跨临界二氧化碳热热泵的应用

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CO2跨临界循环在热泵热水器中的应用（郑州轻工业学院机电工程学院）摘要全球正面临着严重的温室效应和臭氧层破坏问题，各国都致力于研究出氟利昂的替代制冷剂。

CO2是一种天然工质，它优于其它常用制冷剂的性能表现正好符合现在的环境要求，是热泵热水器系统最具潜力的替代工质之一。

分析目前市场上出现的各种热水供应设备，将CO2和其他制冷剂做性能比较，给出了CO2跨临界循环的典型流程和特点；对CO2跨临界特性、设备的开发以及循环的可靠性和安全性进行综合分析。

说明CO2跨临界循环在热泵热水器中应用的优越性，以及该技术在国内的应用前景和方向。

关键词二氧化碳跨临界循环热泵热水器A Study on The Application of CO2 Transcritical Cycle inHeat Pump Water Heater(College of Mechanical and Electrical Engineering in Zhengzhou University of LightIndustry)Abstract We are facing serious whole world green-house effect and the ozone layer destroyed in recent years, every country is focusing on the research of a replaced refrigerant of the HFC.CO2is a natural substance, it has a more excellent performance than the other refrigerants, which is competent for the enviromental request nowadays. So it can be the most potential refrigerant in heat pump water heater to replace the HFC. By analysing a series of devices, providing hot water, saled in the markets, and comparing CO2 with the the other refrigerants, this article tells the typical diagram and the characteristic of the CO2transcritical cycle and anlyses the properties of CO2refrigeration transcritical cycle, the equipment exploitation and the security and reliability of the CO2transcritical system.The aim is to introduce the superiority of the application of CO2 transcritical cycle in heat pump water heater, and tell us the potentiality and the direction of CO2 transcritical cycle technology in China. Keywords CO2 transcritical cycle heat pump water heater0前言二氧化碳作为制冷剂已经超过100年。

