氨二氧化碳复叠制冷系统的优越性
二氧化碳和氨复叠制冷的分析与研究的开题报告
二氧化碳和氨复叠制冷的分析与研究的开题报告一、研究背景随着氟利昂等氟氯碳化合物及其替代品的逐渐淘汰，环保型制冷剂成为了人们关注的焦点。
其中，二氧化碳和氨是两种备受瞩目的环保型制冷剂。
二氧化碳的热力学性质良好，能够满足低温制冷需求；氨具有较高的制冷效率，但由于其具有毒性和易燃性，需要在安全使用方面进行特别关注。
因此，将二氧化碳与氨复叠使用，可以发挥二者的优点，达到更好的制冷效果。
二、研究内容本研究的主要内容是对二氧化碳和氨复叠制冷进行分析与研究。
具体研究内容包括：1. 二氧化碳和氨复叠制冷的基本工作原理和制冷性能分析。
2. 制冷系统的设计和优化，包括制冷剂的选择、制冷系统的结构设计和管路设计等。
3. 制冷系统的实验验证，包括实验参数的设定、实验数据的采集和分析，验证二氧化碳和氨复叠制冷的制冷性能与效果。
4. 制冷系统的经济性分析，包括成本分析、效益分析和环境影响分析等。
三、研究意义本研究的意义主要体现在以下方面：1. 对二氧化碳和氨复叠制冷技术的理论和实践进行深入探究，为其在工业生产中的应用提供理论支持和技术指导。
2. 通过对制冷系统的设计和优化，提高系统的制冷效率和经济效益，减少对环境的负面影响。
3. 探索和发展更加环保、高效的制冷技术，为推动环保型制冷技术进步和促进可持续发展做出贡献。
四、研究方法本研究采用理论与实验相结合的方法，具体实施方案如下：1. 系统调研，搜集国内外相关文献，了解国内外二氧化碳和氨复叠制冷技术的研究现状和发展趋势。
2. 确定研究内容和方法，进行制冷系统的设计和优化，并开展实验验证。
3. 分析实验数据，评估制冷系统的制冷性能、经济性和环境影响。
4. 归纳总结研究成果，撰写开题报告和论文。
五、预期成果本研究预期达到以下成果：1. 深入探究二氧化碳和氨复叠制冷技术的理论和实践，为其在工业生产中的应用提供理论支持和技术指导。
2. 通过对制冷系统的设计和优化，提高系统的制冷效率和经济效益，减少对环境的负面影响。
NH3_CO2两种不同形式复合制冷循环性能比较
蒸发温度（℃）
0.17 0.165 0.16 0.155 0.15 0.145 0.14
冷凝蒸发温度（℃）
图 6 NH3/CO2 相变二次冷媒系统的 CO2 量变化 Fig 6 Curve of CO2 mass of NH3/CO2 phase change secondary medium system
( ) ( ) ( ) COP =
Q
M + M NH3eva
NH 3mid
× hNH3 4 − hNH3 3
+ M NH3eva × hNH31 − hNH3 6'
M CO2
=
Q
h − h CO21
CO2 2
M NH3
=
Q
h − h NH31
NH3 6'
+
Q
h − h NH31
NH3 6'
×
⎜⎛ ⎜⎝
4
20
0
4
3 4’
-20
-40
4’ 1
3 1
-60
0
1
2
3
4
5
6
7
A:NH3/CO2 复叠循环 P-H 图
B:NH3/CO2 复叠循环 T-S 图
图 1NH3/CO2 复叠循环原理图
Fig 1 Diagram of NH3/CO2 cascade refrigeration system
100000
Abstract The combined refrigeration system of NH3/CO2 is the completely friendly refrigeratoin system using nature refrigerants. Based on the analyses of T-S and P-H diagram of the NH3/CO2 cascade refrigeration system and the NH3/CO2 phase change secondary medium refrigeration system, COP, the quantity of NH3 and CO2 of the two systems were compared. The calculated results show that COP have a maximum value about the two system, but the maximum value of COP of the NH3/CO2 cascade refrigeration system is more easily affected by the working conditions that that of the NH3/CO2 phase change secondary medium refrigeration system. As