本發(fā)明涉及制冷熱泵技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種高壓液泵與制冷壓縮機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的超重力制冷熱泵系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在空調(diào)制冷熱泵系統(tǒng)中，通常采用制冷壓縮機(jī)對(duì)蒸發(fā)器流出的低溫低壓氣體進(jìn)行增壓，但當(dāng)冷凝壓力蒸發(fā)壓力差較大時(shí)，制冷劑通過(guò)節(jié)流閥的節(jié)流損失變大，過(guò)熱損失增加，壓縮機(jī)的壓縮比會(huì)加大，此時(shí)可采用雙級(jí)壓縮加中間冷卻的辦法來(lái)減少壓縮機(jī)的壓縮比和過(guò)熱損失，但膨脹閥過(guò)高的節(jié)流損失仍然無(wú)法避免。

申請(qǐng)?zhí)?CN201510348645.9)的專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N超重力制冷裝置及方法，其利用超重力旋轉(zhuǎn)，將慣性勢(shì)能和壓能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，使得制冷劑在超重力環(huán)境的流動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)絕熱降壓，避免了膨脹閥的節(jié)流損失，該系統(tǒng)還采用高壓液泵代替制冷壓縮機(jī)，結(jié)構(gòu)較緊湊，但當(dāng)蒸發(fā)/冷凝溫度差較大時(shí)，高壓液泵所需的出口壓力將增大到難以實(shí)現(xiàn)的程度，因此其溫度適用范圍很有限，只能適合于高溫冷水機(jī)組。

這樣，就有必要在該超重力制冷裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使之在保持原有優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，能適應(yīng)于蒸發(fā)/冷凝溫度差較大的場(chǎng)合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高壓液泵與制冷壓縮機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的超重力制冷熱泵系統(tǒng)及方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高壓液泵與制冷壓縮機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的超重力制冷熱泵系統(tǒng)，包括超重力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)和有工質(zhì)流動(dòng)的制冷裝置，所述超重力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)底座和轉(zhuǎn)軸；所述轉(zhuǎn)軸設(shè)置在旋轉(zhuǎn)底座的軸心位置；

所述制冷裝置包括蒸發(fā)器、分液器、壓縮機(jī)、冷凝器和高壓液泵；所述蒸發(fā)器、分液器、壓縮機(jī)、冷凝器和高壓液泵分別固定設(shè)置在旋轉(zhuǎn)底座上；所述蒸發(fā)器設(shè)置在旋轉(zhuǎn)底座的軸心位置；所述分液器、壓縮機(jī)、冷凝器和高壓液泵設(shè)置在旋轉(zhuǎn)底座的邊緣位置；

所述蒸發(fā)器的蒸發(fā)器出口通過(guò)管道與分液器的分液器進(jìn)口連接；所述分液器的分液器氣體出口通過(guò)管道與壓縮機(jī)的壓縮機(jī)進(jìn)口連接，分液器的分液器液體出口通過(guò)管道與高壓液泵的高壓液泵進(jìn)口連接；所述壓縮機(jī)的壓縮機(jī)出口通過(guò)管道與冷凝器的冷凝器進(jìn)口連接；所述冷凝器的冷凝器出口和高壓液泵的高壓液泵出口分別通過(guò)管道連接后，再通過(guò)管道與蒸發(fā)器的蒸發(fā)器進(jìn)口連接。

作為本發(fā)明的高壓液泵與制冷壓縮機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的超重力制冷熱泵系統(tǒng)的改進(jìn)：所述冷凝器的冷凝器出口和高壓液泵的高壓液泵出口分別通過(guò)管道連接至轉(zhuǎn)軸位置后再通過(guò)管道相互連接，之后通過(guò)管道與蒸發(fā)器的蒸發(fā)器進(jìn)口連接。

作為本發(fā)明的高壓液泵與制冷壓縮機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的超重力制冷熱泵系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)：所述分液器、壓縮機(jī)、冷凝器和高壓液泵設(shè)置在旋轉(zhuǎn)底座相同的回轉(zhuǎn)半徑上。