跨临界CO2热泵的并行复合循环关键技术使用计划方案一、实施背景随着能源需求的不断增加和传统能源的日益枯竭，新能源的开发和利用已成为全球能源领域的热点。

其中，CO2热泵作为一种高效、环保、节能的新型能源利用技术，受到了广泛的关注和研究。

跨临界CO2热泵是CO2热泵的一种重要变种，具有更高的工作效率和更广泛的应用范围，但其制冷剂在循环过程中需要跨越临界点，因此对系统的设计和控制提出了更高的要求。

为了进一步提高跨临界CO2热泵的效率和稳定性，需要采用并行复合循环技术对其进行优化和改进。

二、实施计划步骤1.系统设计：根据跨临界CO2热泵的特点和应用需求，设计并行复合循环系统的结构和参数，确定系统的工作流程和循环过程。

2.制备原材料：根据系统设计的要求，制备所需的原材料和设备，包括压缩机、换热器、膨胀阀等。

3.系统组装：将制备好的原材料和设备组装成系统，并进行密封、连接和调试，确保系统的稳定性和安全性。

4.系统测试：对组装好的系统进行测试和调试，包括温度、压力、流量等参数的测试和调整，以确保系统的正常运行和稳定性。

5.系统优化：根据测试结果和实际应用需求，对系统进行优化和改进，包括工作流程的调整、循环过程的优化等，以提高系统的效率和稳定性。

三、工作原理跨临界CO2热泵的并行复合循环技术是将两个或多个CO2循环系统并联在一起，通过复合循环的方式实现跨临界CO2热泵的优化和改进。

具体工作原理如下：1.压缩循环：将低温低压的CO2气体经过压缩机压缩成高温高压的气体，然后通过换热器将其与高温高压的CO2气体进行换热，提高其温度和压力。

2.膨胀循环：将高温高压的CO2气体经过膨胀阀膨胀成低温低压的气体，然后通过换热器将其与低温低压的CO2气体进行换热，降低其温度和压力。

3.并联循环：将压缩循环和膨胀循环并联在一起，通过复合循环的方式实现跨临界CO2热泵的优化和改进，提高其效率和稳定性。

四、适用范围跨临界CO2热泵的并行复合循环技术适用于以下领域：1.工业制冷：用于制冷工艺、制冷设备和冷却系统等。

co2跨临界-回复什么是CO2跨临界？CO2跨临界是指利用二氧化碳（CO2）作为传热介质来实现能源的高效利用。

传统上，水和有机溶剂被广泛应用于能源系统中的传热和传质过程。

然而，随着环境问题的日益严峻和能源效率的追求，CO2跨临界技术已经引起了广泛关注。

CO2跨临界技术的基本原理是利用碳氧化物在临界点附近的特性，使其能够同时具备传热和传质的能力。

在跨临界条件下，CO2的密度和粘度变化较大，因此它可以更有效地转移热量和质量。

另外，CO2的临界压力和温度相对较低，使得跨临界技术在更广泛的条件下可行。

CO2跨临界技术在能源系统中的应用CO2跨临界技术已经在多个领域得到了应用，包括供热、供冷、能量回收和化学过程。

在供热系统中，CO2跨临界传热可以显著提高能源效率。

例如，CO2跨临界热泵可以利用低温热能来提供高温热能，实现能源的有效转换。

在供冷系统中，CO2跨临界制冷可以节约能源，并减少对臭氧层的破坏性影响。

此外，CO2跨临界技术还可以应用于能量回收系统，通过回收废热或废水中的能量，来提供额外的电力或热能。

在化学过程中，CO2跨临界技术可以提高反应速率和选择性，降低反应温度和催化剂的需求量。

CO2跨临界技术的优势和挑战CO2跨临界技术相对于传统的传热介质具有许多优势。

首先，CO2是一种环保的介质，具有天然可再生的特性。

与其他传热介质相比，CO2的全球变暖潜势和臭氧破坏潜势较低。

其次，CO2的临界点较低，使得跨临界技术可以在更广泛的条件下实现。

此外，CO2具有较高的相对介电常数，可以在电场的作用下实现电场敏感材料的传热和传质。

最后，CO2的相对溶解度与温度呈相反的关系，这意味着可以通过控制温度来控制传质速率，从而实现对化学反应的精确控制。

然而，CO2跨临界技术也面临一些挑战。

首先，由于CO2的低临界压力和温度，需要高压和低温条件下操作，这对设备的安全性和成本提出了要求。

其次，CO2的高粘度和高密度使得跨临界传热和传质过程与传统介质不同，需要开发适用于CO2的新型传热管和传质器件。

科技与创新┃Science and Technology&Innovation2020年第03期文章编号：2095－6835（2020）03－0080－02高效节能环保跨临界CO2热泵技术李林凤，王明，马瑞军，李宁，刘玉峰（北京大学包头创新研究院热能工程研究所，内蒙古包头014010）摘要：跨临界CO2热泵以CO2作为制冷剂，由回热器、气体冷却器、压缩机、蒸发器、气液分离器等各个部件组成，是一种新型的热资源回收利用的设施，具有效率高、运行成本低、应用范围广、稳定性和可靠性高、环保性良好等诸多优点，有着广阔的市场空间和应用前景。

关键词：跨临界；CO2热泵；节能；环保中图分类号：TU831文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2020.03.0311引言节能和环保是21世纪科技领域永不褪色两大议题。

余热回收是节约能源的一大重要途径，热泵技术在余热回收领域应用广泛，但受制冷剂的制约不能大范围推广应用，传统制冷剂如CFCs、HCFCs等对地球臭氧层造成破坏，导致温室效应比较严重，其在环保要求越来越严格的今天受到越来越多的限制。

因此，研发一种以高效、绿色环保为制冷剂工质的新型热泵技术是解决节能和环保问题的关键，其研究开发应用推广迫在眉睫。

自然制冷剂CO2作为传统制冷剂工质的替代物重新兴起[1]。

采用CO2工质作为制冷剂的跨临界热泵机组，因其对环境无污染、无破坏，系统运行稳定、设备紧凑并具有较高的系统能效比，作为一种高效、节能、环保的新型技术被广泛地开发和应用。

因此，跨临界CO2热泵机组具有较强的市场竞争力，有着广阔的市场空间和前景[2-3]。

2跨临界CO2热泵技术跨临界CO2热泵机组是一种热量转移装置，可以将从周围环境中吸取的热量传递给被加热的对象。

跨临界CO2热泵工作时，通过自身消耗一部分能量，把环境介质中储存的能量加以利用，对通过传热工质循环系统提高的温度进行利用，而整个热泵机组自身消耗的一部分能量占输出功的比例很小，因此，采用跨临界CO2热泵技术可以充分利用低品位能源，节约大量高品位能源。

二氧化碳跨临界热泵技术原理今天来聊聊二氧化碳跨临界热泵技术原理。

你知道冬天家里怎么取暖吗？传统的方式有很多，像烧煤炉子、用暖气片通热水等。

但是现在有一种很厉害的技术，叫二氧化碳跨临界热泵技术，能巧妙地把热量搬来搬去呢。

我最开始接触这个技术的时候，听起来就觉得特别神奇。

想象一下，二氧化碳不就是咱们呼出的气体吗，它怎么就能用来做热泵了呢？其实这里面大有学问。

首先得解释下什么是热泵。

咱可以把热泵想象成一个很会搬运能量的小超人。

它不是像空调那样单纯制冷或者像暖气片那样单纯散热，而是可以根据你想要的效果，把热量从一个地方搬到另一个地方。

那二氧化碳在这个过程里做了啥呢？说到这儿，你可能会问，二氧化碳平时不就是个气体，它能顶什么事儿啊？这就要说到二氧化碳的独特性质了。

在特定的压力和温度条件下，二氧化碳会呈现出跨临界状态。

这就好比二氧化碳一下子进入了一个“超级状态”。

在二氧化碳跨临界热泵系统里，二氧化碳先被压缩。

这感觉就像你把一个气体小人好好地捏紧，让它变得压力很大。

这个时候它的温度就会变得很高，就可以向需要热量的地方释放热量。

好比这个气体小人把他的热情散发出去，给周围的环境或者房间取暖。

然后二氧化碳经过一个特殊的膨胀过程，这就像是气体小人松了一口气，恢复到较低压强的状态，这个时候它的温度又变得很低，可以从周围环境吸收热量。

实用价值可大啦。

就拿超市里的冷藏展示柜来说，以前的制冷设备可能耗能高，还对环境不太友好。

使用二氧化碳跨临界热泵技术，就可以既高效地制冷，又减少对环境的影响。

因为二氧化碳是一种天然的制冷剂，比起那些对臭氧层有破坏作用的制冷剂，环保多了。

老实说，我一开始也不明白为啥二氧化碳可以当做这么有效的工作介质。

后来查阅了好多资料才知道这跟二氧化碳的热力性质有关。

它的临界温度接近常温，而且在跨临界循环过程中有着特殊的物理变化。

再加上随着对环保要求的提高，这种无污染、天然的制冷剂就被越来越重视起来了。

有意思的是，二氧化碳跨临界热泵技术在供热、制冷、烘干等很多领域都有潜在的应用前景。