本发明属于高温热泵领域，特别是涉及一种二氧化碳跨临界超高温热泵系统。
背景技术：
1、在工业生产中，高温蒸汽应用十分广泛，包括食品加工、造纸、木材、酿酒和化工等行业中的干燥、灭菌、消毒和蒸馏等工艺过程。高温蒸汽在工业过程中需求量很大，传统蒸汽生产方式以煤锅炉、燃气锅炉和电锅炉为主，能源利用效率低，污染物和碳排放量大。热泵能消耗少量电能或热能将热量从低品位热源向高品位热源输送，具有高效环保稳定的特点，可替代锅炉供应蒸汽。
2、与传统制冷剂相比，二氧化碳(co2)具有环保性能优良、安全无毒不可燃、易获取、价格低廉和临界点低等优势，是一种天然的优良制冷剂。此外，co2有高密度和高传热系数的特点，可显著减小压缩机、换热器等设备的体积。已有的co2跨临界循环常用于热水加热、区域制热、严寒地区供暖、汽车空调和冷库制冷等领域。
3、对于大压比、大温升等超高参数的高温热泵而言，压缩机的气动设计、密封结构、设备制造和运行控制等方面有很大的挑战。目前已有的高温热泵采用多级压缩技术或复叠式热泵解决压比高的问题。高压比的高温热泵系统，至少需要三级压缩，运行控制复杂，且压缩机温度高，其效率大幅降低。复叠式热泵通过两个或以上的简单热泵循环(不同制冷剂)耦合，降低单级压比，但存在结构复杂、成本高、控制策略复杂等问题。相比而言，co2跨临界热泵压比小，压缩机效率高，系统较简单。现有co2热泵的气冷器和蒸发器之间压差大，存在节流损失很大，热泵系统性能无法进一步提升的局限。
4、现有的跨临界二氧化碳热泵技术存在以下的问题：
5、(1)现有二氧化碳热泵多用于热水加热、区域供暖和干燥，制热温度较低，无法直接产出蒸汽，且运行温度越高，性能效率下降越快；
6、(2)气冷器适合大温差显热加热，用于直接产出蒸汽，温度滑移的热匹配性较差，换热损失很大，不符合能源梯级利用的原则，热利用效率有待提高；
7、(3)二氧化碳热泵的气冷器和蒸发器的压差大，膨胀阀的节流损失很大，系统性能仍有提升空间。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种二氧化碳跨临界超高温热泵系统，以解决上述现有技术存在的问题。
2、作为第一方面，本发明提供了一种二氧化碳跨临界超高温热泵系统，包括：
3、跨临界二氧化碳热泵循环单元；
4、所述跨临界二氧化碳热泵循环单元包括第一气冷器、回热器、压缩机单元、膨胀机和蒸发器；所述第一气冷器的放热侧出口通过所述回热器的过冷侧与所述膨胀机的进口连接，所述蒸发器进口与所述膨胀机的出口连接，所述蒸发器的出口通过所述回热器的过热侧与所述压缩机单元的进口连接，所述压缩机单元还与所述第一气冷器的放热侧进口连接。
5、闪蒸蒸汽供应单元，所述闪蒸蒸汽供应单元通过所述第一气冷器与所述跨临界二氧化碳热泵循环单元换热耦合；所述闪蒸蒸汽供应单元包括：增压泵、闪蒸罐和蒸汽压缩机；所述增压泵通过所述第一气冷器的吸热侧与所述闪蒸罐的进水口连接；所述闪蒸罐的出水口与所述增压泵的进水口连接；所述闪蒸罐的出气口连通所述蒸汽压缩机的进气口。
6、可选的，所述压缩机单元包括第一压缩机和第二压缩机；
7、所述第一压缩机的出口与所述第二压缩机的进口连接，所述第一压缩机的进口通过所述回热器的过热侧与所述蒸发器的出口连接，所述第二压缩机的出口连接所述第一气冷器的放热侧。
8、作为第二方面，本发明提供了一种二氧化碳跨临界超高温热泵系统，包括：通过第一气冷器换热耦合的跨临界二氧化碳热泵循环单元和闪蒸蒸汽供应单元；
