CO2跨临界制冷循环原理及新技术
跨临界二氧化碳热泵冷热联供关键技术
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CO2跨临界制冷循环原理及新技术
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
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
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。
CO2制冷
1. CO2跨临界汽车空调与传统蒸气压缩式制冷的区别：高压侧气体无凝结换热； 系统压力高，接近10.0MPa；压比小。
2. 低压储液器：节流装置控制信号为排气压力，蒸发器出口会带液。 3. 回热器优点：可降低CO2节流前的温度，相当于降低气体冷却器出口温度T3，
提高制冷量与COP。缺点：提高吸气过热度和排气温度，吸气密度下降，单 位容积制冷量减小。总体评价：CO2回热有利。
排气压力越低。 5. T3越高，则COP越小，且提高排气压力使COP增大幅度越小。
14:10
4
3.8 CO2制冷
3.8.1 近临界和跨临界循环
1. 冷却器出口温度T3和对应的最佳排气压力，二者共同作用使COP达到最大值；
2. 梅辛特确定最佳排气压力图解法：过点3作等温线的切线，过点2作等熵线的切
线，两切线的交点O，交点O对应的比焓值等于1点的比焓值时，COP达到最大
值。
3. 工程上，采用气体冷却器出口温度T3和最佳排气压力的拟合关系式，作为控制
14依:10据。
5
3.8 CO2制冷
3.8.1 近临界和跨临界循环
1. 当气体冷却器出口温度T3降低2℃，会使最大COP值提高 达11%，对应的最佳排气压力降低达0.5MPa 。
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3.8 CO2制冷
3.8.2 CO2跨临界循环的应用装置
力。 5. 压比很小，排气温度不会太高。 6. 因高压侧为单相气体，对充灌量也比较敏感。
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制冷与低温技术原理
1
3.8 CO2制冷
3.8.1 近临界和跨临界循环
1. 环境性能优良。CO2是天然工质， ODP=0， GWP=1。 2. CO2临界点温度31℃。
二氧化碳载冷系统循环原理
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。
二氧化碳制冷技术打印(精)
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
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。
CO2跨临界制冷技术
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
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。
二氧化碳夸临界制冰原理
二氧化碳夸临界制冰原理
答案：二氧化碳跨临界制冰的原理主要涉及二氧化碳在超临界状态下的物理和化学变
化。
这一过程中，二氧化碳首先被加温加压形成超临界二氧化碳流体。
随后，通过降温降压，二氧化碳被冷却至-20℃至-15℃的温度范围。
在这个温度下，二氧化碳发生相变蒸发，吸收周围环境的热量，从而实现制冷或制冰的效果。
这一技术的核心在于超临界状态的使用，这是物质介于液态和气态之间的一种特殊状态。
在这种状态下，二氧化碳能够有效地吸收热量并进行快速的相变蒸发，从而高效地实现制冷和制冰。
