[发明专利]跨临界CO2

说明书

本发明公开一种跨临界CO₂热泵系统基于安全特性的极限充注量控制方法，包括：1)确定该跨临界二氧化碳热泵系统的性能参数：根据冬季供暖标准工况确定CO₂热泵系统的制热量Q/kW；确定CO₂热泵系统的充注温度T/℃；确定CO₂热泵系统周围环境所能承受的最大爆炸能E/kJ；跨临界CO₂热泵系统的安全极限充注量根据以下关联式计算获得：最大爆炸能为40kJ，极限充注量为：M₄₀≤(0.0001T²‑0.008T+03708)·Q/3.8kg，0℃≤T≤60℃；最大爆炸能为60kJ，极限充注量为：M₆₀≤(0.00009T²‑0.0105T+0.6076)·Q/3.8kg，0℃≤T≤60℃；最大爆炸能为80kJ，极限充注量为：M₈₀≤(0.00009T²‑0.0122T+0.8269)·Q/3.8kg，0℃≤T≤60℃。本发明确保跨临界二氧化碳热泵系统的最大爆炸能在可控的安全性之内，防止跨临界二氧化碳热泵系统在发生部件破损时，压力的瞬间释放，对周围环境和人员造成不可预知的伤害。

技术领域

本发明属于热泵技术领域，特别涉及一种跨临界CO₂热泵系统基于安全特性的极限充注量的控制方法。

背景技术

随着经济的发展，能源成为人类赖以生存和发展的主要物质基础，而在世界各国，能源短缺问题日益明显，成为经济快速发展的障碍。节能、低碳作为当今社会发展的主流方向，指引着各行各业技术应用的发展方向。其次，环境问题同样制约着人类社会的快速发展，传统制冷剂对臭氧层的破坏和对全球气温别暖的影响备受关注。跨临界CO₂热泵系统在提供高温热水的同时，不仅环境友好，而且具有节约能源的特性，作为能源领域的发展方向，具有广阔的发展前景。

二氧化碳作为一种环保工质，且没有毒性，无可燃性，从这些方面，二氧化碳热泵机组的安全性是比较高的。然而，跨临界二氧化碳热泵系统的压力都是比较高的，较高压力的液体或者超临界工质具有非常大的爆炸潜能，当机组任何部件有损坏或有裂缝时，大量的高压液体工质或超临界状态工质发生沸腾膨胀爆炸现象。所谓沸腾膨胀爆炸，也称（Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion） BLEVE，就是当高压二氧化碳容器破裂情况下，大量的液体二氧化碳或超临界二氧化碳压力在瞬间释放，伴随着爆炸冲击波和高速溅射碎片，这种爆炸冲击波或高速溅射碎片往往会对周围环境或人员造成伤害。跨临界二氧化碳热泵多用于冬季采暖、商业供暖、热水等场合，因跨临界二氧化碳热泵工作区域建筑和人员的密集性，产生爆炸对周围环境和人员的伤害是比较大的。因此，必需控制热泵的极限充注量，从而控制热泵在极端条件下的最大爆炸能，控制对周围环境或人员产生伤害的程度。

现有的技术对这一方面的阐述尚不明确，跨临界二氧化碳热泵多带有储液罐，在这样的情况下，实际的充注量对系统循环性能的影响是不大的。而且，在实际工程上，关于跨临界二氧化碳热泵充注量的选择一般只考虑循环系统性能，多根据经验获得，而忽视了安全性层次考虑上的极限充注量。其是存在较大的安全隐患的，一旦具有大量液体或超临界状态的二氧化碳发生瞬间爆炸，对周围环境和人员产生的损害是不可预知的。这将导致跨临界二氧化碳热泵在人员密集性区域的应用受到限制。

确保跨临界二氧化碳的安全性，不仅对保护跨临界二氧化碳热泵工作区域周围环境和人员有重要的意义；对跨临界二氧化碳热泵及其类似应用系统的推广使用同样具有重要的意义。这样，在整个节约能源的社会背景下和保护生态环境迫在眉睫的情形下更显得非常有意义。

发明内容