CO2双级压缩制冷热泵循环系统的研究
CO2双级压缩制冷循环冷藏柜性能实验研究
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣＯ２ＴｗｏＳｔａｇｅ ＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎＣｙｃｌｅＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ
ＬＩＵＹｅｆｅｎｇ，ＺＨＯＮＧＷｅｎｘｕａｎ，ＭＥＮＧＤｅｒｅｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｈａｎｇｈａｉｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９３，Ｃｈｉｎａ）
目前世界面临的主要环境问题大多由臭氧层的破 环以及全 球 暖 化 引 起［１］。 而 在 制 冷 空 调 热 泵 行 业 中 广泛采用的 ＣＦＣ和 ＨＣＦＣ类物质对臭氧层有破环作 用和产生温室效应，需要进一步发展替代物。
二氧化碳曾经作为重要的制冷剂在 ２０世纪初被 广泛使用，随后被 ＣＦＣ制冷剂取代。如今，环境问题 严峻，ＣＯ２作 为 环 保 制 冷 剂 又 重 新 受 到 重 视。 但 其 作 为制冷剂应用于常规制冷系统时，高压侧压力容易超
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｈｉｇｈＯＤＰａｎｄｈｉｇｈＧＷＰｏｆＣＦＣｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｕｓｅｄｉｎｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒｓａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｉｄｅａｏｆｕｓｉｎｇＣＯ２ ｔｗｏｓｔａｇｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｃｙｃｌｅｔｏｒｅｐｌａｃｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＦｒｅｏｎｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｉｎｇｌｅ ｓｔａｇｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｃｙｃｌｅｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ｓｏａｓｔｏｍａｋｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒｓｍｏｒｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙｆｒｉｅｎｄｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｇｒｏｕｐｂｕｉｌｔａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈａ５００Ｌｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒａｓｔｈｅｆｒａｍｅ，ａｎｄｔｅｓｔｅｄｔｈｅｌｏａｄｃｏｏｌｉｎｇａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏｔｈｅＣｏｃａＣｏｌａ′ｓｔｅｓｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒｓ，ａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｉｔｗｉｔｈｏｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＣＯ２ｔｗｏｓｔａｇｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｍｅｅｔｓｔｈｅｔｅｓｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅ ｔｙｐｅｏｆｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒｓｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅｓｔａｇｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ， ｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｒａｔｉｏｉｎｃｒｅａｓｅｓ， ａｎｄ ｔｈｅｅｘｈａｕｓｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ３４．