3种跨临界二氧化碳热泵热水器系统的实验研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（７）
为了分析喷射器的性能及其对系统的影响，分别 将喷射系数“、升压比刀。、喷射器效率田ｅｊｅ定义如
ＱｍｄＩ＝ｍｉｎ｛ｈｌＨｘ．ｈ．ｉ。一ｈＩＨｘ．ｈ．ｏｕｔ．讨，ｈＩＨｘ．Ｉ．ｏｕｔ．ｉｄ—ｈｌＨｘ．１。。ｔ｝
（８）
下…：
“＝ｍＨ／ｍＰ
式中：ｈ眦¨。、ｈⅢｈ．ｏｕｔ、ｈ眦．。。。为回热器高压侧
（４）
Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｐｐａｒａｔｕｓ
实验中的温度和压力信号通过Ａｇｉｌｅｎｔ３４９７０Ａ数 据采集仪的３４９０１Ａ模块采集，由ＲＳ－２３２串行通讯接 口将数据发送给ＰＣ机。Ｅｍｅｒｓｏｎ的质量流量计通过
调用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ的ＭＳＣＯＭＭ控件，通过ＭｏｄＢｕｓ协
作者简介：唐黎明，男，５０岁，教授。
万方数据
第５期
３种跨临界二氧化碳热泵热水器系统的实验研究
２３
性，是最理想的替代制冷剂之一。以ＣＯ，为工质的 跨临界热泵循环高压侧的放热过程存在较大的温 度滑移，适合于制取热水，是目前热泵热水器领域 中的研究热点∽。。但是该循环从超临界区到两相 区的等焓节流过程不可逆损失巨大，导致循环效率 不高‘引。 目前，对于跨临界ＣＯ：热泵热水器系统的研究 侧重于系统的变工况运行特性分析¨４ ｏ，很少考虑 在一定蒸发温度下热水出水温度对系统性能的影 响，在一定蒸发温度下以热水出水温度为基准进行 不同系统之间性能比较的实验研究报道较少，而热 水出水温度是评价热泵热水器性能的一个重要参 考点哺１。本文分别对跨临界ＣＯ，热泵热水器常规 系统（ＴＲＨＳ）、带回热器系统（ＴＲＨＳＩ）及带喷射器 和回热器系统（ＴＲＨＳＥｌ）在一定蒸发温度下制取不 同温度热水时的性能进行了实验研究，分析了制热 系数、制热量、压缩机耗功量、压缩机压比等参数随 热水出水温度的变化趋势，并分析了回热器、喷射 器的工作性能。
豫豫删吣㈣眦
开
式中：ｈ黔。ｈ。叭儿为气体冷却器进口、出口的焓 值，ｋＪ／ｋｇ。 制热系数ＣＯＰ。为制热量Ｑ。与压缩机耗功量形 之比，可通过方程（３）求得：
ＣＯＰ。＝Ｑ。／Ｗ （３）
器出口和气体冷却器出口的熵值，ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）；Ｔｏ为 环境温度，取为２９８．１５
Ｋ。
回热器效率为实际换热量与理想情况下最大可 能换热量Ｑ。。，之比，具体参考文献［１１］： 田眦＝（ｈⅢｈＩ。一ｈⅢｈ．ｏｕｔ）／Ｑ…
ａｎｄ ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ
ｈｅａｔｅｒ
ｓｙｓｔｅｍ
ｗｉｔｈ
ｅｊｅｃｔｏｒ
ａｎｄ
ｉｎｔｅｒｎａｌ
（ＴＲＨＳＥＩ）ｗｅｒｅ
ｏｆ
ｍａｄｅ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｏｔ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ｈｅａｔｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ ａｔ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｏｔ ｗａｔｅｒ
ｃａｒｂｏｎ
ｄｉｏｘｉｄｅ
ｈｅａｔ
ｐｕｍｐ
ｗａｔｅｒ
ｈｅａｔｅｒ
ｓｙｓｔｅｍ
（ＴＲＨＳ），ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ
ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｈFra Baidu bibliotekａｔ ｐｕｍｐ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｈｅａｔ
ｗａｔｅｒ ｗａｔｅｒ
ｅｘｃｈａｎｇｅｒ（ＴＲＨＳＩ）
ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ
Ｔａｂｌｅ
度，在一定蒸发温度下制取不同温度的热水。实验 中，蒸发器水流量保持１０ Ｌ／ｍｉｎ不变，蒸发器进水温 度和气冷器进水温度为１７．４℃，蒸发压力控制在
