專利名稱：CO₂多級(jí)噴射循環(huán)熱泵、空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱泵/空調(diào)系統(tǒng)，特別是涉及一種適用于高低壓兩側(cè)壓差較大的熱泵/空調(diào)系統(tǒng)，如(X)2跨臨界循環(huán)熱泵等。
背景技術(shù)：
為了保護(hù)大氣臭氧層和緩解全球日益變暖的氣候環(huán)境，采用自然工質(zhì)作為制冷劑是制冷界最終徹底解決該問(wèn)題的方法。CO2作為一種”早期”的制冷劑，是一種綠色環(huán)保的天然工質(zhì)。首先，CO2是一種綠色環(huán)保的自然冷媒，對(duì)環(huán)境無(wú)害的自然界天然存在的物質(zhì)，環(huán)境性能優(yōu)良。與傳統(tǒng)冷媒氟利昂相比，CO2對(duì)臭氧層的破壞性(ODP)為零；與目前氟利昂的替代冷媒和R22相比，0)2溫室效應(yīng)(GWP)很小，僅為前者的千分之一。此外，CO2作為熱泵系統(tǒng)冷媒還具有許多優(yōu)點(diǎn)(1)單位容積制冷量大。其容積制冷量約為R22的5倍。(2)具有優(yōu)良的流動(dòng)和傳熱特性，可顯著減小壓縮機(jī)與系統(tǒng)的尺寸， 使整個(gè)系統(tǒng)非常緊湊。( 來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，不需回收。(4)化學(xué)穩(wěn)定性好，完全適用于普通的潤(rùn)滑油和通常的制造材料。( 安全無(wú)毒，不可燃，適應(yīng)各種潤(rùn)滑油及常用機(jī)械零部件材料，即便在高溫下也不分解產(chǎn)生有害氣體。(6)C02跨臨界循環(huán)的壓縮比要比常規(guī)工質(zhì)循環(huán)低，壓縮機(jī)的容積效率可維持在較高的水平。(7)絕熱指數(shù)高。雖然可能存在使壓縮機(jī)排氣溫度偏高的問(wèn)題，但符合制取高溫?zé)崴囊蟆ｋS著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)和人類可持續(xù)發(fā)展的高度重視，以及人們對(duì)舒適性要求的增加，制取熱水所消耗的能源逐年上升。為了有效降低能耗，提高綜合能源利用率，利用環(huán)保、 高能效比的制熱系統(tǒng)便成為今后發(fā)展的重點(diǎn)。但是以自然工質(zhì)(X)2作為制冷劑的熱泵/空調(diào)基本循環(huán)系統(tǒng)普遍存在節(jié)流損失過(guò)大，系統(tǒng)COP不夠高的缺陷。這是因?yàn)镃O2系統(tǒng)的高壓側(cè)處于超臨界狀態(tài)壓力在IOMPa左右，而低壓側(cè)處于亞臨界狀態(tài)壓力在3 之間，通過(guò)節(jié)流元件的壓差約7MPa，節(jié)流損失非常大，在相同當(dāng)量冷凝溫度的情況下，CO2循環(huán)的效率比常規(guī)工質(zhì)低20% 30%。但是CO2跨臨界循環(huán)的膨脹比很小，一般為2 4，膨脹功卻比較大，通常占?jí)嚎s功的25% 30%。因此膨脹功的回收是提高CO2跨臨界循環(huán)效率的主要措施。目前存在的方法有用膨脹機(jī)代替膨脹閥回收膨脹功，用于發(fā)電或帶動(dòng)壓縮機(jī)；用噴射器代替節(jié)流閥提高壓縮機(jī)吸氣入口壓力減少壓縮機(jī)功耗等方法。其中采用噴射器提高吸氣壓力的方法是經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上都較為可行的方法。目前文獻(xiàn)上采用的(X)2噴射循環(huán)都是僅僅采用一個(gè)噴射器，噴射器出口壓力與蒸發(fā)器之間仍然有較大的壓差，達(dá)到2 4MPa，仍然存在較大的節(jié)流損失，需要進(jìn)一步回收膨脹功。因此，本發(fā)明提出了采用兩個(gè)或多個(gè)噴射器將膨脹功多次回收，有效減少節(jié)流損失，提高系統(tǒng)性能。需要進(jìn)一步說(shuō)明的是，以上內(nèi)容雖然主要以(X)2作為制冷劑的情況進(jìn)行論述，其回收壓縮功，減少節(jié)流損失的方法同樣適用于其它制冷劑，只要循環(huán)系統(tǒng)的高低壓側(cè)壓差較大，存在較大的節(jié)流損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新穎的CO2熱泵/空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)型，該系統(tǒng)能夠大幅度減少(X)2跨臨界熱泵空調(diào)循環(huán)節(jié)流損失，提高系統(tǒng)COP。