６℃． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ；ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ；ＣＯ２ ｔｗｏｓｔａｇｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｃｙｃｌｅ；ｌｏａｄｃｏｏｌｉｎｇｔｅｓｔ；ＥＥＲ （ｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｒａｔｉｏ）
同时供冷供热的CO_2双级压缩热泵循环性能研究
Ｆｅ ． ２ ２ ｂ ０１
２１ ０ ２年 ２月
同时供 冷 供 热 的 Ｃ 双 级 压缩 热 泵循 环 性 能研 究 Ｏ２
刘 雄 ， 刘 珂 姜乔 乔 郭浩 波。 ， ，
（ ． 安 建 筑 科 技 大 学 环 境 与市 政 工程 学 院 ， 西 西 安 ７ ０ ５ ；． 部 建 筑 科 技 国 家 重 点 实 验 室 （ ） １西 陕 １ ０ ５２ 西 筹 ，
实 现本 文所 提 Байду номын сангаас循 环 的多功 能空调 热泵热 水器 的几 种方案 参见 文献 Ｅ ｏ１ ］ ｌ 一２ ．
１ 双 级 压 缩 热 泵循 环 原 理及 热 力计 算
１ １ 循 环 的 工 作 原 理 ．
如图 １ 所示 为本 文所研 究循 环 的原 理 图 ， 发器 Ｅ用 于生 产冷 冻 水 ， 源侧 换 热器 Ｄ用 于从 低 温 蒸 热 热源 （ ： 或土壤 ） 如 水 中吸取热 量 ， 产冷 冻水所 产生 的冷凝 热 、 生 以及从 低温 热源 中吸取 的热量 ， 过热水 通
中 图分 类 号 ： ＴＵ８ ４９ ３ ． 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ６７ ３ （Ｏ ２ Ｏ一１ ６Ｏ １０ —９ Ｏ ２ １ ）１Ｏ ２ 一６
CO2热泵原理
CO2跨临界循环热泵热水器实验研究李敏霞 龚文瑾 刘秋菊 马一太 鞠小雨天津大学热能研究所 300072Email: tjmxli@摘要：本文对CO2跨临界循环热泵热水器进行了实验研究，测定了压缩机功率，同时对热水器在不同工况下的工作情况进行了测试，发现在热水器在环境温度越高，其效率越高，在夏季，此热水器会有比较高的效率。
在出水温度为60o C 时，系统COP可达到3.0以上，但入水温度越高越不利于系统效率，因此适合于直流式供水系统。
如果CO2跨临界循环热泵热水器的制冷与热水功能同时利用，系统总效率可达5.0以上。
关键词：CO2跨临界循环，热泵热水器，COP1 引言CO2作为制冷剂具有独特的优势，加上目前的国际大环境，使得许多研究所和相关厂商对其工质系统作出了大量的深入的研究工作。
CO2跨临界循环气体冷却器所具有的较高排气温度和较大的温度滑移可与冷却介质的温升过程相匹配，以及气体冷却器出口温度越低，系统性能越好等特性，非常适用于热水系统。
CO2热泵热水器替代传统的电热水器可以削减CO2排放，据估算如果采用CO2热泵热水器代电热水器，每年可减少CO2排放量为几千万吨。
CO2热泵热水器从而得到了广泛和深远的发展，特别是在发达国家和地区。
20时世纪九十年代，挪威SINTEF能源研究所的G.Lorentzen 与Neksa Petter等人率先对CO2跨临界循环在热泵上的应用作了理论和实验上的研究。
研究表明，CO2跨临界循环不仅具有高的供热系数，而且系统紧凑，产生的热水温度高。
实验结果表明,在蒸发温度为0℃时，水温可以从9℃加热到60℃，其热泵系数可高达4.3。
同时，比起电热水器和燃气热水器，它的能耗可降低75％ [1、2]。
此外，他们发现CO2热泵系统比传统热泵热水器更为显著的优点是它易于提供90℃的热水。
日本是发展CO2热泵热水器最快的国家，它地处寒冷地带，全年中使用热水器的时间长。
据统计，在家庭中30%的能量为热水器所消耗。
CO2双级压缩制冷循环气冷器的改进
CO2双级压缩制冷循环气冷器的改进刘业凤; 王东亮; 陈申【期刊名称】《《轻工机械》》【年(卷),期】2019(037)005【总页数】5页(P84-88)【关键词】冷藏柜; CO2双级压缩制冷循环系统; 中冷器; MATLAB【作者】刘业凤; 王东亮; 陈申【作者单位】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】TB657目前，制冷剂替代的一个研究方向是使用天然工质，而CO2是其中的一个重要的研究方向[1]。
CO2作为自然工质，近几十年对其作为制冷剂的研究和应用越来越多，尤其是CO2跨临界循环使用的领域(汽车空调、热泵热水器、复叠式制冷等)[2-4]。
