[发明专利]一种非共沸工质机械辅助过冷CO2跨临界热泵供暖系统

说明书

本发明提出一种非共沸工质机械辅助过冷CO₂跨临界热泵供暖系统。本发明由非共沸工质机械辅助过冷热泵系统和CO₂跨临界热泵系统组成。通过非共沸工质蒸汽压缩循环与CO₂跨临界循环进行耦合，可实现较小的供回水温差进行供热，并能够保证系统较高的能效。CO₂冷却蒸发器中，非共沸混合工质的温度滑移与超临界CO₂流体的换热过程均为变温过程，二者形成良好的温度匹配，该系统可显著降低各个换热器换热过程的不可逆损失，提升系统能效。现通过机械辅助过冷热泵系统，可实现对CO₂过冷，减少不可逆节流损失，降低循环运行高压，通过膨胀机回收膨胀功可减少压缩机输入功，改善CO₂热泵系统运行特性，满足热泵高效运行。

技术领域

本发明涉及一种非共沸工质机械辅助过冷CO₂跨临界热泵供暖系统

背景技术

供暖行业作为对国民经济发展有着全局性，先导性影响的基础产业，与人们的生活息息相关。近年来，我国的集中供暖事业得到了迅猛的发展，集中供暖已从大城市走向中小城镇，从机关单位，公共建筑普及到居民采暖。

我国北方大部分城镇和农村地区的采暖方式都是依靠燃煤，而且还是低质煤，其燃烧产生的污染物更多，对环境的危害更大。为治理北方冬季雾霾问题，政府提出采用煤改电等措施解决北方冬季供暖，即通过用电、燃气等清洁能源代替传统的燃煤供热。对于直接电热(电锅炉、电暖器、发热电缆等)的供暖方式，能量直接从高品位的电能转换为低品位的热能，虽然清洁方便，但是能源利用率低下、能耗大，居民无法承受。针对这一问题，可采用空气源热泵，通过少量的高品位电能输入，获得更多的热能用于供暖，达到高效清洁供暖的目的。

针对老式供暖系统，其末端通常采用暖气片，要求一般暖气片进水温度60-85℃，回水温度50-75℃，供回水温差较小。如采用空气源热泵取代燃煤锅炉后，其供回水温度应保持不变。然而目前市场上销售的满足这一工况条件的空气源热泵产品使用的制冷剂主要为HFC或HCFC类人工合成制冷剂，这些制冷剂GWP值较高，具有较强的温室效应。2016年10月全球达成的《蒙特利尔议定书》基加利修正案提出要重点削减HFC类化合物。

为了寻求新一代环保工质，自然工质CO₂逐渐引起了人们的广泛关注。然而CO₂热泵适用于供回水温差大的系统(比如用于热泵热水器系统)，如采用CO₂热泵用于供暖，其能效较低，利用机械过冷可提高CO₂跨临界制冷循环能效。然而，其最优过冷度较高，导致在冷却蒸发器中制冷剂与CO₂流体的温差较大，造成显著的换热不可逆损失，影响了循环效率。

因此，迫切需要提高供回水温差且不降低CO₂热泵系统能效的CO₂热泵供暖系统，以满足高效环保的供暖要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种非共沸工质机械辅助过冷CO₂跨临界热泵供暖系统，由机械辅助过冷热泵系统和CO₂跨临界热泵系统组成，其中机械过冷热泵系统为传统的蒸汽压缩制冷循环，制冷剂为R32/R152a或R32/R1234ze(E)温度滑移合理的混合制冷剂。

本发明所采取的技术方案是：提出一种非共沸工质机械辅助过冷CO₂跨临界热泵供暖系统，包括非共沸混合工质机械辅助过冷热泵系统和膨胀机辅助CO₂热泵系统，