带喷射器的平行压缩跨临界CO2空气源热泵供暖系统

带喷射器的平行压缩跨临界co2空气源热泵供暖系统
技术领域
1.本发明涉及一种热泵机组，具体涉及一种带喷射器的平行压缩跨临界co2空气源热泵供暖系统。


背景技术：

2.随着能源革命、双碳战略的推进，具有环境友好、高温制热性和低温适应性良好等优势的co2跨临界热泵循环越来越受到重视。但是co2的临界压力高达7.37mpa，其循环的高压压力可达14mpa，同时蒸发压力在2~4mpa左右，co2跨临界热泵用于供暖时受限于供暖系统较高的回水温度，导致气体冷却器出口的co2蒸汽温度较高，且高低压的压差较大，节流损失严重，系统循环效率明显下降，严重掣肘了该技术的推广。
3.通过增加辅助过冷设备或者回收膨胀功可以降低系统循环过程的节流损失，提高热泵效率。由于喷射器结构简单，制造成本较低，因此在小型co2系统中倾向于使用喷射器代替节流阀回收能量。但是喷射式跨临界co2热泵在实际应用过程中，由于喷射器的结构固定且调节困难，很难在变工况条件下达到较高的效率。


技术实现要素：

4.为了降低co2气冷器出口温度，减小节流损失，回收膨胀功，提高系统整体能效，本发明提供了一种带喷射器的平行压缩跨临界co2空气源热泵供暖系统。该系统将热泵过冷技术与膨胀功回收技术有机结合，利用经济器对气体冷却器出口的co2蒸汽进行冷却，降低系统最佳排气压力；通过平行压缩降低辅助压缩机的压缩比以提高其效率，同时通过调节辅路的流量一定程度上可以适应热泵复杂的工况变化；采用喷射器代替膨胀阀回收膨胀功从而减小系统的节流损失，提高系统整体性能。本发明的供暖系统克服了喷射器系统调节困难，难以匹配热泵变化的运行工况的缺点，提升了co2跨临界热泵供暖系统的能效比，具有良好的低温适应性，扩大了co2跨临界热泵的适用范围。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种带喷射器的平行压缩跨临界co2空气源热泵供暖系统，包括蒸发器、第一压缩机、第二压缩机、喷射器、气体冷却器、第一节流机构、第二节流机构、经济器、气液分离器，其中：所述第一压缩机的出口与气体冷却器的工质侧入口相连；所述气体冷却器的工质出口管路分为两路，一路通过第一节流机构与经济器的冷端入口相连，另一路与经济器的热端入口相连；所述经济器的冷端出口与第二压缩机的入口相连；所述第二压缩机的出口与第一压缩机的出口相连；所述经济器的热端出口与喷射器的主动流入口相连；所述喷射器的引射流入口与蒸发器的出口相连；所述喷射器的出口与气液分离器的入口相连；
所述气液分离器的气体出口与第一压缩机的入口相连；所述气液分离器的液体出口经第二节流机构与蒸发器的工质入口相连；所述第一压缩机、气体冷却器、经济器、喷射器、蒸发器、第二节流机构、气液分离器组成co2跨临界主循环回路；所述第二压缩机、气体冷却器、第一节流机构、经济器组成co2跨临界辅助循环回路；所述气体冷却器的进水口与回水相连，回水在气体冷却器中被加热到供水温度后从气体冷却器的出水口离开进入供暖系统，构成加热水循环回路。
6.相比于现有技术，本发明具有如下优点：1、本发明从流程优化的角度，实现了以co2为制冷剂的空调系统制热循环，利用co2制冷剂的高效制热特性的同时，采用喷射节流方法实现能量回收，提升压缩机入口吸气压力，有效降低压缩机功耗，提高热泵系统的热效率。
7.2、本发明利用经济器有效降低气体冷却器出口主流制冷剂的温度，从而降低节流损失，回收co2流体热量。
8.3、本发明通过平行压缩降低辅助压缩机的压缩比以提高其效率，同时通过调节辅路的流量一定程度上可以适应热泵复杂的工况变化，克服了喷射式系统在变工况条件下难以调节的缺陷，扩大了co2跨临界热泵的适用范围。
