CO2制冷装置CDPL500-SIE-29-Y 一：工作原理 二：操作流程： 三：仪表的操作： 四：冷干机的操作： 五:几种常见报警及消除：
CO2制冷装置 CDPL500-SIE-29-Y (一)：工作原理 干燥清洁的二氧化碳气体在进入二氧化碳液化器进行液化，液化器是一个列管式换热器，制冷剂在管中流动，不断蒸发汽化吸收热量，二氧化碳气体被冷却到-20～-25℃（温度随压力的变化而变化）左右并被液化，在此温度下不能液化的气体（称为不凝性气体，主要成份是氧气和氮气）积聚在液化器的顶部被排放出液化器。制冷剂可在一定温度及压力下被冷却循环水冷凝成液体，使制冷剂具有制冷能力，吸收的热量被冷却水带走。液化的二氧化碳液体自流被送入储液罐储存。 储存液体时或生产用气时压力超过一定值时（1.93Mpa），冷冻机组自动开启(制冷机组满负荷运行)进行降温降压，将气体液化，避免安全阀起跳损耗气体。当制冷机组压力下降至一定值时（1.83Mpa），液化器冷冻机组自动停止工作；当二氧化碳来气量减少时，二氧化碳回路压力会降低，此时螺杆制冷压缩机会进行卸载。制冷机组工作时压力超过2MPa，建议关闭手动控制气体压缩机，如压力仍维持2Mpa，建议用户关闭制冷机组，检测发酵罐来气中二氧化碳浓度。 制冷压缩机的卸载范围： 1：二氧化碳回路压力>1.8 Mpa：制冷机组满负荷加经济器运行
2：二氧化碳回路压力>1.8Mpa，<1.7 Mpa：制冷机组满负荷运行 3：二氧化碳回路压力<1.7 Mpa：制冷机组75%负荷运行 2：二氧化碳回路压力<1.6 Mpa：制冷机组停止运行，等待气体压缩机给二氧化碳回路升压。 （二）：操作流程： （1）自动运行：（系统正常运行） 按下启动按钮，这时候制冷压缩机进入运行准备状态，启动按钮灯亮。当系统压力大于18KG，制冷压缩机就可以运行，低于16KG自动停止，然后当系统压力再次大于18KG后会自动再运行，除非按下停止按钮，机器才会停止运行，同时停止按钮灯亮。如果运行中发现有报警发生，机器也会停止运行，人为的消除报警后再次按下启动按钮才能让机器运行。 （2）降压操作：（系统长时间停机可能会导致压力超高） 将允许降压打在开的位臵，允许降压指示灯亮。系统长时间停机可能会导致压力超高。当高过19.3KG时，制冷压缩机强制投入运行，到压力低于18KG停止。一般可以将允许降压打在开的位臵。 （3）工作流程： 系统运行后3秒制冷压缩机启动，首先线圈1得电，500毫秒后线圈2得电。这时能调阀1和2都未得电，压缩机为50%功率运行，线圈1运行后1分钟能调阀2得电，为75%功率运行。再过1分钟能
目录 第一章制冷的热力学基础 (2) 第1节热力学第一定律 (2) 第2节热力学第二定律 (6) 第二章传统的制冷物质与制冷技术 (7) 第1节制冷剂的历史[4] (7) 第2节传统制冷技术的简单介绍 (7) 第三章半导体制冷 (10) 第1节半导体[4] (10) 第2节半导体制冷器 (11) 参考文献 (12) 致谢 (13)
第一章 制冷的热力学基础 第1节 热力学第一定律 1、热力学第一定律 自然界中的所有物质都有能量，能量不能被创造也不能被消灭，它只能进行能量之间的转换，从一种形态变成另一种形态，但是能量的总和不会改变，这就是能量守恒与转换定律，是自然界的基础规律之一，也是热力学第一定律的理论基础[2]。热力学第一定律就是能量守恒与转换在一个热力学系统中的应用。 热力学第一定律的解析式为： W U Q +?= （1.1.1） 式中Q 为系统中的热量，U ?表示热力学能的变化量，W 为与环境交换的功。式中热力学能变化量U ?、热量Q 、和功W 都是代数值，可正可负，系统吸热Q 值为正，放热Q 值为负；同理，系统对外做功W 为正，反之为负。系统的热力学能增大时，U ?为正。可以理解为在一个热力学系统内，热力学变化量U ?与对环境做的功的总和为系统中的总热量。这也说明了一个道理热力学第一定律是一个准静态过程，即在这个过程中的每一时刻，系统都处于平衡态。 说简单些，就是在一个系统中，热和功是可以相互转换的，消耗一定量的热即可产生一定量的功，同时，消耗一定量的功会产生一定量的热，但其二者之和是保持不变的一个固定值。 热力学的第一定律解析式的微分形式为 W dU Q δδ+= (1.1.2) 2、热力学第一定律对理想气体的应用[1] 下面我们来看看热力学第一定律在理想气体下的一些简单的能量转换。 （1）等体过程 等体过程即使在系统体积保持不变，外界做功为零，故此根据热力学第一定律的解析式可得出