此外，这种技术还具有环保优势，因为它使用的是自然存在的物质——二氧化碳，这有助于减少对臭氧层的破坏和其他环境影响。
第2章CO2制冷技术
2 CO2制冷技术
⑥ CO2压缩机的压比较低（2.5～3.5），接近最佳 经济水平； ⑦ 等熵效率比CFCS系统高得多； ⑧ 运动粘度低； ⑨ 能完全适应各种润滑油和常用机器零部件。
2 CO2制冷技术
缺点： ① 不能维持生命，如果浓度过高，会引起人的呼吸 器官的损害，甚至窒息死亡； ② 高的临界压力和低的临界温度； CO2临界温度为Tc=31.1℃ ，临界压力为Pc=7.3MPa 水的临界温度为374℃，临界压力为22MPa ③ 无论亚临界循环还是跨临界循环， CO2 制冷系统 的运行压力都将高于传统的制冷空调系统，给系 统及部件的设计带来许多难度； ④ 现阶段CO2制冷系统的效率还相对较低。
液体CO2 冷藏车应用
3) ODP = 0 ,GWP = 1。单位容积制冷量相当 大(0 ℃时单位容积制冷量是NH3 的1.58 倍, 是R12 和R22 的8.25 倍和5.12 倍) 。
4) 由工业尾气回收而得,不增加环 境负担;成本低廉,无需再循环利用。 5) 蒸发温度低,蒸发潜热大,可以通 过调节其喷量使冷藏厢内的温度在 很短时间内达到所要求的温度。
2 CO2制冷技术
2.2 CO2制冷工质的性质 CO2适用于蒸发温度为-40～10℃的各 种常规制冷系统中，如汽车空调、船舱空 调，以及高温热泵热水、干燥系统中的制 冷工质。
与CFCS相比，使用CO2 作制冷剂有如下的优缺点： 优点： ① 来源广泛，容易获取（可直接从自然环境中获得 或从工业废气中获得），价格低廉； ② 不燃烧，不爆炸，无毒，无刺激性，环境性能优 良； ③ 维护简单，无需循环利用，操作运行的费用也较 低；
2 CO2制冷技术
2 CO2制冷技术
图3
CO2 跨临界循环热泵实验装置流程图
国家速滑馆超大冰面二氧化碳跨临界制冷系统关键技术研究和示范应用
国家速滑馆超大冰面二氧化碳跨临界制冷系统关键技术研究和示范应用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在这篇长文中，我们将详细讨论国家速滑馆超大冰面二氧化碳跨临界制冷系统的关键技术研究和示范应用。
本文旨在探究该系统的技术特点、实验结果以及其对相关领域的意义和影响。
超大冰面二氧化碳跨临界制冷系统是一种基于二氧化碳（CO2）的制冷技术。
该系统以国家速滑馆的冰面为应用背景，利用CO2作为制冷剂，通过跨临界制冷技术来实现冰面的保持和控制。
在本文接下来的章节中，我们将详细介绍国家速滑馆超大冰面二氧化碳跨临界制冷系统的技术原理和关键技术要点。
首先，我们将对该系统的整体结构和各个组成部分进行介绍，包括CO2的选择、制冷装置的设计和系统控制策略等。
随后，我们将重点关注该系统的关键技术研究，包括CO2的适应性研究、系统运行参数的优化以及设备的安全性研究等方面。
在示范应用章节中，我们将介绍该系统在国家速滑馆的实际运行情况，并分析其效果和优势。
最后，本文将对研究成果进行总结，并展望该技术在未来的应用前景。
我们还将探讨该系统对相关领域的意义和影响，例如在大型体育场馆的节能与环保方面的推广价值。
此外，我们还将提出一些后续研究方向，以期进一步完善该系统的性能和应用范围。
通过本文的撰写和研究，我们将深入了解国家速滑馆超大冰面二氧化碳跨临界制冷系统的技术特点和应用价值，为相关领域的技术发展和推广提供重要参考。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要通过对国家速滑馆超大冰面二氧化碳跨临界制冷系统的关键技术进行研究和示范应用，以期达到以下几个目的。
首先，引言部分将对文章的背景和意义进行概述，说明本研究的重要性。
