一种跨临界CO2制冷系统及方法

技术领域

本发明属于空调制冷技术领域，具体涉及一种跨临界CO

背景技术

当前，由于能源的限制及环境问题，各领域对于节能减排的要求越来越严格。在制冷空调行业，系统各部件的整合以及自然工质的应用引起了人们的广泛关注。CO

中国专利CN211041462U公开了一种气体冷却器余热回收跨临界CO

发明专利CN113513854A公开了一种具有高压喷射器的跨临界CO

发明专利CN110513902A公开了一种多级蒸发冷凝机械过冷跨临界CO

基于上述现有的CO

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种跨临界CO

本发明的技术方案是：

一种跨临界CO

所述余热回收驱动有机朗肯动力循环包括第一冷凝器和与第一冷凝器相连的第二膨胀机，所述气体余热回收热交换器的出口连接第二膨胀机，所述第二膨胀机的出口连接第一冷凝器的入口，所述第一冷凝器的出口连接泵，所述泵与气体余热回收热交换器相连接；

所述第一膨胀机驱动低压级压缩机，第二膨胀机驱动高压级压缩机。

进一步的，本发明还保护采用上述跨临界CO

主制冷循环制冷方法，制冷剂在蒸发器中蒸发吸热形成制冷剂气体，制冷剂气体进入低压级压缩机和高压级压缩机进行压缩，得到的高温高压气体经气体余热回收热交换器放出热量后进入第一膨胀机做功用于驱动低压级压缩机，出第一膨胀机后再进入蒸发器；

余热回收驱动有机朗肯动力循环制冷方法，工质在泵中提升压力后进入气体余热回收热交换器吸收热量，变为高温高压气体进入第二膨胀机做功，膨胀输出功用于驱动高压级压缩机，从第二膨胀机出来的低温低压气体经第一冷凝器冷却后，进入泵中完成循环。

进一步的，还包括机械过冷循环，所述机械过冷循环包括依次连接的机械过冷换热器、压缩机、第二冷凝器和节流阀，所述机械过冷换热器设置于气体余热回收热交换器与第一膨胀机之间，所述气体余热回收热交换器的出口连接机械过冷换热器，所述机械过冷换热器连接第一膨胀机。

进一步的，所述节流阀的出口分别连接机械过冷换热器和第一冷凝器，所述机械过冷换热器和第一冷凝器的出口连接压缩机，所述压缩机的出口依次连接第二冷凝器和节流阀。

进一步的，本发明还保护采用上述跨临界CO

主制冷循环制冷方法，制冷剂在蒸发器中蒸发吸热形成制冷剂气体，制冷剂气体进入低压级压缩机和高压级压缩机进行压缩，得到的高温高压气体经气体余热回收热交换器放出热量后，再进入机械过冷换热器进一步放出热量，变为过冷气体后进入第一膨胀机做功驱动低压级压缩机，出第一膨胀机后进入蒸发器；

机械过冷循环制冷方法，由节流阀节流后的制冷剂分为两条支路，一条支路中的制冷剂经机械过冷换热器进入压缩机，另一条支路的制冷剂经第一冷凝器进行换热，然后与出机械过冷换热器的制冷剂气体一起进入压缩机进行压缩，经第二冷凝器放热后进入节流阀；

余热回收驱动有机朗肯动力循环制冷方法，工质在泵中提升压力后进入气体余热回收热交换器吸收热量，然后进入第二膨胀机做功用于驱动高压级压缩机，从第二膨胀机出来的气体经第一冷凝器被冷却后，进入泵中完成循环。

进一步的，所述机械过冷循环通过机械过冷换热器进行主制冷循环制冷剂的过冷，并对第一冷凝器进行冷却。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供的跨临界CO

(2)本发明还增加了一个机械过冷系统，提高有机朗肯动力循环系统的发电效率和主循环CO

(3)基于现有方案中气体余热回收热交换器的高位热量直接排放于环境，导致品位热能的不可逆损失，本发明系统回收CO

(4)本系统主要用于制冷，用有机朗肯动力循环节省压缩机功耗；有机朗肯循环没有锅炉，采用制冷循环中的气体余热回收热交换器的余热来加热有机朗肯动力循环ORC循环的介质，采用有机工质，适用于较低温(100℃左右)的有机工质朗肯发电循环。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的原理图；

图2为本发明实施例2提供的原理图；

上述图中，1、蒸发器；2、低压级压缩机；3、高压级压缩机；4、气体余热回收热交换器；5、第一膨胀机；6、第二膨胀机；7、第一冷凝器；8、泵；9、机械过冷换热器；10、压缩机；11、第二冷凝器；12、节流阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了进一步理解本发明，将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的跨临界CO