关于CO2制冷的说明 CO2制冷的优点： 1、CO2为自然工质 2、优良的经济性，无回收问题 3、良好的安全性，无毒，不燃 4、优良的传热和流动性。 CO2制冷现阶段的局限性： 1、管道材质：CO2常温下压力为75kgf ，采用R717和CO2复叠制冷，温度控制在-5℃ ~-10℃范围内，设计压力为52kgf ，运行压力在30kgf ，在此压力下，管道采用不锈钢 或16Mnr ，不锈钢焊口需经过处理，否则容易腐蚀，16Mnr 焊接后需经过热处理，在中 国现有条件下，现场没法进行处理，如果出现问题，危险性更大。此外，中国没有这方 面的规范和部门对此进行检验，检验标准生产厂家按自己厂家的标准执行。 2、CO2的水的影响：CO2系统中如果有水分，不但会造成冰堵，CO2和水反应生产碳酸， 对系统造成腐蚀。通常在系统中增加干燥过滤器，经常更换干燥过滤器，但在如此高的 压力下，更换过滤器，对设备管理人员提出了更高的要求。 3、CO2冲霜的问题：如果采用电融霜，运行费用非常高；采用水融霜，融霜时间长， 并且冷库地面会出现冻冰现象。通常采用工质融霜。CO2制冷压缩机组工作范围-5℃ ~-10℃，压缩机设计压力在35kgf ，而融霜温度在10℃左右，需增加进口压缩机进行 融霜，设计压力在50kgf~60kgf ，融霜压缩机组都是进口，如果出现故障，现场很难 处理，维修周期非常长。 4、辅助制冷系统：由于CO2 常温下压力过高，系统停止运行时，需开启辅助制冷系
统保持系统压力升高，辅助制冷系统需配置专用发电机组，并且都要有备用，时刻保证辅助制冷系统和专用发电机组都在良好的工作状态，平时不使用，一旦制冷系统停止运行，必须保证辅助制冷系统可靠运行，辅助制冷压缩机采用进口，维修麻烦。 5、操作维护：CO2制冷系统同R22制冷系统一样，系统很难回油，完全靠人工操作进行系统回油，在如此高的压力和复杂的系统下，对设备操作人员技术水平提出非常高的要求。该系统有制冷压缩机组、融霜压缩机组和辅助制冷系统，各压缩机组都不能出现故障，对设备维护人员要求很高的技术水平。系统压力非常高，运行补充CO2和冷冻油，更换阀门、安全阀等，都要求有非常专业的设备维护人员。 6、CO2的危险性：直接存在于人类的呼吸过程中，3% (30,000ppm) 导致呼吸加重 (+100%)，5% （50,000ppm）导致麻醉，10% (100,000ppm) 导致昏迷，> 30% 立即导致由于浓度过高而引起的死亡！大气中CO2和O2的浓度比为1:700。O2浓度下降1-5%不会引起致命的危害。CO2浓度上升1-5%是致命的，需要设置类似于NH3那样明显的警示标志以便使现场受过训练的工作人员能够随时意识到可能存在的安全性问题。 综上所述，在中国现有的国情下，无论从技术上、工艺上、还是用户的操作维护上，都不适合作为商业推广，只能作为实验项目使用，只有各方面都进一步发展，才适合推广。蒙牛、伊利公司都研究过CO2制冷，伊利公司还到CO2制冷现场参观过，但现在都没采用，就是CO2制冷现在还不可靠，风险性比较大。此次羊屠宰项目采用CO2 制冷，系统也需要氨液（可能2吨左右），采用氨制冷，系统充氨量才9吨左右，没超过十吨（超过十吨为重大危险源），采用CO2制冷没什么意义。
二氧化碳制冷技术 二氧化碳具有高密度和低粘度，其流动损失小、传热效果良好，并且通过对传热作用的强化，可以弥补其循环不高的缺点。同时二氧化碳环境表现优良、费用低易获取、稳定性好、有利于减小装置体积。最重要的是，其安全无毒，不可燃，这一点比R290具有明显的优势。 当然，采用二氧化碳为制冷剂也有缺点，二氧化碳高的临界压力和低的临界温度也给它做制冷剂带来了许多难题。无论亚临界循环还是跨临界循环，二氧化碳制冷系统的运行压力都将高于传统的制冷空调系统，这必然会给系统及部件的设计带来许多新的要求。同时现阶段还存在二氧化碳制冷系统的效率相对较低的问题。 目前二氧化碳的研究和应用主要集中于三个方面： 一方面是汽车空调领域，由于制冷剂排放量大，对环境的危害也大，必须尽早采用对环境无危害的制冷剂； 第二方面是热泵热水器，二氧化碳在超临界条件下放热存在一个相当大的温度滑移，有利于将热水加热到一个更高的温度； 第三方面是考虑到二氧化碳良好的低温流动性能和换热特性，采用它作为复叠制冷循环低温级制冷剂。
在复叠式制冷系统中，二氧化碳循环在亚临界条件下运行。此时二氧化碳用作低压级制冷剂，高压级用NH3作制冷剂。与其它低压制冷剂相比，即使处在低温，二氧化碳的粘度也非常小，传热性能良好，因为利用潜热，其制冷能力相当大。 目前，欧洲在超市中已建立了几个这种用二氧化碳作低温制冷剂的复叠式制冷系统，运行情况表明技术上是可行的，这种系统还适用于低温冷冻干燥过程。 当前关于R22制冷剂的替代国际上主要有两种技术方案： 一种是以北欧国家和韩国为代表，其主张采用天然工质作为替代物，如纯工质R290、R1270、R744、R600a、R600、R717等，以及HCs类的混合物； 另一种是以美国和日本为代表的采用HFCs作为替代物，如美国联合信号公司的非共沸混合物R410A、杜邦公司和I.C.I公司的混合物R407C，以及R32和R152a等，这些制冷剂的ODP均为0，能够达到保护臭氧层的目的，但是会产生温室效应。 目前看来，二氧化碳在国内市场的前景，还有点像“雾里看花”，就像王立群所言，他们都了解它的好，但真正用的少。国内空调行业暂时看不到二氧化碳发展的影子，其在国内冷冻冷藏市场也才刚刚迈步，但在热
