[实用新型]CO2跨临界循环的制冷热泵机组

说明书

技术领域

本实用新型属于跨临界CO₂制冷热泵技术领域。

背景技术

由于CFCs对于臭氧层和大气变暖的重要影响，保护环境实现CFCs替代成为全世界共同关注的问题。HFCs类制冷剂作为CFCs的替代，虽然不破坏臭氧层，但其明显的温室效应，还是对环境变暖有一定的影响。于是，人们开始大力提倡使用自然制冷剂。CO₂自然制冷剂又受到广泛关注，CO₂制冷热泵装置的研究与应用又一次成为在全球范围内受重视的热点。

现有技术中的跨临界CO₂制冷系统主要包括压缩机、冷却器、回热器、节流阀、气液分离器、蒸发器等，现有技术的跨临界CO₂制冷系统的不足是：当系统所处的环境发生变化时，系统中的制冷剂分布会发生变化，由于在气体冷却器中的高温高压CO₂制冷剂不能液化，导致各个部件中的制冷剂分布对系统压力的影响较大，制冷系统的高低压力调节困难；由于跨临界CO₂的温度和压力不是一一对应，超临界CO₂在冷却器中放热，温度变化很大，较大的冷却器进出口温差使跨临界循环效率提高，不同的出口温度，对应一个最优的冷却压力使循环效率最高。所以当环境温度发生变化引起气体冷却器出口温度发生变化时，不能对冷却压力做出相应调整，以保证制冷系统具有较高的性能系数，而且与亚临界循环不同的是，冷却压力并不是越低越好，而是针对不同的出口温度，存在一个最优值，因此，调节困难。

发明内容       

本实用新型为解决上述问题而提出，其目的在于提供一种CO₂跨临界循环的制冷热泵机组，机组设置合理、简约紧凑，通过对系统冷却压力的控制，维持系统最优化运行。

本实用新型的技术方案是：CO₂跨临界循环的制冷热泵机组，包括CO₂制冷剂压缩机、气体冷却器、回热器、节流阀Ⅰ、气液分离器、节流阀Ⅱ、蒸发器和控制器，其特征在于：机组还包括压力传感器、温度传感器和过热温度传感器，所述各部件通过管路连接成一个闭合系统：压缩机排气口与气体冷却器进口相连，气体冷却器出口与回热器进口Ⅰ相连，回热器出口Ⅰ分成两路，一路经过节流阀Ⅱ后与蒸发器进口相连，另一路经过节流阀Ⅰ与气液分离器进气管相连，气液分离器顶部出气管连通节流阀Ⅱ与蒸发器进口相连的管路，气液分离器底部出液管连通节流阀Ⅱ与蒸发器进口相连的管路，蒸发器出口与回热器进口Ⅱ相连，回热器出口Ⅱ与压缩机吸气口相连，压力传感器设置在压缩机排气口与气体冷却器进口相连的管路上，温度传感器设置在气体冷却器出口与回热器进口Ⅰ相连的管路上，过热温度传感器设置在蒸发器出口的管路上，压力传感器、过热温度传感器和温度传感器通过信号线与控制器相连。

所述节流阀Ⅰ（4）为电动调节阀，节流阀Ⅱ（6）为电动调节阀或机械式调节阀。

本实用新型的制冷过程是：

CO₂压缩机吸入制冷剂气体，压缩后排出高温高压气体进入气体冷却器中，经气体冷却器降温后进入回热器中再次冷却，冷却后的CO₂制冷剂分别通过并联的两个节流阀：节流阀Ⅰ和节流阀Ⅱ节流，制冷剂经过节流阀Ⅱ节流成气液两相CO₂进入到蒸发器中吸热汽化，另一路经过节流阀Ⅰ节流成气液两相CO₂进入到气液分离器中，再分别经过气液分离器的顶部与底部接口管路与节流阀Ⅱ后的制冷剂混合后进入到蒸发器中进行制冷，制冷后制冷剂变成低温低压气液混合物进入到蒸发器中，经过蒸发器吸热变成过热气体后进入到回热器，在回热器中与气体冷却器出来的制冷剂换热，温度升高后进入到压缩机吸入口，如此循环。本实用新型通过两路节流来调节系统制冷剂分布，从而调节系统压力保持在优化设计工况。节流阀II主要控制蒸发器出口过热度，防止供液过多造成压缩机液压缩或者过热度偏大换热效率下降，功能等同于常规制冷系统的节流阀；节流阀I主要根据冷却压力来调节系统中制冷剂的分布，当冷却压力过高，节流阀开大，使冷却器中制冷剂流出量增大，并经过节流后以液态存储在气液分离器中；当冷却压力过低时，节流阀I关小，冷却器中制冷剂流出量减少，但压缩机不断吸气，气液分离器中存储的液态制冷剂逐步补充使冷却压力提高，气液分离器相当于制冷剂存储的缓冲空间。