３．８
３
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｈｏｔ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ＯＨ
ＴＲＨＳ
ＭＰａ，在热水出水温度为５０—５７℃的范围内研究
３种跨临界ＣＯ：热泵热水器系统ＴＲＨＳ、ＴＲＨＳＩ与 ＴＲＨＳＥＩ的性能。 ３实验结果分析
ｗｅｒｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ＣＯＰｈ），ｈｅａｔｉｎｇ
ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｗｏｒｋ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ
ｅｊｅｃｔｏｒ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａ—
ｔｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｈｅａｔｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ
式中：ｐ。ｋ。、ｐ…。．为喷射器、蒸发器出口压力，ＭＰａ。
ｒ３ Ｆ４
ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｙｃｌｅｓ
Ｆｌ Ｆ２
系统
关 关
开 开 关
关 关 开
开 关 关
关 开 开
开 关 关
一
关 开 开
Ｔ］ｅｊｅ＝訾暑鲁焉鲁芝芋㈤ １＝＿＝瓦＝ｊ玎ｉ■ｉ＝厂∽，
２
式中：＾。．ｅ。。ｈ。…。ｈ。。。为在滞止状态下喷射器 出口、蒸发器出口和气体冷却器出口的焓值，ｋＪ／ｋｇ； ５。ｊｅ。。ｓ。。。ｓ。。。。为在滞止状态下喷射器出口、蒸发
Ｔａｎｇ Ｌｉｍｉｎ９１
Ｌｉ Ｔａ０１
Ｌｖ
Ｙｕｊｉｅｌ
Ｑｉｌ
Ｌｉ
Ｊｉａｎｊｕｎ２
（１Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２７，Ｃｈｉｎａ） （２Ｚｈｅｊｉａｎｇ ＤｕｎＡｎ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｚｈｕｊｉ ３１１８３５，Ｃｈｉｎａ）
２０１２年第５期 总第１８９期
低
温
工
程
Ｎｏ．５ Ｓｕｍ
２０１２ ＮＯ．１８９
ＣＲＹＯＧＥＮＩＣＳ
３种跨临界二氧化碳热泵热水器系统的实验研究
唐黎明１ 李
涛１ 吕宇捷１ 佟 杨１
陈光明１
杭州 ３１００２７）
陈
琪１
李建军２
（１浙江大学制冷与低温研究所
（２浙江盾安人工环境设备股份有限公司
诸暨３ｌ １８３５）
２．２
零
鼍
系统参数及不确定度 压缩机压比定义如下：
占＝Ｐ…。。／ｐ…。。 （１）
式中：ｐ…。ｐ…。。为压缩机进口、出口压力，ＭＰａ。
制热量Ｑ。由流经气体冷却器的ＣＯ：质量流量 和气体冷却器进出口ＣＯ：的比焓差决定，可通过方 程（２）求得：
图２实验装置实物图
Ｑｈ＝（ｈ。ｉ。一ｈ。。）×ｍＰ
Ｆｉｇ．２
（２）
议实现与Ｐｃ机的通讯。实验中测量仪器与仪表的 不确定度与测量位置如表１所示。 实验过程中，通过切换阀门Ｔ１、ｒＩ’２、Ｔ３、Ｆ１、Ｆ２、 Ｆ３、Ｆ４，该实验装置可以以３种不同的方式运行，即
万方数据
２４
低
温
工
程
Ｚ
参
跨临界ＣＯ：热泵热水器常规系统（ＴＲＨＳ）、带回热器 系统（ＴＲＨＳＩ）及带喷射器和回热器系统（ＴＲＨＳＥＩ）， 不同系统的阀门开关状态见表２。
２５
不确定度传递公式…１如下：
占Ｒ＝
式中：Ｒ＝Ｒ（Ｘ。，Ｘ：，邑，…，ｘ。），躲为间接测量
量的不确定度；８Ｘｉ为直接测量量ｘ，的标准偏差；综 合考虑换热器ＣＯ：侧和水侧的热平衡，制热量Ｑ。和 ＣＯＰ。的实验不确定度分别在５％和３％左右。
２．３
鼯
使得ＴＲＨＳＩ的压缩机吸气温度上升，制冷剂比容增 大，导致ＴＲＨＳＩ比ＴＲＨＳ的ＣＯ，质量流量小。随着
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｐｐａｒａｔｕｓ
表１
Ｔａｂｌｅ １
测量精度及其测试位置
ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｕｓｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓ ｏｆ
表２不同系统的阀门开关状态
Ｔａｂｌｅ ２ Ｖａｌｖｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｔｌ Ｔ２ １ｒ３
进口、高压侧出口和低压侧出口焓值，ｋＪ／ｋｇ； ｈ眦ｈ．ｏｕｔ．扑ｈⅢＩ．ｏｕｔ．ｉ。为理想情况下回热器高压侧出口 能达到的最小焓值、回热器低压侧出口能达到的最大 焓值，ｋＪ／ｋｇ。
式中：ｍ。、ｍ，为引射流体、工作流体的质量流 量，ｋｇ／ｓ。
口ｅｊｅ＝Ｐ。ｉｅ。。。／ｐ。。 （５）
万方数据
第５期
３种跨临界二氧化碳热泵热水器系统的实验研究
（９）
热水出水温度的升高，ＴＲＨＳＥＩ的工作流体质量流量 基本保持不变，而引射流体的质量流量呈上升趋势， 因为工作流体压力随着热水出水温度的升高而升高， 喷射器喷嘴出口的工作流体卷吸能力增强，可以卷吸 更多的引射流体。
实验工况 本实验通过调节气体冷却器水流量与节流阀开 表３热水出水温度对ＴＲＨＳ的系统参数的影响
摘
要：研制了跨临界二氧化碳热泵热水器实验台，在一定蒸发温度下，分另一ｌ对常规系统、带回热
器系统及带喷射器和回热器系统这３种跨临界二氧化碳热泵热水器系统在制取不同温度热水时的性 能进行了实验研究，分析了制热系数、制热量、压缩机耗功量、压缩机压比等参数随热水出水温度的变 化趋势，并分析了回热器、喷射器的工作性能，实验结果表明：和常规系统相比，引入回热器后系统制 热系数可以提高约１０％，引入喷射器和回热器后系统制热系数可以提高约２０％。 关键词：喷射器 中图分类号：ＴＢ６５ 回热器跨临界循环 文献标识码：Ａ
２
实
验 实验装置
２．１
实验装置流程示意图及主要的温度、压力、流量 和功率测点如图１所示，实验系统主要由压缩机、气 体冷却器、回热器、蒸发器、喷射器、气液分离器和节 流阀等部件组成，图２为实验装置的实物图。压缩机 为意大利Ｄｏｒｉｎ公司生产的型号为ＴＣＳ３４０／４．Ｄ的往 复式ＣＯ：压缩机，理论排气量为３．５ ｍ３／ｈ，名义功率
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ ＷａＳ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎ・ ｔａｌ ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ
ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ
ｌ
引
言
题，前国际制冷学会主席Ｇ．Ｌｏｒｅｎｔｚｅｎ大力提倡使用 自然工质作为替代制冷剂…。Ｃ０：的ＯＤＰ值为０， ＧＷＰ值为１，无毒、不可燃，且具有优良的热物理特
为了应对全球气候变暖与臭氧层破坏等环境问
收稿日期：２０１２－０９．２５；修订日期：２０１２．１
１－０５
基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３）资助项目（２０１０ＣＢ２２７３００），浙江省钱江人才计划资助项目（２０１２Ｒ１００３０）。
系统性能
文章编号：１０００—６５１６（２０１２）０５－００２２－０６
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ ｃａｒｂｏｎ
ｄｉｏｘｉｄｅ ｈｅａｔ
ｐｕｍｐ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ
Ｔｏｎｇ Ｙａｎ９１ Ｃｈｅｎ Ｇｕａｎｇｍｉｎ９１ Ｃｈｅｎ
３．１
热水出水温度对系统性能的影响 表３、表４、表５列出了不同热水出水温度时ＣＯ，
表４热水出水温度对ＴＲＨＳＩ的系统参数的影响
Ｔａｂｌｅ ４ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｈｏｔ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｇ，ｇ。／Ｐ一。。。／Ｐ…。。／ （Ｌ／ｍｉｎ）
０．１６ ６．０６ ５．１２ ４．８２ ４．４８ ＭＰａ ０．０３２ ３．８４８ ３．７６６ ３．７５４ ３．８００ ＭＰａ ０．０３２ ７．５０８ ７．５６７ ７．７７９ ８．３８２
ｗｅｒｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ＣＯＰｈ）ｏｆ
ＴＲＨＳＥＩ ａｎｄ ＴＲＨＳｌ
ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ａｂｏｕｔ ２０％ａｎｄ １０％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｗｈｅｎ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ
ＣＯＰｈ ｏｆ ＴＲＨＳ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｊｅｃｔｏｒ；ｉｎｔｅｒｎａｌ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ；ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｙｃｌｅ；ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｍ３。
图１
实验装置流程示意图
Ｐ．压力测量；Ｔ．温度测量；Ｗ．功率测量；Ｍ．质量流量测量；１．压缩机；２．气体冷却器；３．回热器；４．喷射器；５．气液分离器；６．节流阀； ７．蒸发器；８．安全阀；９．水箱；１０．水泵；１１．球阀；１２．玻璃转子流量计；Ｔ１、他、Ｔ３、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４．截止阀。
Ｆｉｇ．１
为４ ｋＷ。除压缩机外购以外，系统其它主要部件均
自行设计。系统采用两相流固定式喷射器，喷射器本 体材质为１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ。气体冷却器采用缠绕螺旋槽 管式换热器，细管流动介质为ＣＯ：，螺旋槽管中流动 介质为水，二者进行逆流换热。蒸发器和回热器采用 逆流式套管换热器，内管流动介质为ＣＯ，，外管流动 介质为水。气体冷却器和冷冻水的流量通过改变管 路阀门的开度进行调节。气液分离器结构采用ｕ型 管式，内设回油口，材质为ＯＣｒｌ８Ｎｉ９，容积为０．０１ 各部件的具体尺寸参考文献［９］。
为了分析喷射器的性能及其对系统的影响，分别 将喷射系数“、升压比刀。、喷射器效率田ｅｊｅ定义如
ＱｍｄＩ＝ｍｉｎ｛ｈｌＨｘ．ｈ．ｉ。一ｈＩＨｘ．ｈ．ｏｕｔ．讨，ｈＩＨｘ．Ｉ．ｏｕｔ．ｉｄ—ｈｌＨｘ．１。。ｔ｝
（８）
下…：
“＝ｍＨ／ｍＰ
式中：ｈ眦¨。、ｈⅢｈ．ｏｕｔ、ｈ眦．。。。为回热器高压侧
（４）
Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｐｐａｒａｔｕｓ
实验中的温度和压力信号通过Ａｇｉｌｅｎｔ３４９７０Ａ数 据采集仪的３４９０１Ａ模块采集，由ＲＳ－２３２串行通讯接 口将数据发送给ＰＣ机。Ｅｍｅｒｓｏｎ的质量流量计通过
调用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ的ＭＳＣＯＭＭ控件，通过ＭｏｄＢｕｓ协
作者简介：唐黎明，男，５０岁，教授。
万方数据
第５期
３种跨临界二氧化碳热泵热水器系统的实验研究
２３
性，是最理想的替代制冷剂之一。以ＣＯ，为工质的 跨临界热泵循环高压侧的放热过程存在较大的温 度滑移，适合于制取热水，是目前热泵热水器领域 中的研究热点∽。。但是该循环从超临界区到两相 区的等焓节流过程不可逆损失巨大，导致循环效率 不高‘引。 目前，对于跨临界ＣＯ：热泵热水器系统的研究 侧重于系统的变工况运行特性分析¨４ ｏ，很少考虑 在一定蒸发温度下热水出水温度对系统性能的影 响，在一定蒸发温度下以热水出水温度为基准进行 不同系统之间性能比较的实验研究报道较少，而热 水出水温度是评价热泵热水器性能的一个重要参 考点哺１。本文分别对跨临界ＣＯ，热泵热水器常规 系统（ＴＲＨＳ）、带回热器系统（ＴＲＨＳＩ）及带喷射器 和回热器系统（ＴＲＨＳＥｌ）在一定蒸发温度下制取不 同温度热水时的性能进行了实验研究，分析了制热 系数、制热量、压缩机耗功量、压缩机压比等参数随 热水出水温度的变化趋势，并分析了回热器、喷射 器的工作性能。
豫豫删吣㈣眦
开
式中：ｈ黔。ｈ。叭儿为气体冷却器进口、出口的焓 值，ｋＪ／ｋｇ。 制热系数ＣＯＰ。为制热量Ｑ。与压缩机耗功量形 之比，可通过方程（３）求得：