C O2在冷库制冷系统的应用 辽宁石油化工大学汤玉鹏一、C O2作为制冷剂的发展历史 在19世纪末至20世纪30年代前，C O2（R744），氨（R717），S O2（R764），氯甲烷（R40）等曾被广泛应用。 1850年，最初是由美国人A l e x a n d e r T w i n i n g提出在蒸汽压缩系统中采用C O2作为制冷剂，并获英国专利[1]。 1867年，T h a d d e u s S C L o w e首次成功使用C O2应用于商业机，获得了英国专利。于1869年制造了一台制冰机。 1882年，C a r l v o n L i n d e为德国埃森的F K r u p p公司设计和开发了采用C O2 作为工质的制冷机。 1884年，WR a y d t设计的C O2压缩制冰系统获得了英国15475号专利。澳大利亚的J Ha r r i s o n设计了一台用于制冷的C O2装置获得了英国1890号专利。 1886年，德国人F r a n z Wi n d h a u s e n设计的C O2压缩机获得了英国专利。英国的J&E Ha l公司收购了该专利，将其改进后于1890年开始投入生产。 19世纪90年代美国开始将C O2应用于制冷。 1897年K r o e s c h e l B r o s锅炉公司在芝加哥成立了分公司，生产C O2压缩机。 1919年前后，C O2制冷压缩机才被广泛应用在舒适性空调中。 1920年，在教堂的空调系统中得到应用。 1925年，干冰循环用于空气调节。 1927年，在办公室的空调系统中得到使用。 1930年，在住宅的空调系统中得到使用，后来又被用于各种商业建筑和公共设施的空调制冷系统。 C O2制冷曾经达到很辉煌的程度。据统计，1900年全世界范围内的356艘船舶中，37%用空气循环制冷机，37%用氨吸收式制冷机，25%使用C O2蒸气压缩式制冷机。发展到1930年，80%的船舶采用C O2制冷机，其余的20%则用氨制冷机。由于当时的技术水平比较差，C O2较低的临界温度（31.1℃）和较高的临界压力(7.37MP a)，使得C O2系统的效率较低。加上其冷凝器的冷却介质多采用温度较低的地下水或海水，基本属于亚临界循环。当水温较高时（如热带海洋上行驶的轮船其冷却水的温度可接近30℃），其制冷效率会更加下降。所以C O2制冷技术并没有进一步开发运用于汽车空调、热泵等。
二氧化碳载冷剂制冷系统效果 Ｃ０２载冷剂系统类型有氟／Ｃ０２载冷剂系统、ＮＨ３／Ｃ０２载冷剂系统等。下图是Ｃ０２载冷剂系统载冷侧系统的示意图。Ｃ０２载冷剂系统一次制冷剂和载冷剂是在冷凝蒸发器中进行换热的，一次制冷剂在冷凝蒸发器中蒸发吸热，载冷剂０３２在其中冷凝放热。冷凝后的Ｃ０２液体进入Ｃ０２循环桶，然后通过循环泵将Ｃ０２液体输送到末端冷风机，并在其中蒸发完成制冷。蒸发后的湿Ｃ０２气体经循环桶分离后，Ｃ０２干气体回冷凝蒸发器，完成一次循环。 ｃｏ２载冷系统与其它载冷系统的相比，存在着优势：ｃｏ２作为载冷剂，无毒、无腐蚀。通过实例及理论分析发现，选用ｃｏ２作为载冷剂，可以满足选择载冷剂所必须具备的所有条件，同时可以提高系统的ＣＯＰ。载冷剂系统在制冷时，Ｃ〇２是相变换热，而其它如水、乙二醇等载冷剂在换热时未发生相变。因此ｃｏ２用冷风机的换热面积和ｃｏ２所使用的管道尺寸得到有效减小。研宂表明Ｃ０２所需的泵功率平均只占盐水类载冷剂所需泵功率的１０％。将Ｃ０２载冷剂系统与其它三种载冷剂系统（Ｃａｃｌ２、乙二醇、丙二醇）进行对比，得出Ｃ０２载冷剂系统节能达到２０％以上，并分析得出寿命周期内总费用比乙二醇系统要低２０％左右。Ｃ０２作为载冷剂的不足之处是运行压力较髙，制冷系统设计要求高。 目前国内使用的直接制冷系统主要有氨制冷系统（多为泵供液）和氟制冷系统（多为直接膨胀供液）。氨作为制冷剂虽然能效高，但是其有毒可燃可爆，存在着潜在的危险；氟利昂作为制冷剂，对环境存在着潜在的威胁。因此，氨系统和氟系统均存在各自的不足。 冰川制冷科技(北京)有限公司（简称冰川制冷）位于京津冀一体化发展的核心区域北京。冰川制冷致力打造节能环保技术的设计、施工和运营管理，冰川制冷长期与美国宾夕法尼亚大学保持着技术合作，先后共同开发出了高效环保的液体传热介质（简称载冷剂），至今为止已经研发了10余种型号载冷剂，满足不同工况使用最低温-100℃，最高温300℃，具有温域宽、对金属（铜、铝、碳钢、不锈钢等）材质无腐蚀、低温动力粘度小、低温比热大的特点，相比传统的载冷剂乙二醇、丙二醇有非常大优势。基于高效环保的载冷剂，公司针对冷库、中央空调、医药等涉及制冷的行业有多年的节能设计经验，可对不同行业，不同的制冷工艺进行优化设计和优化改造。