其次，正文部分将详细介绍国家速滑馆超大冰面二氧化碳跨临界制冷系统的整体结构、工作原理和关键技术的研究内容。
其后，我们将展示该系统在实际应用中的示范效果，并进行结果和讨论。
最后，结论部分将对本研究的成果进行总结，并展望该技术在未来的应用前景和对相关领域的意义和影响。
CO2制冷剂及其跨临界循环系统的开发与研究
质的物质， 如水、 空气、 氮、 氦、 碳氢化合物、 氨和二氧化 碳等都大量存在且均可作为制冷剂。低沸点物质， 即
行的主要内容如下：
该领域的研究同样 由挪威 Ｓ Ｔ Ｆ研究所的 ＩＥ Ｎ Ｐ ｅｓ， ｔｓ Ｎｋ Ｊｅｅｏ ａ Ｐｔｒ ｎ等人率先发起 ，德 国的 Ｊｏｌ ， Ｋｈ ｒ ｅ Ｐ ｅ ， ｈｉ， ｕ 等人对 ｃ ： Ｈｙ ＥＳ ｍｄ Ｈ ｒ ｅ ｌ Ｌｃ ｔ Ｋ ｓ ｏ 跨临界循环在 热泵干燥方面应用的可行性、在热泵供热系统中的应 用前景进行了分析与讨论， 并认为 Ｃ ： Ｏ 热泵在该领域 的使用不仅能有效地减少 Ｃ ： Ｏ 的排放， 而且热泵性能
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总第１１ 第２勒 ０翔 ６
专题研讨
验等多方面进行了全面的研究与探索。他们的研究结 果都表明：Ｏ 跨临界循环用于车辆空调， Ｃ： 不仅具有环 境方面的优势， 而且系统效率也具有提高的潜力。 ２． ．２在各种热泵中的应用，尤其是在热泵热水器方 ２
如氨、 碳氢化合物、０、 空气等物质。 Ｃ２ 水、 １ Ｈ Ｃ 类制冷剂替代过程中存在的问 ． Ｆｓ １ 题
本世纪 ３ ０ ０４ 年代，Ｆ ｓ Ｈ Ｆ ｓ Ｃ 和 Ｃ Ｃ 制冷剂一经 Ｃ
出现， 就能够淘汰 Ｃ ： Ｏ 等老式制冷剂， 迅速占领大部 分市场， 关键在于在经过了广泛的物性测试后， 安 以“ 全无毒性”作为其优点的有力证据下才开始投入使用 的。但到了本世纪 ８ 年代末 ９ 年代初， 年的使用 ０ ０ ５ ０ 却产生了足够的证据表明其所谓的“ 安全无毒性” 是错 误的。这不仅在于许多人在一些特定的空间因ＣＣ Ｆｓ 或 Ｈ Ｆｓ ＣＣ 而窒息死亡， 其他人则受到其分离产物的伤 害。 也在于对大气臭氧层的损害最终导致了“ 蒙特利尔
跨临界循环二氧化碳制冷系统研究
跨临界循环二氧化碳制冷系统研究摘要：本文对CO2跨临界制冷循环的典型流程与特点进行了阐述；并从超临界CO2特性的研究、CO2制冷设备的研究和开发以及CO2跨临界循环系统安全和可靠性方面展开论述，分析了二氧化碳跨临界循环制冷的发展趋势。
关键词：二氧化碳；跨临界循环；制冷前言：作为最早的制冷剂之一，CO2在19世纪得到了广泛的应用。
到19世纪30年代，世界上约80%的船舶采用了CO2制冷，但是当时的CO2制冷效率不够高，功耗极大，并逐渐被同期出现的以R12为代表的氟氯烃制冷剂代替。
近年来，制冷剂对臭氧层破坏加剧，且造成了全球温室效应等诸多环保问题，CO2作为制冷剂重新出现在公众视野中。
本文将对CO2跨临界循环制冷的研究现状和进展进行介绍。
一、CO2跨临界制冷循环流程及其特点CO2跨临界制冷循环基本流程CO2跨临界制冷系统流程图如图1所示，压缩机对气体工质进行压缩，使其压力升至超临界压力之上，（f—a过程），进而在气体冷却器内由冷却介质对其进行冷却（a—b过程）；为使制冷压缩机的性能系数（COP）有所提高，在内部回热器中，压缩机将进一步对从气体冷却器中释放的气体进行回气冷却（b—c,e—f过程）；最后进行节流降压（c—d过程），部分液体发生液化，在进入蒸发器后，湿蒸气发生汽化（d—e过程）进而对附近的介质热量进行吸收，最终达到了制冷目的。
储液器的作用是进行液气分离并负责制冷剂的补充。
图1 CO2跨临界制冷系统流程图本系统的最显著特点是工质的吸热和放热过程在相对应的亚临界区和超临界区分别进行，压缩机的吸气压力要比临界压力低，临界温度高于蒸发温度，循环吸热过程依然在亚临界状态下发生，通过潜热完成换热过程。
