CO2跨临界制冷循环原理及新技术

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二氧化碳跨临界循环制冷CO 2作为制冷剂的应用历史•CO 2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CO 2制冷。

•但由于当时采用的CO 2亚临界循环制冷效率低，特别是当环境温度稍高时，CO 2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CO 2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CO 2跨临界制冷循环的提出，CO 2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。

CO作为制冷工质的优缺点2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CO 2跨临界单级循环进行理论分析和实验性能测试2•典型的CO 2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CO 2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．2•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的CO 2跨临界单级循环原理图和细图．两个循环性能对比分析•图5给出了两个循环COP随蒸发温度的变化．随着蒸发温度的增加，两个循环COP均呈增加趋势，蒸发温度越高，系统性能越优；•在整个蒸发温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高4．55％左右；•对于理想压缩机循环，系统性能要比实际循环性能高33．3％以上，但这种理想循环是不存在的．•图6给出了两个循环COP 随气体冷却器出口温度的变化．•随着气体冷却器出门温度的增加，两个循环COP均呈下降趋势，温度越高，系统性能越差；•在气体冷却器出口温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高5．23％左右．•两个循环COP 随压缩机排气温度的变化，见图7．•在排气温度变化范围内，相同对比条件下，带回热器CO 2跨临界单级循环系统COP 要高于不带回热器循环，且带回热器单级循环排气温度要稍高些．•无论带回热器还是不带回热器循环，随着压缩机效率提高，系统COP 均变大，压缩机排气温度均有所降低，不带回热器循环降低幅度较大．•由图7还可以看出，两个单级循环都存在一个最优排气温度，使得在此温度下系统COP 最大，带回热器循环对应最优排气温度要高于不带回热器循环最优排气温度．结论•(1)在蒸发温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高约4．55％；在气体冷却器出口温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高约5．23％；相同对比条件下，带回热器CO跨临界单级循环系统COP高于不2带回热器循环的，且带回热器单级循环最优排气温度稍高些．•(2)两种单级循环的制热量、制冷量、制热COP和制冷COP，均随压缩机排气压力增加存在极值；随冷却水流量、冷冻水流量以及冷冻水进口温度增加而增加，随冷却水进口温度增加而下降．•(3)相同测试工况下，带回热器循环系统具有较高的性能．其中，制热量和制冷量分别比不带回热器的单级循环平均高约3．33％和5．35％，制热COP和制冷COP分别提高约11．36％和14．29％．CO2跨临界循环的应用前景与研究进展•1、汽车空调•2、热泵•3、食品冷藏•4、循环系统关键设备的研究进展•1、汽车空调•过去汽车空调中一般使用CFC12作为制冷工质，这使得汽车空调制冷剂的排放量在所有氟利昂的排放中占有相当大的比例。

二氧化碳制冷循环的应用【摘要】随着经济发展和人们环境保护和节能意识的增强，以CO2为代表的自然工质越来越广泛的在制冷空调行业应用，文章对CO2制冷循环有关问题进行探讨，以便实际应用。

【关键词】二氧化碳跨临界循环制冷系统原理应用The Application of Carbon Dioxide Refrigeration cycleBy Gao Xinhua* Gao yun【Abstract】With the development of economy and the people’s increasing care about environment protection and energy-saving, carbon dioxide as a natural refrigerant has been widely used in refrigeration and air-conditioning industries. This essay tries to study and discuss carbon dioxide refrigeration cycle and system principle to help its practical application.【New words】carbon dioxide transcritical cycle refrigeration system principle application随着经济发展和人民生活水平的提高，人们的环保节能意识不断增强，制冷空调行业制冷工质的选择也越来越重视工质的环保节能特性。

