跨临界二氧化碳热泵——系统原理图ppt课件
带膨胀机CO2跨临界热泵系统运行特性
第２６卷第９期 ２００６年９月 煤气与热力 ＧＡＳ＆ＨＥＡＴ Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．９ Ｓｅｐ，２００６ 带膨胀机Ｃ Ｏ２跨临界热泵系统运行特性 杨俊兰 ， 马一太 （１．天津城市建设学院能源与机械工程 ＇ 曾宪阳 ， 系，天津３００３８４； 天津３０００７２） 刘圣春 ２．天津大学热能研究所， 摘要： 建立了带膨胀机ＣＯ 跨临界热泵系统的数学模型，将模拟计算结果与实验测量结 果进行了比较，验证了模型的准确性。利用数学模型分析了冷却水进口温度和质量流量、冷冻水进 口温度和质量流量对带膨胀机ＣＯ，跨临界热泵系统的制冷性能系数及最佳高压侧压力的影响。 降低冷却水进口温度和提高其质量流量不仅有利于提高制冷性能系数，而且能降低最佳高压侧压 力。提高冷冻水进口温度及质量流量有利于提高制冷性能系数，对最佳高压侧压力影响不大。 关键词： ＣＯ，跨临界循环； 热泵；膨胀机；模拟计算 中图分类号：ＴＵ９９５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—４４１６（２００６）０９—００４３—０５ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ ＣＯ２ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｅｘｐａｎｄｅｒ ＹＡＮＧ Ｊｕｎ—ｌａｎ ，ＭＡ Ｙｉ—ｔａｉ ，ＺＥＮＧ Ｘｉａｎ—ｙａｎｇ ，ＬＩＵ Ｓｈｅｎｇ—ｃｈｕｎ （１．Ｄｅｐｔ．ｏｆＥｎｅｒｇｙ Ｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｉｎｓｔｉｔ￣ｅ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔｉａｎｆｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｆｉｎ ３０００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ ＣＯ２ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｅｘｐａｎｄｅｒ ｉｓ ｅｓｔａｂ— ｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｖｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｌｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｏｆ ｃｏｏｌｉｎｇ ｗａ— ｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｌｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｏｆ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ ｗａｔｅｒ ｏｎ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｔ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｉｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｅｒｉｔｉｅａｌ ＣＯ２ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｅｘｐａｎｄｅｒ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅ１．Ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｌｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｃｏｏｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｉｔｓ ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ａｒｅ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ａｎｄ ｃａｎ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｔ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｉｄｅ．Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｌｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｏｆ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ ｗａｔｅｒ ｉｓ ａｌｓｏ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｂｕｔ ｈａｓ ｎｏ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｔ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓ－ ｓｕｒｅ ｓｉｄｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ ＣＯ２ ｃｙｃｌｅ；ｈｅａｔ ｐｕｍｐ； ｅｘｐａｎｄｅｒ； ｓｉｍｕｌａｔｉｖｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ 由于ＣＯ 的Ｉ临界温度（３１．１ ｏＣ）较低，因此Ｇ． Ｌｏｒｅｎｔｚｅｎ等人 提出ＣＯ 跨Ｉ临界循环。ＣＯ 跨Ｉ临 界循环与常规制冷循环的最大区别为其放热过程处 于超Ｉ临界区，而常规制冷循环的放热过程处于亚Ｉ临 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０４７６０６０） 界区。由于ＣＯ 跨Ｉ临界循环放热过程ＣＯ 无相变 发生，因此制冷剂高压端换热器不再称为冷凝器，而 称为气体冷却器。 近年来，国内外普遍关注ＣＯ 跨Ｉ临界循环的研 ・４３・
跨临界循环二氧化碳制冷系统研究
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跨临界循环二氧化碳制冷系统研究
作者：胡国威