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案C02多級(jí)噴射循環(huán)熱泵、空調(diào)系統(tǒng)，包括依次連接并構(gòu)成連接回路的氣體冷卻器、壓縮機(jī)、一級(jí)汽液分離器、一級(jí)噴射器，還包括有依次連接并構(gòu)成連接回路的二級(jí)汽液分離器、二級(jí)噴射器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器；所述二級(jí)汽液分離器的一端與一級(jí)噴射器連接，所述二級(jí)噴射器的一端與一級(jí)汽液分離器連接。在所述二級(jí)汽液分離器和二級(jí)噴射器之間還串聯(lián)連接有三級(jí)噴射器和三級(jí)汽液分離器，所述三級(jí)噴射器、三級(jí)汽液分離器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器依次連接并構(gòu)成連接回路。其中噴射器和汽液分離器配對(duì)使用。制冷劑經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入氣體冷卻器冷凝變?yōu)橐后w后作為工作介質(zhì)進(jìn)入噴射器主動(dòng)流噴嘴，將下一級(jí)噴射器出來(lái)的制冷劑分離出的氣態(tài)部分引射進(jìn)入噴射器，工作介質(zhì)和引射介質(zhì)兩股制冷劑在噴射器混合段混合隨后進(jìn)入擴(kuò)壓段升壓，再排入汽液分離器，分離器中的氣態(tài)制冷劑被吸入壓縮機(jī)壓縮，液體制冷劑作為工作介質(zhì)進(jìn)入二級(jí)噴射器主動(dòng)流噴嘴，并將蒸發(fā)器蒸發(fā)出來(lái)的制冷劑引射吸入噴射器， 同樣兩股流體經(jīng)過(guò)混合擴(kuò)壓后進(jìn)入汽液分離器分離，氣態(tài)制冷劑被引射吸入一級(jí)噴射器， 液體制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器。依此類推，可設(shè)置三級(jí)、四級(jí)甚至更多級(jí)噴射循環(huán)。這樣，雙級(jí)或多級(jí)噴射循環(huán)的壓縮機(jī)入口吸氣壓力要比基本循環(huán)或單級(jí)噴射循環(huán)的入口壓力大得多，減小了壓縮機(jī)的壓比，末級(jí)噴射器的出口壓力與蒸發(fā)器的內(nèi)部壓力更接近，從而減少節(jié)流損失，提高了系統(tǒng)循環(huán)COP。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與無(wú)噴射器的基本循環(huán)或單個(gè)噴射器的噴射循環(huán)熱泵/空調(diào)相比，兩級(jí)或(多級(jí))噴射循環(huán)能夠更大幅度的提高壓縮機(jī)吸氣壓力， 減少壓縮機(jī)功耗，從而提高熱泵/空調(diào)系統(tǒng)的COP。該循環(huán)系統(tǒng)擺脫了傳統(tǒng)的噴射循環(huán)僅僅使用一個(gè)噴射器的思維束縛，能夠更加充分的回收膨脹功，特別適用于提高冷凝器和蒸發(fā)器壓差較大的熱泵/空調(diào)系統(tǒng)的性能，典型的例子是提高采用(X)2作為制冷劑的熱泵/空調(diào)系統(tǒng)的性能。


圖1為本發(fā)明的雙級(jí)噴射循環(huán)構(gòu)型示意圖；圖2為(X)2雙級(jí)噴射循環(huán)(實(shí)線箭頭)與基本循環(huán)(虛線箭頭)的P_h圖對(duì)比；圖3為多級(jí)噴射循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)型示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例請(qǐng)參閱圖1所示，CO2多級(jí)噴射循環(huán)熱泵、空調(diào)系統(tǒng)，包括依次連接并構(gòu)成連接回路的氣體冷卻器2、壓縮機(jī)1、一級(jí)汽液分離器4、一級(jí)噴射器3，還包括有依次連接并構(gòu)成連接回路的二級(jí)汽液分離器6、二級(jí)噴射器5、節(jié)流閥7和蒸發(fā)器8 ；二級(jí)汽液分離器6的一端與一級(jí)噴射器3連接，二級(jí)噴射器5的一端與一級(jí)汽液分離器4連接。一級(jí)噴射器3的作用是將氣體冷卻器出來(lái)的高壓液體作為工作介質(zhì)，引射二級(jí)汽液分離器6分離出來(lái)的氣態(tài)制冷劑，經(jīng)混合擴(kuò)壓后，進(jìn)入一級(jí)汽液分離器4，其壓力高于二級(jí)汽液分離器6中的壓力。一級(jí)汽液分離器4分離出來(lái)的氣態(tài)制冷劑將以較高的壓力進(jìn)入壓縮機(jī)1，從而減小壓比，即減少壓縮機(jī)1的功耗。而一級(jí)汽液分離器4分離出來(lái)的液體進(jìn)入二級(jí)噴射器5作為工作介質(zhì)，引射從蒸發(fā)器8出來(lái)的壓力較低的制冷劑，經(jīng)混合擴(kuò)壓后進(jìn)入二級(jí)汽液分離器6，二級(jí)汽液分離器6中的壓力高于蒸發(fā)器8中的壓力，低于氣體冷卻器 2的壓力，這樣二級(jí)汽液分離器6分離出的液體將以較小的壓差通過(guò)節(jié)流閥7進(jìn)入蒸發(fā)器 8，減少節(jié)流損失。