9.4.在供回水温度为60℃/40℃，室外环境温度为-12℃时，本发明提出的喷射式平行压缩co2供暖系统的cop可达2.15，相比基本的单级压缩co2跨临界循环系统提升37.4%。
附图说明
10.图1为带喷射器的平行压缩跨临界co2空气源热泵供暖系统的结构与流程示意图，图中：1-蒸发器、2-第一压缩机、3-第二压缩机、4-喷射器、5-气体冷却器、6-第一节流机构、7-第二节流机构、8-经济器、9-气液分离器；图2为带喷射器的平行压缩跨临界co2热泵循环的压焓示意图，图中数字表示状态点。
具体实施方式
11.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
12.本发明提供了一种带喷射器的平行压缩跨临界co2空气源热泵供暖系统，如图1所示，所述系统包括蒸发器1、第一压缩机2、第二压缩机3、喷射器4、气体冷却器5、第一节流机构6、第二节流机构7、经济器8、气液分离器9，其中：所述第一压缩机2的出口与气体冷却器5的工质侧入口相连；所述气体冷却器5的工质出口管路分为两路，一路通过第一节流机构6与经济器8的冷端入口相连，另一路与经济器8的热端入口相连；所述经济器8的冷端出口与第二压缩机3的入口相连；所述第二压缩机3的出口与第一压缩机2的出口相连；
所述经济器8的热端出口与喷射器4的主动流入口相连；所述喷射器4的引射流入口与蒸发器1的出口相连；所述喷射器4的出口与气液分离器9的入口相连；所述气液分离器9的气体出口与第一压缩机2的入口相连；所述气液分离器9的液体出口经第二节流机构7与蒸发器1的工质入口相连；所述第一压缩机2、气体冷却器5、经济器8、喷射器4、蒸发器1、第二节流机构7、气液分离器9组成co2跨临界主循环回路；所述第二压缩机3、气体冷却器5、第一节流机构6、经济器8组成co2跨临界辅助循环回路；所述气体冷却器5的进水口与回水相连，回水在气体冷却器5中被加热到供水温度后从气体冷却器5的出水口离开进入供暖系统，构成加热水循环回路。
13.本发明中，所述蒸发器1为制冷剂-空气换热器，具备制冷剂通道和空气通道。
14.本发明中，所述气体冷却器5为制冷剂-载冷剂换热器，具备制冷剂通道和载冷剂通道。
15.本发明中，所述经济器8为制冷剂-制冷剂换热器，具备双制冷剂通道。
16.本发明中，所述跨临界co2热泵循环的制冷剂采用自然工质co2，热泵系统内充注有制冷剂和润滑油。
17.上述供暖系统的具体工作原理如下：气体冷却器5出口的温度较高的超临界co2流体分成两股，辅路流体经第一节流机构6节流后在经济器8中吸收主流热量蒸发，然后被第二压缩机3压缩成高温高压流体回到气体冷却器5；主流在经济器8中过冷后进入喷射器4的主喷嘴膨胀加速，引射蒸发器1出口的低压流体，两股流体在喷射器4的混合室混合后在扩压室中减速升压，以中压两相状态离开喷射器4，进入气液分离器9，气相部分进入第一压缩机2被压缩至排气压力后回到气体冷却器5，液相部分经第二节流机构7节流后进入蒸发器1吸热蒸发。
18.在供暖运行中，室外气温上升时，通过调小第一节流机构6的开度，减小辅路的流量；室外气温下降时，调大第一节流机构6的开度，增大辅路的流量，从而在一定程度上可控地调节被经济,8过冷的主流进入喷射器4主喷嘴的状态，实现在变工况下喷射器4的引射比保持不变，即使不调节喷射器4的结构也能保证系统稳定运行。
19.图2所示为本发明带喷射器的平行压缩跨临界co2热泵循环与单级压缩循环的对比压焓示意图。本发明的循环的压缩机功耗为w1 w2，单级循环的压缩机功耗为w
base
。本发明利用经济器对气体冷却器出口的co2蒸汽进行冷却，降低系统排气压力和压缩机压比，提高压缩机工作效率，减小压缩机功耗。通过平行压缩降低辅助压缩机的压缩比提高其效率，同时通过调节辅路的流量一定程度上可以适应热泵复杂的工况变化。此外采用喷射器代替膨胀阀回收膨胀功从而减小系统的节流损失，提高系统整体性能。