CO2作为天然工质(臭氧消耗潜值为0，全球变暖潜能值为1)，无毒、不可燃，既具有良好的安全性，又具有蒸发潜热较大和单位容积制冷量高等优点[5]。
由于CO2临界压力高，跨临界循环气冷器的不可逆热损失和节流损失较大[6]，性能效率暂时和传统制冷剂还有一定的差距，因此提升它的使用效率和安全性，推广其应用范围是研究的热点。
对于双级压缩制冷循环系统的性能，其高压压力和中间压力起着重要的作用。
所以对于CO2 双级压缩带中冷器制冷循环来说，2个冷却器效果的好坏直接决定了制冷循环的性能。
在计算优化气冷器的换热效果时，气冷器的结构和质量也是必须考虑的因素[7]。
近几年, 针对翅片管式气冷器的优化研究, 承压和胀管问题已经不再是翅片管式气冷器设计主要考虑的问题, 提高其效率是目前研究的一个重点[8]。
课题组以CO2跨临界循环双级压缩制冷机组中的管翅式换热器为研究对象进行试验，试验所用的机组是用于冷藏饮料的超市展示柜。
通过探索降低机组中的带中冷器的管翅式气冷器出口温度的方法，对原有机组的气冷器的管程布置进行了改进，给CO2跨临界循环双级压缩制冷机组中的气冷器的开发提供参考和优化的意见。
1 CO2双级压缩制冷循环试验系统组成1.1 实验研究图1是课题组搭建的CO2带中冷器的双级压缩制冷试验系统图，对该系统进行试验研究的目的是：1) 检查实验机组的气冷器的实际换热效果。
CO2跨临界双级压缩制冷循环的热力学分析
CO2跨临界双级压缩制冷循环的热力学分析
谢英柏;孙刚磊;刘春涛;刘迎福
【期刊名称】《化工学报》
【年(卷),期】2008(59)12
【摘要】由于臭氧层破坏和温室效应的不利影响，用自然工质替代合成工质越来
越受到国内外制冷界的重视。
在几种常用的自然工质中，除水和空气以外，CO2
是与环境最为友善的制冷工质之一。
CO2使用安全，无毒；物理化学稳定性好；
单位容积制冷量大，有利于减少装置体积；在超临界条件下，它的流动传热性能好；此外，CO2容易获取，价格低廉，不需要回收，
【总页数】5页(P2985-2989)
【作者】谢英柏;孙刚磊;刘春涛;刘迎福
【作者单位】华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北,保定,071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北,保
定,071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北,保
定,071003;华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北,保
定,071003
【正文语种】中文
【中图分类】TB61
【相关文献】
1.CO2跨临界双级压缩制冷循环的热力学分析 [J], 刘圣春;李正
2.跨临界 CO2 双级压缩制冷循环的热力学分析与比较 [J], 张振迎;佟丽蕊;王洪利;马一太
3.CO2跨临界双级压缩带低压膨胀机制冷循环性能分析 [J], 谢英柏;孙刚磊;张雪东;宗露香
4.CO2跨临界压缩式制冷循环理论分析 [J], 王燕江;陶乐仁;刘银燕;王超
5.CO_2跨临界两级压缩制冷循环热力学分析 [J], 刘军朴;陈江平;陈芝久
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CO2热泵双级冷却套管式气体冷却器性能模拟分析
马瑞芳 1 罗会龙 1 杜培俭 2 林辩启 1 李永亮 2 杨晓川 2
(1 昆明理工大学建筑工程学院，昆明 650500；2 昆明东启科技股份有限公司，昆明 650106)
摘 要
建立了跨临界 CO2 制冷系统中双级冷却套管式气体冷却器模型， 对管内 CO2 侧和水侧的流动及换
图 2 双级冷却套管式气体冷却器计算模型
为适度简化计算，假设：1）在每个微单元内， (6) 管的内壁温恒定，水、CO2 定性温度采用平均温度， 这以减小由于变物性所带来的计算误差； 2） 水、 CO2 式(6)中 为相对粗糙度，根据实测数据，本文计算 选用的绝对粗糙度为 5 m。 平均分到每一根套管内，且管道间没有热传导。 CO2 侧的传热系数： 对于每个流程中给定的第 j 段，可以根据能量 平衡，水侧和 CO2 侧的换热量分别由式(1)和式(2) (7) hc Nu d 确定： 式(7)中： 为的导热系数(W· m-1K-1) ； d 为内管直 (1) Q j cwp mw (Tw1, j Tw2, j )
基金项目：国家科技支撑计划项目(2012BAA13B02)；国家自然科学基金
力剧烈变化，使得管内的流动换热数值计算较为复 杂。 对比分析文献[2~6]， Gnielinski 公式的计算值与 实验值吻合较好。本文以能量平衡的方法建立气体 冷却器模型， 采用 Coolpack 软件进行 CO2 的热物性 计算，分析各因素对双级套管式气体冷却器换热性 能的影响。
