CO2微通道气体冷却器

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二氧化碳制冷技术

二氧化碳制冷技术Ξ史敏　贾磊　钟瑜　舒国安　王磊(合肥通用机械研究院)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。

根据CO2作为制冷剂的相关热物理和化学性质及CO2制冷循环,说明采用CO2作制冷剂、采用跨临界循环的优越性。

介绍CO2制冷循环系统关键设备———压缩机、膨胀机、气体冷却器/蒸发器的研究进展情况,并对采用CO2作制冷剂的汽车空调、热泵系统的应用进行综述,指出今后研究的发展方向。

关键词　CO2　循环　制冷CO2refrigeration technologyShi Min　Jia Lei　Zhong Yu　Shu Guoan　Wang Lei(Hefei G eneral Machinery Research Institute)ABSTRACT　As a natural substance,CO2is an important research area about CFCs refrigerant substitution.Based on thermophysical property,chemical property and refrigeration cycle of CO2,analyzes the superiority of CO2transcritical cycle.Introduces the research status of CO2 compressor,expander,gas cooler and evaporator.Describes CO2mobile air2conditioner and heat pump system,and discusses research trend of CO2refrigeration.KE Y WOR DS　CO2;cycle;refrigeration 由于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。

CO_2气体冷却器的设计及实验研究

300． 26
38． 3
25
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40． 3
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86． 3
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491． 79
气冷器中 CO2 工质与水的最小传热温差约为 6 ℃ ，足够满足传热的要求。
图 2 CO2 管内冷却的各换热关联式比较 Fig． 2 Comparison of different cooling heat transfer
correlations in CO2 tube
图 1 气体冷却器结构示意图 Fig． 1 Schematic diagram of gas cooler structure
文献标识码： A
文章编号： 1005-9954（ 2014） 11-0056-05
DOI： 10． 3969 / j． issn． 1005-9954． 2014． 11． 012
Design and experimental study on CO2 gas cooler
XIE Miao-miao，GUAN Xin，DANG Xiang-bing （ School of Energy and Power Engineering，University of Shanghai for Science ＆ Technology，Shanghai 200093，China） Abstract： It shows superiorities in transcritical CO2 heat pump system for water heating applications due to its large high-side temperature glide and better matching with the secondary fluid． In order to optimize the performance of gas cooler and improve the performance of CO2 heat pump system，the gas cooler of CO2 heat pump water heater was designed，and the experimental study was carried out． The structure of the double pipe gas cooler was designed based on the Gnielinski heat exchange correlation formulas，with gas cooler length 14 m，inner tube 6 mm，outer tube diameter 14 mm，and wall thickness 1 mm． The experiments were carried out under different conditions with CO2 heat pump system experiment platform． The average COP of heat pump system is 1． 8， the average instantaneous condensing power is 1 400 W，and the heat transfer coefficient of the instantaneous total average value is 745 W / （ m2 ·K）． Key words： CO2 ； gas cooler； double pipe； COP

CO2制冷机

CO2制冷装置CDPL500-SIE-29-Y工作原理一：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工作原理(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。

