CN107990580A - 一种多次分离喷射增效的自复叠热泵***及运行模式 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多次分离喷射增效的自复叠热泵***及运行模式，该***由压缩机、冷凝器、气液分离器、节流阀、冷凝蒸发器、蒸发器、蒸汽喷射器和控制阀所组成；本发明采用气液分离器将节流后的制冷剂气液两相混合物进行气液分离，保证进入冷凝蒸发器和蒸发器换热的制冷剂为纯液体，提高了冷凝蒸发器和蒸发器的换热效率；并且该***利用蒸汽喷射器回收气液分离器中分离得到的制冷剂气体的可用能，提高了***性能系数；另外，本发明可根据室外环境温度选择单级热泵模式或自复叠热泵模式，使***性能达到最佳状态，所以该***有望取得显著的节能及经济效益。

Description

一种多次分离喷射增效的自复叠热泵***及运行模式
技术领域
本发明涉及自复叠热泵***技术领域，具体涉及一种多次分离喷射增效的自复叠热泵***及运行模式。
背景技术
随着能源问题的日益突出，如何高效的利用现有能源已成为一个重要问题。冬季热泵机组的能源消耗是生产生活中的主要能耗之一。单级热泵结构简单，大部分应用场合***性能系数较高，可以满足用户的需求，但在某些特殊场合，例如室外环境温度低、温差要求大的场合，单级热泵***性能很差甚至不能实现制热功能，不能满足用户需求，这时需要采用复叠热泵才能实现。自复叠热泵是一种特殊形式的复叠热泵，其只需使用一台压缩机就可以实现复叠制热，自复叠热泵利用非共沸混合工质在气液相平衡时气液相成分不同的特点，通过冷凝器和气液分离器将高沸点工质和低沸点工质分离并进入两个循环复叠制热。与单级热泵相比，在室外环境温度较低的情况下***性能系数更高，更加可靠，但当室外环境温度较高时，***性能比单级热泵差。在中国，冬夏季室外环境温度差异很大，单一的使用单级热泵或自复叠热泵都无法满足用户的需求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种多次分离喷射增效的自复叠热泵***及运行模式，该***可根据室外环境温度，选择单级热泵模式或自复叠热泵模式，使***性能达到最佳状态，另外，该***采用气液分离器将节流后的制冷剂气液两相混合物进行气液分离，保证进入冷凝蒸发器和进入蒸发器吸热的制冷剂为纯液体，提高冷凝蒸发器和蒸发器的换热效率。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种多次分离喷射增效的自复叠热泵***，由压缩机1、冷凝器2、第一气液分离器3、第一节流阀4、第二气液分离器5、冷凝蒸发器6、第二节流阀7、第三气液分离器8、蒸发器9、蒸汽喷射器10、第一控制阀11和第二控制阀12所组成；
所述压缩机1出口通过连接管依次连通冷凝器2、第一气液分离器3、第一节流阀4、第二气液分离器5、冷凝蒸发器6、蒸汽喷射器10和压缩机1入口；第一气液分离器3上端出口通过连接管依次连通第一控制阀11、冷凝蒸发器6、第二节流阀7、第三气液分离器8、蒸发器9、蒸汽喷射器10入口；第一气液分离器3上端出口还依次连通控制阀12和蒸汽喷射器10入口；另外，第二气液分离器5上端出口与冷凝蒸发器6出口相连通；第三气液分离器8上端出口与蒸发器9出口相连通。
所述的第二气液分离器5将第一节流阀4后的制冷剂气液两相混合物进行气液分离，保证进入冷凝蒸发器6吸热的制冷剂为纯液体，提高冷凝蒸发器6的换热效率。