for the quantity of CO2, the value of the NH3/CO2 cascade refrigeration system is larger than that of the NH3/CO2 phase change secondary medium refrigeration system. But as for the quantity of NH3, there is little difference between the two systems. This implies that under low temperature, the NH3/CO2 phase change secondary medium refrigeration system is safer. Keywords Refrigeration Phase change secondary medium Cascade refrigeration Nature refrigerant
二氧化碳在冷库制冷系统的应用
3、价格便宜（不需要回收设备）。来源广泛，勿需回收，可以大大降低制冷 剂替代成本，节约能源，解决化合物对环境的污染问题，具有良好的经济性。 4、单位容积制冷量大（系统体积小）。分子量小，制冷能力大。可减少制冷设 备与管道尺寸。 5、与普通润滑剂和结构材料相兼容。可适应各种润滑油和常见机械零部件材料。
二、CO2制冷剂的性质 CO2（ R744）是在 19世纪 60年代研究成功的一种制冷剂，它的标准 沸点
-78.2℃，凝固温度-56.55℃，临界压力 7.372Mpa，临界温度 31.1℃。 0℃时的容积制冷量 5398Kcal/m ³，ODP为 0，GWP为 1。 （一）CO2制冷剂具有的主要优势
【NH3用作高温段制冷剂，CO2用作低温段制冷剂。两个制冷循环通过一个‘冷 凝蒸发器’联系在一起，构成完整的复叠循环。高温段 NH3循环是常规的制冷循 环，NH3在‘冷凝蒸发器’中蒸发，将高温 CO2气体冷凝（通俗地说 NH3系统 相当于 CO2 的冷却塔）。在‘冷凝蒸发器’中，冷凝后的 CO2通过循环泵送到 CO2蒸发器。经过蒸发器后的气态 CO2被压缩机吸入，经过压缩后进入‘冷凝 蒸发器’冷凝。如此循环反复，完成整个循环。】 四、氨双级、氨+二氧化碳载冷、氨+二氧化碳复叠、二氧化碳制冷对比 1、安全、环保、操作方面：
=
=
1
1
GWP=1，环保 GWP=330
0
NH3：
NH3：
氨双级与二氧化碳系统
氨双级与二氧化碳系统
NH３双级＋CO２压缩制冷系统中CO２是作为载冷剂向设计冷库、食品冷冻等人工环境输送冷量。
与CO２／NH３复叠式不同，NH３双级＋CO２系统在CO２循环过程中无压缩机，CO２工质只是作为载冷剂在内部流动，由CO２循环水泵或者自然循环提供动力即可。
CO２载冷剂在循环中进行相变换热，与一般的载冷剂相比可以大大减少流量，并且在低温下仍然具有较大传热系数和较小的运动黏度。
该制冷系统相比于普通的NH３双级压缩制冷系统可以大大减少NH３的充注量，并且用CO２代替NH３向外界供冷，使得氨制冷系统可以远离公共场所和人群密集的区域。
NH３双级＋CO２制冷系统热力循环过程即由一个NH３双级制冷循环和一个CO２载冷剂的循环组成，NH３双级＋CO２制冷系统一次节流中间完全冷却的两级压缩制冷循环压焓图，内部制冷工质为NHCO２／NH３复叠式系统与NH３双级＋CO２系统在原理上有着根本不同,CO２／NH３复叠式系统的为两个不同工质的制冷循环，即使蒸发冷凝器中的热量传递无任何外界损耗，两种工质仍然存在６℃左右的换热温差，这使得该系统的COＰ偏小；NH３双级＋CO２系统的制冷工质为氣，在一个大气压下其蒸发温度为239.56Ｋ（-33.59Ｃ），若要获得更低的蒸发温度，则蒸发器内形成负压，容易造成空气渗入使制冷剂变质的现象，这就限制了该系统的最低蒸发温度；NH３双级＋CO２系统的蒸发冷凝器存在６℃左右的换热温差，在相同的供冷温度下，会要求比CO２／NH３复叠式系统更低的蒸发温度，使得系统COＰ的下降。
冰河冷媒应用于制冷行业，彻底解决了传统载冷剂腐蚀设备、效能低下、污染环境的三大难题。
论文---关于复叠式制冷
关于复叠式制冷摘要复叠式制冷广泛应用于工业产品的热处理过程和金属的冷处理，广泛应用于军工、航空、航天、化工、医药、机械制造等行业。
原因就是它有如下几方面的优势：复叠式制冷采用环保制冷剂，符合国际环保要求：性价比高，价格仅为进口同类产品的1/3～1/2；操作简单，采用智能变频PID控制及多点无接触测温系统；主要元器件全部采用国际知名品牌，完全可替代进口同类产品；复叠式制冷系列自动复叠循环制冷机结构紧凑，可靠性高，操作简便，在能源、军工、空间、生物、医疗和生命科学等高科技领域内有着广泛的应用。