co2微通道冷板

co2微通道冷板
CO2 微通道冷板是一种高效的散热解决方案，它利用二氧化碳 CO2）作为冷却介质，通过微通道结构进行热量传递。

CO2 微通道冷板的优点包括：
1. 高效散热：CO2 具有较高的热导率和比热容，能够快速吸收和传递热量，从而实现高效散热。

2. 体积小：微通道结构可以减小冷板的体积，使其更易于集成到设备中。

3. 低噪音：CO2 微通道冷板运行时噪音较低，适用于对噪音要求较高的场合。

4. 环保：CO2 是一种天然的制冷剂，不会对环境造成污染。

CO2 微通道冷板通常应用于需要高效散热的场合，如电子设备、数据中心、工业控制等领域。

CO2汽车空调气体冷却器的仿真分析

CO2汽车空调气体冷却器的仿真分析
简林桦;梁子伟;邢琳;关欣
【期刊名称】《能源工程》
【年(卷),期】2016(000)005
【摘要】以CO2汽车空调气体冷却器为研究对象,使用ANSYS软件对CO2气体冷却器的换热模型进行了数值模拟,显示了CO2在气冷器内沿程的温度场和速度场的变化,分析了排气压力、CO2的流量以及冷却水流量对CO2流动和换热的影响.模拟结果表明:压力增高时,出水温度提高,气冷器的CO2出口温度降低,适当提高排气压力是有利的;CO2流量的增加使两侧流体的出口温度都相应提高,而CO2的出口温度提高对系统是不利的,制冷剂流量不能太大;增大水流量能降低气冷器的出口温度,对系统循环有利,可适当增大冷却水的流量.
【总页数】8页(P21-28)
【作者】简林桦;梁子伟;邢琳;关欣
【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093
【正文语种】中文
【中图分类】TB61
【相关文献】
1.CO2气体冷却器性能测试实验台设计 [J], 杨二阳;李征涛;杨淑玲;戎耀鹏;韩聪
2.CO2热泵双级冷却套管式气体冷却器性能数值模拟 [J], 马瑞芳;李雯;李世平;罗会龙
3.跨临界CO2汽车空调微通道气体冷却器的设计开发 [J], 邓建强;姜培学;石润富;李建明
4.小型CO2热泵系统用气体冷却器仿真研究 [J], 王勤;陶乐仁;王栋;刘银燕
5.二氧化碳热泵热水器微通道气体冷却器的仿真分析 [J], 李蒙;陈曦;张华
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超临界CO_2微通道平行流气冷器流量分配优化研究_杨凤叶

［1 － 3 ］
，因此，气冷器中第一流程
故文换热的好坏是整个气冷器性能好坏的关键，中主要研究微通道平行流气冷器第一流程流量分配不均匀度对换热器性能的影响。主要使用 ANSYS 软件 FLUENT6． 3 对微通道平行流气冷器流并采用火积耗散对由于流量量分配进行数值模拟，分配不均匀导致的热量传递势能的损失进行直观的描述。模型采用变物性，所有物性均通过计算热物性流体性质软件ＲEFPＲOP 获得。变物性数据采用 piecewise － liner 输入。湍流模拟采用 k—ε 湍流方程，压力速度耦合采用 SIMPLIC 算法，二氧压力出口；扁管壁面为恒化碳采用质量流量进口，壁温。为了评价扁管管内流量分配特性，对扁管从上至下依次编号，引入无量纲参数 σ i 和总不均匀度 S。扁管流量分配不均匀度： — mi － m σi = — m 式中 mi — — —第 i 根扁管内的流量， kg / s m— — —平均单根扁管内的流量， kg / s 总不均匀度： S=
∫Q
0
T
vh
d T + QTd v
v
∫
·
（ 4）
单根扁管内的火积耗散为： E i = E inlet － E outlet + QTdv = 式中
v Tt
0
Q vh dT －
∫
0
Q vh dT + QTdv
v
∫
·
（ 5）
Q vh — — —流体所存储的热量， J Q— — —通过固体壁面的热流密度， J / （ m2 ·s）平行流气冷器整体模型的总火积耗散：
积耗散关键词：平行流气冷器; 流量分配不均匀度; 火

CO2换热器与二氧化碳制冷技术

空气流向
• 测量改进之后的壁面温度
提高系统的运行效率的途径：降低出口温度，并尽可能接近进口温度
冷却器迎面风速2.5m/s----1.0m/s 时逼近温度增加10~20% （1600r/min行驶----200r/min怠速)
改进前温差12.2℃ 改进后温差3.7℃
●第二种翅片管换热器 1994年设计，考虑了最小爆裂压力要求。小管径能够改善换热器性能。
辅助设备及其对系统控制特性的影响
• 系统参数控制及其特性
1、高压压力
控制高压压力可以获得最大的COP，高压压力主要依赖于环境温度（热汇温度），通过调节压力得到不同环境温度下的最大COP。
气体CO2出口温度
控制高压装储液器是必要的气动或电动节流阀如电子膨胀阀，根据压缩机排气压力调节开度。
提高系统的运行效率的途径：降低出口温度，并尽可能接近进口温度
计算条件：蒸发温度3.9℃、蒸发器效率：0.8、忽略压降。
• CO2比定压比热容随温度在跨临界区域变化曲线
比定压热容在近临界区急剧增加超过临界区域急剧减小，逐步恢复到一般水平气体CO2压力
在气体冷却器入口，气体温度高，比热容小，被冷却CO2气体与冷却空气之间温差大，所以冷却速度很快；在临界区域（可能在冷却器中部或尾部）比定压热容大，温度降低很慢。
• 换热器材料的承压能力
名目冷却器蒸发器
名目
冷却器蒸发器
最小的爆破压力应是系统最大承受压力的2.5~3倍 ●翅片管换热器 1990~1991研制的产品铝管铝片，管外径49mm，内径34，壁厚 7.5mm。叉排，深度34mm 存在问题：通过翅片有热量从高温管传向低温管（气体冷却器进口温度较出口温度高很多）。翅片裂缝（改进后）空气进口位置（改进后）