所述的第三气液分离器8将第二节流阀7后的制冷剂气液两相混合物进行气液分离，保证进入蒸发器9吸热的制冷剂为纯液体，提高蒸发器9的换热效率。
所述的蒸汽喷射器10回收第一气液分离器3中高压制冷剂气体的可用能，提高压缩机1进口的压力和温度。
所述的第一控制阀11和第二控制阀12为电磁阀，其作用是通过控制制冷剂的流动方向，决定***按单级热泵模式还是自复叠热泵模式运行。
所述的多次分离喷射增效的自复叠热泵***的运行模式，包括单级热泵模式和自复叠热泵模式，具体如下：
单级热泵模式：第一控制阀11关闭，第二控制阀12开启；压缩机1出口的高压非共沸混合制冷剂蒸汽进入冷凝器2冷凝放热后变为高压制冷剂气液两相混合物，高压制冷剂气液两相混合物在第一气液分离器3中进行气液分离，第一气液分离器3分离得到的高压制冷剂气体通过第二控制阀12进入蒸汽喷射器10，第一气液分离器3分离得到的高压制冷剂液体则进入第一节流阀4节流降压成中压制冷剂气液两相混合物，然后通过第二气液分离器5进行气液分离，第二气液分离器5分离得到的中压制冷剂液体进入冷凝蒸发器6蒸发吸热后与第二气液分离器5分离得到的中压制冷剂气体混合，混合后进入蒸汽喷射器10被第一气液分离器3分离得到的高压制冷剂气体引射升压后回到压缩机1完成循环；
自复叠热泵模式：第一控制阀11开启，第二控制阀12关闭；压缩机1出口的高压非共沸混合制冷剂蒸汽进入冷凝器2冷凝放热后变为高压制冷剂气液两相混合物，高压制冷剂气液两相混合物在第一气液分离器3中进行气液分离，第一气液分离器3分离得到的高压制冷剂液体进入第一节流阀4节流降压成中压制冷剂气液两相混合物，然后通过第二气液分离器5进行气液分离，第二气液分离器5分离得到的中压制冷剂液体进入冷凝蒸发器6蒸发吸热后与第二气液分离器5分离得到的中压制冷剂气体相混合，然后进入蒸汽喷射器10；第一气液分离器3分离得到的高压制冷剂气体通过第一控制阀11进入冷凝蒸发器6冷凝放热，然后进入第二节流阀7节流降压成低压制冷剂气液两相混合物，低压制冷剂气液两相混合物在第三气液分离器8中进行气液分离，第三气液分离器8分离得到的低压制冷剂液体进入蒸发器9蒸发吸热后与第三气液分离器8分离得到的低压制冷剂气体混合后进入蒸汽喷射器10被来自冷凝蒸发器6的中压制冷剂气体引射升压后回到压缩机1完成循环。
相对于常规的自复叠热泵***，本发明多次分离喷射增效的自复叠热泵***采用气液分离器将节流后的制冷剂气液两相混合物进行气液分离，并且利用蒸汽喷射器回收气液分离器中制冷剂气体的可用能。该***仅须在常规的自复叠热泵***的基础上增设蒸汽喷射器、气液分离器、控制阀，而这些设备本身结构简单、价格低廉、性能稳定，所以该多次分离喷射增效的自复叠热泵***有望取得显著的节能及经济效益，可以达到如下有益效果：
(1)可根据室外环境温度，选择单级热泵模式或自复叠热泵模式，使***性能达到最佳状态；
(2)气液分离器将节流后的气液两相混合物进行气液分离，提高了冷凝蒸发器和蒸发器的换热效率。
(3)单级热泵模式时，蒸汽喷射器用气液分离器分离得到的高压制冷剂气体引射冷凝蒸发器出口的中压制冷剂气体，提高了压缩机入口制冷剂蒸汽的温度和压力。
(4)自复叠热泵模式时，蒸汽喷射器用冷凝蒸发器出口的中压制冷剂气体引射蒸发器出口的低压制冷剂气体，提高了压缩机入口制冷剂蒸汽的温度和压力。
附图说明
图1是本发明***的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
