[发明专利]一种二氧化碳做载冷剂的丙烷热泵系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种加热和制冷组合系统，更具体的说，是涉及一种热泵系统。

背景技术

自上世纪70年代始，各国都展开了工业合成制冷剂的限制措施，其中，《蒙特利尔议定书》要求禁止使用氯氟烃（CFC）类制冷剂并逐步淘汰氢氯氟烃（HCFC）类制冷剂。虽然HCFC类制冷剂的禁用日期规定为2030年，基于对环境保护的进一步认识，世界各国均加快了替代HCFC类制冷剂的步伐，我国也将在2013年将使用量冻结在2009年与2010年的平均消耗量基线水平上，实行人工合成制冷剂使用配额制度。因此，寻找替代二氟一氯甲烷（R22）等人工合成工质的任务极其紧迫。

对于HCFC类制冷剂的替代，目前主要有两条路线，一是以美国和日本为主的氯氟烃（CFC）替代路线，其中两元近共沸混合制冷工质，即二氟甲烷和五氟乙烷混合物（R410a）已广泛应用。二是以欧洲为主，特别是德国主张的碳氢化合物替代路线。碳氢化合物是天然存在的物质，与自然的亲和性已经延续了数百万年，其臭氧层衰减指数（ODP）、温室效应指数（DWP）均为零，不会对环境造成危害。在上述两种路线中，第一种替代路线显然是缓兵之计，虽然其ODP为0，但其DWP仍然较高，未来仍属淘汰行列。第二种技术路线采用的是自然界存在的碳氢化合物，属于自然工质，从制冷剂替代的长远考虑，走该种路线是大势所趋。在自然工质中，研究人员对丙烷（R290）和二氧化碳（CO₂）给予了很高的期望。R290是一种可以从液化气中直接获得的天然碳氢制冷剂，具有优良的热力性能，价格低廉，而且R290与普通润滑油和机械结构材料具有兼容性，ODP=0，GWP很小，不需要合成，不改变自然界碳氢化合物的含量，对温室效应没有直接影响。

目前我国空调行业使用最多的制冷剂是二氟一氯甲烷（R22）。R290与R22的标准沸点、凝固点、临界点等基本物理性质非常接近，具备替代R22的基本条件。在饱和液态时，R290的密度比R22小，因此相同容积下R290的灌注量更小。实验表明，相同系统体积下R290的灌注量是R22的43%左右。另外，R290具有良好的材料相容性，与铜、钢、铸铁、润滑油等均能良好相容。与氟利昂等人工合成制冷剂相比，天然工质R290的分子中不含有氯原子，因而ODP值为零，对臭氧层不具有破坏作用。

但R290目前不能得以大规模应用，主要瓶颈是其易燃易爆性未得到有效解决。为减小安全隐患，国际电工委员会（IEC）标准对R290制冷剂的最大安全灌注量进行了限制：10平方米房间内按2.2m的安装高度时，其灌注量须低于290g。减小灌注量后在一定程度上可减小制冷剂的泄漏量，提高R290使用的安全性。

CO₂制冷剂通常被称为R744制冷剂，它的GWP值最低，仅为1；R134a的GWP值为1430，比CO₂制冷剂的破坏能力强1430倍。尽管有些CO₂会从空调系统中泄露出去，但泄露的CO₂对环境产生的影响却很小。然而使用CO₂制冷剂的空调系统比目前市场上流行的使用R134a制冷剂的空调系统效率要低很多。因此CO₂潜热很大，换热性能非常好，粘性小，同时由于工作压力高，流动的压降对循环产生的影响非常小，非常适合做载冷剂。

综上所述，R290和CO₂在实际应用中都存在其难于迅速推广的缺点，即R290的可燃性及CO₂的高运行压力，但作为替代工质的一个技术路线，其自然工质的稳定性和与自然的和谐性的优势异常明显，二者的推广和应用有势在必行。因此如何趋利避害，更好的应用自然工质和减小系统制冷剂充灌量成为研究的一个热点课题。

发明内容

本发明是为了克服现有自然工质的不足之处，提供一种能够安全、高效利用自然工质的热泵系统，即二氧化碳（CO₂）做载冷剂的丙烷（R290）热泵系统，减小R290可燃制冷剂的充灌量，降低CO₂在系统运行时的压力，通过设备的合理利用，提高整个热泵系统的效率和运行的安全性。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种二氧化碳做载冷剂的丙烷热泵系统，该系统由R290循环系统和CO₂循环系统组成；