作為本發(fā)明的高壓液泵與制冷壓縮機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的超重力制冷熱泵系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)：所述蒸發(fā)器、分液器、壓縮機(jī)、冷凝器、高壓液泵及管道內(nèi)部所采用的工質(zhì)為制冷工質(zhì)。

本發(fā)明還同時(shí)提供了一種高壓液泵與制冷壓縮機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的超重力制冷熱泵方法，包括以下內(nèi)容：

轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)蒸發(fā)器、分液器、壓縮機(jī)、冷凝器、高壓液泵和旋轉(zhuǎn)底座以相同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；

蒸發(fā)器中的蒸發(fā)壓力下的制冷劑混合物從蒸發(fā)器出口流出，沿著管道從旋轉(zhuǎn)底座的軸心位置向旋轉(zhuǎn)底座的邊緣位置流動(dòng)，在離心力和壓差的共同作用下絕熱流動(dòng)到分液器進(jìn)口；在流動(dòng)過(guò)程中，蒸發(fā)壓力下的制冷劑混合物增壓到分液器中的分液壓力，慣性勢(shì)能降低，溫度升高到分液壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度，變成分液壓力下的制冷劑混合物，之后通過(guò)管道流動(dòng)到分液器進(jìn)口，進(jìn)入分液器；

分液器中的分液壓力下的制冷劑混合物在分液器中被平衡分離成氣態(tài)制冷劑和液態(tài)制冷劑；

分液器中的氣態(tài)制冷劑從分液器氣體出口流出，通過(guò)管道流動(dòng)到壓縮機(jī)進(jìn)口，進(jìn)入壓縮機(jī)；壓縮機(jī)中的氣態(tài)制冷劑被絕熱壓縮到冷凝器中的冷凝壓力，且同時(shí)溫度升高，變成高溫高壓氣態(tài)制冷劑，然后從壓縮機(jī)出口流到冷凝器進(jìn)口，進(jìn)入冷凝器的冷凝管道；

冷凝器的冷凝管道中的高溫高壓氣態(tài)制冷劑向通過(guò)冷凝器的冷凝管道的外部冷源放出熱量后，變成冷凝器壓力下的液態(tài)(或混合態(tài))制冷劑；冷凝器中的冷凝器壓力下的液態(tài)(或混合態(tài))制冷劑從冷凝器出口流出，沿著管道從旋轉(zhuǎn)底座的邊緣位置向旋轉(zhuǎn)底座的軸心位置流動(dòng)；在流動(dòng)過(guò)程中，冷凝器壓力下的液態(tài)(或混合態(tài))制冷劑被降壓到蒸發(fā)器的蒸發(fā)壓力，慣性勢(shì)能增加，溫度降低到蒸發(fā)壓力對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)溫度；

分液器中的液態(tài)制冷劑從分液器液體出口流出，通過(guò)管道流動(dòng)到高壓液泵進(jìn)口，進(jìn)入高壓液泵；高壓液泵中的液態(tài)制冷劑被絕熱壓縮到超高壓，溫度略有增加，成為超高壓液態(tài)制冷劑；

高壓液泵中的超高壓液態(tài)制冷劑從高壓液泵出口流出，沿著管道從旋轉(zhuǎn)底座的邊緣位置向旋轉(zhuǎn)底座的軸心位置流動(dòng)；在流動(dòng)過(guò)程中，超高壓液態(tài)制冷劑被降壓到蒸發(fā)器的蒸發(fā)器壓力，慣性勢(shì)能增加，溫度降低到蒸發(fā)器壓力對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)溫度；

之后從高壓液泵出口流出的超高壓液態(tài)制冷劑與從冷凝器出口流出的冷凝器壓力下的液態(tài)(或混合態(tài))制冷劑在離心力和壓差作用后，在旋轉(zhuǎn)底座的軸心位置的管道中混合(蒸發(fā)壓力下混合)，流到蒸發(fā)器進(jìn)口，進(jìn)入蒸發(fā)器，吸收通過(guò)蒸發(fā)器的外部熱源的熱量，變成蒸發(fā)壓力下的制冷劑混合物；

