[发明专利]跨临界二氧化碳双级压缩冷热联供系统的制冷循环方法

说明书

本发明公开了一种跨临界二氧化碳双级压缩冷热联供系统的制冷循环方法，属于低温制冷技术领域，使跨临界CO₂循环的循环效率和实际使用性能得到大幅提升，本发明针对常见的热泵循环所采用的工质ODP和GWP值高，跨临界CO₂循环因为单级压缩排气温度过高、气冷器大温差换热的不可逆损失过大、节流压差过大而导致节流损失大等原因而造成系统循环效率低的问题，包括冷热联供主循环系统，附加机械式过冷循环系统，从各方面对循环系统性能进行充分提升，实现了高效制冷和供热；从低温系统增压、降低气冷器出口温度以及回收节流损失三方面，对跨临界CO₂循环进行优化，使跨临界CO₂循环的循环效率得到大幅提升。

技术领域

本发明涉及一种低温制冷系统，特别涉及一种高能效的跨临界二氧化碳双级压缩冷热联供系统，主要用于多种蒸发温度下的制冷和供热领域，如商超、冷库、冰场、区域供热等领域。

背景技术

随着我国国民经济水平的不断提高，我国所面临的能源环境问题也日益严峻，特别是在碳达峰和碳中和的背景下，面临的环境问题更加突出；现有的区域供热燃煤锅炉与火力热电联产的技术路线，存在系统能效较低和排放CO₂量较大的缺陷，其发展受到了一定的制约；对于制冷空调行业来说，现有设备使用过程中，也存在高电耗，以及常用制冷剂，容易造成臭氧层破坏，而诱发温室效应产生的问题；迫切需要开发节能、环保、低碳的新的制冷技术，以实现对现有技术的及时替代；CO₂作为一种比NH₃更安全的天然制冷剂，它的ODP值（Ozone Depression Potential 消耗臭氧潜能值）为0，GWP（Global Warming Potential全球变暖潜能值）为1，它具有较好的低温流动性、换热性和高温制热性，被视为制冷剂的最理想的替代工质之一；相较于传统制冷系统，CO₂制冷循环，具有安全无毒，单位体积制冷量大，系统设备更为紧凑，低蒸发温度下系统能效更高等特点，适用于商超、冷库等具有冷藏冷冻低温制冷需求的行业；当以CO₂为单一制冷剂时，跨临界CO₂增压制冷循环，具有更优的系统性能，公开号为CN110030756A的中国专利，公开了一种带喷射器的跨临界CO₂冷热联供系统，其特征在于将系统中与气冷器出口和蒸发器入口相连接的节流阀替换为喷射器，并将气冷器产生的冷却热进行回收用于热水供应的技术方案；公开号为CN207350986U的中国专利，公开了一种在利用膨胀机对中低温膨胀功进行回收的同时，使用蒸发冷却器辅助系统对气冷器出口工质进行过冷的跨临界CO₂冷冻冷藏系统；公开号为CN211041462U的中国专利，公开了一种对气冷器余热进行回收并使用机械过冷循环降低气冷器出口工质温度的跨临界CO₂制冷循环；以上这些技术方案均存在无法综合提升系统使用效能的问题。

发明内容

本发明提供了一种跨临界二氧化碳双级压缩冷热联供系统的制冷循环方法，使跨临界CO₂循环的效率和实际使用性能得到大幅提升，并且正常冷热联供模式下，系统进行高效多温区制冷，同时利用冷却热产出高温水进行供热。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思是：本发明针对常见的热泵循环所采用的工质ODP和GWP值高，跨临界CO₂循环时，因为单级压缩排气温度过高、气冷器大温差换热的不可逆损失过大、节流压差过大导致节流损失大等原因，造成系统循环效率低的问题，提出了一种高循环效率的跨临界CO₂双级压缩冷热联供系统及方法，包括冷热联供主循环系统，以及附加机械式过冷循环系统，对循环系统性能进行充分提升，实现了高效制冷和供热；从低温系统增压、降低气冷器出口温度以及回收节流损失三方面，对跨临界CO₂循环进行优化，使跨临界CO₂循环的循环效率和实际使用性能得到大幅提升。