以降压为目的的CO_2混合工质制冷系统研究进展

自然工质CO_2因其具有良好的环境友好特性(ODP=0,GWP=1)、单位容积制冷量高、良好的传热性能等优点而得到制冷行业的再次关注。然而,由于其自身物性及工况条件的限制,在实际应用中CO_2制冷系统大多采用跨临界循环,高压侧压力高达12MPa左右,这对系统各部件的安全性和制造成本提出非常高的要求。本文总结了目前采用CO_2混合工质来有效改善纯CO_2制冷系统运行压力较高问题的制冷循环系统,综述了国内外以降压为目的的CO_2混合工质制冷系统研究进展,分析了CO_2混合工质的跨临界制冷循环系统、自复叠式制冷系统以及压缩-吸收耦合循环系统各自的特点,指出了以降压为目的的CO_2混合工质制冷系统的发展前景,并对今后的CO_2混合工质制冷系统的主要研究方向进行了讨论。     

气冷器出口状态对跨临界CO2热泵系统性能影响的研究

跨临界CO_2热泵因其出色的环保性和节能性在近年来得到了国内外的广泛关注。由于CO_2工质特性的影响,工质的气冷器出口状态对系统性能的影响很大。针对带回热器的空气源跨临界CO_2热泵热水系统,通过调节节流阀开度来改变压缩机排气压力,对工质气冷器出口状态的变化规律及其对系统产生的影响进行了实验研究。结果表明:在一定的排气压力范围内,气冷器工质出口温度先短暂升高,然后快速下降,最终趋于稳定。受到气冷器工质出口状态变化的影响,系统制热性能系数(COP)存在最优值。当气冷器工质出口温度接近进水温度后,系统达到最大制热量。此外,控制适宜的气冷器工质出口温度可以使系统的COP和制热量均取得较大值。研究结果对带回热器的跨临界CO_2热泵系统的设计和深入研究具有参考意义。     

CO2/HCs混合工质亚临界与跨临界循环的性能分析

为了研究CO₂/HCs混合工质应用于热泵系统的性能，建立单级带节流阀亚临界循环和跨临界循环数学模型，分析了CO₂/R170,CO₂/R1270,CO₂/R290,CO₂/RC270 4种混合工质的特性、不同混合工质配比对循环制冷系数COP和高压压力的影响，以及蒸发温度和冷凝温度对循环性能的影响。结果表明：在亚临界循环中，性能最好的是CO₂/RC270,COP_c峰值为2.92,COP_h峰值为3.92,质量比在0.1/0.9左右，COP_c和COP_h分别比其他2种工质高出了9%、26%和7.1%、18%。在跨临界循环中，CO₂/R1270当质量比为0.96/0.04时，COP_c最大值为3.2,COP_h最大值为4.2; CO₂/R290能有效降低高压压力，当循环的高压压力在7.5 MPa下时...     

考虑环境影响的ORC系统综合评价指标及性能分析

为综合评价有机朗肯循环(ORC)系统的热经济和环保性能,采用(火用)参数量化工质的环境影响,提出了结合工质环境影响和循环热经济性能的综合评价指标"综合环境影响(火用)效率",在150℃的低温热源条件下,对考虑工质环境影响的亚临界有机朗肯循环和跨临界有机朗肯循环的系统性能进行了分析对比,结果表明,综合考虑循环热经济性能和工质环境影响因素时,R123和R32分别为亚临界有机朗肯循环系统和跨临界朗肯循环系统的最佳工质;跨临界ORC系统循环净输出功率要高于亚临界ORC系统,但是跨临界ORC系统较高的循环蒸发压力会引起工质泄漏量的增加,进而造成综合环境影响(火用)效率并不高,所以综合考虑环保和循环性能时,亚临界ORC系统是较好的选择.     

