双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO制造技术

本发明专利技术提供了一种双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO

Coupling Transcritical CO of double subcooler series expander

【技术实现步骤摘要】
双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO2双温区系统及应用
本专利技术属于制冷制热、热泵
，尤其是涉及一种引射器增压双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO2增压双温区系统及应用。
技术介绍
能源与环境问题已然成为限制我国经济和社会发展的重要因素。制冷空调领域的高耗能及其对环境的污染引起人们的普遍关注，同时也成为限制制冷空调发展的制约因素。对于民用和商业应用领域，多温区制冷及供热需求日益剧增。目前的解决方案大多是通过两个或者多个设备的使用来达到不同温区的要求，这样不仅造成了能源的极大浪费，还会对环境造成破坏。而且，大多数设备充注的制冷剂也多为HFCs等高GWP工质。由于CO2较低的临界温度(31.1℃)和较高的临界压力(7.38MPa)，使其节流不可逆损失大，制冷效率较低，通过蒸汽压缩制冷循环对跨临界CO2制冷循环气体冷却器出口的CO2进行冷却的方法称为机械过冷。通过增加过冷度使得节流损失降低，循环冷量增加，同时降低CO2循环的运行高压和压缩机排气压力，延长压缩机的使用寿命，提升循环COP。引射器又称喷射泵，主要用于改变流体压力。主流高压流体在喷嘴中等熵膨胀速度增加压力降低，引射卷吸二次流，两股流体在混合室内混合至中间压力，形成引射器出口高压与二次流中压两个不同压力。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO2双温区系统，针对采用传统单一蒸发温度的机械过冷过冷度较大、CO2温降过大，导致换热不可逆损失较大的问题，提出采用引射器制造引射器出口高压和为二次流入口中压的两个不同蒸发压力，通过两个串联的蒸发器实现两个不同温位的蒸发温度，实现CO2连续两次梯级过冷，使CO2过冷与普通工质蒸发换热形成更良好的温度匹配，缩小传热温差，很大程度上降低换热不可逆损失，能够显著提高系统整体能效。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO2双温区系统，包括CO2低温级蒸发器、冷凝器、引射器和CO2中温级蒸发器；所述CO2低温级蒸发器的出口、CO2中温级蒸发器的出口均依次连通CO2高压级压缩机、CO2气体冷却器的热媒侧、中温级冷却蒸发器的热媒侧、低温级冷却蒸发器的热媒侧；低温级冷却蒸发器的热媒侧的出口与CO2低温级膨胀机的进口、CO2中温级膨胀机的进口连通；CO2低温级膨胀机的出口连通CO2低温级蒸发器的进口，CO2中温级膨胀机的出口与CO2中温级蒸发器的进口连通；所述引射器的出口依次连通中温级冷却蒸发器的冷媒侧、普通工质压缩机和冷凝器的热媒侧；冷凝器的热媒侧通过一路管线与引射器的第一入口连通，通过另一路管线依次连通低温级冷却蒸发器的冷媒侧和引射器的第二入口；所述冷凝器的冷媒侧出口与CO2气体冷却器的冷媒侧连通。进一步的，所述的双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO2双温区系统，还包括节流阀；所述节流阀安装在冷凝器的热媒侧与低温级冷却蒸发器的冷媒侧连通的管线上。进一步的，CO2低温级蒸发器的出口与CO2高压级压缩机之间还连通有CO2低压级压缩机。进一步的，CO2低温级蒸发器下方安装有风机。进一步的，所述中温级冷却蒸发器冷媒侧、低温级冷却蒸发器冷媒侧、冷凝器热媒侧流经的工质为纯制冷剂；冷凝器的冷媒侧与CO2气体冷却器的冷媒侧的换热流体为水或乙二醇水溶液等载冷剂。进一步的，所述中温级冷却蒸发器冷媒侧、低温级冷却蒸发器冷媒侧、冷凝器热媒侧流经的工质为R1234ze(Z)、R1234ze(E)、R1233zd(E)、R1224yd(Z)、R1336mzz(Z)、R365mfc、R1234yf、R245fa中的一种。进一步的，所述中温级冷却蒸发器冷媒侧、低温级冷却蒸发器冷媒侧、冷凝器热媒侧流经的工质为非共沸混合工质。进一步的，所述中温级冷却蒸发器冷媒侧、低温级冷却蒸发器冷媒侧、冷凝器热媒侧流经的工质为CO2/R1234ze(E)、CO2/R1234ze(Z)、CO2/R1234yf、R41/R1234ze(E)、R41/R1234ze(Z)、R41/R1234yf、R32/R1234ze(E)、R32/R1234ze(Z)、R32/R1234yf中的一种。进一步的，CO2气体冷却器的热媒侧、中温级冷却蒸发器的热媒侧、低温级冷却蒸发器的热媒侧的流体为CO2。进一步的，CO2气体冷却器、冷凝器均为套管式换热器或板式换热器，套管式换热器为纯逆流换热器，板式换热器可近似认为是逆流式。CO2低温级蒸发器、中温级冷却蒸发器、低温级冷却蒸发器、CO2中温级蒸发器分别采用翅片管式蒸发器、套管式换热器、套管式换热器、翅片管式蒸发器。进一步的，CO2低温级蒸发器的蒸发温度范围为-56～-20℃，中温级冷却蒸发器的温度范围为10～40℃，低温级冷却蒸发器的温度范围为-10～20℃，CO2中温级蒸发器的温度范围为-20～10℃，CO2中温级膨胀机的进气压力范围为7.5～14MPa，排气压力范围为1.97～4.50MPa；CO2低温级膨胀机的进气压力范围为7.5～14MPa，排气压力范围为0.53～4.50MPa；CO2高压级压缩机的吸气压力范围为1.97～4.50MPa，排气压力范围为7.5～14MPa；CO2低压级压缩机的吸气压力范围为0.53～1.97MPa，排气压力范围为1.97～4.50MPa。本专利技术还涉及如上所述的双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO2双温区系统在热泵供暖、制冷及供暖供冷两联供、生产中高温热水及带压蒸汽领域的应用。本专利技术所述的双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO2双温区系统的工作原理为：由CO2低温级蒸发器、CO2中温级蒸发器、CO2低压级压缩机、CO2气体冷却器、CO2高压级压缩机、CO2中温级膨胀机以及CO2低温级膨胀机组成跨临界CO2增压双温区循环。使用时，CO2低温级蒸发器出口的低温低压CO2流体被CO2低压级压缩机吸入压缩至中温中压的工质流体后与来自CO2中温级蒸发器出口的CO2进行混合，而后被CO2高压级压缩机吸入并压缩至高温高压的CO2流体，然后进入CO2气体冷却器与换热流体换热，之后依次流经中温级冷却蒸发器CO2侧(也即热媒侧)与低温级冷却蒸发器CO2侧(也即热媒侧)，通过普通工质或非共沸工质蒸发过程连续进行两次放热，而后流出低温级冷却蒸发器后分为两路，一路经CO2低温级膨胀机膨胀后在CO2低温级蒸发器内换热，另一路经过CO2中温级膨胀机膨胀后流经CO2中温级蒸发器进行蒸发吸热，完成跨临界CO2双温区循环。由普通工质压缩机、冷凝器、引射器、中温级冷却蒸发器、低温级冷却蒸发器、节流阀组成引射器增压双过冷器串联机械过冷跨临界CO2循环。所涉及的换热器均为逆流式—冷凝器、CO2气体冷却器、低温级冷却蒸发器、中温级冷却蒸发器均为套管或板式换热器(套管式为纯逆流换热器，板式可近似认为是逆流式)。普通工质压缩机将中温级冷却蒸发器普通工质侧出口的普通工质压缩至高温高压气体，之后进入冷凝器与换热流体换热，为换热流体提供热量，冷凝器出口的高压流体分为两路，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO

【技术特征摘要】
1.双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO2双温区系统，其特征在于：包括CO2低温级蒸发器(1)、冷凝器(8)、引射器(9)和CO2中温级蒸发器(13)；
所述CO2低温级蒸发器(1)的出口、CO2中温级蒸发器(13)的出口均依次连通CO2高压级压缩机(2)、CO2气体冷却器(3)的热媒侧、中温级冷却蒸发器(4)的热媒侧、低温级冷却蒸发器(5)的热媒侧；低温级冷却蒸发器(5)的热媒侧的出口与CO2低温级膨胀机(12)的进口、CO2中温级膨胀机(6)的进口连通；CO2低温级膨胀机(12)的出口连通CO2低温级蒸发器(1)的进口，CO2中温级膨胀机(6)的出口与CO2中温级蒸发器(13)的进口连通；
所述引射器(9)的出口依次连通中温级冷却蒸发器(4)的冷媒侧、普通工质压缩机(7)和冷凝器(8)的热媒侧；冷凝器(8)的热媒侧通过一路管线与引射器(9)的第一入口连通，通过另一路管线依次连通低温级冷却蒸发器(5)的冷媒侧和引射器(9)的第二入口；
所述冷凝器(8)的冷媒侧出口与CO2气体冷却器(3)的冷媒侧连通。


2.根据权利要求1所述的双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO2双温区系统，其特征在于：还包括节流阀(10)；所述节流阀(10)安装在冷凝器(8)的热媒侧与低温级冷却蒸发器(5)的冷媒侧连通的管线上。


3.根据权利要求1所述的双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO2双温区系统，其特征在于：CO2低温级蒸发器(1)的出口与CO2高压级压缩机(2)之间还连通有CO2低压级压缩机(14)。


4.根据权利要求1或3所述的双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO2双温区系统，其特征在于：CO2低温级蒸发器(1)下方安装有风机。


5.根据权利要求1至3任意一项所述的双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO2双温区系统，其特征在于：所述中温级冷却蒸发器(4)冷媒侧、低温级冷却蒸发器(5)冷媒侧、冷凝器(8)热媒侧流经的工质为纯制冷剂；冷凝器(8)的冷媒侧与CO2气体冷却器(3)的冷媒侧的换热流体为水或乙二醇水溶液；CO2气体冷却器(3)的热媒侧、中温级冷却蒸发器(4)的热媒侧、低温级冷却蒸发器(5)的热媒侧的流体为CO2。


6.根据权利要求5所述的双过冷器串联膨胀机耦合跨临界CO2双温区系统，其特征在于：所述中温级冷却蒸发器(4)冷媒侧、低温级冷却蒸发器(5)冷媒侧、冷凝器(8)热媒侧流经的工质...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁玉辉，
申请(专利权)人：中机国能炼化工程有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12