单一C02跨临界压缩机运行制冷技术简况 技术优势： 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，此时高压换热器不再称为冷凝器，而称为气体冷却器。 在以空气为热源、热汇的制冷和热泵系统（主要是汽车空调以及家用空调）中，CO2循环在跨临界条件下运行，其工作压力虽然较高，但压比却很低，压缩机的效率相对较高；流体在超临界条件下的特殊热物理性质使它在流动和换热方面都具有无与伦比的优势，超临界流体优良的传热和热力学特性使得换热器的效率也很高，这就使得整个系统的能效较高，完全可与传统的制冷剂（如R12、R22等）及其现有的替代物（如R134a、R410A等）竞争。加上CO2在气体冷却器中大的温度变化，使得气体冷却器进口空气温度与出口制冷剂温度可能非常接近，这自然可减少高压侧不可逆传热引起的损失。由于CO2的临界温度低，为31, ℃因此, 制冷循环采用跨临界制冷循环时，其排热过程不是一个冷凝过程，压缩机的排气压力与冷却温度是两个独立的参数，改变高压侧压力将影响制冷量、压缩机耗工量及系统的COP。研究分析表明，高压侧压力变化时，循环的COP 存在着一个最大值，因此，CO2跨临界制冷循环在对不同工况下，存在对应于最大COP 值的最佳排气压力。 CO2 在气体冷却器中较大的温度变化，正好适合于水的加热，从而使热泵的效率较高。 传统空调系统大多把冷凝热当作废热而直接排向大气，既造成能量的浪费又产生环境的局部热污染。而对跨临界循环,由于超临界区工质密度在不断增加，循环的放热过程必将有较大的温度滑移，这种温度滑移正好与所需的变温热源相匹配，是一种特殊的劳伦兹循环，其用于热回收时，必将有较高的放热效率，因而用于较高温度和较大温差需要的热回收时具有独特的优势。 优点： （1）安全、环保、无污染； CO2 作为制冷剂其优点在于，无毒，没有可燃性，价格便宜、来源丰富、无须回收，与普通润滑油相溶，容积制冷量约是R22 的5 倍，CO2 是唯一同时具有优良的热力特性、安全特性和环境特性的自然工质。 制冷系统蒸发器采用顶排管，冷凝方式采用植入式地源冷凝技术。 （2）节能（以每立方米容积年耗电量计算）：我国年平均耗电量为130度左右，先进发达国家年耗电量为60多度，而该冷库年耗电量仅6度左右。 （3）库温稳定：该冷库温差波动在±0.5度波动，将大大提升冻品的储藏品质，延长食品的实质质保期。 （4）机房占地面积小。 应用： 经过调查，北京市京科伦工程技术有限公司、北京市京科伦冷冻设备有限公司近年来多次承办智能立体库、速冻隧道等项目，工程项目遍布全国的22个省份的40个多城市，项目合作企业包括双汇、金锣、雨润、思念、三全、惠发等中国知名企业，所承担的项目均达到或超过了设计要求。
二氧化碳制冷剂为汽车冬季供暖及其发展前景的分析 郭磊 (长安大学西安 710054) 摘要：随着对环境问题的关注, CO2以其优良的热物性, 成为制冷剂中具有良好发展前景的天然工质。本文介绍CO2 制冷剂组成的热泵系统,采用跨临界循环的方式为汽车冬季供暖,并分析了此种方式的优缺点以及改进方法。此外，还对汽车空调冬季供暖节能方法进行了可行性的探讨。 关键词：CO2跨临界循环汽车空调热泵 Guo Lei Discusses about the carbon-dioxide refrigerant to heat the motors in winter and the development of this system in future. Abstract With the attention of environmental problem, the carbon- -dioxid e has good developing perspective depending on the excellence of physical natur e compared with many other refrigerants. This paper introduces the heat pump sy stem made up of carbon-dioxide refrigerant to heat the motors in winter by the way of Trans-critical cycle and analyze the virtue and defect of this system an d the measures of improvement. In addition, the author discusses the feasibilit y of several saving-energy means on heating motors in winter. Keywords carbon-dioxide Trans-critical cycle automotive air-conditi oning heat pump 1前言 自人们发明机器，利用设备间循环系统来制取冷量和热量以来，制冷剂一直伴随着循环系统的改进而发展。从使用历史来看[1]，人们最初采用的自然工质是水，氨等。由于科学技术的进步，研究出了氟利昂类等合成工质，这些工质很大程度地提高了循环性能，无论是在制冷还是热泵循环方面都被认为是合格的工质，但同时也给环境造成了一定的影响。随着保护臭氧层的蒙特利尔议定书的生效，CFCs工质的替代问题显得更加紧迫。国内外诸多研究人员又把注意力集中到自然工质上来，但每一种工质都有其自身的优缺点。