用于热泵装置的带喷射器的补气增焓型热泵循环系统

摘要

一种用于热泵装置的带喷射器的补气增焓型热泵循环系统，压缩机的出口与冷凝器的入口相连，冷凝器出口与喷射器的喷嘴入口相连，喷射器的被引射制冷剂入口与第二级闪蒸器气相出口相连，喷射器出口与第一级闪蒸器入口相连；第一级闪蒸器的饱和气态制冷剂出口与压缩机中间补气口相连，饱和液态制冷剂出口经第一级膨胀阀或毛细管后与第二级闪蒸器入口相连；第二级闪蒸器的饱和气态制冷剂出口与喷射器的被引射制冷剂入口相连接，饱和液态制冷剂出口经第二级膨胀阀或毛细管后与蒸发器入口相连接；蒸发器出口与压缩机吸气口连接；通过采用喷射器及辅助的闪蒸器实现节流过程的膨胀功回收，同时增大压缩机中间级补气量，从而改善热泵系统制热性能。

说明书

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带喷射器的补气 增焓型热泵循环系统。

背景技术

蒸气压缩式空气源热泵技术作为一种节能、环保的制热技术越来越多地被 应用于商用建筑和住宅的供热中，如热泵型空调器与热泵热水器。随着经济发 展和人民生活水平的提高，空气源热泵在我国的发展十分迅速，相关技术的研 究也在不断创新。然而，当蒸气压缩式空气源热泵使用在较低室外空气环境温 度下时，压缩机吸排气压差增大，压缩机吸入的制冷剂的密度减小，热泵系统 内部制冷剂的循环流量减小，导致热泵系统向室内提供的热量减少，热泵系统 制热性能衰减即效率与制热量降低是它存在的突出技术问题，从而影响其大范 围的应用。为使空气源热泵在低温环境中高效、安全运行，人们进行了许多技 术研发和改进，其中目前应用较多的是采用带补气增焓的循环系统，又称喷气 增焓系统。总之，应用补气增焓系统是解决空气源热泵机组低温运行性能下降 的有效技术途径之一。

目前，常用的补气增焓型热泵循环系统主要包括压缩机、冷凝器、蒸发器、 闪蒸器和膨胀阀或毛细管等部件；其中，压缩机为具有补气增焓功能的涡旋压 缩机或两级滚动转子压缩机，其压缩过程被补气过程分成两段，成为准二级压 缩过程。然而，在现有的补气增焓型热泵循环系统中，由于实现制冷剂的膨胀 过程仍主要是采用节流机构膨胀阀或毛细管，因而在其节流过程产生了较大的 不可逆损失，并且随着蒸发温度降低不可逆损失加大，导致循环系统性能会显 著降低。实际上，制冷剂的节流过程具有可利用的膨胀功，可以在目前的补气 增焓型热泵循环系统中采用附加的喷射器回收节流过程的部分膨胀功，使循环 系统的性能获得提高，改善低温环境下制热性能衰减情况。

许多研究表明,在蒸气压缩循环系统上采用喷射器确实可以提高制冷与热 泵装置的性能。然而，目前有关喷射器在蒸气压缩循环系统上的应用，大多数 是针对常规的单级蒸气压缩式循环系统。总的来说，在补气增焓型热泵循环系 统中应用喷射器的技术措施还存在空白。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供用于热泵装置 的带喷射器的补气增焓型热泵循环系统，通过采用喷射器回收节流过程的膨胀 功，从而使带喷射器的补气增焓型热泵循环系统具有更高的效率，降低循环装 置能量消耗；并利用喷射器引射第二级闪蒸器中的气态制冷剂，增加了压缩机 中间级的补气量，进一步有效地解决了空气源热泵系统在低环境温度时的制热 量衰减问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于热泵装置的带喷射器的补气增焓型热泵循环系统，包括压缩机 101，压缩机101的出口与冷凝器102的入口相连接，冷凝器102的出口与喷射 器103的喷嘴入口相连接，喷射器103的被引射制冷剂入口与第二级闪蒸器106 的气相出口相连接，喷射器103的出口与第一级闪蒸器104的入口相连接；第 一级闪蒸器104出口分两路，一路饱和气态制冷剂出口与压缩机101中间补吸 气口相连接，另一路饱和液态制冷剂出口经过第一级膨胀阀或毛细管105后与 第二级闪蒸器106入口相连接；第二级闪蒸器106出口分两路，一路饱和气态 制冷剂出口与喷射器103的被引射制冷剂入口相连接，另一路饱和液态制冷剂 出口经过第二级膨胀阀或毛细管107后与蒸发器108入口相连接；蒸发器108 出口与压缩机101吸气口连接。

