CN109556321A - 一种喷射增压型空气源热泵循环***及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷射增压型空气源热泵循环***及工作方法，该循环***包括喷射/压缩复合式热泵***，该喷射/压缩复合式热泵***包括压缩机、冷凝器、过冷器、空气源蒸发器、喷射器、第一节流阀和第二节流阀；压缩机出口与冷凝器进口连接，冷凝器出口分为第一支路和第二支路；第一支路与过冷器入口连接，过冷器出口经第一节流阀与空气源蒸发器入口连接，空气源蒸发器出口与喷射器的引射口连接；第二支路经第二节流阀后与过冷器入口连接，过冷器出口与喷射器工作流体入口连接；喷射器出口与压缩机入口连接。通过喷射器，利用经第二节流阀节流后产生的中压制冷剂两相流体作为中压工作流体，引射空气源蒸发器出口的低压蒸汽，以提高压缩机的进口压力。

Description

一种喷射增压型空气源热泵循环***及工作方法

技术领域

本发明涉及制冷热泵与空调技术领域，具体涉及一种喷射增压型空气源热泵循环***及工作方法。

背景技术

随着“煤改电”相关政策的提出及实施，蒸汽压缩式空气源热泵（热泵热水器及热泵型空调器）以其独特的优势受到人们的青睐。蒸汽压缩式空气源热泵是一种消耗少量电能将室外低品位热能转化为高品位热能的技术。因在减少温室气体排放、改善大气环境质量、提高能源利用率等方面具有较大潜力，空气源热泵在国内发展迅速，特别是近两年在北方地区得到较快发展。

限制空气源热泵在我国北方地区的主要技术屏障是其在低温环境下制热性能急剧下降。在低温环境下，一方面由于蒸发温度低于环境空气露点温度造成蒸发器表面凝霜，当霜层较厚时，蒸发器换热性能较差导致***制热性能下降；另一方面，由于蒸发压力较低，压缩机进口压力较低，造成压缩机压比较大，压缩机性能下降，甚至宕机。因而改善空气源热泵低温下的制热性能是亟待解决的问题。

目前，改善空气源热泵低温下的制热性能的措施主要从以下几方面着手：一、改进热泵循环***，如复叠式热泵***、喷气增焓热泵***、双级压缩热泵***等；二、优化除霜方法；三、利用新型制冷剂和混合式制冷剂。上述技术措施在改善空气源热泵在低温环境下的循环性能方面提供了一种可行的技术措施，有力的推动了空气源热泵技术的发展。但在改进热泵循环***方面，复叠式和二级压缩***存在***复杂的缺点，喷气增焓技术需要专用的带辅助进气口的压缩机，不适用于普通压缩机。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种喷射增压型空气源热泵循环***，能提高压缩机进口压力，保证压缩机高效工作，进而改善该热泵循环***在低温环境下的性能，以更好的适应低温环境。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

提供一种喷射增压型空气源热泵循环***，包括喷射/压缩复合式热泵***，所述喷射/压缩复合式热泵***包括压缩机、冷凝器、过冷器、空气源蒸发器、喷射器、第一节流阀和第二节流阀；所述压缩机出口与冷凝器进口连接，所述冷凝器出口分为第一支路和第二支路；第一支路与过冷器入口连接，过冷器出口经第一节流阀与空气源蒸发器入口连接，空气源蒸发器出口与喷射器的引射口连接；第二支路经第二节流阀后与过冷器入口连接，过冷器出口与喷射器工作流体入口连接；喷射器出口与压缩机入口连接。

上述方案中，通过喷射器，利用部分冷凝压力下的制冷剂液体经第二节流阀节流后产生的中压制冷剂两相流体作为中压工作流体，引射空气源蒸发器出口的低压蒸汽，经压缩升压后进入压缩机，以提高压缩机的进口压力，进而降低压缩机功耗，保证压缩机高效工作，进而改善该热泵循环***在低温环境下的性能，以更好的适应低温环境。

