專利名稱：一種噴射器增效型蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
一種噴射器增效型蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于空氣源熱泵與空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)，特 別涉及一種帶噴射器的增效型蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于空氣源熱泵熱水器和熱泵型空調(diào)器(機(jī))等 領(lǐng)域。它具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊并能快速制熱等特點(diǎn)，還可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)制冷作用。特別是 近年來(lái)隨著能源需求迅速增長(zhǎng)，環(huán)境氣候問(wèn)題日益突出以及低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，空氣源熱泵 技術(shù)作為一種節(jié)能、環(huán)保的制熱技術(shù)在提高能源的利用效率、減少溫室氣體的排放及為人 類生活與工作創(chuàng)造更舒適的環(huán)境等方面更顯現(xiàn)出它突出的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。因此，空氣源熱泵在 中國(guó)的發(fā)展十分迅速，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，熱泵技術(shù)的研究也在不斷創(chuàng)新。
目前，影響空氣源熱泵技術(shù)(包括熱水器與熱泵型空調(diào)器)發(fā)展的最主要問(wèn)題是 空氣源熱泵制熱能力和制熱性能系數(shù)隨著室外環(huán)境空氣溫度的降低而降低；因此空氣源熱 泵的使用受到環(huán)境溫度的限制，它的低溫環(huán)境適應(yīng)性已成為實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)屏障，改善 循環(huán)系統(tǒng)性能系數(shù)和提高制熱量也就成為這一技術(shù)領(lǐng)域中重要的研究發(fā)展方向。
常規(guī)蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹機(jī)構(gòu)和蒸發(fā)器組成。在 常規(guī)的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)中，隨著蒸發(fā)溫度的降低(即室外環(huán)境空氣溫度降低時(shí))， 壓縮機(jī)的吸氣壓力下降，壓縮機(jī)的吸氣比容增大，壓比也將升高，從而使得循環(huán)系統(tǒng)的單位 容積制熱量下降，壓縮機(jī)耗功增加，會(huì)導(dǎo)致熱泵制熱能力和制熱性能系數(shù)顯著降低。
為解決低溫環(huán)境下空氣源熱泵的性能降低問(wèn)題，有研究者提出了采用噴氣增焓渦 旋壓縮機(jī)技術(shù)應(yīng)用于空氣源熱泵(包括熱水器與熱泵型空調(diào)器)。噴氣增焓渦旋壓縮機(jī)能 明顯提高低溫環(huán)境下機(jī)組的制熱量。然而，這種噴氣增焓方法不適用于普通渦旋壓縮機(jī)或 未帶輔助進(jìn)汽口的壓縮機(jī)如滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)。也有研究者進(jìn)一步提出了準(zhǔn)二級(jí)壓縮-噴射 復(fù)合熱泵系統(tǒng)，在系統(tǒng)中采用噴射器代替膨脹閥，有效利用工質(zhì)節(jié)流過(guò)程的部分壓力能，可 以提高熱泵在低溫工況下的性能系數(shù)。但是這種系統(tǒng)仍采用了帶輔助進(jìn)汽口的壓縮機(jī)。無(wú) 疑，上述技術(shù)的應(yīng)用為空氣源熱泵在低溫環(huán)境下性能的進(jìn)一步改善提供了一個(gè)可行的解決 方案，對(duì)空氣源熱泵的發(fā)展有著積極的推動(dòng)作用。
噴射器作為一種機(jī)械增壓設(shè)備以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件和成本低的特點(diǎn)，在蒸 氣噴射制冷領(lǐng)域和其它相關(guān)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。同樣，噴射器也可以應(yīng)用在蒸氣壓縮 式熱泵循環(huán)系統(tǒng)中，通過(guò)壓縮機(jī)與噴射器及輔助過(guò)冷器的聯(lián)合方案，利用噴射器的引射與 增壓作用能夠?qū)崿F(xiàn)熱泵循環(huán)的機(jī)械過(guò)冷方式，從而增大了循環(huán)的過(guò)冷度，提高了循環(huán)系統(tǒng) 的制熱性能系數(shù)；另一方面，采用噴射器相應(yīng)地可以提高進(jìn)入冷凝器的制冷劑流量，從而提 高了循環(huán)的單位容積制熱量。因此，在噴射器應(yīng)用方案下，蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用于 低溫環(huán)境制熱時(shí)的制熱量和制熱性能系數(shù)均會(huì)有顯著的提高，使得目前空氣源熱泵低溫環(huán) 境適應(yīng)性問(wèn)題得到了有效解決。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，為了提高蒸氣壓縮式空氣源熱泵系統(tǒng)的 制熱能力以及制熱性能系數(shù)，綜合改善低溫環(huán)境溫度下空氣源熱泵的制熱性能，本發(fā)明的 目的在于提出一種新的采用噴射器實(shí)現(xiàn)增效的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)。