Abstract A model was developed for two-stage tube-in-tube gas cooler in trans-critical carbon dioxide refrigeration systems. Fluid flow and heat transfer processes in both refrigerant and water sides were analyzed with the latest physical properties database and the corresponding correlations. The model was validated by the comparison between simulation result s and experimental data under various conditions. Further more, the influences of major parameters on two-stage tube-in-tube gas cooler performance were analyzed and discussed. The model developed in this paper could be used for the optimal design of gas coolers. Keywords CO2 heat pump Trans-critical cycle Two-stage tube-in-tube gas cooler Numerical simulation
二氧化碳制冷和热泵循环
文章编号:ISSN1005-9180(2009)04-0042-07X二氧化碳制冷和热泵循环周子成(广东西屋康达空调有限公司,广东佛山528000)[摘要]二氧化碳制冷剂由于它的制热性能系数高和对大气的全球气候变暖潜能值小,现在获得了愈来愈多的应用,尤其是在热泵热水器和汽车空调领域。
本文论述二氧化碳制冷剂的各种制冷和热泵循环。
[关键词]二氧化碳;制冷;热泵;循环[中图分类号]TQ05115;TU833[文献标识码]AC arbon Dioxide C ooling and Heating C yclesZ HOU Zicheng(Guangdong Siukonda Air Conditioning Co1,Ltd1,Guangdong528000,China) Abstract:Owing to the hi gh coefficient of heating and low Global Worming Potential,The application of carbon dioxide refri gerant is more and more widely1Especially in the area of heat pu mp water heaters and car air conditioners1In this pa-per,the di fferent kinds of carbon diox ide refrigerant cooling and heating cycles are discussed1Keywords:Carbon Dioxide;Refrigeration;Heat pump;Cycle1引言二氧化碳(CO2)是一种不破坏大气臭氧层(ODP=0)和全球气候变暖指数很小(GW P=1)的天然制冷剂。
国际标准和国家标准中的编号是R744。
它安全、低毒、不燃烧、与润滑油和金属及非金属材料不起作用、高温下也不会分解成有害气体。
CO2跨临界双级压缩制冷系统的
基金项目:上海市科委科技创新行动计划(编号:１９D Z １２０７５０３);上海市科委公共服务平台建设项目(编号:２０D Z ２２９２２００)作者简介:徐好,女,上海海洋大学在读硕士研究生.通信作者:谢晶(１９６８ ),女,上海海洋大学教授,博士.E Ｇm a i l :jx i e ＠s h o u ．e d u ．c n 收稿日期:２０２２Ｇ０８Ｇ２９㊀㊀改回日期:２０２３Ｇ０５Ｇ２６D O I :１０．１３６５２/j ．s p jx ．１００３．５７８８．２０２２．８０７３８[文章编号]１００３Ｇ５７８８(２０２３)０７Ｇ００７７Ｇ０８C O ２跨临界双级压缩制冷系统的火用分析E x e r g y a n a l y s i s o f t r a n s c r i t i c a l t w o s t a g eC O ２r e f r i g e r a t i o n s ys t e m 徐㊀好１,２X U H a o１,２㊀高建业１,２G A OJ i a n Ｇy e １,２㊀王金锋１,２,３WA N GJ i n Ｇf e n g １,２,３㊀谢㊀晶１,２,３,４X I EJ i n g１,２,３,４(１．