来源：《城市建设理论研究》2012年第36期
摘要：本文对CO2跨临界制冷循环的典型流程与特点进行了阐述；并从超临界CO2特性的研究、CO2制冷设备的研究和开发以及CO2跨临界循环系统安全和可靠性方面展开论述，分析了二氧化碳跨临界循环制冷的发展趋势。
关键词：二氧化碳；跨临界循环；制冷
中图分类号：TQ116.3文献标识码： A 文章编号：
前言：
作为最早的制冷剂之一，CO2在19世纪得到了广泛的应用。到19世纪30年代，世界上约80%的船舶采用了CO2制冷，但是当时的CO2制冷效率不够高，功耗极大，并逐渐被同期出现的以R12为代表的氟氯烃制冷剂代替。近年来，制冷剂对臭氧层破坏加剧，且造成了全球温室效应等诸多环保问题，CO2作为制冷剂重新出现在公众视野中。本文将对CO2跨临界循环制冷的研究现状和进展进行介绍。
一、CO2跨临界制冷循环流程及其特点
CO2跨临界制冷循环基本流程
CO2跨临界制冷系统流程图如图1所示，压缩机对气体工质进行压缩，使其压力升至超临界压力之上，（f—a过程），进而在气体冷却器内由冷却介质对其进行冷却（a—b过程）；为使制冷压缩机的性能系数（COP）有所提高，在内部回热器中，压缩机将进一步对从气体冷却器中释放的气体进行回气冷却（b—c,e—f过程）；最后进行节流降压（c—d过程），部分液体发生液化，在进入蒸发器后，湿蒸气发生汽化（d—e过程）进而对附近的介质热量进行吸收，最终达到了制冷目的。储液器的作用是进行液气分离并负责制冷剂的补充。
图1 CO2跨临界制冷系统流程图
本系统的最显著特点是工质的吸热和放热过程在相对应的亚临界区和超临界区分别进行，压缩机的吸气压力要比临界压力低，临界温度高于蒸发温度，循环吸热过程依然在亚临界状态下发生，通过潜热完成换热过程。但是临界压力低于压缩机的排气压力，所以工质的冷凝过程不同于其在亚临界状态下的过程，而是通过显热实现换热过程。
太阳能辅助空气源跨临界二氧化碳热泵热水与空调系统初探
第６卷第６期 ２ ０ ０ ６年１ ２月 制冷与空调 ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＡＩＲ～ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ
太阳能辅助空气源跨临界二氧化碳
热泵热水与空调系统初探
孙兆虎 姜培学 邓建强
（清华大学）
摘 要 提出一种结构与控制均非常简单的太阳能辅助空气源跨临界ＣＯ２热泵空调热水系统，包括太阳 能集热系统、Ｃ０２热泵系统以及室内室外换热系统；针对不同气候条件，可采用制热、制冷、热水、制热十热 水、制冷十热水五种运行模式，实现热水和￣＿Ｎｇｇ大功能，具有节能环保的优点。
关键词Ｃ０２跨临界循环热泵太阳能
Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌａｒ－ａｉｒ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｏｕｒｃｅ ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ ＣＯ２ ｈｅａｔ
ｐｕｍｐ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ ａｎｄ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
Ｓｕｎ Ｚｈａｏｈｕ Ｊ ｉａｎｇ Ｐｅｉｘｕｅ Ｄｅｎｇ Ｊ ｉａｎｑｉａｎｇ
（Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ａ ｓｏｌａｒ—ａｉｒ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｏｕｒｃｅ ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ ＣＯ２ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｗａｔｅｒ
ｈｅａｔｅｒ ａｎｄ ａｉｒ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｅａｓｙ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ｉｔ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｓｏｌａｒ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ，
ＣＯ２一ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ａｎｄ ｉｎｄｏｏｒｓ ａｎｄ ｏｕｔｄｏｏｒｓ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ，Ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｅａｔｈｅｒ，ｔｈｅ ｓｙｓ—
ｔｅｒｎ ｃｏｕｌｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｆｉｖｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｈｅａｔｉｎｇ，ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ，ｈｏｔ ｗａｔｅｒ，ｈｅａｔｉｎｇ＋
ｈｏｔ ｗａｔｅｒ，ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ＋ｈｏｔ ｗａｔｅｒ，ａｎｄ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｅｃｏｎｏｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｖｉ—
二氧化碳跨临界循环的理论分析与研究
二氧化碳跨临界循环的理论分析与研究
乔丽 李树林
西安建筑科技大学 710055
摘要：本文主要对自然工质二氧化碳的替代进行研究。对其热力性质、循环特性进行分析研究，以求进一步完善R744循环。
关键词：自然工质 跨临界循环 热泵 气体冷却器
Theoretical Studies and analysis on Transcritical CO2 Cycles
Abstract: This paper studies the CO2 which one of natural refrigerant, analyzes its thermal properties, the
character of CO2 cycle, to make transcritical CO2 cycle more perfectly.
