[发明专利]CO2多级喷射循环热泵、空调系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种热泵/空调系统，特别是涉及一种适用于高低压两侧压差较大的热泵/空调系统，如CO₂跨临界循环热泵等。

背景技术

为了保护大气臭氧层和缓解全球日益变暖的气候环境，采用自然工质作为制冷剂是制冷界最终彻底解决该问题的方法。CO₂作为一种”早期”的制冷剂，是一种绿色环保的天然工质。首先，CO₂是一种绿色环保的自然冷媒，对环境无害的自然界天然存在的物质，环境性能优良。与传统冷媒氟利昂相比，CO₂对臭氧层的破坏性(ODP)为零；与目前氟利昂的替代冷媒R134a和R22相比，CO₂温室效应(GWP)很小，仅为前者的千分之一。

此外，CO₂作为热泵系统冷媒还具有许多优点：(1)单位容积制冷量大。其容积制冷量约为R22的5倍。(2)具有优良的流动和传热特性，可显著减小压缩机与系统的尺寸，使整个系统非常紧凑。(3)来源广泛，价格低廉，不需回收。(4)化学稳定性好，完全适用于普通的润滑油和通常的制造材料。(5)安全无毒，不可燃，适应各种润滑油及常用机械零部件材料，即便在高温下也不分解产生有害气体。(6)CO₂跨临界循环的压缩比要比常规工质循环低，压缩机的容积效率可维持在较高的水平。(7)绝热指数高。虽然可能存在使压缩机排气温度偏高的问题，但符合制取高温热水的要求。

随着人们对环境保护和人类可持续发展的高度重视，以及人们对舒适性要求的增加，制取热水所消耗的能源逐年上升。为了有效降低能耗，提高综合能源利用率，利用环保、高能效比的制热系统便成为今后发展的重点。

但是以自然工质CO₂作为制冷剂的热泵/空调基本循环系统普遍存在节流损失过大，系统COP不够高的缺陷。这是因为CO₂系统的高压侧处于超临界状态压力在10MPa左右，而低压侧处于亚临界状态压力在3～4MPa之间，通过节流元件的压差约7MPa，节流损失非常大，在相同当量冷凝温度的情况下，CO₂循环的效率比常规工质低20％～30％。但是CO₂跨临界循环的膨胀比很小，一般为2～4，膨胀功却比较大，通常占压缩功的25％～30％。因此膨胀功的回收是提高CO₂跨临界循环效率的主要措施。目前存在的方法有用膨胀机代替膨胀阀回收膨胀功，用于发电或带动压缩机；用喷射器代替节流阀提高压缩机吸气入口压力减少压缩机功耗等方法。

其中采用喷射器提高吸气压力的方法是经济上和技术上都较为可行的方法。目前文献上采用的CO₂喷射循环都是仅仅采用一个喷射器，喷射器出口压力与蒸发器之间仍然有较大的压差，达到2～4MPa，仍然存在较大的节流损失，需要进一步回收膨胀功。因此，本发明提出了采用两个或多个喷射器将膨胀功多次回收，有效减少节流损失，提高系统性能。

需要进一步说明的是，以上内容虽然主要以CO₂作为制冷剂的情况进行论述，其回收压缩功，减少节流损失的方法同样适用于其它制冷剂，只要循环系统的高低压侧压差较大，存在较大的节流损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新颖的CO₂热泵/空调循环系统构型，该系统能够大幅度减少CO₂跨临界热泵空调循环节流损失，提高系统COP。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：CO₂多级喷射循环热泵、空调系统，包括依次连接并构成连接回路的气体冷却器、压缩机、一级汽液分离器、一级喷射器，还包括有依次连接并构成连接回路的二级汽液分离器、二级喷射器、节流阀和蒸发器；所述二级汽液分离器的一端与一级喷射器连接，所述二级喷射器的一端与一级汽液分离器连接。

在所述二级汽液分离器和二级喷射器之间还串联连接有三级喷射器和三级汽液分离器，所述三级喷射器、三级汽液分离器、节流阀、蒸发器依次连接并构成连接回路。