ＣＯＰ。＝Ｑ。／Ｗ （３）
器出口和气体冷却器出口的熵值，ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）；Ｔｏ为 环境温度，取为２９８．１５
Ｋ。
回热器效率为实际换热量与理想情况下最大可 能换热量Ｑ。。，之比，具体参考文献［１１］： 田眦＝（ｈⅢｈＩ。一ｈⅢｈ．ｏｕｔ）／Ｑ…
ａｎｄ ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ
ｈｅａｔｅｒ
ｓｙｓｔｅｍ
ｗｉｔｈ
ｅｊｅｃｔｏｒ
ａｎｄ
ｉｎｔｅｒｎａｌ
（ＴＲＨＳＥＩ）ｗｅｒｅ
ｏｆ
ｍａｄｅ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｏｔ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ｈｅａｔｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ ａｔ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｏｔ ｗａｔｅｒ
ｃａｒｂｏｎ
ｄｉｏｘｉｄｅ
ｈｅａｔ
ｐｕｍｐ
ｗａｔｅｒ
ｈｅａｔｅｒ
ｓｙｓｔｅｍ
（ＴＲＨＳ），ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ
ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｈFra Baidu bibliotekａｔ ｐｕｍｐ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｈｅａｔ
ｗａｔｅｒ ｗａｔｅｒ
ｅｘｃｈａｎｇｅｒ（ＴＲＨＳＩ）
ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ
Ｔａｂｌｅ
度，在一定蒸发温度下制取不同温度的热水。实验 中，蒸发器水流量保持１０ Ｌ／ｍｉｎ不变，蒸发器进水温 度和气冷器进水温度为１７．４℃，蒸发压力控制在
３．８
３
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｈｏｔ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ＯＨ
ＴＲＨＳ
ＭＰａ，在热水出水温度为５０—５７℃的范围内研究
３种跨临界ＣＯ：热泵热水器系统ＴＲＨＳ、ＴＲＨＳＩ与 ＴＲＨＳＥＩ的性能。 ３实验结果分析
ｗｅｒｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ＣＯＰｈ），ｈｅａｔｉｎｇ
ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｗｏｒｋ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ
ｅｊｅｃｔｏｒ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａ—
ｔｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｈｅａｔｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ
式中：ｐ。ｋ。、ｐ…。．为喷射器、蒸发器出口压力，ＭＰａ。
ｒ３ Ｆ４
ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｙｃｌｅｓ
Ｆｌ Ｆ２
系统
关 关
开 开 关
关 关 开
开 关 关
关 开 开
开 关 关
一
关 开 开
Ｔ］ｅｊｅ＝訾暑鲁焉鲁芝芋㈤ １＝＿＝瓦＝ｊ玎ｉ■ｉ＝厂∽，
２
式中：＾。．ｅ。。ｈ。…。ｈ。。。为在滞止状态下喷射器 出口、蒸发器出口和气体冷却器出口的焓值，ｋＪ／ｋｇ； ５。ｊｅ。。ｓ。。。ｓ。。。。为在滞止状态下喷射器出口、蒸发
Ｔａｎｇ Ｌｉｍｉｎ９１
Ｌｉ Ｔａ０１
Ｌｖ
Ｙｕｊｉｅｌ
Ｑｉｌ
Ｌｉ
Ｊｉａｎｊｕｎ２
（１Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２７，Ｃｈｉｎａ） （２Ｚｈｅｊｉａｎｇ ＤｕｎＡｎ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｚｈｕｊｉ ３１１８３５，Ｃｈｉｎａ）