所述中压工作流体的压力是由压缩机保证，省去了制冷剂泵。

优选地，还包括太阳能集热***、第一截止阀、第二截止阀和第三截止阀；在冷凝器出口的第二支路中，过冷器出口经第一截止阀与喷射器工作流体入口连接；在冷凝器出口的第二支路中，过冷器出口还经第二截止阀、太阳能集热***及第三截止阀与喷射器工作流体入口连接。这样设置使得在太阳能充足时可将太阳能作为第二热源，空气源作为第一热源，将第一截止阀关闭，并将第二截止阀和第三截止阀打开，第二支路高压制冷剂饱和液体经第二节流阀节流成为中压制冷剂两相流体，而后在过冷器中吸收第一支路高压制冷剂饱和液体的热量后进入太阳能集热***吸收太阳能，保证***的总供热量，从而实现在太阳能充足时进一步提高该热泵循环***的制热性能。

进一步优选地，太阳能集热***包括太阳能集热板和太阳能蒸发器；所述太阳能集热板出口与太阳能蒸发器热媒入口连接，太阳能蒸发器热媒出口与太阳能集热板入口连接；在冷凝器出口的第二支路中，过冷器出口还经第二截止阀与太阳能蒸发器制冷剂入口连接，太阳能蒸发器制冷剂出口经第三截止阀与喷射器工作流体入口连接。热媒输送至太阳能集热板，热媒在太阳能集热板中吸收热量升温成为高温热媒，太阳能集热板出口的高温热媒进入太阳能蒸发器将热量释放给第二支路中的中压工作流体，高温热媒降温成为低温热媒，完成一次热媒循环。

更进一步优选地，太阳能集热***还包括循环泵；太阳能蒸发器热媒出口与循环泵入口连接，循环泵出口与太阳能集热板入口连接。循环泵能加速热媒的循环，从而实现在太阳能充足时更进一步提高该热泵循环***的制热性能。

本发明的另一个目的，在于提供一种喷射增压型空气源热泵循环***的工作方法，使用上述循环***，分为太阳能充足时的工作模式和太阳能不足时的工作模式；

所述工作模式具体为：第一截止阀关闭，第二截止阀和第三截止阀打开，压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器冷凝为高压制冷剂饱和液体，冷凝器出口的高压制冷剂饱和液体分为第一支路和第二支路，第一支路高压制冷剂饱和液体进入过冷器放热成为高压制冷剂过冷液体，该高压制冷剂过冷液体经第一节流阀节流成低压两相流体进入空气源蒸发器吸收热量成为低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽，该低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽被工作流体引射进入喷射器，在喷射器内扩压后进入压缩机；第二支路高压制冷剂饱和液体经第二节流阀节流成为中压制冷剂两相流体，而后在过冷器中吸收第一支路高压制冷剂饱和液体的热量后进入太阳能蒸发器，在太阳能蒸发器内进一步吸收太阳能集热***的热量成为中压饱和液体或者过热蒸汽，该中压饱和液体或者过热蒸汽作为工作流体引射空气源蒸发器出口的低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽进入喷射器；太阳能集热***中，循环泵将热媒输送至太阳能集热板，热媒在太阳能集热板中吸收热量升温成为高温热媒，太阳能集热板出口的高温热媒进入太阳能蒸发器将热量释放给第二支路中工作流体，高温热媒降温成为低温热媒进入循环泵，完成一次热媒循环；

所述工作模式具体为：第一截止阀打开，第二截止阀和第三截止阀关闭，压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器冷凝为高压制冷剂饱和液体，冷凝器出口的高压制冷剂饱和液体分为第一支路和第二支路，第一支路高压制冷剂饱和液体进入过冷器放热成为高压制冷剂过冷液体，该高压制冷剂过冷液体经第一节流阀节流成低压两相流体进入空气源蒸发器吸收热量成为低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽，该低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽被工作流体引射进入喷射器，在喷射器内扩压后进入压缩机；第二支路高压制冷剂饱和液体经第二节流阀节流成为中压制冷剂两相流体，而后在过冷器中吸收第一支路高压制冷剂饱和液体的热量后作为工作流体引射空气源蒸发器出口的低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽进入喷射器。