以CO2和NH3为代表的自然工质制冷系统已经大量应用，本文试对CO2为工质的制冷循环进行探讨，以利实际应用。

1. CO2 制冷工质的特性1.1环保特性。

CO2 制冷工质属于环保型制冷工质，它的破坏臭氧层潜能值ODP=0，地球温室效应潜能值WMP=1。

跨临界压缩二氧化碳储能系统热力学特性及技术经济性研究一、本文概述随着全球能源需求的不断增长和环境保护的日益紧迫，高效、清洁的储能技术已成为能源领域的研究热点。

跨临界压缩二氧化碳储能系统作为一种新型的储能技术，具有储能密度高、系统效率高、环境友好等优点，因此受到了广泛关注。

本文旨在深入研究跨临界压缩二氧化碳储能系统的热力学特性及技术经济性，为其在实际应用中的推广和优化提供理论依据和技术支持。

本文将首先介绍跨临界压缩二氧化碳储能系统的基本原理和工作流程，包括压缩、储存、释放和膨胀等关键步骤。

在此基础上，本文将重点分析该系统的热力学特性，包括能量转换效率、热损失、系统稳定性等方面，并通过理论计算和实验验证相结合的方法，探究不同操作条件对系统性能的影响。

本文还将对跨临界压缩二氧化碳储能系统的技术经济性进行评估。

通过构建系统的成本模型和经济分析框架，综合考虑设备投资、运行维护、能源价格等因素，评估该技术在不同应用场景下的经济竞争力。

本文还将探讨如何通过技术创新和系统优化，降低储能成本，提高系统效率，从而推动跨临界压缩二氧化碳储能技术的商业化应用。

本文将对跨临界压缩二氧化碳储能技术的发展前景进行展望，分析其在可再生能源并网、智能电网建设、分布式能源系统等领域的应用潜力，并提出相应的政策建议和研究方向，以促进该技术的持续发展和广泛应用。