上海海洋大学食品学院,上海㊀２０１３０６;２．上海冷链装备性能与节能评价专业技术服务平台,上海㊀２０１３０６;３．上海水产品加工及贮藏工程技术中心,上海㊀２０１３０６;４．食品科学与工程国家级实验教学示范中心,上海㊀２０１３０６)(１．C o l l e g e o f F o o dS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,S h a n g h a iO c e a nU n i v e r s i t y ,S h a n gh a i ２０１３０６,C h i n a ;２．S h a n g h a iP r o f e s s i o n a lT e c h n o l o g y S e r v i c eP l a t f o r mo nC o l dC h a i nE q u i p m e n tP e r fo r m a n c e a n d E n e r g y S a v i n g E v a l u a t i o n ,S h a n g h a i ２０１３０６,C h i n a ;３．S h a n g h a iE n g i n e e r i n g R e s e a r c hC e n t e r o fA q u a t i cP r o d u c tP r o c e s s i n g a n dP r e s e r v a t i o n ,S h a n g h a i ２０１３０６,C h i n a ;４．N a t i o n a lE x p e r i m e n t a l T e a c h i n g D e m o n s t r a t i o nC e n t e r f o rF o o dS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,S h a n gh a i ２０１３０６,C h i n a )摘要:目的:提升C O ２跨临界双级压缩制冷系统性能.方法:对该系统进行了常规火用分析与高级火用分析,围绕内源可避免火用损失㊁内源不可避免火用损失㊁外源可避免火用损和外源不可避免火用损失这４个方面进行各部件火用损失计算.结果:C O ２跨临界双级压缩制冷系统有很大提升效率的潜力.常规火用分析与高级火用分析所得优化部件的优先级不同.高㊁低压级压缩机和蒸发器的性能优化是提高系统能效的重点.结论:高㊁低压级压缩机和蒸发器的内源可避免火用损失分别占系统总内源可避免火用损失的２０．９％,１５．２％,３６．５％,且通过改进高㊁低压级压缩机和蒸发器可分别减少其５８．８％,４９．３％,９０．２％的火用损失,常规火用分析无法提供此类建议.关键词:二氧化碳;高级火用分析;压缩机;热力学;火用损失A b s t r a c t :O b je c t i v e :I no r d e r t o i m p r o v e t h e e n e r g y ef f i c i e n c y o f t h e t r a n s c r i t i c a l t w o s t ag e C O ２r e f r i g e r a t i o n s y s t e m ,th e c o n v e n ti o n a l e x e r g y a n a l y s i s a n da d v a n c e de x e r g y a n a l y s i so f t h e s y s t e m w e r e c o n d u c t e d ．M e t h o d s :A d v a n c e d e x e r g y a n a l y s i s pr o v i d e sm o r ev a l u a b l ei n f o r m a t i o no nt h ei n t e r a c t i o n b e t w e e n s y s t e mc o m p o n e n t s a n d t h e p o t e n t i a l f o r c o m p o n e n t i m p r o v e m e n t b y s p l i t t i n g t h ee x e r g y d e s t r u c t i o ni n t oe n d o g e n o u s /e x o ge n o u s a n du n a v o i d a b l e /a v o i d a b l e p a r t s ．