上述方案中，通过截止阀的打开和关闭，实现在太阳能充足或不足时，均可以通过喷射器，以中压两相流体作为工作流体，引射空气源蒸发器出口的低压蒸汽，，以提高压缩机的进口压力，保证压缩机高效工作，进而改善该热泵循环***在低温环境下的性能，以更好的适应低温环境。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过喷射器，利用部分冷凝压力下的制冷剂液体经第二节流阀节流后产生的中压制冷剂两相流体作为中压工作流体，引射空气源蒸发器出口的低压蒸汽，经压缩升压后进入压缩机，以提高压缩机的进口压力，进而降低压缩机功耗，保证压缩机高效工作，进而改善该热泵循环***在低温环境下的性能，以更好的适应低温环境；在太阳能充足时可将太阳能作为第二热源，空气源作为第一热源，将第一截止阀关闭，并将第二截止阀和第三截止阀打开，第二支路高压制冷剂饱和液体经第二节流阀节流成为中压制冷剂两相流体，而后在过冷器中吸收第一支路高压制冷剂饱和液体的热量后进入太阳能集热***吸收太阳能，保证***的总供热量，从而实现在太阳能充足时进一步提高该热泵循环***的制热性能。

附图说明

图1为本实施例一种喷射增压型空气源热泵循环***的示意图；

图2为本实施例工作模式的示意图，其中空气源作为第一热源，太阳能作为第二热源，阴影虚线表示的部件所在回路不流通；

图3为本实施例工作模式的示意图，其中空气源作为唯一热源，阴影虚线表示的部件所在回路不流通；

附图标号：101压缩机；102冷凝器；103过冷器；104第一节流阀；105第二节流阀；106空气源蒸发器；107喷射器；108第一截止阀；109第二截止阀；110第三截止阀；111太阳能蒸发器；201太阳能集热板；202循环泵。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

本实施例一种喷射增压型空气源热泵循环***，如图1所示，包括喷射/压缩复合式热泵***，所述喷射/压缩复合式热泵***包括压缩机101、冷凝器102、过冷器103、空气源蒸发器106、喷射器107、第一节流阀104和第二节流阀105；所述压缩机101出口与冷凝器102进口连接，所述冷凝器102出口分为第一支路和第二支路；第一支路与过冷器103入口连接，过冷器103出口经第一节流阀104与空气源蒸发器106入口连接，空气源蒸发器106出口与喷射器107的引射口连接；第二支路经第二节流阀105后与过冷器103入口连接，过冷器103出口与喷射器107工作流体入口连接；喷射器107出口与压缩机101入口连接。

本发明通过喷射器107，利用部分冷凝压力下的制冷剂液体经第二节流阀105节流后产生的中压制冷剂两相流体作为中压工作流体，引射空气源蒸发器106出口的低压蒸汽，经压缩升压后进入压缩机101，以提高压缩机101的进口压力，进而降低压缩机101功耗，保证压缩机101高效工作，进而改善该热泵循环***在低温环境下的性能，以更好的适应低温环境。

所述中压工作流体的压力是由压缩机101保证，省去了制冷剂泵。

其中，还包括太阳能集热***、第一截止阀108、第二截止阀109和第三截止阀110；在冷凝器102出口的第二支路中，过冷器103出口经第一截止阀108与喷射器107工作流体入口连接；在冷凝器102出口的第二支路中，过冷器103出口还经第二截止阀109、太阳能集热***及第三截止阀110与喷射器107工作流体入口连接。这样设置使得在太阳能充足时可将太阳能作为第二热源，空气源作为第一热源，将第一截止阀108关闭，并将第二截止阀109和第三截止阀110打开，第二支路高压制冷剂饱和液体经第二节流阀105节流成为中压制冷剂两相流体，而后在过冷器103中吸收第一支路高压制冷剂饱和液体的热量后进入太阳能集热***吸收太阳能，保证***的总供热量，从而实现在太阳能充足时进一步提高该热泵循环***的制热性能。