蒸發(fā)器中的蒸發(fā)壓力下的制冷劑混合物從蒸發(fā)器出口流出，沿著管道從旋轉(zhuǎn)底座的軸心位置向旋轉(zhuǎn)底座的邊緣位置流動(dòng)，在離心力和壓差的共同作用下絕熱流動(dòng)到分液器進(jìn)口，如此循環(huán)。

本發(fā)明與已有的制冷系統(tǒng)相比，具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

1、本發(fā)明能適用于蒸發(fā)/冷凝溫度差較大的場(chǎng)合，擴(kuò)大了超重力制冷系統(tǒng)的適用范圍。

2、本發(fā)明采用制冷壓縮機(jī)和高壓液泵聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，可減少對(duì)制冷壓縮機(jī)的依賴(lài)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明高壓液泵與制冷壓縮機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的超重力制冷熱泵系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此。

實(shí)施例1、高壓液泵與制冷壓縮機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的超重力制冷熱泵系統(tǒng)，如圖1所示，包括超重力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)和有工質(zhì)流動(dòng)的制冷裝置，超重力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)底座1和轉(zhuǎn)軸2，轉(zhuǎn)軸2設(shè)置在旋轉(zhuǎn)底座1的軸心位置。

制冷裝置包括蒸發(fā)器3、分液器4、壓縮機(jī)5、冷凝器6和高壓液泵7，蒸發(fā)器3設(shè)置在旋轉(zhuǎn)底座1的軸心位置，且蒸發(fā)器3是豎向設(shè)置的，蒸發(fā)器3內(nèi)部壓力為恒壓。分液器4、壓縮機(jī)5、冷凝器6和高壓液泵7固定設(shè)置在旋轉(zhuǎn)底座1的邊緣位置且處于相同的回轉(zhuǎn)半徑上，利用離心力對(duì)制冷劑進(jìn)行絕熱壓縮。轉(zhuǎn)軸2能帶動(dòng)蒸發(fā)器3、分液器4、壓縮機(jī)5、冷凝器6、高壓液泵7和旋轉(zhuǎn)底座1以相同轉(zhuǎn)速同軸旋轉(zhuǎn)，蒸發(fā)器3、分液器4、壓縮機(jī)5、冷凝器6和高壓液泵7為運(yùn)動(dòng)部件。

蒸發(fā)器3的蒸發(fā)器出口32通過(guò)管道與分液器4的分液器進(jìn)口41連接，分液器能將進(jìn)入其中的氣體工質(zhì)和液體工質(zhì)分離開(kāi)。分液器4的分液器氣體出口42通過(guò)管道與壓縮機(jī)5的壓縮機(jī)進(jìn)口51連接；分液器4的分液器液體出口43通過(guò)管道與高壓液泵7的高壓液泵進(jìn)口71連接；壓縮機(jī)5的壓縮機(jī)出口52通過(guò)管道與冷凝器6的冷凝器進(jìn)口61連接，冷凝器6設(shè)置有外部冷源通道用于吸收流過(guò)冷凝管道的制冷工質(zhì)的熱量。冷凝器6的冷凝器出口62和高壓液泵7的高壓液泵出口72分別通過(guò)管道連接至轉(zhuǎn)軸2位置后再通過(guò)管道相互連接，之后通過(guò)管道與蒸發(fā)器3的蒸發(fā)器進(jìn)口31連接，蒸發(fā)器3設(shè)置有外部熱源通道用于向流過(guò)蒸發(fā)管道的制冷工質(zhì)放熱。