Keywords: natural refrigerant, transcritical system, heat pump, gas cooler
1前言
当前环境问题已成为一个重要的全球问题，其中臭氧层破坏和温室效应问题直接关系到人类的健康和生存，引起了人们的高度重视。在制冷及热泵装置中广泛使用的CFCs、HCFCs工质是引起臭氧层破坏的主要原因，而且，这些工质为温室气体，已列入逐步被淘汰之列。
制冷空调行业为了适应CFCs和HCFCs制冷工质的淘汰，纷纷转轨使用HFCs，人们一直认为HFCs是CFCs制冷工质的长期替代物。现在《京都议定书》又将HFCs列入了温室气体清单中，要对它们的排放加以控制。国内外制冷空调行业均在探索如何总结历史经验，寻求正确、科学地解决由于环保要求提出的制冷工质替代问题，力争少走弯路。
为了应对环保要求的挑战，在寻找、开发替代制冷工质的过程中，逐渐形成了两种替代路线：即以美国、日本为首的国家仍主张使用HFCs[1]，包括开发纯组分的新一代制冷工质或二元、三元共沸和非共沸混合物；德国、瑞士等欧洲国家主张使用自然工质，包括HCs、CO2、NH3等。
二氧化碳制冷和热泵循环
文章编号:ISSN1005-9180(2009)04-0042-07Ξ二氧化碳制冷和热泵循环周子成(广东西屋康达空调有限公司,广东佛山528000)[摘要]二氧化碳制冷剂由于它的制热性能系数高和对大气的全球气候变暖潜能值小,现在获得了愈来愈多的应用,尤其是在热泵热水器和汽车空调领域。本文论述二氧化碳制冷剂的各种制冷和热泵循环。[关键词]二氧化碳;制冷;热泵;循环[中图分类号]TQ05115;TU833 [文献标识码]ACarbonDioxideCoolingandHeatingCyclesZHOUZicheng(GuangdongSiukondaAirConditioningCo1,Ltd1,Guangdong528000,China)Abstract:OwingtothehighcoefficientofheatingandlowGlobalWormingPotential,Theapplicationofcarbondioxiderefrigerantismoreandmorewidely1Especiallyintheareaofheatpumpwaterheatersandcarairconditioners1Inthispa2per,thedifferentkindsofcarbondioxiderefrigerantcoolingandheatingcyclesarediscussed1Keywords:CarbonDioxide;Refrigeration;Heatpump;Cycle1 引言二氧化碳(CO2)是一种不破坏大气臭氧层(ODP=0)和全球气候变暖指数很小(GWP=1)的天然制冷剂。国际标准和国家标准中的编号是R744。它安全、低毒、不燃烧、与润滑油和金属及非金属材料不起作用、高温下也不会分解成有害气体。二氧化碳的临界温度比较低,只有3116℃,因此,只有在放热源温度较低时,才能在热泵、制冷循环里冷凝成液体,而在放热源温度较高时,它冷却成气体,这时的热泵、制冷循环称为跨临界循环。许多常规氟里昂制冷剂由于对大气臭氧层的破坏作用和造成全球气候变暖,在国际上已被禁止使用,使二氧化碳制冷剂重新得到人们的重视,因而出现了一些新的效能更高的循环,使二氧化碳制冷剂的优越性得到了更好的发挥。2 二氧化碳制冷剂的劳伦曾循环劳伦曾循环是变温热源下的制冷循环。当制冷剂和变温的高温热源及变温的低温热源之间无温差、且压缩过程和膨胀过程均为等熵过程时,循环具有最高的制冷系数,因此,它也被称为变温热源下的当量卡诺循环。二氧化碳热泵循环是在20世纪80年代末期由挪威科技学院科学与工业研究基金会(NTNU/SIN2TEF)的劳伦曾(GustavLoerentzen)教授及其合作者提出的。在1990年,工业组织NorskHydro获得了劳伦曾教授及其合作者在他们早期的专利应用中提出的“跨临界循环的高压侧控制新概念”专利技术。这种由NTNU/SINTEF开发的有关利用二氧化碳跨临界热泵循环的技术,后来被称为“Shecco技术”。制造商可以通过NorskHydro获得Shecco技术的授权。2001年日本的电装(Denso)公司第一个制造24 REFRIGERATION No.4,2009,Dec.Vol.28(TotalNo.109)
CO2跨临界水-水热泵系统模拟与试验研究