在这几种自然工质中，CO2发展潜力最大，也是最被研究人员看好的，在可燃性和毒性限制的场所，C O2具有无可比拟的优势。 2CO2的物理性质 CO2 具有大家都熟悉的性质，是一种对环境无毒、无害的自然工质，其消耗臭氧潜能值ODP＝0，在CO2 废气利用中，其温室效应潜能值GWP＝0，具有良好的安全性和稳定性，高温下不分解产生有害气体，单位容积制冷量高，运动粘度底，导热系数高等特点。 3CO2作为制冷剂组成的热泵系统在汽车中的应用 汽车空调在冬季供暖的问题一直是国内外诸多机构研究的重点。由于在冬季，室外气温低，乘客进出汽车时，室外冷空气涌入车体内，这样很难使汽车室内维持一个舒适的温度。传统的汽车冬季供暖，利用发动机余热进行供暖，但这种方法提供的热量是有限的，不能向车室内提供充足的热量来达到舒适的要求。随着汽车对室内舒适度要求的提高，这一问题将更加突出，遂必须探索新的供暖方式。
2013年03月20日 01:00 来源：汽车之家类型：原创编辑：唐朝评论：295条 [汽车之家技术] 炎炎夏日即将到来，空调对于车辆可以说必不可少，但作为车辆空调制冷环节重要一环的制冷剂并不被人关注，目前常见的制冷剂或多或少存在污染大气的问题。近日，大众公布未来旗下全部车型将改为使用二氧化碳作为制冷剂，下面让我们来了解下这项技术。 ●车辆空调制冷原理 在了解二氧化碳制冷剂这项技术前，让我们先来了解下车辆空调制冷原理。实际上，车辆空调制冷原理同其他我们常见的制冷设施制冷原理基本相同，简单说就是车厢内的空气热量转移给制冷剂，制冷剂吸收热量汽化，最后由制冷剂将热量转移到车外大气中这一方法达到车厢内降温的目的。
●常见制冷剂及特点 多年前，制冷剂主要使用二氯二氟甲烷（冷媒代号R12），目前比较常见的制冷剂是四氟乙烷（冷媒代号R134a）。尽管它的价格比R12稍高，但由于R134a不含氯分子，热力性质与R12相似，且热交换效率比R12更优秀，它仍旧取代了之前的R12成为主流制冷剂。凡事都有两面性，R134a具有良好的水溶性，容易与润滑油产生化学反应生成酸、二氧化碳或一氧化碳，并对金属产生腐蚀作用。具有轻微毒性也是它的另一缺点。虽然R134a的臭氧层破坏系数为0，但是气候变暖潜能值很高（简称GWP，是定义温室气体相对强度的一种方法），在《蒙特利尔议定书》没有规定其使用期限，在《联合国气候变化框架公约—京都议定书》中定性为温室气体。 ●二氧化碳制冷剂及特点 为了进一步减少空气污染，大众近日公布未来将为旗下全部车型使用二氧化碳作为制冷剂。二氧化碳在地球上是取之不尽、用之不竭的自然资源。早在二十世纪初就已在工业与渔业的冷冻系统中使用，它的冷媒代号是R-744。二氧化碳有毒性小且不会分解出刺激性物质、无可燃性、获取容易，且它工作产生的温室气体效应远远小于传统制冷剂，但是二氧化碳存在一个重要缺点，就是它在制冷系统里的工作压力很高，是R134a制冷剂的10倍，所以要使用R744制冷剂就需要车辆空调系统经过特殊设计。 全文总结： 相比现在常见的制冷剂，大众新推出的以二氧化碳作为制冷剂的技术将延缓全球变暖速度，但使用这种技术需要汽车空调系统进行特殊设计，具体这种设计成本多少及应用到量产车上的时间大众并未公布，我们将对此项技术继续保持关注。（文/汽车之家唐朝）
CO2制冷压缩机 【摘要】CO2作为一种天然工质，是目前CFCs 工质替代的一个重点研究方向。本文主要介绍了二氧化碳制冷压缩机的相关内容，并且主要进行了二氧化碳涡旋式制冷压缩机与其他压缩机的比较，分析了二氧化碳制冷剂的优势以及它与其他制冷剂的比较情况。 【关键词】CO2制冷压缩机制冷剂 一、概述 由于氯氟烃（CFCs ）对于大气的重要影响，保护环境、替代CFCs已经成为全球共同关注的问题。从1985年的《保护臭氧层的维也纳公约》到1987年的《蒙特利尔议定书》，以及1990年伦敦会议和1992年哥本哈根会议对《蒙特利尔议定书》的修正，世界范围内的CFCs 替代进程在不断加快。1991年6月，我国在修改的《蒙特利尔议定书》上签字，成为缔约国之一。1992年5～7月编制了《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》，并于1993年1月获国务院批准。因此，逐步淘汰ODSs 已经成为一项国际责任。替代工质应满足安全性、环境可接受性和装置适用性三方面的要求。经过科学家们多年来的不懈努力，已经研制出大量的过渡性或长期的氯氟烃（CFCs ）和氢氯氟烃（HCFCs）替代物，如R134a ， R407C ， R410A 和R290 等，并研究出相应的技术和设备，在制冷空调行业得到广泛的应用。《蒙特利尔议定书》对于CFCs和HCFCs等物质强制要求限期逐步淘汰，并规定了发达国家和发展中国家的使用期限。而目前使用的HFCs 制冷剂由于会导致明显的温室效应而被《京都议定书》列入温室气体的清单中。在欧洲，有些国家已经在一些制冷空调领域禁止使用HFCs ，并且进一步提议从某些领域逐步淘汰HFCs。