9、所述跨临界二氧化碳热泵循环单元包括第一气冷器、回热器、压缩机单元、膨胀机和蒸发器；所述第一气冷器的放热侧出口通过所述回热器的过冷侧与所述蒸发器的进口连接，所述蒸发器的出口通过所述压缩机单元与所述第一气冷器的放热侧进口连接；所述第一气冷器的放热侧出口还与所述膨胀机的进口连接，所述膨胀机的出口通过所述压缩机单元与所述第一气冷器的放热侧进口连接；
10、所述闪蒸蒸汽供应单元包括：增压泵、闪蒸罐和蒸汽压缩机；
11、所述增压泵通过所述第一气冷器的吸热侧与所述闪蒸罐的进水口连接；所述闪蒸罐的出水口与所述增压泵的进水口连接；所述闪蒸罐的出气口连通所述蒸汽压缩机的进气口。
12、可选的，所述压缩机单元包括第一压缩机和第二压缩机；
13、所述第一压缩机的出口与所述第二压缩机的进口连接，所述第一压缩机的进口通过所述回热器的过热侧与所述蒸发器的出口、所述膨胀机的出口连接，所述第二压缩机的出口连接所述第一气冷器的放热侧。
14、作为第三方面，本发明提供了一种二氧化碳跨临界超高温热泵系统，包括：通过第一气冷器换热耦合的跨临界二氧化碳热泵循环单元和闪蒸蒸汽供应单元；
15、所述跨临界二氧化碳热泵循环单元包括第一气冷器、回热器、膨胀机、蒸发器、第一压缩机和第二压缩机；
16、所述第一气冷器的放热侧出口通过所述回热器的过冷侧与所述膨胀机的进口连接，所述膨胀机的出口与所述蒸发器的进口连接，所述蒸发器的出口连接所述第一压缩机的进口，所述第一压缩机的出口通过所述回热器的过热侧与所述第二压缩机的进口连接，所述第二压缩机的出口连接所述第一气冷器的放热侧；
17、所述闪蒸蒸汽供应单元包括：增压泵、闪蒸罐和蒸汽压缩机；
18、所述增压泵通过所述第一气冷器的吸热侧与所述闪蒸罐的进水口连接；所述闪蒸罐的出水口与所述增压泵的进水口连接；所述闪蒸罐的出气口连通所述蒸汽压缩机的进气口。
19、作为第四方面，本发明提供了一种二氧化碳跨临界超高温热泵系统，包括：通过气冷器单元换热耦合的跨临界二氧化碳热泵循环单元和闪蒸蒸汽供应单元；
20、所述跨临界二氧化碳热泵循环单元包括气冷器单元、回热器、第一压缩机、第二压缩机、膨胀机和蒸发器；所述气冷器单元通过所述回热器的过冷侧与所述膨胀机的进口连接；所述蒸发器的出口通过所述回热器的过热侧与所述气冷器单元连接；
21、所述气冷器单元包括第一气冷器和第二气冷器，所述第一气冷器通过所述第二压缩机与第二气冷器连接；所述第二气冷器通过所述回热器的过冷侧与所述膨胀机的进口连接；所述第一气冷器通过所述第一压缩机与所述回热器的过热侧连接；
22、所述闪蒸蒸汽供应单元包括：增压泵、闪蒸罐和蒸汽压缩机；
23、所述增压泵通过所述第一气冷器的吸热侧、第二气冷器的吸热侧与所述闪蒸罐的进水口连接；所述闪蒸罐的出水口与所述增压泵的进水口连接；所述闪蒸罐的出气口连通所述蒸汽压缩机的进气口。
24、本发明的技术效果为：
25、(1)本发明充分利用气冷器内换热的大温度滑移特性，提高热泵的制热温度，增强气冷器的热匹配性能，减小换热损失；
26、(2)本发明在闪蒸蒸汽供应回路中，采用多级闪蒸，减小节流闪蒸损失，高效灵活地供应不同温度的蒸汽；
27、(3)本发明采用蒸汽压缩机，再压缩闪蒸的饱和蒸汽，并引入冷水抵消压缩过热效应，可以更灵活地供应不同温度和压力的蒸汽；
28、(4)本发明在二氧化碳热泵循环中采用回热器，高效利用气冷器放热后具有较高温度的工质，提升压缩前的温度，提高热泵系统性能；
29、(5)本发明在二氧化碳热泵循环中使用膨胀机替代节流阀，回收膨胀过程的能量，减少节流损失，提高热泵系统性能。