带经济器的涡旋压缩机制冷循环热力学分析

   对黄河流域、华北地区等寒冷地区探索出一些可持续发展的洁净采暖技术具有非常现实而且重要的意义[1]。针对这一问题,作者提出采用带经济器的具有辅助进气口的涡旋压缩机系统,有效地改进了热泵机组在低温工况下的制热性能[2,3]。关于带经济器的准二级系统热力性能的理论研究有不少文献介绍[4～6],但这些理论模型均没有考虑系统的辅助回路流量调节元件的具体类型对系统动态特性的影响,同时对一些实质性的问题如开孔位置的选择、控制策略的优化、系统的匹配均较为含糊,在一定程度上妨碍对系统节能实质的认识。本文根据压缩机的实际压缩过程以及辅助回路流量调节元件的具体类型推导出数学模型,并以热力膨胀阀为例分析了系统的热力特性。

    1　带补气回路的热泵空调系统

    利用带辅助进气口的涡旋压缩机可有效改善空气源热泵在低温工况下的制热性能,空气源热泵系统的基本型式如图1所示:带辅助进气口的涡旋压缩机排出的高温、高压制冷剂气体,经水侧冷凝器将热量传递给水后变为液体,升温后的水用于采暖或者作为生活热水。冷凝器出来后的高压制冷剂液体在主回路的膨胀阀前分为两路:辅助回路的制冷剂液体经辅助回路的膨胀阀B降压后,变为低温低压的气液混合物进入经济器中,与主回路过来的温度较高的制冷剂液体发生热交换。辅助回路的制冷剂吸收热量后由压缩机的辅助进气口吸入,主回路得到的过冷制冷剂液体经过干燥过滤器、热力膨胀阀A后进入蒸发器。在蒸发器中,主回路的制冷剂吸收低温环境中的热量而变为低压气体被压缩机吸入,并经过一段封闭压缩后与来自辅助回路的气体制冷剂在压缩机工作腔内混合,之后再进一步被封闭压缩后排出压缩机,至此形成一个完整的制冷循环。

    与普通的热泵机组相比,该类型的机组有以下几个特点:

    1)在冷凝器和压缩机之间并联有补气回路,该系统事实上存在3个等级的压力:冷凝侧压力pk、蒸发侧压力p0、以及辅助回路膨胀阀出口的中间压力pm。

    2)压缩机上带有辅助进气口,主辅回路在经济器中产生热交换,使得主回路的制冷剂得到过冷却,整个系统的经济性得到较大的提高、同时由于压缩机出口温度的降低,系统的安全性有所提高。

    3)如果切断辅助回路上的电磁阀,则该机组按照普通热泵系统工作,此时和常规的单级压缩热泵系统没有区别;如果辅助回路上的电磁阀打开,该回路投入运行,那么该机组按照带经济器的准二级系统来进行工作,这样既不影响机组在普通工况下的性能,又可实现机组在低温工况下的安全经济运行,有效地扩大了机组的低温工作范围。