如图1所示，本发明一种多次分离喷射增效的自复叠热泵***，由压缩机1、冷凝器2、第一气液分离器3、第一节流阀4、第二气液分离器5、冷凝蒸发器6、第二节流阀7、第三气液分离器8、蒸发器9、蒸汽喷射器10、第一控制阀11和第二控制阀12所组成；
所述压缩机1出口通过连接管依次连通冷凝器2、第一气液分离器3、第一节流阀4、第二气液分离器5、冷凝蒸发器6、蒸汽喷射器10和压缩机1入口；第一气液分离器3上端出口通过连接管依次连通第一控制阀11、冷凝蒸发器6、第二节流阀7、第三气液分离器8、蒸发器9、蒸汽喷射器10入口；第一气液分离器3上端出口还依次连通控制阀12和蒸汽喷射器10入口；另外，第二气液分离器5上端出口与冷凝蒸发器6出口相连通；第三气液分离器8上端出口与蒸发器9出口相连通。
本发明多次分离喷射增效的自复叠热泵***按以下模式运行：
单级热泵模式：第一控制阀11关闭，第二控制阀12开启；压缩机1出口的高压非共沸混合制冷剂蒸汽进入冷凝器2冷凝放热后变为高压制冷剂气液两相混合物，高压制冷剂气液两相混合物在第一气液分离器3中进行气液分离，第一气液分离器3分离得到的高压制冷剂气体通过第二控制阀12进入蒸汽喷射器10，第一气液分离器3分离得到的高压制冷剂液体则进入第一节流阀4节流降压成中压制冷剂气液两相混合物，然后通过第二气液分离器5进行气液分离，第二气液分离器5分离得到的中压制冷剂液体进入冷凝蒸发器6蒸发吸热后与第二气液分离器5分离得到的中压制冷剂气体混合，混合后进入蒸汽喷射器10被第一气液分离器3分离得到的高压制冷剂气体引射升压后回到压缩机1完成循环。
自复叠热泵模式：第一控制阀11开启，第二控制阀12关闭；压缩机1出口的高压非共沸混合制冷剂蒸汽进入冷凝器2冷凝放热后变为高压制冷剂气液两相混合物，高压制冷剂气液两相混合物在第一气液分离器3中进行气液分离，第一气液分离器3分离得到的高压制冷剂液体进入第一节流阀4节流降压成中压制冷剂气液两相混合物，然后通过第二气液分离器5进行气液分离，第二气液分离器5分离得到的中压制冷剂液体进入冷凝蒸发器6蒸发吸热后与第二气液分离器5分离得到的中压制冷剂气体相混合，然后进入蒸汽喷射器10；第一气液分离器3分离得到的高压制冷剂气体通过第一控制阀11进入冷凝蒸发器6冷凝放热，然后进入第二节流阀7节流降压成低压制冷剂气液两相混合物，低压制冷剂气液两相混合物在第三气液分离器8中进行气液分离，第三气液分离器8分离得到的低压制冷剂液体进入蒸发器9蒸发吸热后与第三气液分离器8分离得到的低压制冷剂气体混合后进入蒸汽喷射器10被来自冷凝蒸发器6的中压制冷剂气体引射升压后回到压缩机1完成循环。

Claims (6)

1.一种多次分离喷射增效的自复叠热泵***，其特征在于：由压缩机(1)、冷凝器(2)、第一气液分离器(3)、第一节流阀(4)、第二气液分离器(5)、冷凝蒸发器(6)、第二节流阀(7)、第三气液分离器(8)、蒸发器(9)、蒸汽喷射器(10)、第一控制阀(11)和第二控制阀(12)所组成；
所述压缩机(1)出口通过连接管依次连通冷凝器(2)、第一气液分离器(3)、第一节流阀(4)、第二气液分离器(5)、冷凝蒸发器(6)、蒸汽喷射器(10)和压缩机(1)入口；第一气液分离器(3)上端出口通过连接管依次连通第一控制阀(11)、冷凝蒸发器(6)、第二节流阀(7)、第三气液分离器(8)、蒸发器(9)、蒸汽喷射器(10)入口；第一气液分离器(3)上端出口还依次连通控制阀(12)和蒸汽喷射器(10)入口；另外，第二气液分离器(5)上端出口与冷凝蒸发器(6)出口相连通；第三气液分离器(8)上端出口与蒸发器(9)出口相连通。