但是临界压力低于压缩机的排气压力，所以工质的冷凝过程不同于其在亚临界状态下的过程，而是通过显热实现换热过程。
CO2跨临界制冷循环特点CO2跨临界的优点CO2具有无毒、来源丰富、制冷量大等优点。
这是唯一一种天然的、兼备热力特性、环保特性、安全特性的制冷工质。
二氧化碳跨临界制冷研究
凝器，而称为气体冷却器（简称气冷器）【８ｊ。 跨临界制冷循环是当前Ｃ０２制冷循环研 究中最为活跃的领域；
图１为典型的跨临界二氧化碳制冷系 统流程图，图１为相对应的制冷循环压一 焓图。气体工质在压缩机中压缩后压力升 至超临界压力以上。在ｐ—ｈ图上为过程 ｆ—ａ；然后进入气体冷却器，被冷却介质 冷却（ａ—ｂ过程）；为提高ＣＯＰ，从气体 冷却器出来的气体在内部回热器中进一步 被压缩机回汽冷却（ｂ—ｃ和ｅ—ｆ过程）； 再经过节流降压（ｃ—ｄ过程）．部分气体 液化，湿蒸汽进入蒸发器汽化（ｄ—ｅ过 程），吸收周围介质热量而制冷。储液器
起汽液分离（蒸发器出口不过热）、补充 制冷剂等作用删。
２二氧化碳压缩机研究关键点 压缩机的安全可靠性与性能价格比。 是Ｃ０２循环压缩机推广应用的关键问题 也是众多研究机构的研究的重点。 Ｃ０２压缩机的进排气压力差为 ５．ＯＭＰａ一８ ＯＭＰａ。在大压差下运行．要
求在压缩腔设计和压缩机尺寸的确定的 影响。较高的运行工作压力，并不会成为 Ｃ０２作为制冷工质推广应用障碍。
三、二氧化碳压缩机的若干关键技 术问题
１润滑油问题 二氧化碳跨临界循环系统选择润滑油 面临许多困难；超临界状态的二氧化碳容
２器ｌ＿｜’℃液讣凼嚣 ；， 图１ 二氧化碳跨临界回热循环流程图
易溶解于润滑油中，稀释后的润滑油粘度 会大大降低；压缩机承受压力负荷较高。 润滑油膜可能会被流动的超临界状态的二 氧化碳破坏；润滑油膜可能会被溶解在润 滑油中的二氧化碳汽化所破坏；超临界状 态的二氧化碳可能会与润滑油发生化学反 应及腐蚀。
跨临界 自然工质co2热泵
跨临界自然工质co2热泵
跨临界自然工质CO2热泵是一种新型的能源转换技术，其优点在于高效节能、环保无污染，深受关注和重视。
本文将从原理、应用、优点三个方面介绍跨临界自然工质CO2热泵。
一、原理
跨临界自然工质CO2热泵是一种采用二氧化碳作为工质的热泵技术。
其工作原理基于热力学第二定律和制冷循环原理，它能够将低温废热或大气中低温热能源转化为高温热能，从而实现能源的高效利用。
二、应用
跨临界自然工质CO2热泵技术可广泛应用于制冷、供暖、干燥、热水等领域。
它的主要应用优势在于能够利用环境温度低的废热资源，实现节能减排，并且具有优良的环保性能，没有排放污染物。
三、优点
跨临界自然工质CO2热泵技术具有以下几个显著优点：
1.高效节能：该技术可以将低温废热资源转化为高温热能，提高能源利用率和节能效果。
2.环保无污染：采用CO2作为工质，不会产生有害的废气、废水等污染物，是一种环保无污染的能源利用技术。
3.使用寿命长：在特定工作条件下，CO2具有与锌锗、乙烯等相似的导热性质，因而跨临界自然工质CO2热泵技术使用寿命长。
4.运行可靠性高：该技术运行稳定，且不需要太多的维护服务，保障其运行的可靠性。
总之，跨临界自然工质CO2热泵技术是一种高效环保的能源转换技术，其应用前景广阔，同时也是推动我国能源转型升级和实现“双碳”目标的重要手段。
co2突破压机理
co2突破压机理
本文将介绍CO2突破压机理。
CO2是一种重要的温室气体，其排放对全球气候变化产生了巨大影响。
为减少CO2排放，许多国家采取了各种措施，其中之一就是利用CO2作为制冷剂。
CO2作为制冷剂主要使用在超市和商业冷柜中。
但是，使用CO2作为制冷剂会遇到一些问题，其中一个最重要的问题就是CO2在高压下的稳定性。