實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是
一種帶噴射器的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)，壓縮機(jī)、噴射器、冷凝器、過(guò)冷器、第二 膨脹機(jī)構(gòu)和蒸發(fā)器依次連接，另外，冷凝器與第一膨脹機(jī)構(gòu)連接，第一膨脹機(jī)構(gòu)通過(guò)過(guò)冷器 之后與噴射器連接，噴射器與冷凝器連接。
所述壓縮機(jī)的出口與噴射器入口相連接；噴射器的出口與冷凝器的入口相連接； 冷凝器的制冷劑液體出口分兩路一路液體直接與第一膨脹機(jī)構(gòu)入口相連，第一膨脹機(jī)構(gòu) 出口的制冷劑液體通過(guò)過(guò)冷器后再與噴射器連接；另一路制冷劑液體直接進(jìn)入過(guò)冷器，過(guò) 冷器的出口與第二膨脹機(jī)構(gòu)入口相連接，第二膨脹機(jī)構(gòu)的出口與蒸發(fā)器的入口相連，蒸發(fā) 器的出口與壓縮機(jī)的入口相連接。
該循環(huán)系統(tǒng)由于采用了噴射器，在低溫空氣環(huán)境溫度下能增大循環(huán)的過(guò)冷度，提 高循環(huán)的單位容積制熱量，從而在低溫空氣環(huán)境溫度下增大了熱泵系統(tǒng)的制熱量，提高了 循環(huán)系統(tǒng)的制熱性能系數(shù)，有效解決了目前空氣源熱泵低溫環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題。該循環(huán)系統(tǒng) 可以應(yīng)用于空氣源熱泵熱水器、熱泵型空調(diào)器和冷熱水機(jī)組中。
本發(fā)明的帶噴射器的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠、易于實(shí)施，所增加的噴 射器仍屬于常規(guī)的氣-氣型噴射器種類，具有增壓的作用；相比于常規(guī)型的蒸氣壓縮式熱 泵循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是目前最為經(jīng)濟(jì)、有效的改善方案，因能有效提高循環(huán)系統(tǒng)的制熱性 能，從未來(lái)的應(yīng)用上面看，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可應(yīng)用于空氣源熱泵熱水器、熱泵型空調(diào)器和 冷熱水機(jī)組中。


圖1是本發(fā)明噴射器增效型蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)示意圖2是本發(fā)明噴射器增效型蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)工作過(guò)程的循環(huán)壓-焓圖 (p-h 圖)。
下面結(jié)合附圖和給出的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明的帶噴射器的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)，包括管路上連接的 壓縮機(jī)101、噴射器102、冷凝器103、過(guò)冷器104、第一膨脹機(jī)構(gòu)105、第二膨脹機(jī)構(gòu)106和蒸 發(fā)器107，其特征在于所述的壓縮機(jī)101和冷凝器103之間還設(shè)有一噴射器102，所述的冷 凝器103和第二膨脹機(jī)構(gòu)106之間還設(shè)有一過(guò)冷器104。所述壓縮機(jī)101的出口與噴射器 102入口相連接；噴射器102的出口與冷凝器103的入口相連接；冷凝器103的制冷劑液體 出口分兩路一路液體直接與第一膨脹機(jī)構(gòu)105入口相連，第一膨脹機(jī)構(gòu)105出口的制冷劑 液體通過(guò)過(guò)冷器104后再與噴射器102連接；另一路制冷劑液體直接進(jìn)入過(guò)冷器104，過(guò)冷 器104的出口與第二膨脹機(jī)構(gòu)106入口相連接，第二膨脹機(jī)構(gòu)106的出口與蒸發(fā)器107的 入口相連，蒸發(fā)器107的出口與壓縮機(jī)101的入口相連接。通過(guò)以上連接，構(gòu)成完整的蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)。
其工作過(guò)程是如圖2所示，低壓制冷劑氣體(如R22，R417a)(在1點(diǎn)處)進(jìn)入壓 縮機(jī)101，通過(guò)輸入機(jī)械能被壓縮為高壓蒸氣進(jìn)入噴射器102 (在2點(diǎn)處)，進(jìn)而引射從過(guò)冷 器104出來(lái)的較低壓力的制冷劑蒸汽，在噴射器102內(nèi)部混合與擴(kuò)壓后排出噴射器102(如 圖2中所示2、8到3的過(guò)程)；從噴射器102出來(lái)的制冷劑氣體直接進(jìn)入冷凝器103 (在3 點(diǎn)處)，放出熱量凝結(jié)為飽和或過(guò)冷液體(在4點(diǎn)處)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)制熱目的；從冷凝器103 中出來(lái)的制冷劑液體(在4點(diǎn)處)分出一部分，通過(guò)第一膨脹機(jī)構(gòu)105降壓降溫后變成汽 液兩相流體(在7點(diǎn)處)，然后進(jìn)入過(guò)冷器104的一側(cè)，在其中蒸發(fā)吸收熱量實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)冷器 104另一側(cè)的制冷劑液體進(jìn)一步過(guò)冷的目的；從冷凝器103出來(lái)的另一部分制冷劑液體進(jìn) 入過(guò)冷器104的另一側(cè)，在其中放出熱量獲得進(jìn)一步的過(guò)冷制冷劑液體(在5點(diǎn)處)；過(guò)冷 器104出來(lái)的這一部分制冷劑液體再進(jìn)入第二膨脹機(jī)構(gòu)106進(jìn)行節(jié)流降壓(如圖2中所示 5到6的過(guò)程)，然后進(jìn)入蒸發(fā)器107吸收熱量蒸發(fā)為過(guò)熱蒸氣(如圖2中所示6到1的過(guò) 程)，從蒸發(fā)器107出來(lái)的制冷劑蒸汽再進(jìn)入壓縮機(jī)101 (在1點(diǎn)處)，完成一個(gè)循環(huán)過(guò)程。
