一种采用双级喷射器增效的梯级换热热泵循环系统

1.本发明属于蒸气压缩式热泵技术领域，具体涉及一种采用双级串联喷射器增效的梯级换热热泵循环系统。


背景技术：

2.热泵作为一种充分利用低品位热能的高效节能装置，契合终端用能电气化的发展需求，是电力转化为热能高效途径。近年来热泵技术发展迅速，特别是在北方寒冷地区得到了广泛应用，建筑采暖、工业供热、农业烘干和食品、医药等领域对于热泵的需求日益增长。随着科技和社会的不断发展，对热泵技术也提出了新的要求，开发多温区、大温跨及更高效的热泵循环系统是目前热泵行业的主要发展方向。
3.传统单级压缩热泵系统在获得较高的供热温度时，系统在较高的冷凝温度和压力下运行，这样会导致压缩机的压比升高而系统的运行可靠性降低；并且在将低温供水一次加热到所需的高温过程中，冷凝器处存在较大的传热温差，这会增加传热过程的不可逆损失，导致系统整体性能降低。传统热泵系统在满足不同温度用能需求时，通常先将低温供水加热到较高的温度，再与低温水混合以达到所需的水温，高低温水的混合过程必然存在不可逆损失，造成能源的浪费。另外，传统热泵系统节流损失较大，降低了系统的整体性能，且在热泵系统进行大温跨供热时更为明显。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种采用双级喷射器增效的梯级换热热泵循环系统，该系统不但可以实现不同温区的直接供热以及大的进出水温跨制热，还可以有效改善系统的制热性能。
5.为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种采用双级喷射器增效的梯级换热热泵循环系统，采用具有中间抽气功能的压缩机以及双级喷射器实现双温区制热和大温跨制热；所述系统包括：具有中间抽气功能的压缩机101、第一冷凝器102、第二冷凝器103、第一喷射器104、蒸发器105、节流装置106、第二喷射器107和气液分离器108；
7.所述具有中间抽气功能的压缩机101的高压排气口与第一冷凝器102的入口相连，第一冷凝器102出口与第一喷射器104一次流入口相连；所述具有中间抽气功能的压缩机101的抽气口与第二冷凝器103的入口和第二喷射器107的一次流入口依次相连；所述第二喷射器107的出口与气液分离器108的入口相连，气液分离器108的液相出口与节流装置106和蒸发器105入口依次相连；蒸发器105的出口与第一喷射器104二次流入口相连；第一喷射器104的出口与第二喷射器107二次流入口相连；所述气液分离器108的气相出口与具有中间抽气功能的压缩机101的吸气口相连，形成完整的热泵循环系统。
8.利用第一喷射器104回收第一冷凝器102出口液体制冷剂膨胀过程的膨胀功，利用第二喷射器107回收第二冷凝器103出口液体制冷剂膨胀过程的膨胀功，两级喷射器串联布
置，逐级提升压缩机的吸气压力，降低压缩机压比，改善压缩机及系统整体性能；同时，喷射器结构形式包括可调式喷射器和固定结构的喷射器。
9.优选地，所述具有中间抽气功能的压缩机101为螺杆式压缩机、涡旋式压缩机或离心式压缩机。
10.所述具有中间抽气功能的压缩机101能够通过设置抽气控制阀来控制抽气量，用以调节第一冷凝器102和第二冷凝器103的供热量，满足用户对不同温度的取热量需求；同时，能够优化在大温跨制热条件下的温度匹配，减少换热过程中不可逆损失。
11.所述系统在单吸气压力条件下实现双冷凝压力和温度，第二冷凝器103的冷凝压力低于第一冷凝器102的冷凝压力。
12.低温给水与第二冷凝器103换热后可以不经过或全部经过第一冷凝器102换热，实现低温、高温独立供热，也可以部分经过第一冷凝器102换热，实现高、低温同时供热。
13.所述节流装置106为毛细管或膨胀阀。
14.设置了气液分离器108，气液分离器108气相出口的饱和气态制冷剂进入具有中间抽气功能的压缩机，避免造成液击，保护具有中间抽气功能的压缩机的安全，保证系统运行可靠性。
15.和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
16.1)实现较高、较低两种温度的直接供热，避免了冷热水混合过程中的不可逆损失。
17.2)采用具有中间抽气功能的压缩机，在进行较高温度供热时实现梯级换热，使冷凝器中的工质温度与水温能较好地匹配，减少因传热温差过大产生的不可逆损失。
18.3)在进行双温供热时，低温供热部分在较低的冷凝压力下运行，降低了压缩机压比，改善了压缩机性能，进而提高系统的整体能效。
