[發明專利]熱電過冷器?膨脹機聯合輔助過冷CO2跨臨界制冷系統

在審

• 申請號: 201710192084.7
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106839488A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 代寶民;劉圣春;盧芬平;姜文玲;孟憧景;盛杰;崔志杰;李正;陳啟
• 申請（專利權）人: 天津商業大學
• 主分類號: F25B9/00
• 分類號: F25B9/00;F25B40/02;F25B41/06
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司12107
• 代理人: 韓新城

技術領域

本發明涉及CO₂制冷循環技術領域，尤其涉及一種熱電過冷器和膨脹機聯合輔助過冷CO₂跨臨界制冷系統。

背景技術

隨著科技和社會的發展，資源利用和環境保護問題越來越受到人們的注。在制冷和熱泵裝置中廣泛使用的CFCs、HCFCs由于對臭氧層破壞和溫室效應有很大影響而遭淘汰，紛紛使用HFCs類制冷劑代替傳統制冷劑。現《京都議定書》將HFCs列入溫室氣體名單，全球各國都在大力推進環保制冷劑代替高GWP制冷劑的工作。CO₂作為一種環境友好型工質，以其諸多優點再次受到了人們的關注。1)、CO₂對環境無破壞作用(ODP＝0、GWP＝1)，2)單位體積制冷量大，有利于減少設備體積，3)、二氧化碳粘度低，其流動損失小、傳熱效果好，4)化學性質很穩定等。

但是，CO₂作為發明制冷劑仍存在一些問題。CO₂的臨界溫度為31.1℃，臨界壓力高達7.38MPa，系統的工作壓力很高。CO₂跨臨界制冷循環一般用于低溫制冷和超低溫制冷，由于室外溫度條件的限制，氣體冷卻器出口溫度比較高，略高于環境溫度，節流損失比較大，導致整個系統的效率不高。

因此需要我們提出一種方案對CO₂制冷系統進行改善，從而大幅度提高系統的效率。

發明內容

本發明目的在于提出一種熱電過冷器-膨脹機聯合輔助過冷CO₂跨臨界制冷系統。

為了解決以上問題，本發明所提出的方案是：

一種熱電過冷器-膨脹機聯合輔助過冷CO₂跨臨界制冷系統，包括壓縮機、蒸發器、氣體冷卻器，還包括膨脹機和熱電過冷器，所述壓縮機通過第一管路連接氣體冷卻器，用于將壓縮形成的超臨界CO₂流體送入所述氣體冷卻器，所述氣體冷卻器通過第二管路連接熱電過冷器，用于對所述超臨界CO₂流體放熱后送到熱電過冷器，由所述熱電過冷器從氣體冷卻器出口的CO₂流體中吸收熱量，實現對CO₂流體的過冷，輸出低溫高壓CO₂氣體；所述熱電過冷器通過第三管路連接膨脹機，用于將所述低溫高壓CO₂氣體送到膨脹機，由所述膨脹機對外膨脹做功輸出電能及低溫低壓兩相CO₂流體送到通過第四管路連接所述膨脹機的蒸發器，所述蒸發器通過第五管路與壓縮機連接，用于將吸熱后的氣液兩相CO₂流體送入所述壓縮機進行壓縮處理成所述超臨界CO₂流體；所述膨脹機連接電源管理器，所述電源管理器通過供電電路連接壓縮機以及熱電過冷器，所述電源管理器用于將膨脹機形成的電能能量儲存并實現電能分配，以驅動熱電過冷器，或將多余的電能供給壓縮機。

所述熱電過冷器包括熱電冷卻模塊，所述熱電冷卻模塊的上側面貼合有二氧化碳管路，所述熱電冷卻模塊的下側面貼合有風冷散熱模塊或水冷散熱模塊，所述二氧化碳管路分別與所述第二管路與第三管路相連接。

所述二氧化碳管路采用多孔扁管。

所述多孔扁管采用鋁材質制作。

在CO₂跨臨界制冷系統中，氣液兩相的CO₂流體從蒸發器吸熱后，進入壓縮機吸氣端，由壓縮機壓縮為超臨界CO₂流體，之后進入氣體冷卻器向周圍環境放熱，此時CO₂流體的放熱溫度略高于環境溫度，然后流體進入熱電過冷器進一步冷卻為低溫高壓CO₂流體，經過膨脹機對外做功后變為低溫低壓的氣液兩相流體，直至進入蒸發器吸收熱量，完成整個制冷循環。

另外，CO₂超臨界流體在經過膨脹機時，對外做功變為低溫低壓的氣液兩相流體，同時輸出電能儲存在電源管理器中。通過電源管理器對膨脹機輸出的電能進行合理分配，例如膨脹機輸出的電能可以驅動熱電過冷器，多余的電量可以分配用于驅動壓縮機，反之則可以補充不足的電量。三者協作來提高利用率和性能。

本發明具有的優點和積極效果是：

1)、CO₂制冷循環中，CO₂流體的工作壓力高，用膨脹機代替傳統的節流閥可以有效恢復CO₂跨臨界循環中相當大的節流損失。