[发明专利]一种机械辅助过冷CO2跨临界制冷制热一体化系统

说明书

本发明公开了一种机械辅助过冷CO₂跨临界制冷制热一体化系统.本发明机械辅助过冷热泵系统的冷却蒸发器流出的制冷剂经辅助循环压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体，进入冷凝器与回水进行换热，换热后的制冷剂经过辅助循环节流阀膨胀节流后进入冷却蒸发器，对CO₂气体冷却器出口的CO₂流体进行冷却；CO₂跨临界制冷制热一体化系统的CO₂经蒸发器流出经过压缩机后进入气体冷却器与回水进行换热，后经过节流阀膨胀节流后流入蒸发器吸收冷却液的热量，冷却液从蒸发器流出经盘管再流入蒸发器。本发明在保证系统高效运行的前提下，充分利用系统吸放热过程的冷量和热量。

技术领域

本发明涉及机械辅助过冷的CO₂制冷制热一体化系统。

背景技术

随着北京携手张家口成功申办2022年冬奥会，我国冰雪运动迎来前所未有的发展机遇。为了实现“三亿人参与冰雪运动”目标，冰雪运动会逐步向大众普及。随着参与冰雪运动的人越来越多，冰雪运动场馆和设施也会飞速增加。大型体育馆会同时设有人工滑冰场、游泳池以及并且冬夏有供暖和供冷的需求。要保证大型体育场馆的正常运转，需要通过制冷设备为滑冰场提供冷量，并且为游泳池以及供暖设备提供热量。为了同时满足制冷和制热的需求，可将滑冰场制冰设备冷凝器侧排放的热量进行回收，为游泳池以及供暖设备提供热量，以提高制冷系统综合能效，达到节能减排的目的。

为保证游泳池水温温度为26～28℃，水温热到50℃左右再注入泳池中，为循环加热。而对于北方地区的体育场馆的供暖系统，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，也为循环加热。并且采暖方式都是依靠燃煤，其燃烧产生的污染物更多，对环境的危害大，也是导致北方冬季雾霾的一大诱因。为治理北方冬季雾霾问题，政府也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，需要对体育场馆的供暖系统进行改造。如采用热泵系统取代燃煤锅炉后，如不改造供热末端(暖气片)的话，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。因此，自然工质CO₂逐渐引起了人们的广泛关注。采用CO₂系统既可以用来制冷也可以用来制热。然而，CO₂热泵系统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。并且CO₂节流损失较大，导致其在制冷工况下，能效也较低。

如采用CO₂系统为滑冰场进行供冷，并且对气体冷却器的放热量进行回收用于游泳池以及供暖，就需要克服以下问题：1)减小CO₂节流不可逆损失，增加制冷量；2)在降低供回水温差的前提下，保证CO₂系统较高的能效；3)保证系统安全环保。

发明内容

本发明目的在于提供一种机械辅助过冷CO₂跨临界制冷制热一体化系统，在保证系统安全环保的前提下，通过机械过冷提高系统能效，实现高效供冷和供热。

本发明所采取的技术方案是：一种机械辅助过冷CO₂跨临界制冷制热一体化系统，包括机械辅助过冷热泵系统和CO₂制冷制热一体化系统；

机械辅助过冷热泵系统包括辅助循环压缩机、冷凝器、辅助循环节流阀和冷却蒸发器；冷却蒸发器流出的制冷剂经辅助循环压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体，进入冷凝器与回水进行换热，换热后的制冷剂经过辅助循环节流阀膨胀节流后进入冷却蒸发器，对CO₂气体冷却器出口的CO₂流体进行冷却；