国内外学者纷纷对自动复叠制冷技术展开了新的研究。
目前，自动复叠制冷循环呈现出新的发展特点，对其研究主要集中在两个方面：一方面是对原有的制冷循环流程的改进，包括采用新型换热器和高效气液分离器；另一方面则是采用新型的制冷工质，包括二元工质和多元工质，以满足环保和制取低温的要求。
本文就复叠式制冷的原理在与双级制冷的对比之下做出阐释，希冀能更进一步对复叠制冷的理解。
关键词双级制冷复叠式制冷AbstractCascade type refrigeration widely used in industrial products of heat treatment process and metal cold treatment, versatile applications, aviation, spaceflight, chemical, pharmaceutical and machinery industries. Reason is that it has the following several advantages: cascade type refrigeration adopted environmental-protection refrigerants, conforms to the international environmental protection requirement: cost-effective, price is just for the imported products of 1/3 to 1/2, Simple operation, using intelligent frequency PID control and multi-point non-contact measuring temperature system, Main components adopt international well-known brand, can completely replace the imported products, Cascade type refrigeration series of automatic cascade circulation chiller compact structure, high reliability, simple operation, and in energy, industry, space, biology, medical and life science and other high-tech areas within a wide range of applications. Domestic and overseas scholars in succession to automatic cascade refrigeration technology opened new study. At present, the automatic auto-cascade refrigeration system presented a new development features of its research mainly on two aspects: one is to the original refrigeration process improvement, including using new heat exchanger and efficient liquid-vapor separator, On the other hand is a new refrigeration, including dual medium propellant and multiple propellant, in order to satisfy the requirements of environmental protection and making low temperature. Based on the principle of cascade type refrigeration with doublestage refrigeration in contrast to interpret and hopes to further understanding of cascade refrigeration.Keywords：Dual-class refrigeration Cascade type refrigeration关于复叠式制冷1.采用双级压缩的必要性。
CO2／NH3复叠制冷浅析
第 ６卷
第 １期
制 冷 与 空 调