另外，太阳能集热***包括太阳能集热板201和太阳能蒸发器111；所述太阳能集热板201出口与太阳能蒸发器111热媒入口连接，太阳能蒸发器111热媒出口与太阳能集热板201入口连接；在冷凝器102出口的第二支路中，过冷器103出口还经第二截止阀109与太阳能蒸发器111制冷剂入口连接，太阳能蒸发器111制冷剂出口经第三截止阀110与喷射器107工作流体入口连接。热媒输送至太阳能集热板201，热媒在太阳能集热板201中吸收热量升温成为高温热媒，太阳能集热板201出口的高温热媒进入太阳能蒸发器111将热量释放给第二支路中的中压工作流体，高温热媒降温成为低温热媒，完成一次热媒循环。

本实施例中，太阳能集热***还包括循环泵202；太阳能蒸发器111热媒出口与循环泵202入口连接，循环泵202出口与太阳能集热板201入口连接。循环泵202能加速热媒的循环，从而实现在太阳能充足时更进一步提高该热泵循环***的制热性能。

本实施例还提供一种喷射增压型空气源热泵循环***的工作方法，使用上述循环***，分为太阳能充足时的工作模式和太阳能不足时的工作模式；

如图2所示，所述工作模式具体为：第一截止阀108关闭，第二截止阀109和第三截止阀110打开，压缩机101排出的高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器102冷凝为高压制冷剂饱和液体，冷凝器102出口的高压制冷剂饱和液体分为第一支路和第二支路，第一支路高压制冷剂饱和液体进入过冷器103放热成为高压制冷剂过冷液体，该高压制冷剂过冷液体经第一节流阀104节流成低压两相流体进入空气源蒸发器106吸收热量成为低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽，该低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽被工作流体引射进入喷射器107，在喷射器107内扩压后进入压缩机101；第二支路高压制冷剂饱和液体经第二节流阀105节流成为中压制冷剂两相流体，而后在过冷器103中吸收第一支路高压制冷剂饱和液体的热量后进入太阳能蒸发器111，在太阳能蒸发器111内进一步吸收太阳能集热***的热量成为中压饱和液体或者过热蒸汽，该中压饱和液体或者过热蒸汽作为工作流体引射空气源蒸发器106出口的低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽进入喷射器107；太阳能集热***中，循环泵202将热媒输送至太阳能集热板201，热媒在太阳能集热板201中吸收热量升温成为高温热媒，太阳能集热板201出口的高温热媒进入太阳能蒸发器111将热量释放给第二支路中工作流体，高温热媒降温成为低温热媒进入循环泵202，完成一次热媒循环；

如图3所示，所述工作模式具体为：第一截止阀108打开，第二截止阀109和第三截止阀110关闭，压缩机101排出的高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器102冷凝为高压制冷剂饱和液体，冷凝器102出口的高压制冷剂饱和液体分为第一支路和第二支路，第一支路高压制冷剂饱和液体进入过冷器103放热成为高压制冷剂过冷液体，该高压制冷剂过冷液体经第一节流阀104节流成低压两相流体进入空气源蒸发器106吸收热量成为低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽，该低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽被工作流体引射进入喷射器107，在喷射器107内扩压后进入压缩机101；第二支路高压制冷剂饱和液体经第二节流阀105节流成为中压制冷剂两相流体，而后在过冷器103中吸收第一支路高压制冷剂饱和液体的热量后作为工作流体引射空气源蒸发器106出口的低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽进入喷射器107。

通过截止阀的打开和关闭，实现在太阳能充足或不足时，均可以通过喷射器107，以中压两相流体作为工作流体，引射空气源蒸发器106出口的低压蒸汽，以提高压缩机101的进口压力，保证压缩机101高效工作，进而改善该热泵循环***在低温环境下的性能，以更好的适应低温环境。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种喷射增压型空气源热泵循环***，其特征在于，包括喷射/压缩复合式热泵***，所述喷射/压缩复合式热泵***包括压缩机（101）、冷凝器（102）、过冷器（103）、空气源蒸发器（106）、喷射器（107）、第一节流阀（104）和第二节流阀（105）；所述压缩机（101）出口与冷凝器（102）进口连接，所述冷凝器（102）出口分为第一支路和第二支路；第一支路与过冷器（103）入口连接，过冷器（103）出口经第一节流阀（104）与空气源蒸发器（106）入口连接，空气源蒸发器（106）出口与喷射器（107）的引射口连接；第二支路经第二节流阀（105）后与过冷器（103）入口连接，过冷器（103）出口与喷射器（107）工作流体入口连接；喷射器（107）出口与压缩机（101）入口连接。

