一種蒸汽壓縮輔助過冷的CO2跨臨界制冷循環冷庫的制作方法

本實用新型涉及冷庫用制冷系統技術領域，尤其涉及一種配有并采用低GWP非共沸混合制劑的蒸汽壓縮輔助循環的CO₂跨臨界制冷循環冷庫。

背景技術：

氣候變化是當今人類社會面臨的重大挑戰，破壞臭氧層并且具有較高的溫室效應已被或將逐漸被禁用，自然工質成為當今制冷行業的研究熱點。在眾多自然工質中，最具代表性和競爭力的是CO₂。CO₂制冷系統是制冷技術發展的重要方向。

CO₂制冷循環系統由于其運行壓力高，節流不可逆損失大，造成循環嚴重偏離逆向卡諾循環，CO₂跨臨界循環效率低于常規制冷劑循環。

提高CO₂跨臨界制冷循環能效、促進CO₂制冷系統應用提供一條新的道路，對減輕溫室效應、實現HCFCs替代具有重要的經濟價值和社會意義。

技術實現要素：

本實用新型是為了克服現有技術的不足，在CO₂跨臨界制冷系統基礎上并聯一種配有并采用低GWP非共沸混合制冷劑的蒸汽壓縮輔助循環，用CO₂冷卻蒸發器實現主循環與輔助循環的連結，降低主循環氣體冷卻器的出口溫度，降低節流過程中的不可逆損失，降低系統高壓與壓縮機排氣溫度，提高制冷量，并確保系統的環保特性。

本實用新型為實現上述目的，通過以下技術方案實現，一種蒸汽壓縮輔助循環的CO₂跨臨界制冷系統，主循環回路包括依次連接的主循環壓縮機1出口，氣體冷卻器2和CO₂冷卻蒸發器6，CO₂冷卻蒸發分別連接冷凍用引射器7入口和冷藏用引射器8入口，冷凍用引射器7出口和冷藏用引射器8出口分別連接氣液分離器11氣體入口；氣液分離器氣體出口連接主循環壓縮機1入口；氣液分離器11液體出口分別通過12和冷藏用膨脹閥連接冷凍用蒸發器9入口和冷藏用蒸發器10入口；冷凍用蒸發器9出口和冷藏用蒸發器10出口分別連接冷凍用引射器7和冷藏用引射器8；輔助循環回路由依次連接的輔助循環壓縮機3，輔助循環冷凝器4，輔助循環節流裝置5和CO₂冷卻蒸發器6組成，輔助循環中采用非共沸混合制冷劑。

有益效果：與現有技術相比，通過在輔助循環中采用非共沸混合制冷劑，利用輔助循環中非共沸混合制冷劑蒸發過程的變溫特性與主循環超臨界CO₂的變溫特性實現溫度匹配，從而減少換熱溫差帶來的不可逆損失，提高循環整體的熱力學完善度，提升系統性能，通過輔助循環的蒸發過程將主循環氣體CO₂的熱量轉移到大氣環境或冷卻水，實現CO₂過冷，進而減小節流損失，增加制冷量。并且主循環節流裝置采用引射器代替節流閥來回收一部分膨脹過程的壓力勢能，從而提高壓縮機的吸氣壓力，減少壓縮機的輸入功，進一步提高系統的COP。

附圖說明

圖1為本實用新型系統T-s圖；

圖2為本實用新型結構示意圖。

圖中： 1、主循環壓縮機，2、氣體冷卻器，3、輔助循環壓縮機，4、輔助循環冷凝器，5、輔助循環節流裝置，6、CO₂冷卻蒸發器，7、冷凍用引射器，8、冷藏用引射器，9、冷凍用蒸發器，10、冷藏用蒸發器，11、氣液分離器，12、冷凍用膨脹閥，13、冷藏用膨脹閥。

具體實施方式

本實用新型的核心是在輔助循環中采用非共沸混合制冷劑，相較于普通純工質制冷劑，可有效實現過冷過程中的溫度匹配，從而減少換熱溫差帶來的不可逆損失，提高循環整體的熱力學完善度，提升系統性能；相較于采用膨脹機回收膨脹功的方法，簡化了系統結構，降低了成本。

如圖2所示，主循環回路包括依次連接的主循環壓縮機1出口，氣體冷卻器2和CO₂冷卻蒸發器6，CO₂冷卻蒸發分別連接冷凍用引射器7入口和冷藏用引射器8入口，冷凍用引射器7出口和冷藏用引射器8出口分別連接氣液分離器11氣體入口；氣液分離器氣體出口連接主循環壓縮機1入口；氣液分離器11液體出口分別通過12和冷藏用膨脹閥13連接冷凍用蒸發器9入口和冷藏用蒸發器10入口；冷凍用蒸發器9出口和冷藏用蒸發器10出口分別連接冷凍用引射器7和冷藏用引射器8；輔助循環回路由依次連接的輔助循環壓縮機3，輔助循環冷凝器4，輔助循環節流裝置5和CO₂冷卻蒸發器6組成，輔助循環中采用非共沸混合制冷劑。非共沸混合制冷劑可采用R41(二氟甲烷/五氟乙烷)/R152a（1-1二氟乙烷）。

圖1是本實用新型系統T-s圖，圖中：循環a-b-c-d-a為傳統CO₂跨臨界節流閥制冷循環，循環a-b-c”-d”-a是有過冷循環，即CO₂主循環，循環a’-b’-c’-d’-a’為輔助循環，制冷工質可選擇常規制冷劑。受環境溫度的限制（假設為35℃），CO₂氣體冷卻器的出口溫度較高，為降低節流前CO₂的溫度，可通過輔助循環的蒸發過程（d’-a’）將主循環中CO₂的過冷過程（c-c”）放出的熱量轉移至冷卻水或大氣環境，實現CO₂過冷，進而減小節流損失，增加制冷量。實現該換熱過程的過冷器稱為CO₂冷卻蒸發器。

CO₂冷卻蒸發器6實現將主循環和輔助循環耦合在一起，是新型CO₂跨臨界制冷循環的關鍵組成部件。氣體冷卻器出口的CO₂為超臨界狀態，在過冷過程中產生較大的溫度滑移，溫度逐漸降低。對于輔助循環側制冷劑，如果為純工質，其蒸發過程為等溫過程，而對于非共沸混合工質為變溫過程。對于純工質，CO₂出口側兩側制冷劑溫差較小，但入口側的溫差很高，兩側制冷劑換熱過程中由于較高溫差產生很大的換熱溫差不可逆損失，降低了循環整體的熱力學完善度，影響了循環的系統性能。而對于非共沸混合工質，由于非共沸混合物在換熱器的相變過程中存在溫度滑移，其飽和溫度隨蒸發過程的進行逐漸升高，與CO₂的溫度變化形成良好的溫度匹配，減小了冷卻蒸發器換熱過程中的不可逆損失，提高了循環整體的熱力學完善度，改善了循環運行性能。非共沸混合工質的各組元選用低GWP制冷劑，保證輔助循環的制冷劑環境友好。

對于CO₂跨臨界制冷循環冷庫，由于系統運行壓力高，采用引射器代替傳統節流閥可有效回收膨脹過程的壓力勢能，從而提高壓縮機的吸氣壓力，減少壓縮機的輸入功，進而提高系統的COP。