四种跨临界CO2压缩式热泵系统的热力性能研究

CO2是具有很大潜力的天然替代工质之一,CO2跨临界循环放热过程中具有较大温度滑移,与水侧温升过程相匹配,因此适合用于热泵热水器系统。国内外学者提出了许多提高跨临界CO2循环效率的方法,其中包括引入回热器、喷射器等设备,从不同角度对比分析在常规跨临界CO2热泵系统中引入回热器、喷射器后系统的性能变化。本文在前人工作的基础上,建立相关热力学计算模型,并进一步对四种不同形式的跨临界CO2热泵系统（常规跨临界CO2热泵系统（TCHS）、带回热器的跨临界CO2热泵系统（TCHSI）、带喷射器的跨临界CO2热泵系统（TCHSE）及带喷射器与回热器的跨临界CO2热泵系统（TCHSEI））的性能进行研究,对比分析排气压力一定的情况下四种循环的热力性能;从最优排气压力的角度出发,分析对比不同系统中气冷器出口温度变化对系统最优排气压力和制热系数的影响,以及喷射器等熵效率对系统性能的影响。以上研究为CO2压缩式热泵系统的实用化进展奠定良好的理论基础。     

跨临界二氧化碳制冷系统优化方案的研究综述

跨临界二氧化碳(CO₂)制冷循环系统因其节能环保的优势受到国内外专家学者的广泛关注,对该系统的研究在近些年取得了重要进展。介绍了 CO₂制冷剂的环境优势与应用方式,阐述了跨临界CO₂制冷循环系统的基本结构,总结了现有系统的四种优化方案：在系统中增设回热器、利用膨胀机代替节流阀、在系统中增设喷射器和采用双级压缩循环方式,随后分析了各种方案的工作原理及特点,并介绍了每种方案的现有研究内容。CO₂ 为一种非常具有发展潜力的制冷剂,对其跨临界制冷循环系统进行优化可有效的提升系统的制冷系数(COP),有利于充分发挥系统的节能环保优势,从而促进该类型系统的推广应用。     

机械过冷CO_2跨临界制冷循环性能理论分析

采用蒸气压缩制冷循环(辅助循环)对CO_2跨临界制冷循环气体冷却器出口的CO_2流体进行冷却,可减小节流不可逆损失,提高循环性能。本文对机械过冷CO_2跨临界制冷循环进行热力学循环分析,结果表明:当在最优排气压力和最优过冷度两个参数条件下,循环存在最大COP。环境温度越高、蒸发温度越低,采用机械过冷方法使循环性能提升越显著,相对传统CO_2制冷循环,通过辅助循环可显著提高循环COP,降低CO_2排气压力和温度。相对CO_2压缩机,辅助循环压缩机的功耗较少。分析了辅助循环中采用11种不同制冷剂的性能,可得除R41外,其它10种工质对循环整体COP的提升程度差异不明显。综上所述,机械过冷CO_2跨临界制冷循环更适用于环境温度较高、蒸发温度较低的场合。     

CO2制冷特性和应用分析

介绍了CO2制冷剂的的历史和发展;分析总结了CO2的物理化学性质和制冷特性;阐述了亚临界循环、跨临界循环等4种制冷循环的基本原理;介绍了CO2制冷技术在汽车空调、热泵系统和复叠式制冷系统等方面的应用。     

跨临界CO2滑片膨胀机的研究与开发

从结构设计到样机加工阐述一种滑片膨胀机的设计开发过程，并对开发的滑片膨胀机中摩擦、泄漏、膨胀功回收及轴封设计等几个重要的问题进行讨论。     

跨临界CO_2制冷(热泵)系统中毛细管研究进展

毛细管应用于CO2跨临界循环时,其内部流动不同于普通CFCs和HCFCs,针对毛细管作为跨临界CO2制冷(热泵)系统节流机构的研究进行了回顾。主要从CO2毛细管模型、实验研究、临界流以及毛细管对系统的影响4个方面详细介绍了国内外的研究进展。阐述了目前研究存在的几个问题,并探讨了这一领域内研究的发展方向。     

CO2制冷剂及其跨临界循环系统的开发与研究

从CO2制冷剂的研究背景出发,通过对其作为制冷剂的历史回顾,主要介绍了CO2制冷剂再开发的目的、特点以及应用和研究方向;对国内在该领域的开发与研究进行了归纳和总结,指出了CO2跨临界循环系统今后的研究和发展方向.     

跨临界CO2引射制冷系统控制性能研究

本文建立了两种控制器（单通道最优控制器（SCOC）和多变量线性二次高斯控制器（LQG））以改善跨临界CO2引射制冷系统的运行效率。首先建立了SCOC,通过在线调节喷嘴喉部面积,搜索系统最优的气冷器压力;其次针对SCOC作用下制冷量不可控的缺点,设计了LQG以实现系统制冷量可调。将两种控制器分别应用于实验系统中,结果表明：SCOC能够驱使系统不断接近给系统的最优气冷器压力,给定工况下获得最大制热系数COPh为3.15,但导致系统制冷量的不可控。在LQG的作用下,气冷器压力、系统制冷量得到独立控制,显示了很好的参数跟随性,然而LQG无法保证系统的稳态运行效率。研究指出两种控制器各有优缺点,若实现满足系统负荷需求的同时保持系统最高的运行效率,需要设计结合两种算法特点的新型控制器。     