2.根据权利要求1所述的一种喷射增压型空气源热泵循环***，其特征在于，还包括太阳能集热***、第一截止阀（108）、第二截止阀（109）和第三截止阀（110）；在冷凝器（102）出口的第二支路中，过冷器（103）出口经第一截止阀（108）与喷射器（107）工作流体入口连接；在冷凝器（102）出口的第二支路中，过冷器（103）出口还经第二截止阀（109）、太阳能集热***及第三截止阀（110）与喷射器（107）工作流体入口连接。

3.根据权利要求1所述的一种喷射增压型空气源热泵循环***，其特征在于，太阳能集热***包括太阳能集热板（201）和太阳能蒸发器（111）；所述太阳能集热板（201）出口与太阳能蒸发器（111）热媒入口连接，太阳能蒸发器（111）热媒出口与太阳能集热板（201）入口连接；在冷凝器（102）出口的第二支路中，过冷器（103）出口还经第二截止阀（109）与太阳能蒸发器（111）制冷剂入口连接，太阳能蒸发器（111）制冷剂出口经第三截止阀（110）与喷射器（107）工作流体入口连接。

4.根据权利要求3所述的一种喷射增压型空气源热泵循环***，其特征在于，太阳能集热***还包括循环泵（202）；太阳能蒸发器（111）热媒出口与循环泵（202）入口连接，循环泵（202）出口与太阳能集热板（201）入口连接。

5.一种喷射增压型空气源热泵循环***的工作方法，其特征在于，使用权利要求4所述的循环***，分为太阳能充足时的工作模式和太阳能不足时的工作模式；

所述工作模式具体为：第一截止阀（108）关闭，第二截止阀（109）和第三截止阀（110）打开，压缩机（101）排出的高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器（102）冷凝为高压制冷剂饱和液体，冷凝器（102）出口的高压制冷剂饱和液体分为第一支路和第二支路，第一支路高压制冷剂饱和液体进入过冷器（103）放热成为高压制冷剂过冷液体，该高压制冷剂过冷液体经第一节流阀（104）节流成低压两相流体进入空气源蒸发器（106）吸收热量成为低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽，该低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽被工作流体引射进入喷射器（107），在喷射器（107）内扩压后进入压缩机（101）；第二支路高压制冷剂饱和液体经第二节流阀（105）节流成为中压制冷剂两相流体，而后在过冷器（103）中吸收第一支路高压制冷剂饱和液体的热量后进入太阳能蒸发器（111），在太阳能蒸发器（111）内进一步吸收太阳能集热***的热量成为中压饱和液体或者过热蒸汽，该中压饱和液体或者过热蒸汽作为工作流体引射空气源蒸发器（106）出口的低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽进入喷射器（107）；太阳能集热***中，循环泵（202）将热媒输送至太阳能集热板（201），热媒在太阳能集热板（201）中吸收热量升温成为高温热媒，太阳能集热板（201）出口的高温热媒进入太阳能蒸发器（111）将热量释放给第二支路中工作流体，高温热媒降温成为低温热媒进入循环泵（202），完成一次热媒循环；

所述工作模式具体为：第一截止阀（108）打开，第二截止阀（109）和第三截止阀（110）关闭，压缩机（101）排出的高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器（102）冷凝为高压制冷剂饱和液体，冷凝器（102）出口的高压制冷剂饱和液体分为第一支路和第二支路，第一支路高压制冷剂饱和液体进入过冷器（103）放热成为高压制冷剂过冷液体，该高压制冷剂过冷液体经第一节流阀（104）节流成低压两相流体进入空气源蒸发器（106）吸收热量成为低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽，该低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽被工作流体引射进入喷射器（107），在喷射器（107）内扩压后进入压缩机（101）；第二支路高压制冷剂饱和液体经第二节流阀（105）节流成为中压制冷剂两相流体，而后在过冷器（103）中吸收第一支路高压制冷剂饱和液体的热量后作为工作流体引射空气源蒸发器（106）出口的低压饱和蒸汽或者低压过热蒸汽进入喷射器（107）。