所述第一压缩机、气体冷却器、经济器、喷射器、蒸发器、第二节流机构、气液分离器组成CO2跨临界主循环回路；
所述第二压缩机、气体冷却器、第一节流机构、经济器组成CO2跨临界辅助循环回路；
所述气体冷却器的进水口与回水相连，回水在气体冷却器中被加热到供水温度后从气体冷却器的出水口离开进入供暖系统，构成加热水循环回路。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、本发明从流程优化的角度，实现了以CO2为制冷剂的空调系统制热循环，利用CO2制冷剂的高效制热特性的同时，采用喷射节流方法实现能量回收，提升压缩机入口吸气压力，有效降低压缩机功耗，提高热泵系统的热效率。
2、本发明利用经济器有效降低气体冷却器出口主流制冷剂的温度，从而降低节流损失，回收CO2流体热量。
3、本发明通过平行压缩降低辅助压缩机的压缩比以提高其效率，同时通过调节辅路的流量一定程度上可以适应热泵复杂的工况变化，克服了喷射式系统在变工况条件下难以调节的缺陷，扩大了CO2跨临界热泵的适用范围。
4.在供回水温度为60℃/40℃，室外环境温度为-12℃时，本发明提出的喷射式平行压缩CO2供暖系统的COP可达2.15，相比基本的单级压缩CO2跨临界循环系统提升37.4%。
附图说明
图1为带喷射器的平行压缩跨临界CO2空气源热泵供暖系统的结构与流程示意图，图中：1-蒸发器、2-第一压缩机、3-第二压缩机、4-喷射器、5-气体冷却器、6-第一节流机构、7-第二节流机构、8-经济器、9-气液分离器；
图2为带喷射器的平行压缩跨临界CO2热泵循环的压焓示意图，图中数字表示状态点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供了一种带喷射器的平行压缩跨临界CO2空气源热泵供暖系统，如图1所示，所述系统包括蒸发器1、第一压缩机2、第二压缩机3、喷射器4、气体冷却器5、第一节流机构6、第二节流机构7、经济器8、气液分离器9，其中：
所述第一压缩机2的出口与气体冷却器5的工质侧入口相连；
所述气体冷却器5的工质出口管路分为两路，一路通过第一节流机构6与经济器8的冷端入口相连，另一路与经济器8的热端入口相连；
所述经济器8的冷端出口与第二压缩机3的入口相连；
所述第二压缩机3的出口与第一压缩机2的出口相连；
所述经济器8的热端出口与喷射器4的主动流入口相连；
所述喷射器4的引射流入口与蒸发器1的出口相连；
所述喷射器4的出口与气液分离器9的入口相连；
所述气液分离器9的气体出口与第一压缩机2的入口相连；
所述气液分离器9的液体出口经第二节流机构7与蒸发器1的工质入口相连；
所述第一压缩机2、气体冷却器5、经济器8、喷射器4、蒸发器1、第二节流机构7、气液分离器9组成CO2跨临界主循环回路；
所述第二压缩机3、气体冷却器5、第一节流机构6、经济器8组成CO2跨临界辅助循环回路；
所述气体冷却器5的进水口与回水相连，回水在气体冷却器5中被加热到供水温度后从气体冷却器5的出水口离开进入供暖系统，构成加热水循环回路。
本发明中，所述蒸发器1为制冷剂-空气换热器，具备制冷剂通道和空气通道。
本发明中，所述气体冷却器5为制冷剂-载冷剂换热器，具备制冷剂通道和载冷剂通道。
本发明中，所述经济器8为制冷剂-制冷剂换热器，具备双制冷剂通道。
本发明中，所述跨临界CO2热泵循环的制冷剂采用自然工质CO2，热泵系统内充注有制冷剂和润滑油。
上述供暖系统的具体工作原理如下：
气体冷却器5出口的温度较高的超临界CO2流体分成两股，辅路流体经第一节流机构6节流后在经济器8中吸收主流热量蒸发，然后被第二压缩机3压缩成高温高压流体回到气体冷却器5；主流在经济器8中过冷后进入喷射器4的主喷嘴膨胀加速，引射蒸发器1出口的低压流体，两股流体在喷射器4的混合室混合后在扩压室中减速升压，以中压两相状态离开喷射器4，进入气液分离器9，气相部分进入第一压缩机2被压缩至排气压力后回到气体冷却器5，液相部分经第二节流机构7节流后进入蒸发器1吸热蒸发。
在供暖运行中，室外气温上升时，通过调小第一节流机构6的开度，减小辅路的流量；室外气温下降时，调大第一节流机构6的开度，增大辅路的流量，从而在一定程度上可控地调节被经济,8过冷的主流进入喷射器4主喷嘴的状态，实现在变工况下喷射器4的引射比保持不变，即使不调节喷射器4的结构也能保证系统稳定运行。