蒸發(fā)器3、冷凝器6、高壓液泵7、分液器4、壓縮機(jī)5及管道內(nèi)部所采用的工質(zhì)為制冷工質(zhì)，如R134a等；本發(fā)明通過(guò)轉(zhuǎn)軸2的旋轉(zhuǎn)，使得在管道內(nèi)流動(dòng)的制冷工質(zhì)產(chǎn)生沿徑向增加的離心壓力(離旋轉(zhuǎn)底座1的軸心越遠(yuǎn)，壓力越大)。在工作工程中，由于離心作用，制冷劑向軸心位置流動(dòng)時(shí)減壓，反之增壓。

本發(fā)明的工作過(guò)程如下：

轉(zhuǎn)軸2帶動(dòng)蒸發(fā)器3、分液器4、壓縮機(jī)5、冷凝器6、高壓液泵7和旋轉(zhuǎn)底座1以相同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)速根據(jù)實(shí)際需要自行調(diào)整；

蒸發(fā)器3中的蒸發(fā)壓力下的制冷劑混合物從蒸發(fā)器出口32流出，沿著管道從旋轉(zhuǎn)底座1的軸心位置向旋轉(zhuǎn)底座1的邊緣位置流動(dòng)，在離心力和壓差的共同作用下絕熱流動(dòng)到分液器進(jìn)口41；在流動(dòng)過(guò)程中，蒸發(fā)壓力下的制冷劑混合物增壓到分液器4中的分液壓力，慣性勢(shì)能降低，溫度升高到分液壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度，變成分液壓力下的制冷劑混合物，之后通過(guò)管道流動(dòng)到分液器進(jìn)口41，進(jìn)入分液器4；

分液器4中的分液壓力下的制冷劑混合物在分液器4中被平衡分離成氣態(tài)制冷劑和液態(tài)制冷劑；

分液器4中的氣態(tài)制冷劑從分液器氣體出口42流出，通過(guò)管道流動(dòng)到壓縮機(jī)進(jìn)口51，進(jìn)入壓縮機(jī)5；壓縮機(jī)5中的氣態(tài)制冷劑被絕熱壓縮到冷凝器6中的冷凝壓力，且同時(shí)溫度升高，變成高溫高壓氣態(tài)制冷劑，然后從壓縮機(jī)出口52流到冷凝器進(jìn)口61，進(jìn)入冷凝器6的冷凝管道；

冷凝器6的冷凝管道中的高溫高壓氣態(tài)制冷劑向通過(guò)冷凝器6的冷凝管道的外部冷源放出熱量后，變成冷凝器壓力下的液態(tài)(或混合態(tài))制冷劑；冷凝器6中的冷凝器壓力下的液態(tài)(或混合態(tài))制冷劑從冷凝器出口62流出，沿著管道從旋轉(zhuǎn)底座1的邊緣位置向旋轉(zhuǎn)底座1的軸心位置流動(dòng)；在流動(dòng)過(guò)程中，冷凝器壓力下的液態(tài)(或混合態(tài))制冷劑被降壓到蒸發(fā)器3的蒸發(fā)壓力，慣性勢(shì)能增加，溫度降低到蒸發(fā)壓力對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)溫度；

分液器4中的液態(tài)制冷劑從分液器液體出口43流出，通過(guò)管道流動(dòng)到高壓液泵進(jìn)口71，進(jìn)入高壓液泵7；高壓液泵7中的液態(tài)制冷劑被絕熱壓縮到超高壓，溫度略有增加，成為超高壓液態(tài)制冷劑；

高壓液泵7中的超高壓液態(tài)制冷劑從高壓液泵出口72流出，沿著管道從旋轉(zhuǎn)底座1的邊緣位置向旋轉(zhuǎn)底座1的軸心位置流動(dòng)；在流動(dòng)過(guò)程中，超高壓液態(tài)制冷劑被降壓到蒸發(fā)器3的蒸發(fā)器壓力，慣性勢(shì)能增加，溫度降低到蒸發(fā)器壓力對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)溫度；

