科创中国

食品干燥、烟草、化工、造纸、陶瓷等行业对中高温热水及蒸汽的需求量巨大，然而通过传统电加热及燃煤锅炉等方法生产中高温热水(蒸汽)往往会消耗大量电力及燃料资源，并且对环境造成严重污染。热泵产品作为一种清洁、高效、稳定的设备可用于生产中高温热水(蒸汽)，通过中高温热泵设备可提高能源利用率、推动节能减排，对于提升经济效益具有重要的实际意义和社会价值。然而目前市场上绝大多数热泵产品充注的制冷剂为HFCs类工质，其全球暖化潜势(GWP)较高，属于“高GWP”的范畴。本项目目的在于提供一种多级蒸发冷凝机械过冷跨临界CO2中高温热泵系统，通过多级蒸发冷凝系统使CO2中高温热泵系统产生的热水与其交换的热量实现良好的热匹配，同时可以降低匹配过程中不可逆损失，提高热泵系统的性能。

本项目设计了一种多级蒸发冷凝机械过冷跨临界CO2中高温热泵系统。本发明由CO2机械过冷热泵子系统和多级蒸发多级冷凝子系统组成；CO2机械过冷热泵子系统由CO2压缩机、CO2气体冷却器、CO2过冷器、节流阀和CO2蒸发器组成；所述多级蒸发多级冷凝子系统，包括低压级压缩机、高压级压缩机、高温级冷凝器、中温级冷凝器、CO2过冷器、低温级蒸发器、气液分离器、各级节流阀。本发明通过制冷剂的多级增压和冷凝及蒸发过程，提高系统效率和整体能效及经济效益。

本项目适用于环保制冷剂技术领域，尤其涉及一种多级蒸发冷凝机械过冷跨临界CO2中高温热泵系统。

团队依托冷冻冷藏技术教育部工程研究中心、热能与动力工程国家实验教学示范中心、天津商业大学-烟台冰轮股份有限公司国家级工程实践教育中心、工程热物理基础及工程天津市国际联合研究中心、天津市制冷技术重点实验室、农业农村部农产品低碳冷链重点实验室等国家级和省部级平台开展教学科研工作。本团队拥有宽敞的实验场所、先进的实验设备和测试仪器。在制冷热泵循环基础研究领域具有坚实的实验基础，为新技术、新产品的研发和落地提供坚实的科研条件保障。团队围绕冷链工艺过程中的关键装备，开展相变换热及强化换热机理研究、系统部件的强化换热技术以及新能源动力及相关节能技术等研究工作。本团队拥有教授2人，副教授4人，博士讲师7人，2022年本团队共发表学术论文60篇，其中SCI文章共25篇，一区SCI文章9篇，二区SCI文章10篇，国内中文期刊9篇，国际及国内会议共26篇，另发表教研论文1篇。获批国家项目5项，其中国家重点研发计划国际合作1项，战略性合作1项，国家自然基金青年基金2项，国家自然基金合作基金1项，横向项目12项，到账经费总额171万元，授权发明专利5项。

本发明多级蒸发多级冷凝机械过冷跨临界CO2中高温热泵系统则可替代传统的HFCs类工质并提升能效，可有效解决能源浪费以及环境污染等问题。通过多级蒸发多级冷凝系统对气体冷却器出口的CO2流体进行过冷，可以减小由于节流造成的不可逆损失。该系统的应用可以有效节约能源，具有明显的经济效益和社会效益，市场潜力巨大。

(1)高温热泵系统的制冷剂为自然工质CO2。CO2的GWP为1，ODP 为0，安全无毒不可燃、廉价易获取，是环境友好的制冷剂，多级蒸发冷凝系统的制冷剂为低GWP工质，与现有热泵系统使用的制冷剂相比，大大缓解了温室效应，环保优势明显。

(2)多级蒸发冷凝系统的多级蒸发过程对CO2进行梯级过冷，多级蒸发冷凝系统的多级蒸发过程对回水进行梯级加热，多级蒸发冷凝系统的蒸发和冷凝过程与热源侧流体(CO2流体)和热沉侧流体(水)同时实现良好的温度匹配，显著降低热匹配过程中的不可逆损失。通过多级蒸发过程对CO2流体进行梯级过冷，可同时降低过冷过程的换热不可逆损失与节流过程的不可逆损失，提高系统能效。

(3)CO2相对于目前使用的制冷剂，放热过程为超临界状态，具有较大的温度滑移，更适用于高温热泵系统，具有较高的单位容积制热量，减小压缩机的体积，降低了制冷剂的充注量，设备紧凑，减轻了系统重量。

(4)多级蒸发冷凝系统采用混合制冷剂后，可实现热源与热沉侧更好的热匹配，进一步减小换热过程的不可逆损失，使得热泵系统性能提升，节约能源。

希望以技术许可、技术转让或共同研发等方式与企业合作