图2所示为本发明带喷射器的平行压缩跨临界CO2热泵循环与单级压缩循环的对比压焓示意图。本发明的循环的压缩机功耗为w 1+w 2，单级循环的压缩机功耗为w base 。本发明利用经济器对气体冷却器出口的CO2蒸汽进行冷却，降低系统排气压力和压缩机压比，提高压缩机工作效率，减小压缩机功耗。通过平行压缩降低辅助压缩机的压缩比提高其效率，同时通过调节辅路的流量一定程度上可以适应热泵复杂的工况变化。此外采用喷射器代替膨胀阀回收膨胀功从而减小系统的节流损失，提高系统整体性能。
Claims (7)
1.一种带喷射器的平行压缩跨临界CO2空气源热泵供暖系统，其特征在于所述系统包括蒸发器、第一压缩机、第二压缩机、喷射器、气体冷却器、第一节流机构、第二节流机构、经济器、气液分离器，其中：
所述第一压缩机的出口与气体冷却器的工质侧入口相连；
所述气体冷却器的工质出口管路分为两路，一路通过第一节流机构与经济器的冷端入口相连，另一路与经济器的热端入口相连；
所述经济器的冷端出口与第二压缩机的入口相连；
所述第二压缩机的出口与第一压缩机的出口相连；
所述经济器的热端出口与喷射器的主动流入口相连；
所述喷射器的引射流入口与蒸发器的出口相连；
所述喷射器的出口与气液分离器的入口相连；
所述气液分离器的气体出口与第一压缩机的入口相连；
所述气液分离器的液体出口经第二节流机构与蒸发器的工质入口相连。
2.根据权利要求1所述的带喷射器的平行压缩跨临界CO2空气源热泵供暖系统，其特征在于所述第一压缩机、气体冷却器、经济器、喷射器、蒸发器、第二节流机构、气液分离器组成CO2跨临界主循环回路。
3.根据权利要求1所述的带喷射器的平行压缩跨临界CO2空气源热泵供暖系统，其特征在于所述第二压缩机、气体冷却器、第一节流机构、经济器组成CO2跨临界辅助循环回路。
4.根据权利要求1所述的带喷射器的平行压缩跨临界CO2空气源热泵供暖系统，其特征在于所述气体冷却器的进水口与回水相连，回水在气体冷却器中被加热到供水温度后从气体冷却器的出水口离开进入供暖系统，构成加热水循环回路。
5.根据权利要求1所述的带喷射器的平行压缩跨临界CO2空气源热泵供暖系统，其特征在于所述蒸发器为制冷剂-空气换热器，具备制冷剂通道和空气通道。
6.根据权利要求1所述的带喷射器的平行压缩跨临界CO2空气源热泵供暖系统，其特征在于所述气体冷却器为制冷剂-载冷剂换热器，具备制冷剂通道和载冷剂通道。
7.根据权利要求1所述的带喷射器的平行压缩跨临界CO2空气源热泵供暖系统，其特征在于所述经济器为制冷剂-制冷剂换热器，具备双制冷剂通道。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210399030.9A CN114608050A (zh) | 2022-04-16 | 2022-04-16 | 带喷射器的平行压缩跨临界co2空气源热泵供暖系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210399030.9A CN114608050A (zh) | 2022-04-16 | 2022-04-16 | 带喷射器的平行压缩跨临界co2空气源热泵供暖系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114608050A true CN114608050A (zh) | 2022-06-10 |
Family
ID=81869339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210399030.9A Pending CN114608050A (zh) | 2022-04-16 | 2022-04-16 | 带喷射器的平行压缩跨临界co2空气源热泵供暖系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114608050A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010025499A1 (en) * | 2000-03-15 | 2001-10-04 | Hirotsugu Takeuchi | Ejector cycle system with critical refrigerant pressure |
| CN201837145U (zh) * | 2010-07-15 | 2011-05-18 | 湖北东橙新能源科技有限公司 | 带经济器的二级压缩热泵系统 |
| CN104949390A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-09-30 | 西安交通大学 | 一种暖气片供暖用跨临界co2热泵系统 |
-
2022