翅片管式CO_2气体冷却器模拟与优化

摘要为了研究Ｃ，Ｏ在翅片管式气体冷却器内的流动特性，建立了稳态分布参数模型，并进行了实验验证。结果表明：
Ｃ侧换热系数受入口压力和质量流量的影响较大，但入口温度对其影响很小。换热量随着入口压力的变化有一个最大Ｏ，
值；且随着流量的增大，最大换热量所对应的入口压力值逐渐增大。压降和换热量均随入口温度的增加而线性增加。适当
增加管程数，采用较小管径的气冷器性能更高。关键词热工学；Ｃ，Ｏ；翅片管；气冷器；模拟；优化计算
中图分类号：Ｔ６；Ｑ５．Ｔ３１Ｂ２Ｔ０１；Ｐ９．５９
文献标识码：Ａ
ＳｍｕａｉｎａｄＯｐｉｉａｉｎ０ｉｌｔｏｎｔｍｚｔｏｆＣｏ，Ｆｉ．ｕａｏｅｎｔｂｅＧｓＣｏｌｒ
Байду номын сангаас
ｏｔｚｔｎｃｌｕａｉｎｗａａｒｅｕ．ｈｆｅｔｆｔｅｃｎｇｒｔｎｐｒｍｅｅｓａｄｔｅｂａｃｕｅｎｔｅｐｒｏｍａｃｆｐｉａｉａｃｌｔｏｓｃｒｉｄｏｔＴｅｅｆｃｏｆｕａｉａａｔｒｎｈｒｎｈｎｍｂｒｏｅｆｒｎｅｏｍｉｏｏｈｉｏｈ
ｏｅＣＯ２ｓｄｎｔｅｃｅｃｅｔｏｅｔｒｎｆｒｏｆｇｒｎ，ｈａａｉｆａｏｌｒａｄｔｅｐｅｓｒｒｐｗｅｅｓｄｅ．ｄｆｔｈｉｅｏｈｏｆｉｎｆｈａａｓｅｆｒｒｅａｔｔｅｃｐｃｔｏｓｃｏｅｎｒｓｕｅｄｏｒｔｉｄＡｎｉｔｅｉｙｇｈｕ

CO2套管式气体冷却器设计及试验研究

ｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｉＳｌｅｓｓｔｈａｎ１０％．
ＫＥＹＷＯＲＤＳＣＯ２；ｇａｓｃｏｏｌｅｒ；ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ；ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ
近年来，在世界经济飞速发展的同时，能源短缺和环境污染问题成为制约人类社会可持续发展的瓶颈。在制冷空调热泵领域，ＣＯ：以其独特的热物理性质和环境友好性成为工质替代的一种重要
好，偏差小于１０。
关键词ＣＯ；气体冷却器；传热关联式；超临界
Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｕｂｅ。ｉｎ — ｔｕｂｅＣＯ２ｇａｓｃｏｏｌｅｒ
１），并以设计工况下换热量４．５ｋｗ为设计换热
热泵热水器已经步人商业化，并且还有上升的趋势。而我国的热水使用与发达国家相比还有较大差距，随着我国经济的稳步发展，家家户户用上热水也将很快成为现实，热泵热水器的市场潜力较
大，ＣＯ：热泵热水机组将有效解决空调冷热源面临的资源与环境的压力，应用前景良好。
量进行设计，同时针对不同的气体冷却器ＣＯ入口压力、人口温度以及出水温度条件下的换热性能进行理论计算，分析ＣＯ。套管式气体冷却器在不同入口压力条件下的换热性能的变化趋势。