整個(gè)循環(huán)工作過(guò)程中存在有四個(gè)不同的工作壓力，依次是壓縮機(jī)101排氣壓力 Pd、冷凝器103壓力Pc、過(guò)冷器104蒸發(fā)側(cè)壓力I3S和蒸發(fā)器107壓力Pe ；其中冷凝器103 壓力和蒸發(fā)器107壓力是由循環(huán)系統(tǒng)的工作工況所決定(蒸發(fā)溫度與冷凝溫度)，這又取決 于制熱溫度要求和空氣環(huán)境溫度條件；而壓縮機(jī)101排氣壓力、過(guò)冷器104蒸發(fā)側(cè)壓力(即 噴射器102吸氣壓力)可以作為選擇調(diào)節(jié)參數(shù)，是由壓縮機(jī)101、噴射器102的工作特性以 及循環(huán)中的質(zhì)量守恒和能量守恒關(guān)系所確定的，可以通過(guò)循環(huán)優(yōu)化分析進(jìn)行優(yōu)化選擇。
相比于常規(guī)蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)，在同樣的循環(huán)工況條件(蒸發(fā)溫度與冷凝 溫度)下，特別是在低溫空氣環(huán)境溫度下，在本發(fā)明實(shí)施例的熱泵循環(huán)中，因噴射器102的 引射與增壓作用，增大了循環(huán)的過(guò)冷度，提高了循環(huán)系統(tǒng)的制熱性能系數(shù)；另一方面，采用 噴射器102相應(yīng)地可以提高進(jìn)入冷凝器的制冷劑流量，從而提高了循環(huán)的單位容積制熱 量；所以，整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的制熱性能顯著提高了。從以上分析可以看出，新的噴射器增效型 蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)在改善空氣源熱泵制熱性能方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以應(yīng)用于空 氣源熱泵熱水器、熱泵型空調(diào)器和冷熱水機(jī)組中。
權(quán)利要求
1.一種噴射器增效型蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)，包括管路上連接的壓縮機(jī)(101)、噴 射器(102)、冷凝器(103)、過(guò)冷器(104)、第一膨脹機(jī)構(gòu)(105)、第二膨脹機(jī)構(gòu)(106)和蒸發(fā) 器(107)；其特征在于，壓縮機(jī)(101)、噴射器(102)、冷凝器(103)、過(guò)冷器(104)、第二膨脹 機(jī)構(gòu)(106)和蒸發(fā)器(107)依次連接，另外，冷凝器(10 與第一膨脹機(jī)構(gòu)(10 連接，第一 膨脹機(jī)構(gòu)(10 通過(guò)過(guò)冷器(104)之后與噴射器(10 連接，噴射器(10 與冷凝器(103) 連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噴射器增效型蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于， 所述壓縮機(jī)(101)的出口與噴射器(102)入口相連接；噴射器(102)的出口與冷凝器(103) 的入口相連接；冷凝器(10 的制冷劑液體出口分兩路一路液體直接與第一膨脹機(jī)構(gòu) (105)入口相連，第一膨脹機(jī)構(gòu)(10 出口的制冷劑液體通過(guò)過(guò)冷器(104)后再與噴射器 (102)連接；另一路制冷劑液體直接進(jìn)入過(guò)冷器(104)，過(guò)冷器(104)的出口與第二膨脹 機(jī)構(gòu)(106)入口相連接，第二膨脹機(jī)構(gòu)(106)的出口與蒸發(fā)器(107)的入口相連，蒸發(fā)器 (107)的出口與壓縮機(jī)(101)的入口相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種噴射器增效型蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)，包括管路上連接的壓縮機(jī)、噴射器、冷凝器、過(guò)冷器、第一膨脹機(jī)構(gòu)、第二膨脹機(jī)構(gòu)和蒸發(fā)器；所述的壓縮機(jī)和冷凝器之間設(shè)有一噴射器，所述的冷凝器和第二膨脹機(jī)構(gòu)之間還設(shè)有一過(guò)冷器。本發(fā)明利用噴射器的引射與增壓作用，能夠增大循環(huán)的過(guò)冷度，提高循環(huán)系統(tǒng)的制熱性能系數(shù)；相應(yīng)地也可以提高進(jìn)入冷凝器的制冷劑流量，從而提高了循環(huán)的單位容積制熱量。因此，噴射器增效型蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)系統(tǒng)在改善空氣源熱泵制熱性能方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以應(yīng)用于空氣源熱泵熱水器、熱泵型空調(diào)器和冷熱水機(jī)組中。
文檔編號(hào)F25B41/00GK102042721SQ20101057888
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者厲彥忠, 周媛媛, 陳曉娟, 魚劍琳 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)