- 2022-04-16 CN CN202210399030.9A patent/CN114608050A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010025499A1 (en) * | 2000-03-15 | 2001-10-04 | Hirotsugu Takeuchi | Ejector cycle system with critical refrigerant pressure |
| CN201837145U (zh) * | 2010-07-15 | 2011-05-18 | 湖北东橙新能源科技有限公司 | 带经济器的二级压缩热泵系统 |
| CN104949390A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-09-30 | 西安交通大学 | 一种暖气片供暖用跨临界co2热泵系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 宋昱龙，王海丹，殷翔，曹锋: "跨临界CO2蒸气压缩式制冷与热泵技术综述", 《制冷学报》, vol. 42, no. 2, 7 February 2021 (2021-02-07), pages 7 - 8 * |
| 张振迎，王洪利，李敏霞，马一太: "跨临界CO_2蒸气压缩-引射制冷循环的性能分析", 《低温与超导》, vol. 42, no. 9, 24 September 2014 (2014-09-24), pages 56 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102128508B (zh) | 喷射器节流补气系统以及热泵或制冷系统补气方法 | |
| CN100434834C (zh) | 一种蒸气喷射式制冷循环系统 | |
| CN110345690B (zh) | 用于双温电冰箱的双喷射器增效制冷循环系统及工作方法 | |
| CN204373252U (zh) | 转换式co2跨临界循环制冷系统 | |
| CN201666686U (zh) | 喷射器节流补气系统 | |
| CN112611126B (zh) | 太阳能喷射与压缩耦合的双蒸发制冷系统 | |
| CN109869940B (zh) | 喷射式跨临界二氧化碳双级压缩制冷系统 | |
| CN103954061A (zh) | 一种喷射器过冷增效的单级蒸气压缩式循环系统 | |
| CN112229085B (zh) | 一种适用于大温跨的低温热泵循环系统及循环方法 | |
| CN103759449A (zh) | 双喷射器增效的两级蒸气压缩式循环系统 | |
| CN112325509A (zh) | 中间冷却热回收三联供热泵系统 | |
| CN210089175U (zh) | 喷射式跨临界二氧化碳双级压缩制冷系统 | |
| CN214172602U (zh) | 太阳能喷射与压缩耦合的双蒸发制冷装置 | |
| CN112963979A (zh) | 一种可实现工作循环转换的复叠热泵系统 | |
| CN219810071U (zh) | 换热系统 | |
| CN111912142A (zh) | 带喷射器的补气增焓型双热源热泵循环系统及工作方法 | |
| CN216644608U (zh) | 一种冷热并供的喷射循环系统 | |
| CN114251865B (zh) | 一种冷热并供的喷射循环系统及其工作方法 | |
| CN113280524B (zh) | 一种设置有多个喷射器的大温差换热系统 | |
| CN114608050A (zh) | 带喷射器的平行压缩跨临界co2空气源热泵供暖系统 | |
| CN115183517A (zh) | 一种复叠式热氟融霜型冷冻和热水二联供机组 | |
| CN211120090U (zh) | 一种利用低沸点工质热气除霜的自复叠空气源热泵系统 | |
| CN113280523A (zh) | 一种具有过冷和预热的喷射式热泵循环装置 | |
| CN109869945B (zh) | 吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷系统 | |
| CN113932472A (zh) | 一种基于燃气机热泵和有机朗肯循环耦合系统的运行方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |