一种太阳能辅助的两相喷射器膨胀补气增焓热泵系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种太阳能辅助的两相喷射器膨胀补气增焓热泵系统及控制方法，该系统包括制冷剂流路和循环水流路，制冷剂流路通过压缩机排气口、冷凝器、制冷剂升压泵、高温发生器与喷射器一次流入口依次串接，喷射器出口、气液分离器、气液分离器气相出口与压缩机补气口依次串接，气液分离器液相出口、膨胀阀与蒸发器依次串接，蒸发器出口分别与喷射器二次流入口、压缩机吸气口相连。循环水流路通过变频水泵、高温发生器水路与外接太阳能集热系统依次串接。本发明专利技术通过引入喷射器实现了对太阳能的高阶利用，即充分发挥了太阳能的热量和做功能力，并利用喷射器的压缩气体作用减少了进入压缩机低压级的制冷剂流量，进而降低了压缩机的耗功。耗功。耗功。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能辅助的两相喷射器膨胀补气增焓热泵系统及控制方法


[0001]本专利技术属于热泵
，具体涉及用于空气源热泵装置的一种太阳能辅助的两相喷射器膨胀补气增焓热泵系统及控制方法。

技术介绍

[0002]蒸气压缩式空气源热泵，作为高效、节能、环保的加热技术之一，在食品加工、水产品加工、药材干燥、布料加工等领域得到了广泛应用。由于物料在干燥过程，水具有很高的汽化潜热，所以它被认为是最耗能的过程之一。目前，常用的干燥技术主要包括热风干燥、微波干燥、红外干燥、真空冷冻干燥和热泵干燥。其中，热泵干燥技术因其优异的节能效果、温度调节范围宽、干燥品质高、干燥效率高且低碳环保等优势，表现出广泛的应用前景。
[0003]然而，目前热泵干燥技术的发展存在一定的技术难点，市场上的热泵干燥都是传统的单级压缩热泵系统，热泵干燥温度较低、干燥速率慢，尤其在干燥后期能耗明显增大。其次，当蒸气压缩式热泵处于较低的环境温度工作时，压缩机的吸排气压力差显著增大，从而造成压缩机的排气温度过高，导致压缩机无法正常工作，甚至停机。同时，压缩机吸气口的制冷剂比容增大，导致热泵系统内制冷剂循环流量衰减，造成热泵系统向干燥室提供的热量变少，热泵系统的制热性能严重衰减(即制热量与制热效率的降低)。因此，开发性能高效的热泵装置无疑符合市场需求，具有良好的发展前景和应用价值。
[0004]为了改善蒸气压缩式热泵在低温环境下的高效、稳定安全运行，研究人员致力于提高热泵的加热性能，进行了大量新型热泵系统的开发与改进。目前，市场应用较为广泛的是压缩机的变频技术、变频压缩机的补气增焓技术以及喷射器增效技术。
[0005]补气增焓技术采用的是在压缩机中增设一个补气口，通过补气口输入中温中压的制冷剂气体来冷却主循环中的制冷剂，从而降低压缩机排气温度的方法。目前，应用较多的补气增焓热泵循环系统主要包括两种系统配置形式：一种是带过冷器(即回热器)的循环系统，另一种是带闪发器(即气液分离器)的循环系统。中间补气一方面实现了准二级压缩过程的中间级冷却，有效降低了压缩机在大压比运行下的排气温度；另一方面在压缩机中补充制冷剂，弥补了因蒸发压力较低时压缩机吸气比容增大而导致系统循环的制冷剂流量衰减问题，增加了高压侧制冷剂的循环流量，提高了冷凝器的制热量，从而实现了增焓(增大了单位容积制热量)的目的。
[0006]然而，现有的补气增焓热泵循环系统中，膨胀机构主要是采用节流阀，其节流过程的不可逆损失导致了循环系统的性能系数(效率)偏低。实际上，可以利用喷射器作为膨胀机构，它能显著减少节流过程的不可逆损并回收膨胀功，进而改善循环系统的能效。现有的研究表明，在蒸气压缩制冷/热泵循环上应用喷射器可以有效提高制冷/热泵系统的性能。目前有关喷射器在蒸气压缩系统上的应用，较多是针对单级蒸气压缩系统。虽然在补气增焓型热泵循环系统中应用喷射器已有一些报道，但由于热泵循环系统有多种不同的型式，因此引入喷射器的系统方案也各不相同。另外，在目前已经应用的补气增焓热泵系统中，如
果仅靠空气作为单一热源，当空气源温度较低时，会显著导致系统性能衰减。因此，将可再生能源太阳能作为第二热源的引进会具有提高补气增焓热泵循环系统能效的实际应用意义。

技术实现思路

[0007]为解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本专利技术的目的在于提供一种太阳能辅助的两相喷射器膨胀补气增焓热泵系统及控制方法，在制冷剂循环系统中引入清洁能源太阳能，该新型循环系统通过引入喷射器实现了对清洁能源太阳能的高阶利用，即充分发挥了太阳能的热量和做功能力，又增加了热泵吸收的热量，而且提升了喷射器的增压性能，同时利用喷射器的压缩气体作用减少了进入压缩机低压级的制冷剂流量，进而降低了压缩机的耗功率，有效提高热泵循环系统的性能系数；此外，可以通过控制高温发生器出口处的制冷剂干度，进而调节循环系统的太阳能输入量与总供热量；另一方面，气液两相混合制冷剂经过气液分离器，使得饱和液态制冷剂直接进入蒸发器，提高了单位质量制冷剂在蒸发器中的吸热量，有利于减小蒸发器的尺寸。
[0008]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0009]一种太阳能辅助的两相喷射器膨胀补气增焓热泵系统，该系统包括制冷剂流路和循环水流路，其中制冷剂流路包括压缩机101，压缩机101具有补气增焓功能，压缩机101具有吸气口、排气口和补气口，压缩机101从补气口处分为低压级压缩和高压级压缩，从吸气口到补气口为压缩机101的低压级压缩，从补气口到排气口为压缩机101的高压级压缩；压缩机101的排气口与冷凝器102入口相连接，冷凝器102的出口经过制冷剂升压泵103后的高压制冷剂液体经过高温发生器104，吸收热量部分蒸发后进入喷射器105的一次流入口，喷射器105的出口与气液分离器106入口相连，气液分离器106液相出口的饱和液态制冷剂经过膨胀阀107后进入蒸发器108吸热蒸发后，蒸发器108出口的低压制冷剂气体分为两路，一路进入喷射器105的二次流入口；另一路进入压缩机101的吸气口，气液分离器106气相出口的饱和气态制冷剂进入压缩机101的补气口；循环水流路包括变频水泵109，变频水泵109的入口与太阳能集热系统的出口相连，变频水泵109出口的高温热水经过高温发生器104与制冷剂进行热交换，高温发生器104的水路出口与太阳能集热系统的入口相连。
[0010]所述喷射器105中来自高温发生器104出口的全部气液两相混合制冷剂作为喷射器105的一次流体即工作流体，其压力大于从蒸发器108出口的二次流体即被引射流体的压力；蒸发器108出口处的制冷剂气体在喷射器105中被来自高温发生器104出口的气液两相制冷剂引射，在喷射器105的混合段中混合后，在喷射器104的扩压段减速增压后进入气液分离器106。
[0011]来自喷射器105出口的气液两相混合制冷剂进入气液分离器106，气液分离器106气相出口的饱和气态制冷剂进入压缩机101的补气口；气液两相混合制冷剂经过气液分离器106，使得饱和液态制冷剂经过膨胀阀107后进入蒸发器108，提高了单位质量制冷剂在蒸发器中的吸热量，有利于减小蒸发器108的尺寸。
[0012]所述的太阳能辅助的两相喷射器膨胀补气增焓热泵系统的工作方法，制冷剂流路工作过程为：压缩机101低压级出口的中温中压过热气态制冷剂与气液分离器106气相出口的饱和中压气态制冷剂混合后进入压缩机101的高压级入口，经过缩机101的高压级进一步
