[发明专利]基于余压回收的CO2中低温冷冻冷藏系统

说明书

技术领域

本发明涉及余压回收及利用技术，尤其涉及一种基于余压回收的CO₂中低温冷冻冷藏系统。

背景技术

随着氟氯烃(CFCs)和氢氟氯烃(HCFCs)类物质破坏臭氧层并且具有较高的温室效应已被或将逐渐被禁用。国内外的相关企业、科研院所和高校均纷纷加大对CO₂制冷空调系统研发的投入，CO₂制冷空调系统是今后制冷空调行业发展的重要研究方向。CO₂有诸多优点：1)环境友好，ODP＝0、GWP＝1；2)安全无毒不可燃，化学性质稳定；3)廉价易获取；4)与润滑油的相容性；5)粘度低、导热系数高，具有良好的热物性以及流动和传热特性；6)单位容积制冷/热量较高，与普通工质相比，CO₂设备体积更加小巧紧凑。但CO₂制冷循环高低压差较高，节流损失大，导致其能效(COP)相对于常规制冷系统较低。

在日本，以“生态精灵”(Eco-Cute)冠名的CO₂热泵热水器作为一种节能环保的产品近几年其年销售量均保持在45万台以上。在欧洲的挪威，CO₂制冷系统在超市冷冻冷藏系统的使用呈现增长的趋势，并已成为超市运营方的首选。虽然CO₂制冷空调技术已应用于多个领域，并且在欧洲、日本及北美地区广泛应用，但CO₂跨临界制冷循环效率较低的关键问题仍未得到根本解决。CO₂的临界温度为31.1℃，临界压力高达7.38MPa，放热过程通常发生在临界点之上，一般称CO₂制冷循环为跨临界循环。由于其运行压力高，节流不可逆损失大，造成循环严重偏离逆向卡诺循环，CO₂跨临界循环效率低于常规制冷剂循环。

因此，迫切需要新开发新型CO₂跨临界制冷循环，减小CO₂节流损失、提升循环热力性能的运行机制，为提高CO₂跨临界制冷循环能效提供一条新的道路，对减轻温室效应、实现HCFCs替代具有重要的经济价值和社会意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于余压回收的CO₂中低温冷冻冷藏系统，对中低温级膨胀功回收，提高CO₂制冷系统COP。

本发明所采取的技术方案是：提出一种基于余压回收的CO₂中低温冷冻冷藏系统，包括余压回收系统和中低温冷冻冷藏系统；余压回收系统包括中温级膨胀机、低温级膨胀机、中温级压缩机和低温级压缩机；中低温冷冻冷藏系统包括气体冷却器、中温蒸发器、低温蒸发器、储液器、节流阀和电子膨胀阀；中温级压缩机出口连接气体冷却器入口，气体冷却器出口连接中温级膨胀机入口，中温级膨胀机出口连接储液器入口，储液器出口分别连接电子膨胀阀和低温级膨胀机入口，电子膨胀阀通过中温蒸发器中温级压缩机入口，储液器通过设置节流阀的管路连接中温级压缩机入口，低温级膨胀机出口通过低温蒸发器连接低温级压缩机入口，低温级压缩机出口连接中温级压缩机入口。

由于CO₂节流过程中的压差大，采用膨胀机代替节流阀后，可回收CO₂节流过程的膨胀功，将膨胀功输送给中、低温级压缩机，实现系统效率的提升。

中低温冷冻冷藏系统内充注的工质为CO₂，由低温级压缩机出口的CO₂过热蒸汽与中温蒸发器出口的过热态的CO₂流体混合后，进入中温级压缩机吸气口，由中温级压缩机压缩至高温高压超临界流体，进入气体冷却器与环境空气进行换热，冷却至温度稍高于环境温度的超临界流体，之后高压CO₂流体经过中温级膨胀机做功，膨胀做功后的CO₂气液两相流体进入储液器分离为气相流体和液相流体，其中气相流体经过节流阀节流降压，流入中温级压缩机，而液相流体一部分流经电子膨胀阀到达中温蒸发器，一部分经过低温级膨胀机膨胀做功，之后进入低温蒸发器，吸热变为过热或饱和气后进入中温级压缩机吸气口，完成循环。

本发明具有的优点和积极效果是：

(1)制冷系统的制冷剂为自然工质CO₂。CO₂的GWP为1，ODP为0，安全无毒不可燃、廉价易获取，在高温条件下也不分解产生有害气体，是环境友好的制冷剂，与现有汽车空调使用的制冷剂相比，大大缓解了温室效应，环保优势明显。