之后從高壓液泵出口72流出的超高壓液態(tài)制冷劑與從冷凝器出口62流出的冷凝器壓力下的液態(tài)(或混合態(tài))制冷劑在離心力和壓差作用后，在旋轉(zhuǎn)底座1的軸心位置的管道中混合(蒸發(fā)壓力下混合)，流到蒸發(fā)器進(jìn)口31，進(jìn)入蒸發(fā)器3，吸收通過(guò)蒸發(fā)器3的外部熱源的熱量，變成蒸發(fā)壓力下的制冷劑混合物；

蒸發(fā)器3中的蒸發(fā)壓力下的制冷劑混合物從蒸發(fā)器出口32流出，沿著管道從旋轉(zhuǎn)底座1的軸心位置向旋轉(zhuǎn)底座1的邊緣位置流動(dòng)，在離心力和壓差的共同作用下絕熱流動(dòng)到分液器進(jìn)口41，如此循環(huán)。

實(shí)施例1的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1(針對(duì)1kg工質(zhì)R134a)。設(shè)計(jì)條件為：工質(zhì)為R134a，冷凝溫度40℃，蒸發(fā)溫度-23℃，回轉(zhuǎn)直徑為1m。實(shí)施例1計(jì)算得到的系統(tǒng)COP(定義為蒸發(fā)器3吸熱量與壓縮機(jī)5及高壓液泵7理論功耗之和的比值)為3.96，此時(shí)的轉(zhuǎn)速為2730轉(zhuǎn)/分，蒸發(fā)器3吸熱量為87.74kJ/kg，冷凝器6排熱量為109.9kJ/kg，傳遞的慣性勢(shì)能為10.21kJ/kg，壓縮機(jī)5耗功為18.92kJ/kg，高壓液泵7耗功為3.22kJ/kg。以申請(qǐng)?zhí)枮?CN201510348645.9)的專(zhuān)利作為對(duì)比文獻(xiàn)，在回轉(zhuǎn)直徑、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度都相同的條件下，本發(fā)明將高壓液泵出口72的壓力從原先的21.79Mpa降低到12.44Mpa，究其原因是因?yàn)楸景l(fā)明中，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力的85.5％由壓縮機(jī)5承擔(dān)，14.5％由高壓液泵7承擔(dān)，即不完全依賴(lài)于高壓液泵7，而對(duì)比文獻(xiàn)中的驅(qū)動(dòng)力則全部由高壓液泵7承擔(dān)，使得其高壓液泵出口72壓力增大很多，從而在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。

由此可見(jiàn)，本發(fā)明通過(guò)壓縮機(jī)5和高壓液泵7聯(lián)合驅(qū)動(dòng)制冷系統(tǒng)，大大減輕了高壓液泵7的負(fù)擔(dān)，使得其高壓液泵出口72壓力大幅度降低，從而可以提高系統(tǒng)的溫度適用范圍，有效實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的初衷。

以上實(shí)施例中，可綜合考慮具體的使用條件與要求、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能等因素合理確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，以兼顧系統(tǒng)的適用性和經(jīng)濟(jì)性。

表1實(shí)施例1的熱力計(jì)算結(jié)果(針對(duì)1kg工質(zhì)R134a)

對(duì)比例1：實(shí)施例1中從高壓液泵出口72流出制冷劑與從冷凝器出口62流出的制冷劑先在旋轉(zhuǎn)底座1的邊緣位置混合，再在離心力和壓差的共同作用下在管道中絕熱流動(dòng)到旋轉(zhuǎn)底座1的軸心位置，其余等同于實(shí)施例1，進(jìn)行對(duì)比例1。

由于高壓液泵出口72和冷凝器出口62流出的制冷劑壓強(qiáng)極不平衡，兩股流體不能在旋轉(zhuǎn)底座1的邊緣位置直接混合；而在旋轉(zhuǎn)底座1的軸心位置處，兩股流體的壓強(qiáng)都降低到了蒸發(fā)器壓強(qiáng)，此時(shí)就可以混合了。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照簽署各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前處各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離發(fā)明個(gè)實(shí)施例方案的范圍。