二、跨临界压缩二氧化碳储能系统热力学特性研究跨临界压缩二氧化碳储能系统是一种新型的储能技术，其热力学特性研究对于系统的优化设计和运行至关重要。

本研究主要围绕跨临界压缩二氧化碳储能系统的热力学特性展开，深入探讨了其在不同工况下的性能表现。

我们建立了跨临界压缩二氧化碳储能系统的热力学模型，详细描述了系统中各组件的工作原理和热力学过程。

通过对系统内部能量的转换与传递过程进行分析，揭示了其在能量存储和释放过程中的热力学本质。

我们利用热力学模型对系统在不同工况下的性能进行了模拟分析。

通过改变系统的运行参数，如压力、温度等，观察了系统性能的变化趋势。

二氧化碳载冷系统循环原理二氧化碳（CO2）载冷系统是一种先进的制冷技术，它利用二氧化碳作为制冷剂来实现制冷效果。

该系统的循环原理是通过不同温度下的相变过程来实现热量的传递与转换。

二氧化碳在常温常压下是一种无色无味的气体，但在高压下可以变成液态或固态。

这种特性使得二氧化碳成为一种理想的制冷剂，因为它可以在不同温度下进行相变，从而实现热量的吸收和释放。

二氧化碳载冷系统的循环过程由压缩、冷凝、膨胀和蒸发四个主要步骤组成。

首先，二氧化碳气体被压缩到高压状态，通过压缩机将气体压缩为液体。

然后，高温高压的二氧化碳液体进入冷凝器，在冷却水或空气的作用下，释放热量并转化为高压液体。

这一过程中，二氧化碳的温度逐渐下降。

接下来，高压液体经过节流阀或膨胀阀进入膨胀器，压力迅速下降，同时液体二氧化碳发生了相变，部分液体变成气体。

由于相变的需要吸收热量，所以膨胀器的出口温度会比进口温度低。

膨胀器出口的低温二氧化碳气体进入蒸发器，在与周围环境接触的过程中吸收热量，使得蒸发器内的温度下降。

经过蒸发器的低温二氧化碳气体被压缩机重新吸入，重新开始循环。

整个循环过程中，二氧化碳的相变和温度变化使得热量在不同的部件之间传递和转换，从而实现了制冷效果。

二氧化碳载冷系统具有许多优点。

首先，二氧化碳是一种环保的制冷剂，不会对大气层造成破坏，不会对人体健康产生危害。

其次，二氧化碳的热物性良好，热传导性能高，使得系统的制冷效果更加高效。

此外，二氧化碳的工作压力相对较高，可以减小系统的体积和管道的直径，降低制冷设备的成本和安装难度。

然而，二氧化碳载冷系统也存在一些挑战和限制。

首先，由于二氧化碳的临界温度和临界压力较低，所以系统的制冷效果在高温和高压条件下会受到限制。

其次，二氧化碳的传热性能相对较差，需要选择合适的换热器和增加换热面积来提高传热效果。

此外，二氧化碳的气相和液相密度差异较大，需要设计合理的管路和控制方式，以确保系统的稳定运行。

二氧化碳载冷系统的循环原理是通过二氧化碳在不同温度下的相变过程实现热量的传递和转换。

二氧化碳制冷技术摘要:CO2作为制冷工质在环保、安全性及单位容积制冷量等方面具有明显的优势,是一种比较理想的环保制冷剂。

本文介绍了CO2作为制冷剂的相关特性及制冷循环的工作原理;指出了提高跨临界制冷循环COP的几种途径及其在汽车空调、复叠式制冷循环和热泵型供热系统的应用;并展望了CO2制冷技术的发展前景。

关键词:二氧化碳跨临界制冷循环应用发展前景CO2 refrigeration technologyAbstract: Because the CO2work quality has obvious advantage in the environmental protection, safety and the cold quantity of capacity etc, making it become one of ideal environmental protection refrigerant. This paper introduces related characteristic of CO2 and the operation principle of its refrigeration cycle; points out the several effective ways to improve the coefficient of performance of CO2transcritical refrigeration cycle and its application in air conditioner of the automobile, cascading refrigeration circulation and the heat pump type heating system; and puts forward the development prospect of CO2 refrigeration technology.Keywords: CO2transcritical cycle application development prospect1 引言臭氧层破坏是当今全球性环境问题之一,它对人类健康和生态环境造成了巨大的危害。

二氧化碳跨临界制冷循环摘要：CO2是一种环保型的自然工质，它对臭氧层不产生任何破坏作用且具有较小的温室效应。

本文概述跨临界C02制冷循环的原理，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。

关键词：二氧化碳；制冷；跨临界循环引言由于制冷剂中氯原子对大气臭氧层有破坏作用，《蒙特利尔协议》规定R12 等CFCS（氯氟碳）在制冷工质中被禁用，危害程度较小的R22 等HCFCS（氢氯氟碳）的禁用日期也一再提前。

目前已获应用的R134a，R410A，R407C 等HFCS （氢氟碳）仍是一类新的化学合成物，它们不仅制造成本昂贵，而且已被证明能产生较为严重的温室效应。

另外，随着研究的深入，有可能证明HFCS 在其它方面也有危害。

因此，在制冷系统中对地球生物圈中原来就有的“自然工质”进行研究，已成为近年来的前沿课题之一。

二氧化碳（R744）目前被称作是一种被遗忘的制冷剂，它在19世纪被广泛地使用，从20世纪30年代后被冷落。

现在，大家认为：已经到了使用现代的高新技术重新利用二氧化碳的时候了。

1.CO2制冷二氧化碳基本上不会引起环境问题，它无毒不燃，具有氨和烃类制冷剂所不可及的一些优点。

另外它价廉，与一般的制冷设备和润滑系统都相容。

它可以高度压缩，因此可以利用先进设备及设计大大减小压缩机的体积和管道直径。

它在高压下良好的传热效果是该制冷剂的另一个优点。

总而言之，在满足制冷要求的情况下，使用二氧化碳制冷剂可以大大降低设备的投资。

2.工作原理跨临界蒸汽压缩式制冷循环是利用气体液化后可吸收蒸发（汽化）潜热的特性以达到制冷的目的。

跨临界系统由压缩机C ，气体冷却器G ，内部热交换器I，节流阀V ，蒸发器E 与储存器A组成封闭回路，以CO2为工作介质，气体工质在压缩机C 中升压至超临界压力P2，在T 一S 图上为过程1一2 ，然后进入气体冷却器G 中，被冷却介质（空气或冷却水）所冷却。

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。

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 CyclesAbstract: This paper studies the CO2which 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 cooler1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。