系統(tǒng)循環(huán)的p_h圖如圖2所示，雙級(jí)噴射循環(huán)的壓縮機(jī)的進(jìn)出口 a_b的壓差和節(jié)流膨脹h-i的壓差均分別遠(yuǎn)小于基本循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)出口 j_b’的壓差和節(jié)流膨脹 c-i’的壓差。因而整個(gè)系統(tǒng)的壓縮比減少，節(jié)流損失降低，性能得到提高，膨脹功得到二次回收。依次類推，還可以進(jìn)行三級(jí)甚至更多級(jí)的噴射循環(huán)，更加充分的回收膨脹功。請(qǐng)參閱圖3所示，在二級(jí)汽液分離器6和二級(jí)噴射器5之間還串聯(lián)連接有三級(jí)噴射器9和三級(jí)汽液分離器10，三級(jí)噴射器9、三級(jí)汽液分離器10、節(jié)流閥7、蒸發(fā)器8依次連接并構(gòu)成連接回路。但實(shí)際情況下，鑒于管道流阻，以及增加噴射器和分離器器件的成本，噴射級(jí)數(shù)不可能是越多越好。最佳噴射數(shù)將根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)規(guī)模和成本限制而定。另外，還要說(shuō)明的是完整的熱泵/空調(diào)系統(tǒng)還應(yīng)包括各種傳感器、控制器、閥門(mén)、 甚至旁通管路等配套元件，便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際操作和應(yīng)用，在此不再詳細(xì)闡述，將根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況而定。上列詳細(xì)說(shuō)明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說(shuō)明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
權(quán)利要求
1.CO2多級(jí)噴射循環(huán)熱泵、空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于包括依次連接并構(gòu)成連接回路的氣體冷卻器( 、壓縮機(jī)(1)、一級(jí)汽液分離器(4)、一級(jí)噴射器(3)，還包括有依次連接并構(gòu)成連接回路的二級(jí)汽液分離器(6)、二級(jí)噴射器(5)、節(jié)流閥(7)和蒸發(fā)器(8)；所述二級(jí)汽液分離器(6)的一端與一級(jí)噴射器C3)連接，所述二級(jí)噴射器(5)的一端與一級(jí)汽液分離器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的CO2多級(jí)噴射循環(huán)熱泵、空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于在所述二級(jí)汽液分離器(6)和二級(jí)噴射器( 之間還串聯(lián)連接有三級(jí)噴射器(9)和三級(jí)汽液分離器 (10)，所述三級(jí)噴射器(9)、三級(jí)汽液分離器(10)、節(jié)流閥(7)、蒸發(fā)器(8)依次連接并構(gòu)成連接回路。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了CO2多級(jí)噴射循環(huán)熱泵、空調(diào)系統(tǒng)，包括依次連接并構(gòu)成連接回路的氣體冷卻器、壓縮機(jī)、一級(jí)汽液分離器、一級(jí)噴射器，還包括有依次連接并構(gòu)成連接回路的二級(jí)汽液分離器、二級(jí)噴射器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器；所述二級(jí)汽液分離器的一端與一級(jí)噴射器連接，所述二級(jí)噴射器的一端與一級(jí)汽液分離器連接。與無(wú)噴射器的基本循環(huán)或單個(gè)噴射器的噴射循環(huán)熱泵/空調(diào)相比，兩級(jí)或(多級(jí))噴射循環(huán)能夠更大幅度的提高壓縮機(jī)吸氣壓力，減少壓縮機(jī)功耗，從而提高熱泵/空調(diào)系統(tǒng)的COP。該循環(huán)系統(tǒng)擺脫了傳統(tǒng)的噴射循環(huán)僅僅使用一個(gè)噴射器的思維束縛，能夠更加充分的回收膨脹功，特別適用于提高冷凝器和蒸發(fā)器壓差較大的熱泵/空調(diào)系統(tǒng)的性能，典型的例子是提高采用CO2作為制冷劑的熱泵/空調(diào)系統(tǒng)的性能。
文檔編號(hào)F25B19/02GK102374694SQ20111019316
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者劉培, 岑繼文, 蔣方明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所