[发明专利]新能源车用喷射器模块、跨临界CO2

说明书

本发明公开一种新能源车用喷射器模块、跨临界CO₂热泵空调系统及方法；所述喷射器模块，包括至少两个独立的可调喉部面积喷射器、工作流体入口、引射流体入口和喷射器模块出口；工作流体入口分成多路，每路与一个可调喉部面积喷射器的主喷嘴相连；引射流体入口分成多路，每路与一个可调喉部面积喷射器的接受室相连；所有可调喉部面积喷射器的出口连接喷射器模块出口。本发明可以根据环境条件及机组状态自动调节系统的喷射器模块，并且可以在运行期间维持高系统效率。

技术领域

本发明属于暖通制冷及热泵技术领域，特别涉及一种新能源车用喷射器模块、跨临界CO₂热泵空调系统及其控制方法。

背景技术

随着国际社会经济的飞速发展，能源对于国际社会可持续发展的影响可谓至关重要，世界各国也都认识到能源在国际格局中的战略地位。能源短缺、全球变暖、臭氧层破坏等问题已经成为阻碍经济健康持续发展的拦路虎，人们也逐渐重视节能与环保在可持续发展中的作用。制冷技术的应用与人们的生活密不可分，随着国际社会对于环境问题的愈加重视，环境友好型制冷剂逐渐被各国政府以及科研机构重视起来，而CO₂作为自然工质制冷剂是其中非常重要的一部分。CO₂是惰性气体，有优良的化学稳定性和安全性；CO₂有良好的环保性能，使用其作制冷剂对于环境无任何污染；CO₂不可燃，在高温高压的条件下也不会分解出有害气体；CO₂对于全球变暖潜力指数GWP为1；CO₂可从大气中提取，不需工业合成。

前国际制冷学会主席G.Lorentzen倡导推广自然工质制冷剂，并提出现代跨临界CO₂热泵循环系统，使得CO₂制冷装置再次成为全球各国研究的重点。为使跨临界系统的能效得到提升，不仅需要关注气体在冷却器中的换热特性，还要同时考虑气体的节流过程。在节流过程中，气体在节流前后压差较大，会造成大量的膨胀功损失。根据热力学第二定律，通过对系统部件的优化可以降低节流过程中的损失，并对跨临界系统的性能有较大提升。

为降低循环过程中的节流损失，常用方法是回收膨胀功。在跨临界CO₂循环中主要有两种方法回收膨胀功：一是使用膨胀机代替节流阀，二是使用喷射器代替节流阀。当使用膨胀机代替节流阀作为主要膨胀元件时，可以很大程度回收系统膨胀功，但其也有较为明显的缺点，由于CO₂在膨胀时会发生相变，这对于膨胀机的工艺要求比较高，同时提高了膨胀机的制造成本，因此膨胀机代替节流阀的方法经济性较差。喷射器的结构比较简单，制造成本较低，且无复杂的运动部件，因此能够在小型CO₂系统中得到良好的应用。使用喷射器代替节流阀不仅可以减少系统中的不可逆损失，而且能提升压缩机的吸气压力，从而降低压缩机功耗。CO₂制冷系统和热泵系统中喷射器的应用已被全面地研究，通过对加入喷射器的制冷、热泵系统实验和理论研究来进行喷射器优化设计，进而研究系统的应用前景与节能效果，这对于喷射器在制冷系统和热泵系统中的应用推广具有重要意义。

当然喷射器式跨临界CO₂热泵在空调领域的实地应用过程中同样也是存在一些实际问题与技术难点的。跨临界CO₂压缩式循环中，喷射器的参数对于系统性能的改善效果会产生较大的影响，使用不合适的喷射器反而降低系统性能。调整喷嘴的喉部面积会对喷射器的性能产生影响，进而影响系统的性能，除此之外，喷射器的其他几何参数也会影响系统的工作效率。单一工况下可以进行有限次实验，优化喷射器的喷嘴喉部面积、几何结构，实现效率最优；但是喷射器的结构单一且无法调节，很难在变工况条件下达到较高的效率。

发明内容