R e s u l t s :T h er e s u l t si n d i c a t e d t h a tt h et r a n s c r i t i c a lt w os t a g e C O ２r ef r ig e r a t i o n s y s t e mh a d si g n i f i c a n t p o t e n t i a l f o re f f i c i e n c y i m p r o v e m e n t ．T h e p r i o r i t y o f t h e o p t i m i z e d c o m p o n e n t s f r o mc o n v e n t i o n a l a n d a d v a n c e d e x e r g ya n a l y s i sw a s d i f f e r e n t ．T h e a d v a n c e d e x e r g y a n a l ys i s s h o w e d t h a t p e r f o r m a n c e o p t i m i z a t i o no f t h eh i g h Ｇp r e s s u r e s t a g e c o m pr e s s o r ,l o w Ｇp r e s s u r e s t a g e c o m p r e s s o r a n de v a po r a t o rw e r e t h e f o c u so f i m p r o v i n g s y s t e me n e r g y e f f i c i e n c y ．C o n c l u s i o n :T h e e n d o g e n o u s a v o i d a b l e e x e r g y d e s t r u c t i o n o f t h e h i g h Ｇp r e s s u r e s t a ge c o m p r e s s o r ,l o w Ｇp r e s s u r e s t a g e c o m p r e s s o r a n d e v a p o r a t o r a c c o u n t e df o r２０．９％,１５．２％a n d３６．５％o ft h ee n d og e n o u s a v o i d a b l ee x e r g y d e s t r u c t i o n o fth es y s t e m ,r e s p e c ti v e l y．T h e i m p r o v e m e n t o f t h e h i g h Ｇp r e s s u r e s t a g e c o m p r e s s o r ,l o w Ｇp r e s s u r e s t a g e c o m p r e s s o r a n d e v a po r a t o r a r e a b l e t o r e d u c e t h e i r e x e r g y d e s t r u c t i o nb y ５８．８％,４９．３％a n d９０．２％,r e s p e c t i v e l y ．T h e c o n v e n t i o n a l e x e r g y a n a l y s i s c a n n o t p r o v i d e s u c h r e c o mm e n d a t i o n s ．K e yw o r d s :c a r b o n d i o x i d e ;a d v a n c e d e x e r g y a n a l y s i s ;c o m p r e s s o r ;t h e r m o d y n a m i c s ;e x e r g y de s t r u c t i o n 随着«‹蒙特利尔议定书›基加利修正案»的落实,制冷剂的替代成为了目前要解决的首要问题[１－２].C O ２作为自然界中广泛存在的物质,以其良好的热物性㊁高密度㊁低黏度㊁臭氧消耗潜能值(O D P )为０与全球变暖潜能值(GW P )为１等优点而被广泛关注,成为最有希望的制冷剂替代工质[３].C O ２跨临界制冷循环方式则因其低环境温度适应性㊁全工况范围高效性等优势成为制冷领域的热门研究课题之一[４].作为优化系统效率评估系统性能的工具,常规火用分７７F O O D &MA C H I N E R Y 第３９卷第７期总第２６１期|２０２３年７月|Copyright ©博看网. All Rights Reserved.析既考虑了能量的数量也考虑了能量的质量,赖艳华等[５]对R４０４A/C O２复叠式制冷系统进行了常规火用分析,得到高温级膨胀阀㊁压缩机㊁冷凝蒸发器和低温级压缩机的火用损约占总火用损的８０％,应尽量减小以上４个过程的能耗.S u n等[６]对C O２两级压缩制冷系统进行了常规火用分析,研究了不同工况下系统火用效率的变化情况.