ＲＥＦ ＧＥＲＡＴＩ ＲＩ ＯＮ ＡＮＤ Ｒ —Ｃ ＡＩ ＯＮＤＩ ＯＮＩ ＴＩ ＮＧ
２００ ６年 ２月
Ｃ ２ＮＨ３ 叠制 冷浅 析 Ｏ／ 复
张术 学
（ 连 冰山集 团设计 研究 院 ） 大
维普资讯
・６ ・ ０
制
冷
与
空
调
第６ 卷
１ ２ 特 点 ．
④ 有研 究 表 明 ， 利用 风冷 蒸 发器 ， 数平 均 温 对
① Ｃ ２ＮＨ 复 叠 制 冷 系 统 一 般 应 用 范 围 为 ｏ／ ３ ３ 一 一５ ５ ５℃ ， 由于 Ｃ ２三相 点 （ ６ ６℃ ） ， ０ 一５ ． 高 所 以蒸 发温度 最低 能到 一５ ５℃ 。 ② 与 传 统 的 ＮＨ ３两 级 制 冷 系 统 相 比 ， 于 由 Ｃ ２ ０ 的容积 制 冷量 要 比 ＮＨ ３的大 ， 以 同等 冷 量 所
差在 ２ 的范 围 内 时 ， ０ ～９Ｋ Ｃ ２的 传 热 系数 基 本 不 变， 明显 高于 Ｒ ２在 整 个 换 热 器 换 热 过 程 的传 热 ２ 系数 ， 图 ３ 如 。这 样 ， Ｏ 蒸 发 器 就 可 以做 得 很小 ， Ｃ２
基础上 ， 以及 对 Ｃ 低温 制 冷 的深 入研 究 ， 之 环 Ｏ’ 加
境保 护意识 的增 强 ， 用 自然 工 质 的 Ｃ ２ＮＨ 使 Ｏ ／ ３复
叠制冷 系统 应 运 而生 。该 复 叠 制 冷 系统 不 仅 具 有
自然工 质 的优势 ， 而且 Ｃ 为低 温 段 ， Ｏ 作 运行 在 非 跨 临界 状 态 ， Ｏ Ｃ ２制 冷 的最 高 工 作压 力 为 ３ ａ， ２ ｂｒ
氨二氧化碳复叠制冷原理
氨二氧化碳复叠制冷原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊氨二氧化碳复叠制冷原理。
这玩意儿啊，就好像是一场奇妙的接力赛！
氨呢，就像是个大力士，力气特别大，能在低温环境下发挥强大的制冷作用。
而二氧化碳呢，就像是个灵活的小助手，和氨配合得那叫一个默契。
你想啊，在制冷的过程中，氨先在低温部分努力工作，把温度降下来。
这时候二氧化碳就上场啦，它接着氨的任务，继续把制冷的事儿干得妥妥的。
这不就像接力赛中，前面的选手拼命跑了一段，然后把接力棒交给后面的选手，继续向前冲嘛！
氨二氧化碳复叠制冷原理的好处可多啦！它能让制冷效果更好，更稳定。
就好比你想要一杯冰凉的饮料，用这个原理制冷就能快速给你变出一杯透心凉的美味来。
而且啊，这种制冷方式还很节能呢！你说神奇不神奇？就好像你开车，用了一种特别好的驾驶技巧，能让车子跑得又快又省油。
咱再想想，要是没有氨二氧化碳复叠制冷，那夏天我们可咋过呀？那些需要低温保存的食物不就容易坏了吗？那些需要特定温度环境的生产过程不就没法顺利进行了吗？这后果可不敢想啊！
所以说啊，氨二氧化碳复叠制冷原理可真是个宝啊！它就像我们生活中的一个默默无闻但又超级重要的英雄，悄悄地为我们的生活带来便利和舒适。
你说，我们是不是应该好好感谢这个神奇的制冷原理呢？是不是应该好好珍惜它给我们带来的好处呢？我觉得啊，我们真的应该对它多一些了解，多一些关注，这样我们才能更好地利用它，让我们的生活变得更加美好呀！你们说是不是这个理儿呢？。
二氧化碳复叠制冷效率
二氧化碳复叠制冷效率二氧化碳（CO2）是一种常见的气体，在自然界中广泛存在。
然而，近年来，随着全球气候变化问题的日益突出，科学家们开始研究如何利用二氧化碳作为一种环保的冷却剂。
二氧化碳复叠制冷技术应运而生，被认为是一种高效的制冷方式。
二氧化碳复叠制冷技术是利用二氧化碳的特殊物理性质实现制冷的过程。
二氧化碳在常温常压下是一种气体，但当压力增加时，它会转化为液体或固体。
这种特性使得二氧化碳可以很容易地被压缩和释放，从而实现制冷效果。
与传统的制冷剂相比，二氧化碳具有许多优势。
首先，二氧化碳是一种天然的物质，不会对环境造成污染。
相比之下，传统的制冷剂如氟利昂会破坏臭氧层，对大气环境有害。
其次，二氧化碳的价格相对较低，易于获取。
而传统的制冷剂价格较高，需要专门的生产和管理。
此外，二氧化碳的制冷效果较好，可以适用于各种不同的制冷需求。
二氧化碳复叠制冷技术的工作原理是通过压缩和扩张二氧化碳气体来实现制冷效果。
首先，二氧化碳气体被压缩成高压液体，然后通过扩张阀放松，使其迅速膨胀成气体。
这个过程中，气体吸收热量，从而使周围环境变得更凉爽。
二氧化碳复叠制冷技术的制冷效率主要取决于压缩机的性能。
压缩机是将气体压缩成液体的关键设备。
目前，研究人员已经开发出了高效的压缩机，可以实现更高效的制冷效果。
此外，二氧化碳复叠制冷技术还可以结合其他制冷技术，如换热器和蒸发器，进一步提高制冷效率。
二氧化碳复叠制冷技术在实际应用中有着广泛的潜力。
例如，在超市和商场的制冷设备中，使用二氧化碳可以降低能耗，实现节能减排。
此外，二氧化碳复叠制冷技术还可以应用于汽车空调和工业制冷等领域，为人们的生活和生产带来更多的便利。