二氧化碳热泵技术的发展及应用案例分析

CO₂跨临界热泵循环,其制冷剂工质为CO₂,不可燃,无毒,无刺激性气味,零臭氧层破坏能力（ODP=0）以及微乎其微的温室效应（GWP=1）而对环境无害,可从工业生产中回收,逐渐成为被广泛应用的热泵技术。本文从国内外CO₂热泵技术的研究现状及应用现状出发,总结概述了目前典型的CO₂热泵循环系统应用案例,如单级压缩供给加用热水系统、双级压缩带中间补气供给家用热水系统、家用供暖及供给热水于一体的双热泵单元家电辅热系统、大型公用建筑用CO₂热泵系统,并从系统层面对影响CO₂热泵循环系统效率的相关热力学参数进行循环分析,如水箱进出水温度、气冷器水流量、系统的制冷剂充注量等参数的控制。以期为未来CO₂热泵技术在中国的发展、进一步研究和应用设计提供一些参考和依据。     

双温低品位热驱动跨临界CO_2-[emim][Tf_2N]吸收制冷系统的性能

在能量梯级利用的基础上,建立了双温热驱动跨临界CO_2-[emim][Tf_2N]吸收制冷系统,针对该系统的特点构建了相应数学模型,分析了各关键参数对系统性能的影响.结果表明,在一定条件下,与使用相同工质对的传统吸收制冷循环相比,本工作提出的系统性能系数(COP)最高增加50%.     

CO_2二元混合物压缩/引射制冷循环性能研究

引入CO_2混合物以及利用压缩/引射制冷循环,能有效提高其系统循环效率。建立了两相流引射器系统,采用均相流的索科洛夫理论、Eames等理论及热力学方法中两相流引射器模型进行分析,通过与文献中的实验结果对比,确定热力学方法在两相流引射器的设计计算中较为接近实际。基于热力学方法对CO_2/R32(质量比40/60)、CO_2/R41(质量比20/80)两类二元非共沸混合工质压缩/引射制冷循环系统的效率进行分析,发现带引射器比不带引射器时效率分别提高了30%和20%,而且通过引入混合物改善物性后的系统效率可以比纯工质CO_2系统效率提高50%以上,同时证明了CO_2/R32的效果要好于CO_2/R41。     

基于有机工质及CO2的跨临界动力循环研究进展

跨临界动力循环是一种将热能转化为机械能的热力系统,因其在中低温热能转换中循环效率高、经济性好等优势受众多学者关注。现有文献多针对跨临界动力循环的特定应用展开综述,鲜有关于循环结构、仿真模型及循环工质的一般性论述。以跨临界动力循环为主线,首先回顾已有的跨临界动力循环结构,介绍循环的热力学模型(稳态模型、动态模型)及经济性模型(系统成本模型、■经济模型),然后根据不同的循环工质(有机工质、CO₂和CO₂混合工质)重点阐述国内外跨临界动力循环的理论研究进展,最后简述近年来跨临界动力循环的试验研究现状。循环形式的构建将朝着与人工智能结合的方向发展,CO₂混合工质或将成为研究热点,同时亟需加大循环部件的研发及系统试验研究。     

采用分流过冷的跨临界CO2冷热联供系统性能

为了探索不借助外力即可实现跨临界CO₂冷热联供系统循环中工质过冷的方法,本文提出了三种采用系统循环内部工质分流实现过冷的跨临界CO₂循环系统形式,建立了系统循环热力学模型,通过模拟计算分析不同工况下系统性能变化规律。结果表明：在蒸发器与节流阀间分流的系统方案不会提高系统的性能;在气体冷却器与过冷器间分流的系统方案与在过冷器与节流阀间分流的系统方案对系统性能提升的效果相同,相对于在蒸发器与节流阀间分流的系统方案,综合循环性能系数（coefficient of performance,COP）最大可提高17.62%;采用分流过冷会提高压缩机的吸气压力,当气体冷却器出口CO₂温度确定时,存在最佳的排气压力使综合COP最高。因此,采用合理的分流过冷循环系统可以使跨临界CO₂冷热联供系统仅依靠自身循环实现过冷并提升系统性能。     