有些国家立法将在21 世纪20 年代严格限制或淘汰使用R134a 制冷剂，这就使得制冷与空调行业在适应淘汰CFCs和HCFCs类制冷剂转向使用HFCs制冷剂时又必须寻求的替代物。 在环境保护与制冷剂替代的研究进程中，水，氨，碳氢化合物以及CO 等自 2 然制冷剂成为人们关注的焦点，前国际制冷学会主席挪威的G.Lorentzen认为， 具有其他制冷剂无法比自然制冷剂是解决环境问题的最终方案。天然制冷剂CO 2 拟的优点，比如运动黏度低，动力黏度低，压比小（约为2.5～3.0），比体积小，单位容积制冷量大，高导热率，高定压比热容以及低的表面张力，而且还具有环保，易购买，安全性等优点，已经成为了国内外研究的热点。所以，前国际制冷 是“无可替代的制冷剂”。它是最具有学会科技理事会主席Lorentzen认为CO 2 应用前景的自然制冷剂，并有望成为21世纪理想的环保自然制冷剂之一，因此国内外对以CO2作为制冷剂的制冷循环进行了广泛的研究，并取得一些研究成果。 目前，CO2制冷技术主要应用在以下三方面:一是在汽车空调中的应用，二是在各种热泵中的应用，三是在复叠式制冷系统中的应用。自从CO2作为环保制冷剂被再次提出以来，人们已经开发出应用于不同场合的CO2压缩机。主要包括以下几种:活塞压缩机、滚动活塞压缩机、摆动活塞压缩机、涡旋压缩机、滑片压缩机和螺杆压缩机。相比其他工质的压缩机，CO2压缩机的特点是工作压力高，结构尺寸小，压比小以及吸排气压差大，效率比较高。 现在，二氧化碳制冷压缩机已经成为了越来越多企业的研发对象，全球压缩
二氧化碳制冷剂汽车空调 293430112001 曹广升 一、课题背景和目的 自蒙特利尔议定书签定以来, 以CFCs 和HCFCs 等氟利昂作制冷剂的制冷空调界面临着严重的挑战, 为了寻找合适的替代物, 全球范围内开展了广泛的研究。目前推出的包括R 134a在内的HFCs 及其混合物, 不能够满足长期替代的要求, 大多有较高的温室效应指数(GWP) 等缺点。同时, 人们担心这些化合物可能隐含着不可预知的潜在危险，因此, 天然工质就引起了人们的极大关注, 其中的二氧化碳因其具有良好的热力性能和环保特性, 尤其受到了重视。过去CFC12 作为汽车空调的制冷剂，其用量约占全世界CFC12 用量的28 。汽车空调由于处于动态工作环境，负荷大，使用开式或半开式压缩机极易引起泄漏。据测，全世界泄漏到大气中的CFC 物质中有3／4 是由于汽车空调泄漏引起的，在汽车空调装置中用新的制冷剂来替代的任务已十分紧迫。二氧化碳是少数几种无毒、不易燃的工质之一，如果泄露到大气中, 它不会导致臭氧层空洞等问题L 与其它工质相比, 二氧化碳具有明显的点: (1)ODP= 0, 且GWP＝1 很小, 约为R134a 和R22 的千分之一。 (2) 运动粘度低, 流动性大，压缩比较低(约为2.5- 3.0) , 单位容积制冷量大。 (3) 来源广泛, 价格低廉，维护简单, 无须循环利用。 (4) 无毒、不可燃, 对常用材料没有腐蚀性。 另外，二氧化碳空调的安全保护装置与现有系统相同；短期和长期暴露极限相当于甚至好于CFC/HCFC；破裂时释放的能量与现有系统相当；二氧化碳的所有特性都为人熟悉，研究应用方便；系统质量和体积与R134a 系统相当；蒸发潜热较大，单位容积制冷量相当大；充分适用各种润滑油和常用机器零部件材料等等优点。当前, 人们最关心的是环境污染的问题，二氧化碳作为天然物质, 对大气臭氧层无任何破坏作用, 其ODP= 0，至于GWP 值, 制冷系统本身不会产生二氧化碳, 只是利用它作为工质, 并且是从工业废气回收得到的, 用它作为制冷剂时, 其GWP 值为零，正是因为二氧化碳的这些优点, 致使它得到人们的重视和关注，不少专家预言, 二氧化碳将是二十一世纪制冷空调技术的理想制冷剂，并且已被很多国家作为汽车空调制冷
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
二氧化碳具有高密度和低粘度，其流动损失小、传热效果良好，并且通过对传热作用的强化，可以弥补其循环不高的缺点。同时二氧化碳环境表现优良、费用低易获取、稳定性好、有利于减小装置体积。最重要的是，其安全无毒，不可燃，这一点比R290具有明显的优势。 当然，采用二氧化碳为制冷剂也有缺点，二氧化碳高的临界压力和低的临界温度也给它做制冷剂带来了许多难题。无论亚临界循环还是跨临界循环，二氧化碳制冷系统的运行压力都将高于传统的制冷空调系统，这必然会给系统及部件的设计带来许多新的要求。同时现阶段还存在二氧化碳制冷系统的效率相对较低的问题。 目前二氧化碳的研究和应用主要集中于三个方面：一方面是汽车空调领域，由于制冷剂排放量大，对环境的危害也大，必须尽早采用对环境无危害的制冷剂；第二方面是热泵热水器，二氧化碳在超临界条件下放热存在一个相当大的温度滑移，有利于将热水加热到一个更高的温度；第三方面是考虑到二氧化碳良好的低温流动性能和换热特性，采用它作为复叠制冷循环低温级制冷剂。 在复叠式制冷系统中，二氧化碳循环在亚临界条件下运行。此时二氧化碳用作低压级制冷剂，高压级用NH3作制冷剂。