２０１２年第４Ｏ卷第６期 流体机械 ６１
文章编号：１００５—０３２９（２０１２）０６—００６１—０４
ＣＯ２跨临界水一水热泵系统模拟与试验研究
杨振江 ，杨俊兰 ，马一太 ，李敏霞
（１．河北省电力勘测设计研究院海外工程事业部，河北石家庄０５００３１； ２．天津城市建设学院，天津３００３８４；３．天津大学，天津３０００７２）
摘要： 主要对带节流阀的ｃＯ：跨临界水一水热泵系统建立了数学模型，对系统的制热性能进行了模拟计算，并与试
验数据做了对比。主要分析了高压侧压力、冷却水和冷冻水的进Ｉ＝１温度和流量分别对系统制热系数和制热量的影响。 结果表明，模拟计算结果与试验测试值的一致性较好，从而验证了模型的可信度。模拟所得对应最大制热系数的最佳高 压侧压力与实验结果存在一定的偏差。系统的制热性能系数和制热量随着冷却水进口温度的升高而降低，随冷冻水进
口温度的升高而增大；而且都随着冷却水和冷冻水流量的增加呈现出升高趋势。 关键词：ＣＯ：跨临界循环；热泵；节流阀；模拟计算；试验研究 中图分类号：ＴＨ６５ 文献标识码： Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—０３２９．２０１２．０６．０１４
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｅａｌ ＣＯ２ Ｗａｔｅｒ ｔｏ Ｗａｔｅｒ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｓｙｓｔｅｍ
ＹＡＮＧ Ｚｈｅｎ－ｊｉａｎｇ ，ＹＡＮＧ Ｊｕｎ－ｌａｎ ，ＭＡ Ｙｉ．ｔａｉ。，ＬＩ Ｍｉｎ．ｘｉａ。
（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ。Ｏｖｅｒｓｅａｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ，ＨｅＢｅｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，
Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００３ Ｉ Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８４，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）
回热器对跨临界CO_2热泵系统性能的影响
第４７卷第４期 ２０１２年８月 西南交通大学学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＯＵＴＨＷＥＳＴ ＪＩＡＯ ＩＩｏＮＧ ＵＮⅣＥＲＳｒＩ 、４ ．蜗 Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１２
文章编号：０２５８－２７２４（２０１２）０４－０６３４－０５ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５８－２７２４．２０１２．０４．０１６
回热器对跨临界ＣＯ２热泵系统性能的影响
金东旭 ， 王 平 ， 小山繁 ， 高田信夫２
（１．大连理工大学能源与动力学院，辽宁大连１１６０２４；２．九州大学综合理工学研究院，福冈春日８１６４５８０）
摘要：为了研究跨临界ｃ０２热泵热水系统中，回热器传热面积对系统性能的影响，在不同的制冷剂充注量条 件下实验研究了ｃ０２热泵系统的性能．实验中，通过调节变频压缩机频率与电子膨胀阀开启度，保持了一定的 制热量与蒸发器出口过热度．实验结果表明：在最佳制冷剂充注量条件下，随着回热器传热面积的增加，压缩机 的压缩比下降，排气温度与吸气温度上升．采用回热器可以提高系统的最大制热系数，当回热器的无量纲传热面 积为０．２时，可使最大制热系数提高约３．２％～５．１％． 关键词：ＣＯ２；热泵；回热器；性能 中图分类号：ＴＢ６１１ 文献标志码：Ａ
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ
Ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ ＣＯ２ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｓｙｓｔｅｍ
ＪＩＮ Ｄｏｎｇｘｕ ，ＷＡＮＧ Ｐｉｎｇ ，ＫＯＹＡＭＡ肌 ，ＴＡＫＡＴＡ Ｎｏｂｕｏ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０２４，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｉｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｋｙｕｓｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋａｓｕｇａ ８１６—８５８０，Ｊａｐａｎ）
CO2跨临界循环水源热泵系统的试验研究
第２６卷第４期 ２０１１年８月 郑州轻工业学院学报（自然科学版） ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＺＨＥＮＧＺＨＯＵ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＵＧＨＴ ＩＮＤＵＳＴＲＹ【Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） ＶｏＩ．２６ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１１
文章编号：１００４—１４７８（２０１１）０４—００４１一ｏ４
ＣＯ２跨临界循环水源热泵系统的试验研究
龚毅， 梁志礼， 侯峰， 王哲， 宋英峰
（郑州轻工业学院机电工程学院，河南郑州４５０００２）
摘要：为研究ＣＯ 在热泵领域的应用，设计并搭建了ＣＯ２跨临界循环水源热泵系统试验台，研究系
统在不同工况下运行的性能参数．试验结果表明：在水源温度为３０℃，初始水温度为２５℃，蒸发温
度为ｌＯ℃，终止水温度为６Ｏ℃和６５℃，蒸发器侧的水热源流量为０．６ ｍ ／ｈ条件下，系统ＣＯＰ 随 着高压侧压力的升高，呈现出先升高后降低的趋势，最大ＣＯＰ 为４．４，与其相对应的高压侧压力为
最优高压侧压力． 关键词：ＣＯ，跨临界循环；水源；热泵系统
中图分类号：ＴＢ６１ 文献标志码：Ａ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ＣＯ２ ｔｒａｎｓ・ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｙｃｌｅ ｗａｔｅｒ
ｓｏｕｒｃｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ
ＧＯＮＧ Ｙｉ，ＬＩＡＮＧ Ｚｈｉ—ｌｉ，ＨＯＵ Ｆｅｎｇ， ＷＡＮＧ Ｚｈｅ， ＳＯＮＧ Ｙｉｎｇ—ｆｅｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＥｌｅｃｔｒ．Ｍｅｃｈ．Ｅｎｇ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖ．ｏｆＬｉｇｈｔ Ｉｎｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ２ ｉｎ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ，ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｕｎｉｔｓ ｏｆ ｔａｎｓ—ｃｒｉｔｉｃａｌ
ＣＯ２ ｗａｔｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｂｕｉｌｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｏｎ－
CO2跨临界制冷循环原理及新技术
二氧化碳跨临界循
环制冷
CO2作为制冷剂的应用历史
•CO2作为最早的制冷剂之一，在19世纪末到20世
纪30年代得到了普遍的应用，到1930年，80%的
船舶采用CO2制冷。
•但由于当时采用的CO2亚临界循环制冷效率低，特
别是当环境温度稍高时，CO2的制冷能力急剧下降，
且功耗增大。
•同时，以R12为代表的CFC或氟氯烃制冷剂的出现，
以其无毒、不可燃、不爆炸、无刺激性、适中的压力和较高的制冷效率等特点，很快取代了CO2在安
全制冷剂方面的位置。
•近年来，制冷剂对臭氧层的破坏和全球温室效应等环保问题日益突出，而CO2跨临界制冷循环的提出，
CO2作为制冷剂开始重新得到重视
•该循环系统的最大特点就