跨临界CO2双节流阀热泵系统的实验研究

介绍了一种带有双节流阀和平衡储液器控制装置的跨临界CO2热泵系统实验台,针对系统相对功率影响指数和相对制冷系数影响指数进行量化分析,论证了回热器对跨临界CO2热泵系统性能的影响。结果表明:在高压侧压力为10MPa以上,蒸发温度在0℃以下时,带回热器的系统功率相对较低。而蒸发温度在5℃以上,无回热器的系统性能系数将提高3%至5%。这种新的带有双节流阀和平衡储液器控制装置可有效平衡系统高、低侧压力波动对性能的影响。研究结果为跨临界CO2热泵的开发提供了实验依据。     

CO2低温制冷循环热力学分析

通过对CO2单级压缩和双级压缩制冷循环的热力学分析得出,在一定的蒸发温度和冷凝温度下,CO2单级压缩制冷循环的COP比CO2双级压缩制冷循环的COP低、压差大、压比高.因此,CO2低温制冷循环系统应采用双级压缩制冷循环,为提高CO2双级压缩制冷循环的循环效率,应尽可能升高蒸发温度、降低冷凝温度,可以看出自然工质CO2双级压缩制冷循环有很好的发展前景.     

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制冷与热泵系统

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CO2作为性能良好的自然工质有着很好的发展前景。     

CO2跨临界制冷技术的应用研究

CO₂是天然工质,应用于蒸气压缩制冷循环具有传热性能好、流动阻力小、单位容积制冷量大且经济性好的优点。本文介绍CO₂跨临界制冷技术的基本原理,阐述该技术在人工冰场及新能源汽车空调系统的应用情况和相应的研究进展,指出系统全工况性能检测、关键部件可靠性提升是未来CO₂跨临界制冷技术的重要研究方向。     

不凝气体对跨临界CO2制冷系统性能影响的分析

本文选择不凝气体氮气作为添加剂加入到CO2跨临界制冷循环系统中,通过理论分析和计算仿真研究氮气对系统制冷性能的影响。首先分析CO2工质和氮气的基本物性参数,N2的加入会改变CO2工质物性参数,本文通过计算得出添加剂使CO2工质的饱和压力和液体比热提高,粘度系数、表面张力、液/汽密度比和导热系数降低。同时分析N2在蒸发器内可作为汽化核心,实现非均匀核化过程,从而降低成核温度,提高换热系数。同时N2的加入会降低压缩机排气温度,减小压缩机功率,从而提高系统制冷性能,并随浓度的增加而增加。本文为跨临界CO2制冷循环系统高效应用研究提供理论依据。     

内压作用下CO2跨临界制冷热泵系统的可靠性分析

根据可靠性理论和材料力学理论,指出了在较高的系统运行压力条件下,影响CO2跨临界制冷热泵系统可靠性的因素;得出了管路可靠度随其所受内压不同时的变化规律.根据这些影响因素及变化规律,指出了提高CO2跨临界制冷热泵系统可靠性的途径是:适当的增加管壁厚度,或者加大所选材料的许用应力,或两者同时增大.这些为进一步研究和开发CO2跨临界制冷热泵系统提供了必要的理论依据.     

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.     

两种新型太阳能吸收式制冷系统性能分析

提出了一种带有一体化太阳能热泵的太阳能吸收式制冷系统（新型B）,在合理设定的条件下与传统的系统进行了性能分析比较。结果表明：当太阳辐射强度为0.95W/m2时,新型A系统的制冷能力是传统的1.6倍,新型B系统是传统的3.07倍,当太阳辐射强度为0.2 W/m2时,新型A系统的制冷能力与最高辐射强度相比下降了70%,新型B系统仅下降42.3%,而传统的系统不能制冷;当太阳辐射强度不同时,两种新型太阳能制冷系统通过调节水流量或压缩机转速稳定地提供制冷;在相同的冷凝温度和蒸发温度下,热泵系统的制冷剂R600a比R134a具有更高的COP,且在相同制冷量下R600a消耗的功率更少;通过经济性分析证明了两种新型系统是可行的、经济的。     

跨临界CO2蒸气压缩式制冷与热泵技术综述

CO2跨临界制冷循环模式因环境友好性、高温制热性、低环境温度适应性、全工况范围高效性等众多优势成为制冷领域中最热门的研究课题之一.本文分别讨论了跨临界CO2制冷或热泵技术在车辆空调、建筑采暖与热水供应、烘干产业、商超冷链等行业中的发展现状,总结并预测了跨临界CO2技术的未来发展趋势.CO2制冷技术在车辆热管理领域发展前...     

采用不同膨胀机构的跨临界CO2循环性能分析

运用热力学第一定律和第二定律对跨临界CO2基本循环、膨胀机循环、喷射器循环和涡流管循环进行了分析,计算了各循环各个部件的损失,比较了各循环性能系数和总损失。计算结果表明,采用膨胀机、喷射器和涡流管等膨胀设备代替基本循环中的节流阀后,由于这些改进膨胀设备的损失小于基本循环节流阀的损失,同时改进循环中压缩机的损失小于基本循环的压缩机损失,从而减小了循环总损失,提高了循环的COP。膨胀机循环的COP远大于其它跨临界CO2循环,其次为喷射器循环和涡流管循环。     

用于低温复叠式制冷的CO2螺杆式压缩机组的性能实验

CO2在冷冻冷藏系统中适宜作为低温级制冷剂与其他制冷剂组成复叠式制冷循环。建立采用螺杆式压缩机组的NH3/CO2复叠式制冷实验系统,对低温级的CO2螺杆式压缩机组进行性能测试,并对主要技术参数进行分析,给出机组制冷量、轴功率、容积效率和绝热效率等在不同工况下的变化关系。在相同工况下CO2制冷机组的制冷量约是同型号氨机组的7.5～10.5倍,且在蒸发温度越低时差值越大。对NH3/CO2复叠式制冷机组和NH3单机双级压缩制冷机组的性能系数进行比较,前者在蒸发温度低于-40℃时性能系数更高。