19.4)使用双级串联喷射器，梯级回收节流过程的膨胀功，获得更高的压缩机吸气压力，降低压缩机压比，提高压缩机性能，从而改善系统性能。
20.5)设置气液分离器，气液分离器气相出口的饱和气态制冷剂进入压缩机，避免造成液击，保护压缩机的安全，保证系统运行可靠性。
21.6)采用具有中间抽气功能的单压缩机系统通过设置抽气控制阀来控制抽气量，用以调节冷凝器的供热量，满足用户对不同温度的取热量需求；同时，能够优化在大温跨制热条件下的温度匹配，减少换热过程中不可逆损失。
附图说明
22.图1为本发明的热泵循环系统示意图。
23.图2为本发明的热泵循环系统工作过程的压-焓图(p-h图)。
具体实施方式
24.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚简明，以下结合附图及一种实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
25.实施例
26.图1所示的是本发明的一种实现方式。本实施例中具有中间抽气功能的压缩机101
为中间抽气式的压缩机，类型包括螺杆式压缩机、涡旋式压缩机或离心式压缩机等新型具有中间抽气功能的压缩机，所述具有中间抽气功能的压缩机101的高压排气口与第一冷凝器102的入口相连，第一冷凝器102出口与第一喷射器104一次流入口相连；所述具有中间抽气功能的压缩机101的抽气口与第二冷凝器103的入口和第二喷射器107的一次流入口依次相连；所述第二喷射器107的出口与气液分离器108的入口相连，气液分离器108的液相出口与节流装置106和蒸发器105入口依次相连；蒸发器105出口与第一喷射器104二次流入口相连；第一喷射器104出口与第二喷射器107二次流入口相连；所述气液分离器108的气相出口与具有中间抽气功能的压缩机101的吸气口相连，由此形成可以同时获得梯级换热的双级串联喷射器增效热泵循环系统。
27.图2为实施例的热泵循环系统工作过程的压-焓图(p-h图)。具体工作过程为：过热制冷剂气体(图2中1点)经过具有中间抽气功能的压缩机101被压缩至中间压力(图2中2点)，部分制冷剂抽气进入第二冷凝器103后放热，变为过冷液体(图2中6点)，实现低温供热，随后经过第二喷射器107的一次流入口进入喷射器，经喷嘴的膨胀变为高速两相流体(图2中7点)；其余制冷剂经具有中间抽气功能的压缩机101继续压缩，变为高压过热气体(图2中3点)，然后进入第一冷凝器102，等压放热后变为过冷液体(图2中4点)，实现高温供热，随后经过第一喷射器104的一次流入口进入喷射器，经喷嘴的膨胀变为高速两相流体(图2中5点)；气液分离器108中的饱和液态制冷剂经液相出口(图2中8点)进入节流装置106节流为气液两相状态(图2中9点)，然后该两相制冷剂进入蒸发器105吸热后变为过热蒸气(图2中10点)，之后通过第一喷射器104的二次流入口进入喷射器与喷嘴出口(图2中5点)的一次流进行混合(图2中11点)，实现能量、动量的交换，经过喷射器扩压段升压回收膨胀功，变为两相状态制冷剂(图2中12点)，随后通过第二喷射器107的二次流入口进入第二喷射器与喷嘴出口(图2中7点)的一次流进行混合(图2中13点)，实现能量、动量的交换，经过第二喷射器扩压段升压回收膨胀功，变为两相状态制冷剂(图2中14点)进入气液分离器108中；气液分离器108中的饱和气态制冷剂(图2中1点)经气液分离器108气相出口进入具有中间抽气功能的压缩机101，完成整个循环。低温给水(图1中15点)经过第二冷凝器103进行换热，实现温升(图1中16点)，可以进行低温供热；也可以根据用户需求将全部低温供热出水(图1中16点)通过第一冷凝器102继续加热获得高温出水(图1中17点)，实现高温供热；也可以根据用户需求将部分低温供热出水(图1中16点)通过第一冷凝器102继续加热获得高温出水(图1中17点)，实现高低温同时供热。蒸发器处的热源介质(图1中18点)流经蒸发器105温度降低(图1中19点)。由此冷凝器与蒸发器处制冷剂与热源介质之间均可实现良好的温度匹配。
28.针对现有技术存在的问题，在分析传统热泵系统运行特性和循环结构后，本发明从以下几个方面对系统进行了改进：首先，采用具有中间抽气功能的压缩机，在进行高温供热时能够梯级换热，使冷凝器中的工质温度与水温能较好地匹配，减少因传热温差过大产生的不可逆损失；并且，通过这种方式能够直接获取较高、较低两种温度的供热热水，避免了冷热水混合过程中的不可逆损失。另外，在系统中加入两级串联喷射器，能够梯级回收节流过程的膨胀功，获得更高的压缩机吸气压力，降低压缩机压比，提高压缩机性能，进而改善系统整体性能。