[發明專利]帶噴射器的補氣增焓型雙熱源熱泵循環系統及工作方法

在審

• 申請號: 202010795765.4
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111912142A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 魚劍琳;呂小龍;劉曄
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F25B30/02
• 分類號: F25B30/02;F25B9/08;F25B27/00;F25B31/00;F25B41/06;F25B49/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

帶噴射器的補氣增焓型雙熱源熱泵循環系統及工作方法，該系統包括壓縮機，壓縮機的排氣口與冷凝器的入口相連，冷凝器的出口分為兩路，一路經一級膨脹閥進入閃發器，閃發器出來的制冷劑液體經二級膨脹閥進入蒸發器，吸熱蒸發后進入壓縮機的吸氣口；冷凝器出來的另一路高壓制冷劑液體經膨脹調節閥進入高溫熱源集熱器，吸熱蒸發后進入噴射器的一次流體入口，閃發器出來的制冷劑氣體進入噴射器的二次流體入口，噴射器的出口與壓縮機的補氣口相連。通過采用噴射器實現對高溫輔助熱源的應用升級，將其做功能力轉化為對閃發蒸氣的引射和升壓，從而減小了壓縮機對閃發蒸氣的壓縮耗功。該系統可通過調節三個膨脹閥的的開度來適應兩個熱源換熱量的變化。

技術領域

本發明屬于熱泵技術領域，具體涉及一種用于熱泵裝置的帶噴射器的補氣增焓型雙熱源熱泵循環系統及工作方法。

背景技術

蒸氣壓縮式空氣源熱泵技術作為一種節能、環保的制熱技術越來越多地被應用于商用建筑和住宅的供熱中，如熱泵型空調器與熱泵熱水器。隨著經濟發展和人民生活水平的提高，空氣源熱泵在我國的發展十分迅速，相關技術的研究也在不斷創新。然而，當蒸氣壓縮式空氣源熱泵在較低室外空氣環境溫度下工作時，壓縮機吸排氣壓差增大，壓縮機吸入的制冷劑的密度減小，熱泵系統內部制冷劑的循環流量減小，導致熱泵系統向室內空氣或熱水提供的熱量減少，熱泵系統制熱性能衰減(即制熱效率與制熱量降低)是其存在的突出技術問題，從而影響其大范圍的應用。

為使空氣源熱泵在低溫環境中高效、安全運行，人們進行了許多技術研發和改進，其中目前應用較多的是壓縮機變頻技術、補氣增焓技術和噴射器增效技術。另外，尋求第二熱源的輔助也是低溫空氣源熱泵的一個研究熱點，其中太陽能作為一種比較容易獲得的輔助熱源，與空氣源熱泵系統結合已經發展出串聯、并聯和混聯等多種形式。

目前，常用的補氣增焓型熱泵循環系統主要包括帶補氣口的壓縮機、冷凝器、蒸發器、經濟器(閃發器或過冷器)和膨脹閥等部件；其中，壓縮機通常采用具有補氣功能的渦旋壓縮機或滾動轉子壓縮機，其壓縮過程被補氣過程分成兩級，也即準二級壓縮過程。補氣過程的介入一方面實現了準二級壓縮過程的級間冷卻，可有效降低壓縮機大壓比工況下的排氣溫度；另一方面在壓縮機級間補入制冷劑，及時彌補了蒸發壓力較低時因吸氣比容增大而導致的系統循環流量衰減問題，增大了高壓側的制冷劑循環流量和冷凝器的散熱量，實現了增焓(增大單位容積制熱量)的目的。

然而，在現有的補氣增焓型熱泵循環系統中，僅依靠空氣單一熱源，在低環溫下受蒸發器結霜的影響，其性能的提升有限，因此太陽能等第二熱源的引入具有實際意義。在對用水側系統改變較小的情況下，可以考慮將高溫熱源通過直接膨脹式集熱器引入制冷劑循環系統；而為了同時利用這部分高溫高壓制冷劑蒸氣的做功能力，可以同時引入噴射器，利用噴射器的引射功能和升壓能力，將從閃發器出來的制冷劑飽和蒸氣引射并升壓后再進行補氣。這樣在引入第二熱源的同時，可以使循環系統的性能獲得提高，進一步改善低溫環境下制熱性能衰減情況。

許多研究表明,在蒸氣壓縮循環系統上采用噴射器可以提高制冷與熱泵系統的性能。然而，目前有關噴射器在蒸氣壓縮循環系統上的應用，大多數是針對單級蒸氣壓縮式循環系統。總的來說，在補氣增焓型熱泵循環系統中應用噴射器外加第二熱源輔助的技術措施還存在空白。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的局限和不足，本發明的目的在于提出一種帶噴射器的補氣增焓型雙熱源熱泵循環系統及工作方法，通過在制冷劑循環系統中引入高溫輔助熱源，并利用噴射器實現對高溫輔助熱源的升級利用，將其做功能力轉化為對閃發蒸氣的引射和升壓，從而減小了壓縮機對閃發蒸氣的壓縮耗功；從另一角度看，在補氣壓力不變的情況下，可以使閃發器在更低的壓力下工作，其意義是降低了進入蒸發器的制冷劑干度，提升了單位質量制冷劑在蒸發器中的吸熱量，有助于減小蒸發器的設計尺寸。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：