CO2换热器与二氧化碳制冷技术

一端。
热对流
在CO2换热器中，CO2与固体材料接触，由于温度差异会产生对流，使热量从高温端传递到低温端。
热辐射
某些CO2换热器还会利用热辐射原理，通过发射和吸收红外线实现热量传递。
CO2换热器的设计特点
01
02
03
高效传热
CO2换热器通常采用高效导热材料，如铜、铝等，以实现快速、高效的热量传递。
强化传热技术
通过改进换热器设计、采用新型的强化传热技术，如表面改性、流体动力学优化等，提高CO2的传热效率。
系统优化与安全控制
对CO2制冷系统进行整体优化，提高系统效率和可靠性；同时加强安全控制技术的研究和应用，确保系统在高压下的安全运行。
05
结论
CO2换热器与二氧化碳制冷技术的优势总结
高效节能
CO2换热器与二氧化碳制冷技术
• 引言 • CO2换热器原理与设计 • 二氧化碳制冷技术 • CO2换热器与二氧化碳制冷技术的挑
战与解决方案 • 结论
01
引言
背景介绍
制冷技术是现代工业和生活中不可或缺的一环，广泛应用于食品加工、医药制造、数据中心、农业等领域。传统的制冷技术主要使用氟利昂等人工制冷剂，但这些物质对环境有较大的负面影响。因此，寻找一种环保、高效的制冷技术成为当前的研究热点。
战与解决方案
技术挑战
高温腐蚀
CO2在高温下对金属材料具有腐蚀性，导致设备寿命缩短和性能下降。
传热效率低
CO2的传热性能较差，需要高效的换热器设计和优化来提高传热效率。
高压运行
CO2制冷系统需要在高压下运行，对设备的密封性和安全性提出了更高的要求。
解决方案与研究方向
新型抗腐蚀材料

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管片式气冷器
超临界：10MPa
平流式气冷器
紧凑
CO2微通道气体冷却器
微通道气体冷却器结构图
仿真模拟整体翅片式微通道气体冷却器
换热量
仿真模拟
压降
仿真模拟
整体翅片式微通道换热器的换热量比百叶窗翅片和波纹翅片换热器分别高 8.4％和 11.2％
低流动阻力
仿真模拟
沿气流方向（i 方向）和制冷剂的流动方向（j 方向），换热量都在减小
参考文献
[1] Lorentzen G., Pettersen J. A new efficient and environmentally benign system for car air conditioning[J]. Int. J. Refrig, 1993, 16 (1): 4-12 . [2] Jostein Pettersen. An efficient new automobile air-conditioning system based on CO2 vapor compression[J]. ASHRAE Transations, 1994, 16: 226-234. [3] 李炅. 二氧化碳微通道气体冷却器的流动传热特性研究[D].华南理工大学,2011.
合适的制冷剂流动距离
气体冷却器换热量
结论
预测气体冷却器换热量和制冷剂侧压降的误差分别为± 5％和± 8％
在高雷诺数下，整体翅片式微通道气Leabharlann 冷却器换热性能优于传统微通道换热器。
二氧化碳微通道气体冷却器迎面风速呈倾斜式空气分布（降序）有最好的换热效果。
整体翅片式微通道换热器在汽车空调乃至家用空调中，具有取代传统微通道换热器及管翅式换热器的可能性，具有很好的应用前景。
CO2微通道气体冷却器
化机陆蓓蓓指导老师：金苏敏 2015年3月10日
背景及意义
热泵热水器
水冷却
背景及意义
CO2跨临界循环
1992 年， G.Lorentzen[1] 和J.Petterson[2]
背景及意义
CO2汽车空调
1994 年， “RACE”
2003
CO2微通道气体冷却器

CO2微通道气体冷却器

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CO2制冷机

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