[发明专利]一种二氧化碳亚临界制冷系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种二氧化碳亚临界制冷系统及其控制方法，涉及二氧化碳制冷技术领域。制冷系统包括二氧化碳制冷模块和二氧化碳冷凝模块；二氧化碳冷凝模块包括三通阀、自然冷凝回路和制冷介质冷凝回路；二氧化碳制冷模块、自然冷凝回路和制冷介质冷凝回路分别与三通阀的三个端口连通；自然冷凝回路通过外界自然冷源冷凝二氧化碳；制冷介质冷凝回路通过制冷介质冷凝二氧化碳。控制方法包括根据室外温度，通过三通阀控制二氧化碳制冷模块与自然冷凝回路或者制冷介质冷凝回路相连通。本发明在室外温度较低时可通过外界自然冷源冷凝二氧化碳，可减少制冷介质回路的运行时间，大幅减小运行能耗，延长部件使用寿命，具有安全、低能耗、应用广泛的优点。

技术领域

本发明涉及二氧化碳制冷技术领域，具体涉及一种二氧化碳亚临界制冷系统及其控制方法。

背景技术

二氧化碳作为一种纯天然冷媒，因其优秀的热力学特性和低GWP(全球变暖潜能值)特性，在能效、环保等方面具备突出优势，逐渐成为一种主流制冷剂而得到广泛的应用。但二氧化碳的临界点温度较低，超过31℃即达到跨临界状态而导致压力不可控，要实现高效安全经济地利用二氧化碳制冷的目的，一般是采用复叠技术，构建复叠式二氧化碳制冷系统，将二氧化碳控制在亚临界状态进行制冷循环。

复叠式二氧化碳制冷系统通常包含二氧化碳制冷模块和二氧化碳冷凝模块，二氧化碳在二氧化碳制冷模块中通过蒸发器与环境换热制冷，换热后的二氧化碳升温蒸发，为了防止二氧化碳进入跨临界状态，需要通过二氧化碳冷凝模块及时对二氧化碳进行降温冷凝。二氧化碳冷凝模块通常由压缩机组、冷凝器、节流阀、冷凝蒸发换热器等部件组成，二氧化碳冷凝模块中流动有制冷介质，在压缩机组的动力作用下，持续向冷凝蒸发换热器中输入低温的制冷介质。而换热后升温的二氧化碳也会进入冷凝蒸发换热器中，制冷介质与二氧化碳在冷凝蒸发换热器中换热，使二氧化碳降温冷凝，保持亚临界状态。

上述的复叠式二氧化碳制冷系统，只依靠二氧化碳冷凝模块对二氧化碳进行冷凝，二氧化碳冷凝模块内的部件，如压缩机组需持续长时间运转，一方面其运行能耗较高，另一方面会缩短部件的使用寿命，进而影响整套二氧化碳制冷系统的寿命。而在我国广大的北方，秋冬季气温普遍较低，具备自然冷凝二氧化碳的环境条件，因而，如何通过外界自然冷源与二氧化碳换热，使二氧化碳降温冷凝，以降低二氧化碳冷凝模块的运行负荷，是一个切实可行且具有实用价值的研究方向。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明目的之一在于提供一种二氧化碳亚临界制冷系统，目的之二在于提供一种上述制冷系统的控制方法。本发明在室外温度较低时可通过外界自然冷源冷凝二氧化碳，可减少制冷介质回路的运行时间，大幅减小运行能耗，延长部件使用寿命，具有安全、低能耗、应用广泛的优点。

本发明所述的一种二氧化碳亚临界制冷系统，包括用于通过二氧化碳制冷的二氧化碳制冷模块、以及用于冷凝二氧化碳的二氧化碳冷凝模块；所述二氧化碳冷凝模块包括三通阀、自然冷凝回路和制冷介质冷凝回路；

所述二氧化碳制冷模块的出气端连通所述三通阀的第一端口，所述三通阀的第二端口连通所述自然冷凝回路，所述自然冷凝回路连通所述二氧化碳制冷模块的回液端；所述自然冷凝回路包括设置在室外的二氧化碳冷凝器，所述二氧化碳冷凝器通过外界自然冷源冷凝二氧化碳；

所述三通阀的第三端口连通所述制冷介质冷凝回路，所述制冷介质冷凝回路连通所述二氧化碳制冷模块的回液端，所述制冷介质冷凝回路通过制冷介质冷凝二氧化碳。

优选地，所述二氧化碳制冷模块包括二氧化碳压缩机组、二氧化碳储液器、二氧化碳节流阀和二氧化碳蒸发器；

所述二氧化碳压缩机组的出口连通所述三通阀的第一端口，所述二氧化碳储液器的入口为所述二氧化碳制冷模块的回液端；所述二氧化碳储液器的出口通过所述二氧化碳节流阀连通所述二氧化碳蒸发器的入口，所述二氧化碳蒸发器的出口连通所述二氧化碳压缩机组的入口。