是工质的吸、放热过程分
别在亚临界区和超临界区
进行。压缩机的吸气压力
低于临界压力，蒸发温度
也低于临界温度，循环的
吸热过程仍在亚临界条件
下进行，换热过程主要是
依靠潜热来完成。但是压
缩机的排气压力高于临界
压力，工质的冷凝过程与
在亚临界状态下完全不同，
换热过程依靠显热来完成。
CO2作为制冷工质的优缺点
优点
•良好的安全性和化学稳定性
•具有与制冷循环和设备相适应的热物理性质
•CO2优良的流动和传热特性
•CO2制冷循环的压缩比较常规工质制冷循环低
缺点
•运行压力高
•循环效率低
带回热器和不带回热
器的CO2跨临界单级循环进行理论分析和实验性能测试
不带回热器CO2跨临界单级循环
•典型的CO2跨临界单级循环主要由压缩机、气体冷却器、节流阀和蒸发器组成．图1和图2分别给出了CO2跨临界单级循环原理图和细图．图l中：低压气态制冷剂经压缩机被压缩成高压气态制冷剂(过程l一2)，经气体冷却器进行定压放热(过程2—3)，然后经节流阀进行节流降压(过程3—4)，低压液态制冷剂在蒸发器内进行定压吸热(过程4一1)，最后回到压缩机，从而完成
一个循环．
带回热器的CO2跨临界单级循环
•制冷循环增设回热器，
可以减小节流损失、
增大制冷量，从而提
高系统性能．图3和图
4分别给出了带回热器
跨临界CO2制冷与热泵系统
第６卷第６期 ２ ０ ０ ６年１ ２月 制冷与空调
ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴ１０Ｎ ＡＮＤ ＡＩＲ—ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ
跨临界ＣＯ２制冷与热泵系统
宋绍峰姜培学
（清华大学）
摘 要 概述跨临界ＣＯ２制冷和热泵循环的原理，提出几个影响该循环的技术关键。介绍跨临界ｃＯ２循 环的相关应用领域，指出０二）２作为性能良好的自然工质有着很好的发展前景。
关键词 超临界Ｃ０２跨临界ｃｃｈ汽车空调热泵
Ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ
Ｓｏｎｇ Ｓｈａｏｆｅｎｇ Ｊｉａｎｇ Ｐｅｉｘｕｅ
（Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ Ｃ０２ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｃｙｃｌｅ ｉｓ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｓｅｖｅｒａｌ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｃｙｃｌｅ，ｉｓ ｓｈｏｗｎ．Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｅａｌ ｃ０２
ｃｙｃｌｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｓｅｖｅｒａｌ ｆｉｅｌｄｓ，ｗｈｉｃｈ ｗｏｕｌｄ ｈａｖｅ ａ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｆｕｔｕｒｅ．
ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｏ２；ｔｒａｎｓｅｒｉｔｉｅａｌ Ｃ０２；ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ａｉｒ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ；ｈｅａｔ ｐｕｍｐ
１跨临界ＣＯ２制冷和热泵循环的原理
１．１跨临界Ｃ０２制冷循环
跨临界ＣＯ２制冷循环的主要组件有空气冷却
换热器（ｇａｓ ｃｏｏｌｅｒ）、压缩机（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）、蒸发器
（ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）、内换热器（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）和
膨胀阀（ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｖａｌｖｅ）。图１所示的是一个典型