一种蒸汽压缩辅助过冷的CO2跨临界制冷循环冷库的制作方法

本发明涉及冷库用制冷系统技术领域，尤其涉及一种配有并采用低GWP非共沸混合制冷剂的蒸汽压缩辅助循环的CO₂跨临界制冷循环冷库。

背景技术：

气候变化是当今人类社会面临的重大挑战，破坏臭氧层并且具有较高的温室效应已被或将逐渐被禁用，自然工质成为当今制冷行业的研究热点。在众多自然工质中，最具代表性和竞争力的是CO₂。CO₂制冷系统是制冷技术发展的重要方向。

CO₂制冷循环系统由于其运行压力高，节流不可逆损失大，造成循环严重偏离逆向卡诺循环，CO₂跨临界循环效率低于常规制冷剂循环。

提高CO₂跨临界制冷循环能效、促进CO₂制冷系统应用提供一条新的道路，对减轻温室效应、实现HCFCs替代具有重要的经济价值和社会意义。

技术实现要素：

本发明是为了克服现有技术的不足，在CO₂跨临界制冷系统基础上并联一种配有并采用低GWP非共沸混合制冷剂的蒸汽压缩辅助循环，用CO₂冷却蒸发器实现主循环与辅助循环的连结，降低主循环气体冷却器的出口温度，降低节流过程中的不可逆损失，降低系统高压与压缩机排气温度，提高制冷量，并确保系统的环保特性。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种蒸汽压缩辅助循环的CO₂跨临界制冷系统，主循环回路包括依次连接的主循环压缩机1出口，气体冷却器2和CO₂冷却蒸发器6，CO₂冷却蒸发分别连接冷冻用引射器7入口和冷藏用引射器8入口，冷冻用引射器7出口和冷藏用引射器8出口分别连接气液分离器11气体入口；气液分离器气体出口连接主循环压缩机1入口；气液分离器11液体出口分别通过12和冷藏用膨胀阀连接冷冻用蒸发器9入口和冷藏用蒸发器10入口；冷冻用蒸发器9出口和冷藏用蒸发器10出口分别连接冷冻用引射器7和冷藏用引射器8；辅助循环回路由依次连接的辅助循环压缩机3，辅助循环冷凝器4，辅助循环节流装置5和CO₂冷却蒸发器6组成，辅助循环中采用非共沸混合制冷剂。

有益效果：与现有技术相比，通过在辅助循环中采用非共沸混合制冷剂，利用辅助循环中非共沸混合制冷剂蒸发过程的变温特性与主循环超临界CO₂的变温特性实现温度匹配，从而减少换热温差带来的不可逆损失，提高循环整体的热力学完善度，提升系统性能，通过辅助循环的蒸发过程将主循环气体CO₂的热量转移到大气环境或冷却水，实现CO₂过冷，进而减小节流损失，增加制冷量。并且主循环节流装置采用引射器代替节流阀来回收一部分膨胀过程的压力势能，从而提高压缩机的吸气压力，减少压缩机的输入功，进一步提高系统的COP。

附图说明

图1为本发明系统T-s图。

图2为本发明结构示意图。

图中： 1、主循环压缩机，2、气体冷却器，3、辅助循环压缩机，4、辅助循环冷凝器，5、辅助循环节流装置，6、CO₂冷却蒸发器，7、冷冻用引射器，8、冷藏用引射器，9、冷冻用蒸发器，10、冷藏用蒸发器，11、气液分离器，12、冷冻用膨胀阀，13、冷藏用膨胀阀。

具体实施方式

本发明的核心是在辅助循环中采用非共沸混合制冷剂，相较于普通纯工质制冷剂，可有效实现过冷过程中的温度匹配，从而减少换热温差带来的不可逆损失，提高循环整体的热力学完善度，提升系统性能；相较于采用膨胀机回收膨胀功的方法，简化了系统结构，降低了成本。

如图2所示，主循环回路包括依次连接的主循环压缩机1出口，气体冷却器2和CO₂冷却蒸发器6，CO₂冷却蒸发分别连接冷冻用引射器7入口和冷藏用引射器8入口，冷冻用引射器7出口和冷藏用引射器8出口分别连接气液分离器11气体入口；气液分离器气体出口连接主循环压缩机1入口；气液分离器11液体出口分别通过12和冷藏用膨胀阀13连接冷冻用蒸发器9入口和冷藏用蒸发器10入口；冷冻用蒸发器9出口和冷藏用蒸发器10出口分别连接冷冻用引射器7和冷藏用引射器8；辅助循环回路由依次连接的辅助循环压缩机3，辅助循环冷凝器4，辅助循环节流装置5和CO₂冷却蒸发器6组成，辅助循环中采用非共沸混合制冷剂。非共沸混合制冷剂可采用R41(二氟甲烷/五氟乙烷)/R152a（1-1二氟乙烷）。

图1是本发明系统T-s图，图中：循环a-b-c-d-a为传统CO₂跨临界节流阀制冷循环，循环a-b-c”-d”-a是有过冷循环，即CO₂主循环，循环a’-b’-c’-d’-a’为辅助循环，制冷工质可选择常规制冷剂。受环境温度的限制（假设为35℃），CO₂气体冷却器的出口温度较高，为降低节流前CO₂的温度，可通过辅助循环的蒸发过程（d’-a’）将主循环中CO₂的过冷过程（c-c”）放出的热量转移至冷却水或大气环境，实现CO₂过冷，进而减小节流损失，增加制冷量。实现该换热过程的过冷器称为CO₂冷却蒸发器。

CO₂冷却蒸发器6实现将主循环和辅助循环耦合在一起，是新型CO₂跨临界制冷循环的关键组成部件。气体冷却器出口的CO₂为超临界状态，在过冷过程中产生较大的温度滑移，温度逐渐降低。对于辅助循环侧制冷剂，如果为纯工质，其蒸发过程为等温过程，而对于非共沸混合工质为变温过程。对于纯工质，CO₂出口侧两侧制冷剂温差较小，但入口侧的温差很高，两侧制冷剂换热过程中由于较高温差产生很大的换热温差不可逆损失，降低了循环整体的热力学完善度，影响了循环的系统性能。而对于非共沸混合工质，由于非共沸混合物在换热器的相变过程中存在温度滑移，其饱和温度随蒸发过程的进行逐渐升高，与CO₂的温度变化形成良好的温度匹配，减小了冷却蒸发器换热过程中的不可逆损失，提高了循环整体的热力学完善度，改善了循环运行性能。非共沸混合工质的各组元选用低GWP制冷剂，保证辅助循环的制冷剂环境友好

对于CO₂跨临界制冷循环冷库，由于系统运行压力高，采用引射器代替传统节流阀可有效回收膨胀过程的压力势能，从而提高压缩机的吸气压力，减少压缩机的输入功，进而提高系统的COP。