[发明专利]一种跨临界二氧化碳热风机及其性能优化控制方法

说明书

本发明公开了一种跨临界二氧化碳热风机及其性能优化控制方法，热风机采用两级气体冷却器和中间回热器的结构配置，第二级气体冷却器的热负荷为第一级气体冷却器的三分之一，利用高压侧的热量提高压缩机的排气温度，从而在满足换热需要的情况下，实现在高环境温度高出风温度的工况下生产热风，并且同时降低了相应的排气压力，增强了系统的可靠性。所提出的性能优化控制方法，考虑了环境空气温度、设定出风温度和回热器效率，可以满足不同运行工况和变工况下的需要，适用性广。

技术领域

本发明属于热泵技术领域，特别涉及一种跨临界二氧化碳热风机及其性能优化控制方法。

背景技术

由于温室效应的不断加剧，近年来，社会大众、研究机构和政府部门都越来越关注全球变暖这一重大问题。而在制冷和热泵领域，无臭氧层破坏效应的HFC制冷剂如今正在被广泛应用。但是，由于HFC制冷剂具有较高的全球变暖潜力(GWP)，对全球变暖有一定的影响，因此进一步的环境友好型制冷剂的研究和替代工作正在如火如荼地展开。二氧化碳(CO₂)作为自然工质，其臭氧层破坏潜能值ODP为0，全球变暖潜力值GWP为1，具有突出的环境友好性能。CO₂作为天然存在于环境中的无机化合物，安全无毒，不可燃，化学性质稳定，不管是在生产、运输还是在使用中均对环境无污染。同时作为制冷剂，CO₂的单位容积制热量也是传统制冷剂的3～5倍，使得CO₂热泵在相同能力下需要的压缩机排量更小，机组充注量更少，机组体积更小。在前国际制冷学会主席G.Lorentzen提出了跨临界CO₂循环后，CO₂在制冷热泵系统领域的研究中逐渐受到了重视。

在跨临界CO₂循环中，由于在高压侧放热时存在的温度滑移现象，使得其特别适合应用于需要大温升的加热场景，比如水和空气的一次直流加热。在应用于生产热水时，跨临界CO₂热泵可以做到低进水温度下直接产出90℃以上的热水，这是采用传统制冷剂的热泵无法比拟的优势。类似地，在热风机系统中，跨临界CO₂循环也可以产生比传统制冷剂热泵更高温度的出风，使得其可应用的工艺领域大大扩展，并能取代燃煤、燃气、电加热等传统供热方法，实现节能环保。

然而，对于跨临界CO₂热泵循环来说，当环境温度较高时，蒸发温度相应升高，此时压缩机的压比较小，即使制冷剂CO₂在蒸发器出口的过热度很大，排气温度也无法达到较高水平。若此时需要生产较高温度的热风，如80℃以上，较低的排气温度则无法满足在高压侧放热所需要的换热温差，导致出风温度不足，满足不了热风工艺的需要。而且，由于目前跨临界CO₂压缩机、换热器、阀件等系统部件的耐压均存在上限值，因此采用单纯升高压缩机排气压力的方式来保证排气温度存在应用限制，无法满足要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种跨临界二氧化碳热风机及其性能优化控制方法，以解决上述提及的跨临界二氧化碳热风机在较高环境温度(10～40℃)、高出风温度(60～90℃)工况下存在的排气温度不足的问题，同时进行性能的优化控制。

本发明为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种跨临界二氧化碳热风机，采用两级气体冷却器和中间回热器的结构配置，第二级气体冷却器的热负荷为第一级气体冷却器的三分之一，利用高压侧的热量提高压缩机的排气温度，实现在高环境温度高出风温度的工况下生产热风。

进一步的，包括：压缩机、第一级气体冷却器、第二级气体冷却器、电子膨胀阀、蒸发器、回热器、气液分离器、变频风机和定频风机；