一种嵌套式双螺旋涡流管的双压缩机热泵系统

本发明属于热泵，涉及一种嵌套式双螺旋涡流管的双压缩机热泵系统。

背景技术：

1、热泵技术通过压缩和膨胀过程实现热量的传递，作为一种高效环保的制热制冷技术近年来备受关注。二氧化碳热泵不仅具有较高的能效比，而且以二氧化碳作为自然工质，其odp为0，gwp为1，符合可持续发展的要求，因此在节能减排领域具有广阔的应用前景。

2、涡流管，作为一种结构简单、高效的能量转换与热分离设备，近年来在工业界引起了广泛关注。它利用高速旋转的气流在管内产生强烈的涡旋效应，从而实现能量的传递与转换。涡流管的工作原理基于伯努利原理和能量守恒定律，通过调节热端调节阀可以控制冷热气的比例和温度，满足不同工业应用的需求。

3、涡流管双压缩机热泵系统是一种结合了涡流管高效热分离技术与双压缩机串联运行优势的创新型热泵系统，以涡流管作为核心部件，通过高速旋转气流产生强烈的涡旋效应，实现冷热气的有效分离。而双压缩机的串联运行，则使得系统能够根据不同的环境条件和需求，灵活调节制热能力，确保系统的高效稳定运行。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种嵌套式双螺旋涡流管的双压缩机热泵系统，通过一种新型的嵌套式双螺旋涡流管结构，加速引导旋转气体的能量分离。

2、本发明包括两个压缩机、两个冷凝器，以及嵌套式双螺旋涡流管、y型三通阀、喷射器、气液分离器、节流阀、蒸发器和储水箱。

3、所述的嵌套式双螺旋涡流管包括进出套管、分离套管和调节件。

4、所述的进出套管沿轴向分为收缩段和扩张段，套管的中部内径最小，向两端均匀增大；收缩段的开口为制冷剂低温出口；扩张段的内壁开设有螺旋槽，形成圆台形的涡流室；扩张段的侧壁设置有进气管，进气管通过套管侧壁开设的多个喷气孔与进出套管内腔连通，喷气孔为制冷剂入口。

5、所述的分离套管包括同轴设置的外螺纹管和内螺纹管，内螺纹管设置在外螺纹管内，内、外螺纹管通过固定件固定连接；外螺纹管的内壁开设有前端到后端方向的阿基米德螺旋槽，内螺纹管的内壁开设有后端到前端方向的阿基米德螺旋槽；外螺纹管的前端与扩张段的端部螺纹连接，后端与调节件的壳体螺纹连接。

6、所述的调节件包括圆筒形壳体，壳体内设置有圆锥螺杆，壳体的侧壁开有制冷剂高温出口；圆锥螺杆包括圆锥头和螺杆，螺杆与内螺纹管同轴设置，螺杆带动圆锥头前后移动，通过移动圆锥头调节壳体出气通道的阀开度。

7、第一压缩机的制冷剂出口连通嵌套式双螺旋涡流管的制冷剂入口，嵌套式双螺旋涡流管的制冷剂低温出口连通第二压缩机的制冷剂入口，第二压缩机的制冷剂出口连通第一冷凝器的制冷剂入口，第一冷凝器的制冷剂出口连通y型三通阀的一个入口；嵌套式双螺旋涡流管的制冷剂高温出口连通第二冷凝器的制冷剂入口，第二冷凝器的制冷剂出口连通y型三通阀的另一个入口；y型三通阀的出口连通喷射器的动力流入口，喷射器的出口连通气液分离器的制冷剂入口，气液分离器的气体出口连通第一压缩机的制冷剂入口，气液分离器的液体出口通过节流阀连通蒸发器的制冷剂入口，蒸发器的制冷剂出口连通喷射器的引射流入口；储水箱的出水口连通第一冷凝器的进水口，第一冷凝器的排水口连通第二冷凝器的进水口，第二冷凝器的排水口连通储水箱的回水口。

