[发明专利]一种跨临界逆循环系统及方法

说明书

本发明提供了一种以热能为驱动力，循环工质实现跨临界逆循环，向外界提供冷源或热源的一种跨临界逆循环系统及方法，包括：通过管道依次连通的加热器、引射器、冷却器、节流阀、蒸发器、气液分离器以及工质泵；所述气液分离器的饱和气相出口与所述引射器的气体引射入口连通，构成逆循环系统；所述气液分离器的饱和液相出口与所述工质泵的进口连通，所述工质泵的出口与所述加热器以及所述引射器的高压进口依次连通形成正循环系统。

技术领域

本发明涉及实现循环工质跨临界逆循环的技术领域。具体来说是以热能为驱动力，循环工质实现跨临界逆循环，向外界提供冷源或热源的一种跨临界逆循环系统。

背景技术

热力学逆循环广泛应用于人们日常生产和生活中，主要用于向用户提供制冷和制热功能，满足人们对冷、热的需求。在逆循环中，外界对系统做功，将一定热量从低温物体转移到高温物体，从而对低温物体实现制冷功能，对高温物体实现制热功能。因此逆循环的应用主要分为两个方面：第一，应用逆循环制冷，既制冷系统，如空调、冰箱等技术产品；第二，应用逆循环制热，既热泵系统，如冷暖空调技术产品的冬季工况。

传统逆循环，采用压缩式逆循环系统来实现，通过消耗压缩机有用功，将一定热量从低温物体转移到高温物体。

还有一类引射式逆循环，采用高压工质引射低压工质，从而实现循环中低压工质向高压工质的过渡，如水蒸气引射式制冷循环。引射式逆循环避免了压缩机气态循环工质压缩机的过程，有助于降低高品位电能的消耗和避免压缩机耐温较低的问题，但仍需采用工质泵对部分液态循环工质增压，增压后的工质在吸热后作为引射器高压输入工质。

当引射式逆循环用于工质的跨临界逆循环时，如引射式CO₂跨临界制冷循环，工质泵需换成超临界工质压缩机，压缩工况处于近临界状态，由于工质物性在近临界状态变化极为剧烈，跨临界逆循环中的超临界工质压缩机技术要求较高、运行不稳定，且耗功高于液态循环工质增压时采用的工质泵，对系统运行稳定性和系统效率极为不利。

中国专利CN100434834C公布了一种蒸汽引射式制冷循环系统，通过辅助引射器引射从主引射器出来的低压制冷剂蒸汽，降低了主引射器的背压，提高了主引射器的引射系数。

中国专利CN107131679A公布了一种采用引射器的热泵系统及其控制方法、空调设备，该热泵系统分别形成了带引射器的制冷循环回路和带引射器的制热循环回路，通过阀门组件分别控制切换，能够实现热泵系统的高效制冷循环和高效制热循环。

但是，上述专利中所公开的方案均在系统中将引射器与压缩机共用，依然存在跨临界逆循环运行中稳定性较差，压缩耗功较高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以热能为驱动力，通过跨临界逆循环形式，向外界提供冷源或热源的跨临界逆循环系统。

本发明的另一个目的在于提供利用上述循环系统实现跨临界逆循环的方法。

为了达到上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种跨临界逆循环系统，包括：通过管道依次连通的加热器、引射器、冷却器、节流阀、蒸发器、气液分离器以及工质泵；

所述气液分离器的饱和气相出口与所述引射器的低压引入口连通，构成逆循环系统；所述气液分离器的饱和液相出口与所述工质泵的进口连通，所述工质泵的出口与所述加热器以及所述引射器的高压进口依次连通形成正循环系统；

所述加热器对超临界压力状态的循环工质进行加热达到高温高压的超临界状态；所述引射器中，高温高压的超临界状态的循环工质对进入的低温低压的饱和气态循环工质进行引射达到中温中压的超临界状态；所述冷却器将从引射器出来的中温中压的超临界状态的循环工质冷却至近临界状态；所述节流阀将近临界状态的循环工质节流降温降压达到气液两相状态；所述气液分离器将进入的循环工质进行气液分离，分离成饱和液态循环工质和饱和气态循环工质。