２０１２年第５期 总第１８９期
低
温
工
程
Ｎｏ．５ Ｓｕｍ
２０１２ ＮＯ．１８９
ＣＲＹＯＧＥＮＩＣＳ
３种跨临界二氧化碳热泵热水器系统的实验研究
唐黎明１ 李
涛１ 吕宇捷１ 佟 杨１
陈光明１
杭州 ３１００２７）
陈
琪１
李建军２
（１浙江大学制冷与低温研究所
（２浙江盾安人工环境设备股份有限公司
诸暨３ｌ １８３５）
２．２
零
鼍
系统参数及不确定度 压缩机压比定义如下：
占＝Ｐ…。。／ｐ…。。 （１）
式中：ｐ…。ｐ…。。为压缩机进口、出口压力，ＭＰａ。
制热量Ｑ。由流经气体冷却器的ＣＯ：质量流量 和气体冷却器进出口ＣＯ：的比焓差决定，可通过方 程（２）求得：
图２实验装置实物图
Ｑｈ＝（ｈ。ｉ。一ｈ。。）×ｍＰ
Ｆｉｇ．２
（２）
议实现与Ｐｃ机的通讯。实验中测量仪器与仪表的 不确定度与测量位置如表１所示。 实验过程中，通过切换阀门Ｔ１、ｒＩ’２、Ｔ３、Ｆ１、Ｆ２、 Ｆ３、Ｆ４，该实验装置可以以３种不同的方式运行，即
万方数据
２４
低
温
工
程
Ｚ
参
跨临界ＣＯ：热泵热水器常规系统（ＴＲＨＳ）、带回热器 系统（ＴＲＨＳＩ）及带喷射器和回热器系统（ＴＲＨＳＥＩ）， 不同系统的阀门开关状态见表２。
２５
不确定度传递公式…１如下：
占Ｒ＝
式中：Ｒ＝Ｒ（Ｘ。，Ｘ：，邑，…，ｘ。），躲为间接测量
量的不确定度；８Ｘｉ为直接测量量ｘ，的标准偏差；综 合考虑换热器ＣＯ：侧和水侧的热平衡，制热量Ｑ。和 ＣＯＰ。的实验不确定度分别在５％和３％左右。
２．３
鼯
使得ＴＲＨＳＩ的压缩机吸气温度上升，制冷剂比容增 大，导致ＴＲＨＳＩ比ＴＲＨＳ的ＣＯ，质量流量小。随着
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｐｐａｒａｔｕｓ
表１
Ｔａｂｌｅ １
测量精度及其测试位置
ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｕｓｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓ ｏｆ
表２不同系统的阀门开关状态
Ｔａｂｌｅ ２ Ｖａｌｖｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｔｌ Ｔ２ １ｒ３
进口、高压侧出口和低压侧出口焓值，ｋＪ／ｋｇ； ｈ眦ｈ．ｏｕｔ．扑ｈⅢＩ．ｏｕｔ．ｉ。为理想情况下回热器高压侧出口 能达到的最小焓值、回热器低压侧出口能达到的最大 焓值，ｋＪ／ｋｇ。
式中：ｍ。、ｍ，为引射流体、工作流体的质量流 量，ｋｇ／ｓ。
口ｅｊｅ＝Ｐ。ｉｅ。。。／ｐ。。 （５）
万方数据
第５期
３种跨临界二氧化碳热泵热水器系统的实验研究
（９）
热水出水温度的升高，ＴＲＨＳＥＩ的工作流体质量流量 基本保持不变，而引射流体的质量流量呈上升趋势， 因为工作流体压力随着热水出水温度的升高而升高， 喷射器喷嘴出口的工作流体卷吸能力增强，可以卷吸 更多的引射流体。
实验工况 本实验通过调节气体冷却器水流量与节流阀开 表３热水出水温度对ＴＲＨＳ的系统参数的影响
摘
要：研制了跨临界二氧化碳热泵热水器实验台，在一定蒸发温度下，分另一ｌ对常规系统、带回热
器系统及带喷射器和回热器系统这３种跨临界二氧化碳热泵热水器系统在制取不同温度热水时的性 能进行了实验研究，分析了制热系数、制热量、压缩机耗功量、压缩机压比等参数随热水出水温度的变 化趋势，并分析了回热器、喷射器的工作性能，实验结果表明：和常规系统相比，引入回热器后系统制 热系数可以提高约１０％，引入喷射器和回热器后系统制热系数可以提高约２０％。 关键词：喷射器 中图分类号：ＴＢ６５ 回热器跨临界循环 文献标识码：Ａ
２
实
验 实验装置
２．１
实验装置流程示意图及主要的温度、压力、流量 和功率测点如图１所示，实验系统主要由压缩机、气 体冷却器、回热器、蒸发器、喷射器、气液分离器和节 流阀等部件组成，图２为实验装置的实物图。压缩机 为意大利Ｄｏｒｉｎ公司生产的型号为ＴＣＳ３４０／４．Ｄ的往 复式ＣＯ：压缩机，理论排气量为３．５ ｍ３／ｈ，名义功率