然而，二氧化碳复叠制冷技术也存在一些挑战。
首先，二氧化碳在常温下的制冷效果较差，需要较高的压力才能达到理想的制冷效果。
其次，二氧化碳的传热性能较差，需要优化换热器的设计。
此外，二氧化碳的安全性也需要重视，因为高压二氧化碳可能对人体和设备造成危险。
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氨/二氧化碳复叠制冷系统的优越性
CO2制冷剂
CO2属于天然工质，常温下是一种无色、无味的气体。
作为制冷工质，CO2具有许多优势。
首先，从环境保护的角度讲，CO2的ODP为0，GWP为1，远远小于CFCs和HFCs的，并且在实际中所用的CO2大多为化工副产品，用CO2作制冷剂等于延迟了这些废气的排放，这对环境是有利的。
因此，CO2是一种环境友好型工质。
其次，从工质的热物理性质来看，CO2与制冷循环和设备相适应。
这主要表现在：①CO2的蒸发潜热大，单位容制冷量高(0℃时达到22．6MJ／m)，约为传统制冷剂的5～8倍。
②CO2的运动黏度小，并且在低温时也非常小。
③导热系数高，液体密度和蒸气密度的比值小，节流后各回路间制冷剂能够分配得比较均匀。
CO2这些优良的流动和传热性能，可显著缩小压缩机和系统的尺寸，使整个系统非常紧凑。
另外，CO2化学稳定，无毒无害，不可燃，高温下也不会分解出有毒气体，并且CO2价格便宜，容易获取，具有优良的经济性。
NH3制冷剂
NH3与CO2同属于天然工质，其在制冷工业中的使用直至今日已达120年之久。
NH3作为制冷剂的优点可以归纳为：①对环境友
好，0DP=0，GWP=0。
②具有优良的热力学性质，其单位容积制冷
量较传统的氟利昂制冷剂大，0℃时达到4360
kJ／，这就意味着获得相同冷量的氨制冷系统可以采用较小尺寸的压缩机和换热器，功率消耗也较小。
③价格便宜，容易检漏。
NH3
制冷剂的最大不足之处是具有中等程度的毒性并且可燃。
但由于氨
有强烈的刺激性气味，当空气中浓度达5×10时就能闻到。
因此，一旦有微小泄漏就会被及时发现，并且这一浓度远低于氨的着火浓度。
另外，氨比空气轻，很容易上升从建筑物顶部逸出室外，氨溶
于水，能很快被水吸收，这一性质可用来消除空气中的氨蒸气，大
大减少事故的发生率。
100多年的历史经验表明，氨的事故率是很
低的。
其次，氨和普通润滑油不相溶，这给氨制冷机的润滑带来了
困难。
蒸发器须采用满液式蒸发器，导致NH的充注量增加。
为了解决这一问题，目前已研制出能溶于氨的合成润滑油。
NH3／CO2复叠式制冷系统热力性能分析
NH3/CO2复叠式制冷循环的性能系数C0P与冷凝温度、蒸发温度以及中间温度有关。
所谓中间温度是指高温级的蒸发温度和低
温级的冷凝温度，即蒸发冷凝器的平均温度。
若低温级的冷凝温度
降低，则低温级的性能系数增大，而高温级的性能系数减小。
目前，国内所进行的关于NH3/CO2复叠式制冷系统的热力学模拟计算表明：在同一冷凝温度和蒸发温度下，复叠式两级低温制冷系统存在一个
最佳中间温度，使系统的性能系数C0P最大，并且在最佳中间温度的±5℃范围内，COP降低很少，这为NH，NH3/CO2复叠式制冷
系统的设计与运行操作增加了弹性。
当系统的蒸发温度和蒸发冷凝温差一定时，复叠式制冷系统的COP值随高温级冷凝温度的升高而减小。
并且在不同的冷凝温度下，系统的最大COP值也不同，它同样随冷凝温度的升高而减小，并且这个最大C0P值所对应的最佳中间温度随冷凝温度的升高而升高。
当系统的冷凝温度和蒸发冷凝温差一定时，复叠式制冷系统的C0P值随低温级蒸发温度的升高而增大。
在NH3/CO2复叠式制冷系统中，蒸发温度与用冷需要有关，而冷凝温度是由环境温度决定的，不能轻易改变。
所以蒸发冷凝器的中间温度的确定直接影响系统效率。
关于中问温度的选取，一般有2种方法：一是使制冷系统的性能系数最大；二是使两级压缩机的
压比近似，这样可以省功。
结论
由于C02的优良特性，用NH3/CO2复叠式制冷系统作为低温制冷循环工质替代的一种解决方案具有独特的优势。
实验研究表明，采用NH3/CO2作为工质对的复叠式制冷系统，其性能系数COP与传统的R22／R12复叠式制冷系统的接近。
若再考虑环境效益，则
这种制冷系统具有很强的竞争力和发展潜力。
国内一些研究单位，如西安交通大学、天津大学、上海理工大学等，都开展了NH3/CO2
复叠式制冷系统的实验研究。
相关的热力学分析表明，在冷凝温度和蒸发温度一定时，系统的COP值随中间温度的变化而变化，且存在一个最大值。
此最大COP值所对应的中间温度为最佳中间温度。
这为该复叠式制冷系统的优化设计和实际运行提供了重要的理论基础。
相信随着主要技术问题的解决，NH3/CO2复叠式制冷系统将会得到更加广泛的应用。