2.如权利要求1所述的一种多次分离喷射增效的自复叠热泵***，其特征在于：所述的第二气液分离器(5)将第一节流阀(4)后的制冷剂气液两相混合物进行气液分离，保证进入冷凝蒸发器(6)吸热的制冷剂为纯液体，提高冷凝蒸发器(6)的换热效率。
3.如权利要求1所述的一种多次分离喷射增效的自复叠热泵***，其特征在于：所述的第三气液分离器(8)将第二节流阀(7)后的制冷剂气液两相混合物进行气液分离，保证进入蒸发器(9)吸热的制冷剂为纯液体，提高蒸发器(9)的换热效率。
4.如权利要求1所述的一种多次分离喷射增效的自复叠热泵***，其特征在于：所述的蒸汽喷射器(10)回收第一气液分离器(3)中高压制冷剂气体的可用能，提高压缩机(1)进口的压力和温度。
5.如权利要求1所述的一种多次分离喷射增效的自复叠热泵***，其特征在于：所述的第一控制阀(11)和第二控制阀(12)为电磁阀，其作用是通过控制制冷剂的流动方向，决定***按单级热泵模式还是自复叠热泵模式运行。
6.权利要求1至5任一项所述的多次分离喷射增效的自复叠热泵***的运行模式，其特征在于：包括单级热泵模式和自复叠热泵模式，具体如下：
单级热泵模式：第一控制阀(11)关闭，第二控制阀(12)开启；压缩机(1)出口的高压非共沸混合制冷剂蒸汽进入冷凝器(2)冷凝放热后变为高压制冷剂气液两相混合物，高压制冷剂气液两相混合物在第一气液分离器(3)中进行气液分离，第一气液分离器(3)分离得到的高压制冷剂气体通过第二控制阀(12)进入蒸汽喷射器(10)，第一气液分离器(3)分离得到的高压制冷剂液体则进入第一节流阀(4)节流降压成中压制冷剂气液两相混合物，然后通过第二气液分离器(5)进行气液分离，第二气液分离器(5)分离得到的中压制冷剂液体进入冷凝蒸发器(6)蒸发吸热后与第二气液分离器(5)分离得到的中压制冷剂气体混合，混合后进入蒸汽喷射器(10)被第一气液分离器(3)分离得到的高压制冷剂气体引射升压后回到压缩机(1)完成循环；
自复叠热泵模式：第一控制阀(11)开启，第二控制阀(12)关闭；压缩机(1)出口的高压非共沸混合制冷剂蒸汽进入冷凝器(2)冷凝放热后变为高压制冷剂气液两相混合物，高压制冷剂气液两相混合物在第一气液分离器(3)中进行气液分离，第一气液分离器(3)分离得到的高压制冷剂液体进入第一节流阀(4)节流降压成中压制冷剂气液两相混合物，然后通过第二气液分离器(5)进行气液分离，第二气液分离器(5)分离得到的中压制冷剂液体进入冷凝蒸发器(6)蒸发吸热后与第二气液分离器(5)分离得到的中压制冷剂气体相混合，然后进入蒸汽喷射器(10)；第一气液分离器(3)分离得到的高压制冷剂气体通过第一控制阀(11)进入冷凝蒸发器(6)冷凝放热，然后进入第二节流阀(7)节流降压成低压制冷剂气液两相混合物，低压制冷剂气液两相混合物在第三气液分离器(8)中进行气液分离，第三气液分离器(8)分离得到的低压制冷剂液体进入蒸发器(9)蒸发吸热后与第三气液分离器(8)分离得到的低压制冷剂气体混合后进入蒸汽喷射器(10)被来自冷凝蒸发器(6)的中压制冷剂气体引射升压后回到压缩机(1)完成循环。
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