其中，主制冷循环中，蒸发器1、低压级压缩机2、高压级压缩机3、气体余热回收热交换器4和第一膨胀机5依次连接并组成一个闭合循环回路；

蒸发器1的出口依次连接低压级压缩机2和高压级压缩机3，高压级压缩机3的出口连接气体余热回收热交换器4，气体余热回收热交换器4的出口连接第一膨胀机5，第一膨胀机5连接蒸发器1。

余热回收驱动有机朗肯动力循环中，第一冷凝器7、第二膨胀机6、气体余热回收热交换器4和泵8依次连接并组成一个闭合循环回路；

在此循环回路中，泵8的出口连接气体余热回收热交换器4，气体余热回收热交换器4的出口连接第二膨胀机6的入口，第二膨胀机6的出口连接第一冷凝器7的入口，第一冷凝器7的出口连接泵8。

上述跨临界CO

主制冷循环的工作流程：制冷剂在蒸发器1中蒸发吸热对外界制冷，出蒸发器1的制冷剂气体以此进入低压级压缩机2和高压级压缩机3进行压缩过程，从高压级压缩机3出来的高温高压气体经气体余热回收热交换器4放出热量后进入第一膨胀机5，出第一膨胀机5后进入蒸发器1，第一膨胀机5回收的膨胀功用于驱动低压级压缩机2。

余热回收驱动有机朗肯动力循环的工作流程：经泵8提升压力后的工质进入气体余热回收热交换器4吸收热量，变为高温高压气体，进入第二膨胀机6膨胀做功，膨胀输出功用于驱动高压级压缩机3。第二膨胀机6出口的低温低压气体经冷凝器冷却后，经泵8提升压力完成此动力循环。

第一膨胀机5和第二膨胀机6进行高压制冷剂的膨胀功回收，并通过分别与低压级压缩机2和高压级压缩机3部件进行同轴连接或者电机连接，实现系统中低压级压缩机2和高压级压缩机3功耗的降低，进而提升系统能效。

实施例2

如图2所示，本实施例提供的跨临界CO

其中，1-5&9为跨临界CO

主制冷循环的闭合回路中，在气体余热回收热交换器4和第一膨胀机5增加了一个机械过冷换热器9，气体余热回收热交换器4的出口连接机械过冷换热器9，机械过冷换热器9连接第一膨胀机5。即，蒸发器1、低压级压缩机2、高压级压缩机3、气体余热回收热交换器4、机械过冷换热器9和第一膨胀机5依次连接并组成一个闭合循环回路。

余热回收驱动有机朗肯动力循环，则同样是第一冷凝器7、第二膨胀机6、气体余热回收热交换器4和泵8依次连接并组成一个闭合循环回路。

机械过冷循环中，节流阀12、第一冷凝器7、机械过冷换热器9、压缩机10、第二冷凝器11依次连接并组成一个闭合循环回路；节流阀12出口分别连接第一冷凝器7和机械过冷换热器9，第一冷凝器7和机械过冷换热器9的出口连接压缩机10入口，压缩机10的出口连接第二冷凝器11，第二冷凝器11的出口连接节流阀12。

上述跨临界CO

主制冷循环的工作流程：与实施例1方案不同的是，由高压级压缩机3出来的气体制冷剂经气体余热回收热交换器4放出热量后并不是直接进入第一膨胀机5，而是通过机械过冷换热器9进一步放出热量，高温高压气体冷却为过冷气体后进入第一膨胀机5，出第一膨胀机5后进入蒸发器1；第一膨胀机5回收的膨胀功用于驱动低压级压缩机2。

机械过冷循环的工作流程：由节流阀12进行节流过程后的制冷剂分为两条支路，一条支路对作为主制冷循环的跨临界CO

余热回收驱动有机朗肯动力循环的工作流程：经泵8提升压力后的工质进入气体余热回收热交换器4吸收热量后，进入第二膨胀机6膨胀做功，膨胀输出功用于驱动高压级压缩机3；从第二膨胀机6出来的气体经第一冷凝器7被机械过冷循环的冷却支路冷却后，经泵8提升压力完成此动力循环。

机械过冷循环通过机械过冷换热器9进行主制冷循环制冷剂的过冷以及对第一冷凝器7的冷却，一方面余热回收驱动有机朗肯动力循环的运行工况得到改善，输出功增大，循环性能提高，另一方面主循环回路中制冷剂的过冷实现系统单位制冷量的增加。第一膨胀机5和第二膨胀机6进行高压制冷剂的膨胀功回收实现系统中对应的两个压缩机整体功耗的降低，具体为第一膨胀机5回收功降低了低压级压缩机2的功耗，第二膨胀机6输出功降低了高压级压缩机3的功耗，进而提升系统性能。

上述说明仅为本发明的优选实施例，并非是对本发明的限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改型等，均应包含在本发明的保护范围之内。