二氧化碳转子式膨胀机的试验研究

为了对所研制的CO2膨胀机的运行特性和运行效果进行探索和研究，建立用于测试膨胀机性能的CO2跨临界循环水一水热泵试验台，在组态王环境下开发系统运行监控软件，实现试验数据的计算机采集与系统的运行监控。试验结果表明：所研制的CO2膨胀机的效率一般在30％～50％。膨胀机对CO2跨临界循环系统COP具有明显的提高作用，在一般工况下大约可以提高20％～40％，所以膨胀机技术是提高CO2系统性能的有效技术措施。     

CO2跨临界膨胀机的开发与实验研究

作为自然工质,CO2制冷系统越来越受到关注,然而目前CO2跨临界循环研究面临的最大问题是如何提高系统效率,使之能与普通工质循环竞争。为降低CO2跨临界循环的节流损失,开发膨胀机代替节流阀是研究的重要方向。文中给出开发CO2滚动活塞膨胀机的依据,以及在设计过程中需解决的吸气控制系统、泄漏和摩擦等问题采取的措施,同时建立CO2跨临界循环系统带膨胀机系统的实验装置,并对CO2滚动活塞膨胀机进行实验研究,发现膨胀机的输出功与负载有关,同时得出膨胀机的最高效率可达到32％以上,进一步的改进工作仍在进行。     

跨临界CO2制冷系统采用透平膨胀机的可行性分析

对CO2制冷系统中应用膨胀机的研究现状进行了回顾,在此基础上对跨临界CO2制冷循环中采用透平膨胀机的可行性进行了分析.研究表明透平膨胀机完全适用于家用及商用的跨临界CO2制冷/热泵系统,并通过计算实例给出了采用不同方案和效率的透平膨胀机替代节流阀对CO2制冷系统性能的提升效果.     

二氧化碳膨胀机研究新进展

在综述国内外CO2膨胀机的研究现状，分析现有膨胀机技术特点的基础上，提出了CO2膨胀机研究中存在的问题。指出在CO2膨胀机的研究中，应该充分考虑CO2跨临界循环膨胀做功的特点，尽量减少其摩擦、泄漏及余隙容积损失，设计更为合理的进出口控制，促使CO2膨胀机的效率得到进一步提高。     

CO2滚动活塞膨胀机的设计与性能测试

通过对CO2跨临界循环的运行工况分析,确定滚动活塞式膨胀机的设计参数.指出控制泄漏损失和摩擦损失是提高膨胀机效率的关键.采用将发电机与膨胀机同轴联接,测量发电机电功率的办法来测量膨胀机的回收功率.经过CO2跨临界循环水-水热泵膨胀机回收功率测试实验台的运行实验,测定了CO2滚动活塞式膨胀机的性能,并进行了分析,提出了下一步改进的设想.     

小型制冷装置二氧化碳膨胀机的研究

随着自然工质CO2研究的进一步发展，为了提高系统的COP，采用膨胀机取代节流阀的方法越来越受到人们的重视。首先介绍了采用膨胀的CO2跨临界循环的系统流程，选取典型工况分别对活塞式、螺杆式、转子式和涡旋式膨胀机进行了热力计算，并结合CO2超临界膨胀过程的特点和生产工艺，初步确定了各种型式膨胀机的结构尺寸。通过对比分析各种膨胀机的功率匹配特性，确定了不同应用场合膨胀机的选型原则和技术可行性。在此基础上，重点分析和讨论了适用于小型制冷装置的二氧化碳涡旋式膨胀机。通过初步的结构设计，提出了影响膨胀机性能的关键几何参数，并进行了理想涡旋膨胀机的热力分析，旨在为研究和设计CO2膨胀机样机提供理论依据和设计经验。     

二氧化碳跨临界循环系统用新型膨胀机的研发

由于传统的人工合成制冷剂对环境的不良影响,环保的自然工质CO2重新兴起。提高CO2跨临界循环系统的效率成为CO2制冷技术发展的一个研究重点。采用膨胀机可以提高CO2跨临界循环系统的效率,使其接近普通制冷系统的效率。在原有单缸滚动活塞膨胀机的基础上,设计并加工了新型双缸膨胀机样机,对其设计过程、运动原理等进行了介绍,并利用CO2跨临界水-水热泵系统对样机进行了性能测试,测试结果显示,在试验工况下,膨胀机的转速为780～1100r/min,其等熵效率的为28%～33%。     

CO2双缸滚动活塞膨胀机的实验研究

通过实验研究分析了CO2双缸滚动活塞膨胀机的中间通道对其效率及膨胀比的影响。对CO2双缸滚动活塞膨胀机的中间通道进行了改进,同时减小了中间通道的长度和直径,并进行了相关实验,结果表明:膨胀机的入口最优工况为26℃,6.5MPa,回收功率最高达到200W,效率最高达到42.3%。在各种实验工况下,测得的膨胀比已经达到了2.2左右,已经比较接近CO2双缸滚动活塞膨胀机的设计膨胀比2.5,但仍有改进的空间。     