与其它低压制冷剂相比，即使处在低温，二氧化碳的粘度也非常小，传热性能良好，因为利用潜热，其制冷能力相当大。目前，欧洲在超市中已建立了几个这种用二氧化碳作低温制冷剂的复叠式制冷系统，运行情况表明技术上是可行的，这种系统还适用于低温冷冻干燥过程。美国伊利诺伊大学（UIUC）空调和制冷中心的C.W.Bullard 等对二氧化碳工质在家用空调、超市冷柜等方面的应用进行了广泛的理论与实验研究。而超市的制冷剂替代也是当务之急。据了解，超市消耗的能源中多达60%是用于制冷的。使用二氧化碳的制冷系统将大幅度减少这一数字。目前关于R22制冷剂的替代国际上主要有两种技术方案：一种是以北欧国家和韩国为代表，其主张采用天然工质作为替代物，如纯工质R290、R1270、R744、R600a、R600、R717等，以及HCs类的混合物；另一种是以美国和日本为代表的采用HFCs作为替代物，如美国联合信号公司的非共沸混合物R410A、杜邦公司和I.C.I公司的混合物R407C，以及R32和R152a等，这些制冷剂的ODP均为0，能够达到保护臭氧层的目的，但是会产生温室效应。 目前看来，二氧化碳在国内市场的前景，还有点像"雾里看花"，就像王立群所言，他们都了解它的好，但真正用的少。国内空调行业暂时看不到二氧化碳发展的影子，其在国内冷冻冷藏市场也才刚刚迈步，但在热泵热水器领域，国内即将出台二氧化碳热泵热水器的核心配件标准--GB/T26181-2010。参与标准制定的上海日立电器有限公司热泵推进办公室部长乐红胜认为，虽然在国内采用二氧化碳制冷剂的热泵热水器还没问世，核心部件压缩机也处于研发阶段，"但这一超前标准的制定，将会对产品的市场推广起到良好的作用。" 二、CO2制冷剂的性质 （一）CO2制冷剂具有的主要优势 1．CO2是天然物质，ODP=0，GWP=1。使用CO2作为制冷工质，对大气臭氧层没有破坏作用，可以减少全球温室效应，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，从根本上解决化合物对环境的污染问题，具有良好的经济性。 2．CO2安全无毒、不可燃，并具有良好的热稳定性，即使在高温下也不会分解出有害的气体。万一泄漏对人体、食品、生态都无损害。 3．CO2具有与制冷循环和设备相适应的热物性。分子量小，制冷能力大，0℃的单位制冷量比常规制冷剂高5～8倍，因而对于相同冷负荷的制冷系统，压缩机的尺寸可以明显减小，重量减轻，整个系统非常紧凑；润滑条件容易满足，对制冷系统常见材料无腐蚀，可以
CO2热泵技术 摘要：CO2作为热泵工质在跨临界状态下循环，在气体冷却器中产生温度滑移，适合水的加热。在分析了CO2跨临界循环特点的基础上指出，CO2可与传统的制冷剂及其替代物相竞争，具有较高的制热效率。给出CO2热泵干燥系统的两种形式，并作简要分析。指出CO2作为热泵工质面临的问题。 关键词：二氧化碳；跨临界循环；热泵热水器；热泵干燥 1 CO2工质概述 1.1 CO2工质发展史 在1850年,Twing提出在蒸气压缩系统中采用CO2作为制冷剂并获英国专利。1869年Lowe 第一次成功使用CO2应用于商业制冷机,证实了CO2作为制冷剂的可能性。1882年Linde设计开发了采用C02为工质的制冷机。1884年Raydt设计的CO2压缩制冰系统获得了英国专利。1884年Harrison也设计了一台采用CO2的制冷装置并获得了英国专利。1886年Windhausen设计的CO2压缩机获得了英国专利,并于1890年开始投人生产。随后C02制冷剂的使用有了快速的发展。20世纪40年代在英国的船上广泛采用了CO2压缩机。 1931年,以R12为代表的CFCs制冷剂一经开发,便以其无毒、不可燃、不爆炸、无刺激性、适中的压力和较高的制冷效率,很快取代了CO2在制冷方面的位置,CO2逐渐不再被作为制冷剂使用,最后一艘使用CO2制冷机的船只在1950年停止工作。 进人到20世纪末期,由于CFCs对于臭氧层和大气变暖的重要影响,为保护环境,实现CFCs替代成为全世界共同关注的问题。世界范围内的CFCs替代进程在不断加快。中国制冷空调行业的替代转换工作起始于上世纪90年代初。前国际制冷学会主席G.Lorentzen在1989～1994年大力提倡使用自然工质,特别是对于CO2的研究与推广应用上起了很好的推动作用。目前跨临界CO2热泵及其部件的开发研究已经成为制冷领域的热点之一【1】。 1.2 CO2工质的性质 常温下,CO2是一种无色、无嗅的气体。其相对分子量为44.01,临界压力为7.37MPa,临界温度为31.1℃ ,临界容积为0.00214m3/kg,比热容为0.833kJ/(kg.K),三相点温度为-56.57℃ ,三相点压力为416kPa,在101.325kPa下,其升华温度为-78.15℃ ,蒸发热573.27kJ/kg。CO2是碳的最高氧化状态,具有非常稳定的化学性质,既不可燃,也不助燃。 作为制冷剂,人们希望其安全性、循环效率、价格等方面均佳,但实际上并不存在一种十全十美的制冷剂。与其它制冷剂相比,CO2也有其优势与不足。表1和表2列出的几种制冷剂性质的比较。