混合室直径对带喷射器的跨临界CO_2热泵性能影响

通过在跨临界CO_2系统中引入喷射器是回收系统节流损失的有效手段。实验研究了混合室直径分别为1.2、1.4、1.6 mm时,对带喷射器的跨临界CO_2热泵整体性能以及喷射器自身性能的影响。整个实验中热水进口温度、蒸发温度不变,热水出口温度作为比较基准,在实验中为变量。结果表明,混合室直径对压缩机排气温度影响较小,而其对压缩机排气压力影响较大,当混合室直径为1.6 mm时,压缩机排气压力最小;当混合室直径为1.6 mm时,系统制热系数最高。     

N_2O跨临界二级蒸气压缩制冷循环及回热特性

为解决CO2跨临界循环能效低、排气压力高的问题,将天然工质N2O用于跨临界循环,建立了相应的理论模型,比较了CO2和N2O用于二级蒸气压缩跨临界循环的性能,并分析了回热效率对于CO2和N2O系统能效Ccop和最优高压侧排气压力的影响。结果表明:N2O用于二级蒸气压缩跨临界制冷循环中的综合性能要优于CO2,在所选定的工况范围内,N2O的Ccop值比CO2最多提高13.3%,最优高压侧排气压力最多降低17.7%。回热效率对于CO2和N2O系统的最优高压侧排气压力几乎没有影响,回热循环对于CO2二级压缩跨临界系统的能效提升更为有利。     

混合工质林德节流制冷技术的发展分析

单工质单级蒸汽压缩式制冷循环是目前最成熟的制冷技术,但在低温温区（?40℃以下）具有一定局限性,而混合工质节流制冷技术能够适应不同温区,特别在深低温区极具研究价值。本文介绍了共沸、近共沸及非共沸混合物制冷剂的原理及特点。研究发现,共沸和近共沸混合工质制冷剂与单工质具有相似的性质;单级压缩混合工质制冷机依靠非共沸混合制冷剂的高度温变相变特性实现深度制冷。阐述了一种混合工质林德循环系统（LHR）的国内外发展历史和研究现状,指出LHR经历了开式循环、多级压缩闭式和单级压缩闭式循环3个发展阶段。最后结合混合工质林德循环系统实验,提出了增加风冷预冷器、回热器发泡保温等改进措施及研究优化重点,包括混合工质组分及最佳配比、热物性计算、换热器保温等方面的优化。     

低温余热驱动的ORC-VCR系统性能分析

建立低温余热驱动的有机朗肯循环耦合蒸汽压缩制冷循环系统(ORC-VCR)模型,为获取最高总系统制冷系数,在固定冷凝器露点温度及发生器和蒸发器泡点温度的条件下,对6种纯工质(R245fa,R227ea,R600,R600a,R1234yf,R134a)及2种非共沸混合工质(R227ea/R600a,R245fa/R600)的热力循环特性进行分析;同时分析了发生温度、冷凝温度及蒸发温度对子系统工质质量流量比及总系统制冷系数的影响。结果表明:在相同操作条件下,非共沸混合工质的总系统制冷系数优于纯工质。非共沸混合工质在某一组成下,滑移温度和总系统制冷系数均达到最高。在其他温度条件不变时,纯工质及非共沸混合工质的子系统工质质量流量比及总系统制冷系数均会随着发生温度及蒸发温度的升高而增大,随着冷凝温度的升高而减小。     

近年来吸收,吸附式热泵循环系统的研究与开发

本文综述了吸收、吸附式热泵循环理论、分类、工作原理以及描述热泵系统性能的参数。介绍了近年来吸收、吸附式热泵工质对的研究进展和新近开发出的热泵循环系统。     

基于中高温烟气余热利用复合循环优化研究

鉴于水工质朗肯循环(H_2O-RC)应用于中高温(500—700℃)烟气余热动力回收过程中存在的不足,提出2种复合循环:CO_2超临界循环(CO_2-SC)/有机工质跨临界循环(OTC),和空气布雷顿循环(Air-BC)/有机工质跨临界循环(OTC)。开展了以循环净输出功率为目标函数,以顶循环膨胀初压、终压和底循环膨胀初压、初温为优化变量的优化对比研究,得到了各循环参数对复合循环热力学性能的影响规律。结果表明:当烟气温度为500℃和600℃时,CO_2-SC/OTC热力学性能最优;当烟气温度为700℃时,H_2O-RC热力学性能反超复合循环,存在最大的净输出功率;基于500—700℃烟气余热动力利用,CO_2-SC/OTC热力学性能整体上优于Air-BC/OTC。     