带交流发电机的氦透平膨胀机

从1966年以来,日本东京电气技术研究所研究了磁流体发电机,这是国家研究与开发规划的一部分。要使这种发电机的超导磁体运行,必须研制大型制冷装置。我们研制了用于大型氦制冷装置的、以交流发电机作为制动的透平膨胀机。业已表明,这种透平膨胀机能够成功地付诸实用。     

提高CO2跨临界循环效率的方法

针对CO2跨临界循环的特征,阐述了几种提高循环效率的方法,其中包括采用涡流管或者膨胀机代替膨胀阀,采用两级压缩、中间冷却技术等等.论述了涡流管代替膨胀阀提高系统效率的方法、原理,并介绍了一种适合小型制冷系统的新型气缸活塞式膨胀机.另外,还叙述了CO2跨临界循环系统采用两级压缩、中间冷却时,最佳中间压力的确定原理以及方法.     

N_2O跨临界双级压缩带膨胀机制冷循环

将天然工质N_2O用于跨临界循环,建立了相应的理论模型,比较了CO_2和N_2O用于跨临界两级压缩膨胀制冷循环的性能.结果表明:N_2O用于跨临界两级蒸气压缩膨胀制冷循环中的综合性能要优于CO_2.在所选定的工况范围内,N_2O系统的C_(cop)值(性能系数)比CO_2最多提高9.6%,当气冷器出口温度越低、蒸发温度越高时,N_2O系统的C_(cop)值增加越明显;N_2O系统的最优高压压力远低于CO_2,在气体冷却器出口温度为40 ℃时,最优高压侧排气压力最多降低了16.2%;N_2O系统在排气温度、单位质量制冷量方面也较CO_2具有优势.最后提出通过降低气体冷却器出口温度来提高跨临界带膨胀机制冷循环性能和降低最优高压侧排气压力的观点.     

二氧化碳跨临界循环的比较分析

介绍了二氧化碳的热物理特性，理论分析了二氧化碳跨临界循环。在讨论基本理论循环的基础上，研究了带回热器的循环、带膨胀机的循环、既带回热器又带膨胀机的循环。同时，比较了各种循环的性能系数，发现在各种循环中都存在一个最佳的排气压力使得系统的性能系数达到最大值，并且带膨胀机的循环是性能系数最优的循环。     

新型CO2超音速两相膨胀制冷循环的理论研究

本文提出了以Laval喷管为核心部件的超音速两相膨胀机的概念,构建了以天然制冷剂CO2为工质的超音速两相膨胀制冷循环模型并对其进行理想循环热力学分析和模拟计算研究。结果表明：超音速两相膨胀机入口压力、入口温度和旋流分离段出口压力均对系统制冷性能有影响;在空调温区工况,CO2超音速两相膨胀制冷循环COP为6.69,是现有制冷性能相对最优的CO2跨临界制冷循环COP的1.63倍,且大幅降低系统压力;气液分离时液相速度损失对系统制冷性能有影响,系统COP由9.56减至6.01,相对卡诺效率由0.95减至0.60,但仍然保持在较高水平。通过初步的热力学分析和模拟计算研究表明,新型CO2超音速两相膨胀制冷循环具有较好的原理可行性和发展前景。     

Integration of a three-stage expander into a CO2 refrigeration system

The inclusion of an expander with work recovery provides two advantages for transcritical CO₂ refrigeration cycles: the COP is improved and the exhaust pressure of the main compressor is lowered. Several designs of expanders have been proposed for this application and some prototypes have been tested already. In our laboratory a three-stage expander has been developed, which replaces the throttle valve of the normal refrigeration cycle and expands into the two-phase region. For optimum integration into the overall system it is proposed to install a vapour-liquid separator between the second and third stage of expansion. The vapour is guided back to the third expander stage whereas the liquid is supplied to the cooling stations via thermostatic or electronic expansion valves.     

二氧化碳往复式膨胀机的效率分析

本文在对CO2往复式膨胀机的损失进行分析的基础上,根据热力学方程建立了简单的效率分析方程.在进行计算的基础上,具体分析了泄漏损失、余隙容积损失、摩擦损失、进出口阀节流损失等各种不可逆损失随进出口压力比的变化趋势,结果表明泄漏损失和摩擦损失在总损失中所占的份额较大,而且随进出口压比的变化趋势相反.文中还提出了减少各种不可逆损失,提高膨胀机效率的一些具体措施.     

制冷空调中CO2跨临界循环方式的分析

为尽快实现制冷空调中CO2对传统工质的替代,克服CO2跨临界循环系统效率较低的缺点,在基本制冷循环的基础上,可以通过应用内部热交换器、闪蒸器、混合器、分离器、膨胀机等部件,采用各种系统循环方式以提高CO2跨临界循环的系统效率并满足不同需要,从而使之达到与传统工质相竞争的比较优势.本文对三种单级循环、五种双级循环和四种联合循环的流程及各种循环提高系统效率的原理进行了综述和分析.