二氧化碳制冷剂 CO 2制冷剂通常被称为R744制冷剂，它的GWP 值最低，仅为1。R134a 的GWP 值为1430， 比CO 2制冷剂的破坏能力强1430倍。尽管有些CO 2会从空调系统中泄露出去，但泄露的CO2 对环境产生的影响却很小。 R152a 的GWP 值为124，介于二者之间。使用CO2制冷剂的空调系统比目前市场上流行的使用R134a 制冷剂的空调系统最多可节能25%。 由于CO 2的临界点溫度相当的低(31.1℃相当于88℉)，我们的环境溫度便已接近此溫度， 若使用CO 2为冷媒进行压缩，则其冷凝散热溫度勢必将超过临界点溫度，而处于超临界区之中。 不幸的是，CO 2的临界点压力相当高(73.8 bar 相当于107O psi)，而且，其冷凝散热是 位在超临界区之中进行，因此，其工作压力将更高于临界压力。就国际间所开发的CO 2压缩机 测试数据显示，其压缩机的吸入囗压力便已达35～4O bar(約500～60O psi)，而其出囗压力更高达80～llO bar(约1200～1600 psi)，平均压力约为R-l2压力的10倍左右。 一、CO 2冷媒的优点如下： 1、对人体健康与居住环境无短、中、长之害外，故不需回收或再外理。 2、无毒且不会分解出刺激性物质。 3、不可燃(Non-Flammable)与不会爆炸(Non-Explosive)。 4、极佳的热力性质。 5、气体密度高，可降低使用的管路与压缩机尺寸，而使系统重量减轻、结构紧凑、体积小，同時压缩机的压缩比降低，压缩过程可以更接近等熵压缩而使效率提升。 6、取得容易(可从工业废气中取得)，成本低。 7、不破坏臭氧层（臭氧层破坏潜能值ODP=0）。 8、溫室效应指数(全球变暖潜能值GWP)为1。 应用在汽车空调实列：用于冷却的CO 2 空调系统的基本结构与传统的采用HFC134a 制冷剂的汽车空调系统有很大区别。首先，在新系统中采用了一个气体冷却器来冷却从压缩机里排出的 CO 2 制冷剂，该气体冷却器相当于传统的冷凝器。由于 CO 2 制冷剂通常在高压侧都超过 了临界点，所以它不会被气体冷却器冷凝，取而代之的，通过一种隔热膨胀方式（采用一种膨胀阀）使制冷剂一部分可以被冷凝。气体冷却器出口与蒸发器之间的内部热交换器通过与流到系统压处的制冷剂交换热量的方式进一步冷却了制冷剂。这种内部热交换器增加了蒸发器入口的液体制冷剂量，增强了冷却功能。在 CO 2 制冷剂工作系统中，由于制冷剂不能以液 体状态存在于高压侧，所以在低压侧 相当于 HFC 134a 制冷系统的高压侧）采用了一个收集
CO２载冷剂系统与常规直接制冷系统 CO２载冷剂系统与常规直接制冷系统相比，可显著减少制冷剂的充注量。比如ＮＨ３／CO２载冷剂系统可使氨制冷剂的充注量减少９０％，并且可以把氨制冷剂控制在机房里面，减少泄漏，提高安全性。CO２的单位容积制冷量大，使得CO２回气管径比ＮＨ３和Ｒ２２回气管径小。一方面可节省管材和保温材料，并且所使用的阀件尺寸也相应减小；另一方面管径变小可减少冷量的消耗。CO２的蒸发速率快，可减少系统的循环倍率，氨系统取３倍，而CO２载冷剂系统只需取Ｓ３倍，这样即使CO２的气化潜热比氨小，所使用的循环栗功率也较小。 在能效方面，日本前川公司将ＮＨ３／CO２载冷剂机组应用于制冷系统中，用于替换原来的Ｒ２２系统，并对替换后的四个库的用电量进行跟踪，得出四个库年用电量平均消减率达３１％。由此可见，相对于氟系统，ＮＨ３／CO２载冷剂系统的能效较高。 综合考虑制冷剂的环保特性，系统的安全性和节能效果，寿命周期内的成本等，CO２载冷剂系统可以用来替代传统的载冷剂系统和氟系统，提高能效，减少氟利昂的排放。对于氨系统不适合使用的场合（如超市、商场、酒店等人口密集的地方）可以考虑选择使用CO ２载冷剂系统。基于以上分析，CO２载冷剂模块机组的开发项目。并于２０１４年制成了Ｒ５０７Ａ／CO２载冷剂模块机组样机。R507A载冷剂模块机组，机组主要组成设备。本测试项目将载冷剂机组接到移动式冷库，模拟低温冻结过程，冷库设计温度为－２５°Ｃ。在移动式冷库中放入１１８个鱼盘，并加水（水温约为２５°Ｃ）模拟冷库负荷，冷库蒸发器采用冷风机。采用德国施耐德生产的ＰＬＣ作为控制中心对整个系统进行监控，实时采集、处理和记录数据，并对系统进行保护。 上海冰函制冷科技有限公司（简称冰函制冷）位于中国第一大城市上海，集中美德技术为一体的合资企业。德国工业化进程已日趋完善，工业4.0也已经进入中德合作新时代，冰函制冷拥有国际上最先进的低温传热科研技术和德国工业的实践印证。冰函制冷将会以优秀的研发团队、完善的管理团队和无微不至的售后服务体系为中国工业4.0做出贡献。冰函制冷研发中心依托于德国工程院和德国马普研究院，联合研发了适合中国现阶段工业发展的低温传热介质（简称冰函载冷剂），现有产品30余种，可满足-150-350C的工况使用，产品无任何腐蚀，低温粘度小、高温性能稳定、比热大、安全环保，适用于医药、化工、食品等工业生产和冷库间接制冷等工艺的载冷需求。