8、所述的制冷剂工质为自然工质co2。

9、本发明通过设置嵌套式双螺旋涡流管和喷射器，将压缩机的排气分成两股气体，提高了排气温度，使用两个冷凝器来进行换热，拓宽了系统的应用范围，可以提供更高的出水温度；同时利用喷射器，使得制冷剂气体在经过时减压加速，大大增加了压缩机的吸气压力，降低节流损失，提高热泵系统的性能系数。

10、本发明利用外螺纹管和内螺纹管内壁上的阿基米德螺旋槽，加速引导旋转气体从嵌套式双螺旋涡流管的两端喷出，其中外螺纹管加速引导经涡流室产生的旋转气体抵达制冷剂高温出口；部分气体与圆锥螺杆发生碰撞后反弹，又经内螺纹管加速引导穿过冷却孔板，提高了涡流管的能量分离效率，有利于后续气体与冷凝器的换热。

11、本发明所采用的制冷剂工质为自然工质co2，与其他工质相比，具有绝对的环保意义，符合可持续发展的战略要求。

12、本发明以嵌套式双螺旋涡流管代替双压缩热泵系统的中间冷却器，增加了系统的冷凝器数量，提高系统的换热效率，可以达到提供更高热水温度的目的；添加喷射器装置，提高了压缩机入口的吸气压力，提升了系统的整体性能。

技术特征：

1.一种嵌套式双螺旋涡流管的双压缩机热泵系统，其特征在于：包括两个压缩机、两个冷凝器，以及嵌套式双螺旋涡流管、y型三通阀、喷射器、气液分离器、节流阀、蒸发器和储水箱；

2.如权利要求1所述的一种嵌套式双螺旋涡流管的双压缩机热泵系统，其特征在于：所述嵌套式双螺旋涡流管的材质为铜或者不锈钢。

3.如权利要求1所述的一种嵌套式双螺旋涡流管的双压缩机热泵系统，其特征在于：第一压缩机(1)的制冷剂入口吸入气液分离器(8)的饱和制冷剂气体，经过压缩后变成高温高压气体，进入嵌套式双螺旋涡流管(2)，经能量分离后变成冷热两股气流，低温制冷剂气体进入第二压缩机(3)，再次压缩成高温高压气体，然后进入第一冷凝器(4)与水进行充分换热变成液体，高温制冷剂气体进入第二冷凝器(6)与水充分换热后变成液体；第一冷凝器(4)和第二冷凝器(6)的高压液态制冷剂通过y型三通阀(5)汇总后进入喷射器(7)，喷出的液体经过减压增速后变成低压气液两相态制冷剂，与来自蒸发器(10)的气态制冷剂相混合，进入气液分离器(8)；经气液分离器(8)分离后的饱和气态制冷剂进入第一压缩机(1)，分离后的液态制冷剂通过节流阀(9)进入蒸发器(10)，节流阀(9)对液态制冷剂进行减压增速，液态制冷剂在蒸发器(10)内蒸发吸热变成气态制冷剂，被吸入喷射器(7)；

技术总结本发明公开了一种嵌套式双螺旋涡流管的双压缩机热泵系统，包括两个压缩机、两个冷凝器，以及嵌套式双螺旋涡流管、Y型三通阀、喷射器、气液分离器、节流阀、蒸发器和储水箱。嵌套式双螺旋涡流管包括进出套管、分离套管和调节件。进出套管分为收缩段和扩张段，扩张段开设的多个喷气孔，为制冷剂入口。分离套管包括同轴设置的外螺纹管和内螺纹管，内、外螺纹管的内壁开设有方向相反的阿基米德螺旋槽，加速引导管内旋转气体。调节件出气通道的阀开度。本发明利用嵌套式双螺旋涡流管的能量分离效应，代替中间冷却器，依次与两个冷凝器进行换热，可以达到提供更高热水温度的目的。系统所采用的制冷剂工质为CO<subgt;2</subgt;，符合环保要求。技术研发人员：周文杰,徐鑫阳,邱云幸,姜玉超,李金元,李涛受保护的技术使用者：杭州电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18