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ ＷａＳ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎ・ ｔａｌ ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ
ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ
ｌ
引
言
题，前国际制冷学会主席Ｇ．Ｌｏｒｅｎｔｚｅｎ大力提倡使用 自然工质作为替代制冷剂…。Ｃ０：的ＯＤＰ值为０， ＧＷＰ值为１，无毒、不可燃，且具有优良的热物理特
为了应对全球气候变暖与臭氧层破坏等环境问
收稿日期：２０１２－０９．２５；修订日期：２０１２．１
１－０５
基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３）资助项目（２０１０ＣＢ２２７３００），浙江省钱江人才计划资助项目（２０１２Ｒ１００３０）。
系统性能
文章编号：１０００—６５１６（２０１２）０５－００２２－０６
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ ｃａｒｂｏｎ
ｄｉｏｘｉｄｅ ｈｅａｔ
ｐｕｍｐ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ
Ｔｏｎｇ Ｙａｎ９１ Ｃｈｅｎ Ｇｕａｎｇｍｉｎ９１ Ｃｈｅｎ
３．１
热水出水温度对系统性能的影响 表３、表４、表５列出了不同热水出水温度时ＣＯ，
表４热水出水温度对ＴＲＨＳＩ的系统参数的影响
Ｔａｂｌｅ ４ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｈｏｔ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｇ，ｇ。／Ｐ一。。。／Ｐ…。。／ （Ｌ／ｍｉｎ）
０．１６ ６．０６ ５．１２ ４．８２ ４．４８ ＭＰａ ０．０３２ ３．８４８ ３．７６６ ３．７５４ ３．８００ ＭＰａ ０．０３２ ７．５０８ ７．５６７ ７．７７９ ８．３８２
ｗｅｒｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ＣＯＰｈ）ｏｆ
ＴＲＨＳＥＩ ａｎｄ ＴＲＨＳｌ
ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ａｂｏｕｔ ２０％ａｎｄ １０％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｗｈｅｎ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ
ＣＯＰｈ ｏｆ ＴＲＨＳ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｊｅｃｔｏｒ；ｉｎｔｅｒｎａｌ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ；ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｙｃｌｅ；ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｍ３。
图１
实验装置流程示意图
Ｐ．压力测量；Ｔ．温度测量；Ｗ．功率测量；Ｍ．质量流量测量；１．压缩机；２．气体冷却器；３．回热器；４．喷射器；５．气液分离器；６．节流阀； ７．蒸发器；８．安全阀；９．水箱；１０．水泵；１１．球阀；１２．玻璃转子流量计；Ｔ１、他、Ｔ３、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４．截止阀。
Ｆｉｇ．１
为４ ｋＷ。除压缩机外购以外，系统其它主要部件均
自行设计。系统采用两相流固定式喷射器，喷射器本 体材质为１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ。气体冷却器采用缠绕螺旋槽 管式换热器，细管流动介质为ＣＯ：，螺旋槽管中流动 介质为水，二者进行逆流换热。蒸发器和回热器采用 逆流式套管换热器，内管流动介质为ＣＯ，，外管流动 介质为水。气体冷却器和冷冻水的流量通过改变管 路阀门的开度进行调节。气液分离器结构采用ｕ型 管式，内设回油口，材质为ＯＣｒｌ８Ｎｉ９，容积为０．０１ 各部件的具体尺寸参考文献［９］。