CO2的临界温度为31.1℃，临界压力为7.38MPa。
在高压下，CO2容易发生液相和气相的相变，这使得CO2在压缩冷凝循环中的应用受到了限制。
为了解决这个问题，研究人员开始研究CO2突破压机的理论和实践。
CO2突破压机是一种新型的压缩机，其能够在超临界状态下工作，从而解决了CO2制冷剂在高压下的稳定性问题。
CO2突破压机的工作原理是：将CO2压缩至超临界状态，然后在冷凝器中进行冷却，以使CO2的温度下降至低于临界温度。
接着，将CO2通过膨胀阀放到蒸发器中，使其温度降低，从而实现制冷。
CO2突破压机有许多优点，其中最重要的是可以降低CO2的排放。
由于CO2突破压机不需要使用氟利昂等硬质制冷剂，因此可以减少对大气层的破坏。
此外，CO2突破压机的制冷效率比传统压缩机高，因为CO2突破压机可以利用CO2在超临界状态下的高压和高温来增加制冷效率。
总之，CO2突破压机是一种非常有前途的制冷技术，其可以有效地解决CO2制冷剂在高压下的稳定性问题，同时减少CO2的排放，降
低对大气层的破坏，提高制冷效率。
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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。
为防止对臭氧层的破坏，1994年底，我们开始用HFC134a替代CFC12。
但是，1997年的京都会议中，包括HFC134a在内的6种气体都被认定为温室效应气体。
•直到20世纪90年代，CO2逐渐得到了重视，由于它的诸多优点，它已经被诸多国家作为汽车空调制冷剂进行研究。
•1992年挪威大学的L 和P 等人率先提出了CO 2跨临界循环理论，并成功的试制了世界上第一台轿车空调系统样机。
•德国K 大学的K 等人开展了CO 2工质汽车空调和热泵应用的研究。
他们研究后认为CO 2跨临界循环系统将是21世纪汽车空调中唯一可选的可靠系统。
•美国伊利诺伊大学空调制冷中心的C W Bullard 等人，建立了相应的汽车空调试验台，对系统中回热器的特性及布置特点等进行了研究，并与其他代替工质R134a ，R410a 等进行了比较，得到了较好的结果。
•此外，丹麦的J Holst 等人、美国Purdue 大学的M R Douglas 、Maryland 的YunhoHwang 等人、德国Dresden 大学的H Quack 等人分别对CO 2跨临界循环系统的调节部件、系统中设置膨胀机的特性进行了研究，都表明CO 2跨临界循环用于车辆空调，不仅具有环境方面的优势，而且系统效率也有提高的潜力。
••上海交通大学黄东平等建立了超临界CO 2汽车空调循环计算模型，对CO 2汽车空调制冷循环进行了变工况分析，表明压缩机转速越高或气体冷却器空气金控温度越高，CO 2汽车空调工况越恶劣，COP 值越低。
•上海交大陈平江等利用热力学方法对跨临界CO 2系统的排气压力和吸气回热大小进行了优化计算，在此基础上，研制了CO 2压缩机、换热器、贮液器、管组并开发了专用的焓差法试验台。
•2004年12月，有上海交大陈平江教授、陈芝久教授带领的项目组参加的国家级技术创新项目--CO 2汽车空调压缩机及系统开发通过鉴定，该项目的主要研究成果为：成功研制了国内第一套CO 2汽车空调系统样机、测试设备，完成了该样机的实车运行，该项目填补了国内空白。
•2、热泵•除汽车空调外，它在热泵热水器中也有很大优势，主要体现为：•(1)在蒸发温度为0℃时，水温可以从10℃加热到60℃，其热泵COP 可达到4.3，比电热水器和燃气热水器能耗降低75％以上•(2)传统热泵热水器制取热水一般不超过55℃，若要制得较高温热水则制热系数下降；而CO 2热泵热水器由于跨临界循环，在气体冷却器中的换热温差小，换热效率高，且能制得90℃高温热水。
