[发明专利]一种跨临界CO2

说明书

本发明公开了一种跨临界CO₂并行压缩系统及其容量配比方法，包含主回路和辅助回路两个回路，应用辅助回路在过冷‑蒸发器中的蒸发作用将气体冷却器主回路出口的温度降低至过冷‑蒸发器主回路出口；本发明根据环境温度包括三种工作模式：正常运行模式下，环境温度为‑20‑0℃，调节辅助回路压缩机的频率来保证系统高效运行；低频运行模式下，环境温度为0‑15℃，在环境温度高、制热量较大时，通过降频来节约能源；超频运行模式下，环境温度低于‑20℃，保证系统在极低环境温度下的制热量和运行稳定性；三种模式中回水温度均为35‑50℃，出水温度均为50‑70℃。启动过程中，在辅助回路压力小于5MPa时进行辅助回路压缩机的低频启动方式，保证辅助回路启动运行过程的稳定性。

技术领域

本发明属于热泵技术领域，涉及一种跨临界CO₂并行压缩系统及其容量配比方法。

背景技术

热泵是通过消耗能量做功比如机械能、电能及热能，通过热力循坏，把热能从低位转移至高位的技术。应用于供暖系统的传统热泵大多使用R134a，R410a等传统工质，环保性较差，正在面临逐渐淘汰。取而代之的是应用自然工质的供暖用热泵系统，CO₂以其较高的导热系数和定压比热、更小的气态密度、粘度和表面张力，更适合作为制冷剂。CO₂作为制冷剂具有良好的环保性能，其本身为惰性气体，并且没有毒性；其化学结构稳定，不会在高温环境下产生有害气体，不具备燃烧性；并且CO₂的GWP为1，ODP为0，不会破坏臭氧层；CO₂极易获取，一般通过分离空气即可被提取出来，故在无排放的同时可能实现负排放。

1990年，前国际制冷学会主席G.Lorentzen提出了标准跨临界CO₂循环系统，随后跨临界 CO₂系统应用在了多个领域。CO₂临界温度为30.98℃，临界压力为7.38MPa，因为超临界区放热过程无相变，存在一个较大的温度滑移，且压缩机排气温度可轻松达到100℃以上，故更加适合给水加热。在相同的条件下，相比传统工质的热泵系统，跨临界CO₂热泵能够将水加热到更高的温度。

跨临界CO₂热泵可以把水温升到更高的温度，适用于将水从环境温度(低于20℃)加热到高温(超过80℃)，最高出水温度可以达到90℃。但随着气体冷却器进水温度的升高，系统性能变差，特别是在低环境温度，回水温度为40-50℃的供暖工况下，跨临界CO₂热泵制热能效比较差，跨临界CO₂热泵系统气体冷却器进水温度对系统性能的影响如图2所示。

跨临界CO₂并行压缩系统通过辅助回路的蒸发吸热作用给气体冷却器主回路出口降温，可以有效降低主回路电子膨胀阀前温度，从而增加蒸发器从环境温度中的吸热量，有效提升在高回水温度下的系统性能，降低在高回水温度下的最优排气压力。现有的跨临界CO₂并行压缩系统具有变频压缩机，在每个环境温度下，由于主回路质量流量随环境温度的变化，辅助回路的质量流量也要相应变化才可以达到更好的系统性能。辅助回路的质量流量变化则需要调整辅助回路压缩机的频率。

现有的跨临界CO₂并行压缩系统运行的环境温度范围为-20-0℃，这一运行温度范围可以满足大多数我国北方地区的应用，但对于纬度更高、海拔更高的环境工况更加恶劣的地区，并行压缩系统的正常运行模式已经不能满足制热需求，并且系统运行稳定性下降。

发明内容