混合室直径对带喷射器的跨临界CO2热泵性能影响

通过在跨临界CO₂系统中引入喷射器是回收系统节流损失的有效手段。实验研究了混合室直径分别为1.2、1.4、1.6 mm时,对带喷射器的跨临界CO₂热泵整体性能以及喷射器自身性能的影响。整个实验中热水进口温度、蒸发温度不变,热水出口温度作为比较基准,在实验中为变量。结果表明,混合室直径对压缩机排气温度影响较小,而其对压缩机排气压力影响较大,当混合室直径为1.6 mm时,压缩机排气压力最小;当混合室直径为1.6 mm时,系统制热系数最高。     

超临界H_2O/CO_2混合工质氢氧化反应器模拟

为了推动氢氧化反应器在新型超临界水煤气化制氢发电系统中的应用,初步探究了超临界H_2O/CO_2混合工质氢氧化反应器的运行特性。在Aspen Plus中建立了超临界H_2O/CO_2新型混合工质氢氧化反应器的平推流反应器流程模型,研究了反应温度、组分流量等因素对反应器性能的影响。结果表明:反应器内主要发生了氢气、甲烷和一氧化碳的氧化反应,当氧气稀缺时甲烷氧化反应优先于氢气氧化反应。根据模拟结果对反应器末端的氢气残留以及反应器内部温度分布的不均匀问题提出了改善措施,为工程应用中提升混合工质中氢能的利用效率、保障混合工质汽轮机的安全性提供了参考依据。     

蒸气压缩制冷/热泵系统中的气液分离技术

蒸气压缩制冷/热泵系统利用气液相变实现热量转移,如何应用气液分离技术对两相工质进行干度调控与流量分配,保证系统运行稳定性并提高系统性能一直是研究的热点。本文综述了蒸气压缩制冷/热泵系统中气液分离技术的研究进展,总结了系统中气液分离技术的应用方式,讨论了不同应用方式中该项技术的主要功能与工作机制,并对重点研究方向进行展望。研究发现气液分离技术的主要功能有保障系统运行可靠性、提高换热器性能、对非共沸混合工质进行组分分离以及改进循环流程等,对气液分离器性能提升方面现有的研究尚有不足,计算流体动力学（CFD）仿真模拟是研究其内部分离机理和对气液分离器进行结构优化的有效方法。气液分离技术应用方式的开发、相分离换热器优化研究与气液分离器的设计优化将会成为今后研究的重点方向。     

CO2跨临界水-水热泵系统模拟与实验对比分析

为了分析CO_2跨临界水-水热泵系统性能,建立了数学模型,并进行实验研究,对系统性能进行模拟计算,并与实验值做了对比。分析了高压压力、冷却水和冷冻水的进口温度和流量对系统制冷性能系数COP和制热性能系数COP_h的影响。结果表明:模拟值和实验值的一致性较好,从而验证了模型的准确性;系统的性能系数COP/COP_h随着高压压力的增加先增大后缓慢下降;COP/COP_h随着冷却水进口温度的升高而降低,随着冷冻水进口温度的升高而增大;随着冷却水流量和冷冻水流量的增大,COP/COP_h呈现上升趋势。     

自然复叠式热泵循环系统热力性能分析

受热源温度以及系统本身性能的限制,目前应用较为成熟的单级蒸气压缩式热泵系统的出水温度一般在50℃左右,这种热泵系统已经无法满足对热源侧和使用侧有较大温差要求的场合,新的自然复叠式热泵系统能够实现大温差热泵循环,可以作为冬季高温热泵使用。在设计自然复叠式热泵循环、选择适合该系统运行的非共沸混合工质的基础上,对该热泵循环系统进行了不同条件下的数据计算和热力性能分析。理论分析结果显示：R134a充注浓度的增加将引起吸气压力和排气压力升高,且浓度增加过程中COP存在一个最大值、压比存在一个最小值;最低冷凝温度和最低蒸发温度一定时,排气压力和循环充注浓度基本呈线性关系。