•(3)在商用和住宅建筑的能量需求中，约有1／4—1／3来源于对热水的需求。
采用CO 2热泵为商用和住宅建筑供应热水，可使其总用能量减少20％。
•(4)在寒冷地区，传统空气源热泵的制热量和效率随环境温度的降低下降很快，热泵的使用受到限制。
而热泵系统在低温环境CO2下能维持较高的供热量，大大节约辅助加热设备所耗费的能量。
•由于CO2跨临界循环在热泵热水器中的独特优势，国内外许多研究院、高校跨临和相关企业都对CO2界循环系统做了大量深入的研究工作，特别是CO2热泵热水器在日本及欧美等发达国家得到了广泛应用。
•研究历史：•挪威SINTEF能源研究所的率先对CO2热泵热水器系统进行了研究，并获得专利。
第一台商业用途CO2热泵热水器是由挪威的Frostmann AS公司开发出来的.•日本电装公司在2000年生产出第一台商业化的家用CO2热泵热水器。
之后，大金、松下、长富、三菱电机等公司也生产了类似产品。
随后，新产品不断推出。
2006年日本有十几个新机型推出，它们都具有较高的COP值。
•后来日本几家公司联合，于2003年开始共同研究、开发小型、节省空间一体化且高效的CO2热泵热水器一J，并于2005年4月在日本市场上投放。
现在日本市场已有16种不同类型的CO2热泵热水器。
•目前，我国广东顺德地区的家电战略联盟企业也在合力攻关“二氧化碳热泵相关技术”的应用研究及产业化。
•3、食品冷藏•随着我国食品产业的蓬勃发展，食品行业的能源消耗日益加剧。
目前，食品加工厂通常采用两个互相独立的制冷系统和加热系统。
加热系统一般采用燃烧煤等化石燃料来带动锅炉提供热水，造成不可再生能源的浪费和温室气体的释放。
另外，很多制冷系统采用的传统制冷剂会对臭氧层造成破坏，因此CO 2自然工质逐渐受到人们重新重视。
有代表性的是冷热联供CO 2跨临界热泵。
•CO2热泵在食品行业中的应用有以下几个优点：•1、有效节省了能源，而且不造成污染。
•2、它优良的传热与热力学特性，使得整个系统的紧凑性较高，节省了食品加工房的空间。
•但它还存在以下技术瓶项：•(1)CO 2压缩机的生产商虽然有生产CO 2半封闭式活塞式压缩机的意大利OFFICINE MARIODORIN 公司，开发CO 2单级螺杆压缩机的日本MYCOM 公司以及开发C02涡旋式压缩机的日DENSO 公司，但价格昂贵，国内还没有出现相关产品。
•(2)CO 2换热器的设计困难。
首先，目前对CO 2工质流动和换热特性的研究尚不成熟，没有通用的经验关联式，给高效换热器的设计带来了不便。
其次，CO 2换热器要有一定的承压能力，设计时要保证食品安全性•4、循环系统关键设备的研究进展•制冷压缩机•制冷压缩机对整个系统的效率和可靠性影响最大。
衡量压缩机工作性能的指标有指示效率和容积效率，压缩过程的指示效率和容积效率主要与气阀和气腔的压力损失、汽缸泄露、气体与汽缸传热等因素有关。
•由于跨临界系统发展较晚，同时工作压力很高，压缩机设计中存在一定的难度。
国外有意大利公司开发的半封闭式活塞压缩机已开始批量生产，包括双缸单级和两级活塞压缩机。
瑞士的苏黎世大学对应用在家庭热水器上的半封闭小型无油活塞式压缩机进行了开发研究；日本设计开发了摆动活塞压缩机，用于冷媒热水器和汽车空调。
•国内对跨临界循环技术的研究也已经开始，但起步相对较晚，且大多数以理论分析为主。
比如西安交通大学、长沙铁道学院等对跨临界循环系统进行了理论分析和研究但有关压缩机的研究，目前的报道还较少。
•气体冷却器•制冷循环中的散热由气体冷却器完成。
在气体冷却器中，二氧化碳工作在超临界状态下，始终处于气态，并不发生一般冷凝器中的冷凝液化过程。
受二氧化碳物性的制约，空气冷却器中制冷剂侧压力很高；另外，由于二氧化碳处于超临界状态，出口温度独立于出口压力，使它可以有较大的压降。