压缩后的高温高压过热气态制冷剂进入冷凝器102；在冷凝器102中冷凝放出热量从而实现制热的目的后高温高压过热气态制冷剂变成高压饱和过冷液态制冷剂；经过制冷剂升压泵103提升压力后的高压液体制冷剂经过高温发生器104吸收热量，变成高压气液两相混合制冷剂，并作为工作流体进入喷射器105的喷嘴，在喷嘴中膨胀后变成低压高速气液两相混合制冷剂；低压高速气液两相混合制冷剂与从蒸发器108出来的部分饱和气态制冷剂在喷射器105的混合段中混合后再经喷射器105的扩压短减速增压成为气液两相混合制冷剂后排出喷射器10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能辅助的两相喷射器膨胀补气增焓热泵系统，其特征在于：该系统包括制冷剂流路和循环水流路，其中制冷剂流路包括压缩机(101)，压缩机(101)具有补气增焓功能，压缩机(101)具有吸气口、排气口和补气口，压缩机(101)从补气口处分为低压级压缩和高压级压缩，从吸气口到补气口为压缩机(101)的低压级压缩，从补气口到排气口为压缩机(101)的高压级压缩；压缩机(101)的排气口与冷凝器(102)入口相连接，冷凝器(102)的出口经过制冷剂升压泵(103)后的高压制冷剂液体经过高温发生器(104)，吸收热量部分蒸发后进入喷射器(105)的一次流入口，喷射器(105)的出口与气液分离器(106)入口相连，气液分离器(106)液相出口的饱和液态制冷剂经过膨胀阀(107)后进入蒸发器(108)吸热蒸发后，蒸发器(108)出口的低压制冷剂气体分为两路，一路进入喷射器(105)的二次流入口；另一路进入压缩机(101)的吸气口，气液分离器(106)气相出口的饱和气态制冷剂进入压缩机(101)的补气口；循环水流路包括变频水泵(109)，变频水泵(109)的入口与太阳能集热系统的出口相连，变频水泵(109)出口的高温热水经过高温发生器(104)与制冷剂进行热交换，高温发生器(104)的水路出口与太阳能集热系统的入口相连。2.根据权利要求1所述的太阳能辅助的两相喷射器膨胀补气增焓热泵系统，其特征在于：所述喷射器(105)中来自高温发生器(104)出口的全部气液两相混合制冷剂作为喷射器(105)的一次流体即工作流体，其压力大于从蒸发器(108)出口的二次流体即被引射流体的压力；蒸发器(108)出口处的制冷剂气体在喷射器(105中被来自高温发生器(104)出口的气液两相制冷剂引射，在喷射器(105)的混合段中混合后，在喷射器(104)的扩压段减速增压后进入气液分离器(106)。3.根据权利要求1所述的太阳能辅助的两相喷射器膨胀补气增焓热泵系统，其特征在于：来自喷射器(105)出口的气液两相混合制冷剂进入气液分离器(106)，气液分离器(106)气相出口的饱和气态制冷剂进入压缩机(101)的补气口；气液两相混合制冷剂经过气液分离器(106)，使得饱和液态制冷剂经过膨胀阀(107)后进入蒸发器(108)，提高了单位质量制冷剂在蒸发器中的吸热量，有利于减小蒸发器(108)的尺寸。4.权利要求1至3任一项所述的太阳能辅助的两相喷射器膨胀补气增焓热泵系统的工作方法，其特征在于：制冷剂流路工作过程为：压缩机(101)低压级出口的中温中压过热气态制冷剂与气液分离器(106)气相出口的饱和中压气态制冷剂混合后进入压缩机(101的高压级入口，经过缩机(101)的高压级进一步压缩后的高温高压过热气态制冷剂进入冷凝器(102)；在冷凝器(102)中冷凝放出热量从而实现制热的目的后高温高压过热气态制冷剂变成高压饱和过冷液态制冷剂；经过制冷剂升压泵(103)提升压力后的高压液体制冷剂经过高温发生器(104)吸收热量，变成高压气液两相混合制冷剂，并作为工作流体进入喷射器(105)的喷嘴，在喷嘴中膨胀后变成低压高速气液两相混合制冷剂；低压高速气液两相混合制冷剂与从蒸发器(108)出来的部分饱和气态制冷剂在喷射器(105)的混合段中混合后再经喷射器(105)的扩压短减速增压成为气液两相混合制冷剂后排出喷射器...

【专利技术属性】
技术研发人员：鱼剑琳，邹霖庚，俞梦琪，刘晔，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：