所述压缩机101采用具有补气增焓功能的压缩机，其具有两级吸气口，分 别为低压吸气口和中间补气口。

所述具有补气增焓功能的压缩机为涡旋压缩机或两级滚动转子压缩机。

所述喷射器103中来自冷凝器102出口的过冷液态制冷剂压力大于从第二 级闪蒸器106气相出口出来的制冷剂蒸气压力。

所述第二级闪蒸器106气相出口的制冷剂蒸气在喷射器103中被来自冷凝 器102出口的过冷液态制冷剂引射，在喷射器103中混合后增压并进入第一级 闪蒸器104。

相比于现有的补气增焓型热泵循环系统，本发明提出的一种带喷射器的补 气增焓型热泵循环系统，通过采用喷射器回收节流过程的膨胀功，从而使带喷 射器的补气增焓空气源热泵循环系统具有更高的效率，降低热泵系统能量消耗。 同时，利用喷射器引射第二级闪蒸器中的气态制冷剂，增加了压缩机中间级的 补气量，进一步有效地解决了空气源热泵系统在低环境温度时的制热量衰减问 题。该系统是一种经济、有效、可行的改善方案，能有效提高热泵循环系统性 能，可促进热泵产品节能技术的发展。

附图说明

图1是本发明制冷循环系统示意图。

图2是本发明制冷循环系统工作过程的循环压-焓图（p–h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，本发明一种用于热泵装置的带喷射器的补气增焓型热泵循环 系统，包括压缩机101，压缩机101的出口与冷凝器102的入口相连接，冷凝器 102的出口与喷射器103的喷嘴入口相连接，喷射器103的被引射制冷剂入口与 第二级闪蒸器106的气相出口相连接，喷射器103的出口与第一级闪蒸器104 的入口相连接；第一级闪蒸器104出口分两路，一路饱和气态制冷剂出口与压 缩机101中间补吸气口相连接，另一路饱和液态制冷剂出口经过第一级膨胀阀 或毛细管105后与第二级闪蒸器106入口相连接；第二级闪蒸器106出口分两 路，一路饱和气态制冷剂出口与喷射器103的被引射制冷剂入口相连接，另一 路饱和液态制冷剂出口经过第二级膨胀阀或毛细管107后与蒸发器108入口相 连接；蒸发器108出口与压缩机101吸气口连接。

所述压缩机101采用具有补气增焓功能的压缩机，其具有两级吸气口，分 别为低压吸气口和中间补气口。

作为本发明的优选实施方式，所述具有补气增焓功能的压缩机为涡旋压缩 机或两级滚动转子压缩机。

作为本发明的优选实施方式，所述喷射器103中来自冷凝器102出口的过 冷液态制冷剂压力大于从第二级闪蒸器106气相出口出来的制冷剂蒸气压力。 这样高压过冷液态制冷剂作为工作流体进入喷射器103的喷嘴中将压力能转化 为速度能后变为低压高速气液两相混合制冷剂，从而引射从第二级闪蒸器106 气相出口出来的制冷剂蒸气，并在喷射器出口形成压力高于第二级闪蒸器106 气相出口的制冷剂蒸气的气液两相混合制冷剂，达到提高压缩机中间补气压力 降低能耗的目的。

作为本发明的优选实施方式，所述第二级闪蒸器106气相出口的制冷剂蒸 气在喷射器103中被来自冷凝器102出口的过冷液态制冷剂引射，在喷射器103 中混合后增压并进入第一级闪蒸器104。这样增加了压缩机中间级的补气量，进 一步有效地解决了空气源热泵系统在低环境温度时的制热量衰减问题。

如图2所示，为本发明制冷循环系统工作过程的循环压-焓图（p–h图），其示 意的制冷系统工作过程为：压缩机101出口的高温高压过热气态制冷剂（图中2 点处）在冷凝器102放出热量实现制热目的后成为高压过冷液态制冷剂(图中3点 处)；冷凝器102出口的过冷液态制冷剂作为工作流体进入喷射器103的喷嘴，在 喷嘴中膨胀后变为低压高速气液两相混合制冷剂（图中3’点处）；低压高速气液 两相混合制冷剂与从第二级闪蒸器106出来的饱和气态制冷剂（图中8点处）在 喷射器103的混合室中混合后（图中4’点处）再经喷射器103的扩压器增压成为气 液两相混合制冷剂（图中4点处）后排出；喷射器103出口的气液两相混合制冷 剂进入第一级闪蒸器104进行气液分离，其中从第一级闪蒸器104分离出的饱和 气态制冷剂（图中5点处）返回压缩机101的中间补气口，而分离出的饱和液态 制冷剂（图中6点处）通过第一级膨胀阀或毛细管105降压降温后（图中7点处） 进入第二级闪蒸器106中进行气液分离，其中从第二级闪蒸器106分离出的饱和 气态制冷剂（图中8点处）作为被引射制冷剂进入喷射器103的引射入口，而分 离出的饱和液态制冷剂（图中9点处）通过第二级膨胀阀或毛细管107降压降温 后（图中10点处）进入蒸发器108中吸热蒸发成为气态制冷剂图中1点处）；蒸发 器108出口的气态制冷剂进入压缩机101吸气口，以上完成整个循环过程。

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,依次是冷 凝器102冷凝压力、压缩机101中间补气压力、喷射器103的引射流体压力和蒸发 器108蒸发压力。其中冷凝器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（即一个冷凝温度及一个蒸发温度），这又取决于制热温度要求 和空气环境温度；压缩机101中间补气压力为设计工况参数，可根据冷凝压力和 蒸发压力选取；喷射器103的引射流体压力是由喷射器103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。