常规火用分析可以确定系统中火用损失最高的部件[７－９],但并未揭示系统部件间的热力学相互作用[１０].高级火用分析的概念最初由T s a t s a r o n i s提出.区别于常规火用分析,高级火用分析进一步评估火用损失的来源,将系统内的火用损失分为可避免/不可避免和内源/外源部分,揭示了系统部件间的相互关系和系统的改进潜力.运用高级火用分析能够得出较常规火用分析更为准确的结论[１１－１３].目前有多位学者利用高级火用分析方法进行了各种研究,如S a r k a r等[１４]对采用不同制冷剂的制冷系统进行高级火用分析,表明对于以C O２和R４０４a为制冷剂的制冷系统,压缩机是需改进的首选部件,而以N H３为制冷剂的制冷系统,蒸发器是需要改进的首选部件;M o h a mm a d i等[１５]对再压缩超临界C O２循环进行高级火用分析,表明系统可通过改进部件从而使总火用损失减少４９．５８％.目前尚未有将常规火用分析和高级火用分析同时应用到C O２跨临界双级压缩制冷系统的研究报告.研究拟建立C O２跨临界双级压缩制冷系统热力模型,并进行验证.针对C O２跨临界双级压缩制冷系统进行常规火用分析和高级火用分析,确定系统部件不可逆性的主要来源.以期为提高系统的运行效率和性能改进提供依据.１㊀C O２跨临界双级压缩制冷系统由于C O２跨临界系统在运行时高低压差较大且一般大于６M P a,故为防止压缩机实际压缩过程太过偏离等熵过程以及过高的排气温度,一般采用双级压缩机来提高压缩机的工作效率[１６].且与C O２单级压缩制冷循环相比,C O２双级压缩制冷循环可以降低排气温度㊁提高容积效率并避免制冷剂泄漏[１７],因此采用C O２跨临界双级压缩制冷系统进行研究.该C O２跨临界双级压缩制冷系统用于－１８ħ冻藏食品的储存.设计工况如表１所示,循环流程及设备组成如图１所示.㊀㊀制冷系统主要部件由低压级压缩机㊁高压级压缩机㊁电子膨胀阀㊁气体冷却器㊁蒸发器㊁中间冷却器组成,系统制冷循环在压焓图上的表示见图２.表１㊀系统运行的设计工况T a b l e１㊀D e s i g n c o n d i t i o nv a l u e s f o r s y s t e mo p e r a t i o n系统制冷量/k W 气体冷却器出口温度/ħ蒸发温度/ħ环境温度/ħ气体冷却器压力/k P a０．５７３７－２３３２９０００图１㊀C O２跨临界双级制冷循环流程示意图F i g u r e１㊀D i a g r a mo f t r a n s c r i t i c a l t w o s t a g eC O２r e f r i g e r a t i o n s y s t em１－２－３－４－５－６－７－１为完整的C O２制冷循环,其中５－８－９－３为制冷剂流经中间冷却器辅路的过程图２㊀C O２跨临界双级制冷循环pＧh示意图F i g u r e２㊀T h e pＧh d i a g r a mo f t r a n s c r i t i c a l t w o s t a g eC O２r e f r i g e r a t i o n s y s t e m２㊀热力学分析基于热力学第一定律和第二定律对系统进行热力学建模,在表１所示系统运行设计工况下进行火用分析.为了简化系统的热力学模型,作出以下假设:(１)系统各部件在稳定状态下运行,制冷剂为稳定流动状态.(２)部件进出口的动能和势能变化忽略不计.(３)连接各部件间的管内压降和热损失忽略不计,中间冷却器无热损失.(４)蒸发器出口为饱和状态,无过热现象.(５)压缩机压缩过程不可逆,考虑压缩机等熵效率.(６)制冷剂的参考状态条件为T０＝２９８K㊁P０＝１０１３２５P a.２．１㊀热力学模型对系统和各部件应用质量守恒和能量守恒原理及火用平衡方程来计算火用分析所需的热力学数据,具体的计算公式:８７食品装备与智能制造F O O DE Q U I P M E N T&I N T E L L I G E N T MA N U F A C T U R I N G总第２６１期|２０２３年７月|Copyright©博看网. All Rights Reserved.q ＝h １－h ７,(１)m l ＝Q０q.(２)m h 可由中间换热器的能量守恒公式[式(３)]获得:m l (h ５－h ６)＝(m h －m l )(h ９－h ８),(３)Q c ＝m h (h ４－h ５).(４)状态点３的制冷剂由状态点９与状态点２的制冷剂混合得到,状态点３的焓值通过式(５)求得:(m h －m l )h ９＋m l h ２＝m h h ３.(５)压缩机的等熵效率和功耗表示为[１８－１９]:ηs ,l ＝１－０．０４ˑp ２p １(),(６)W c o m p,l ＝m l (h ２s －h １)ηs ,l ＝m l (h ２－h １),(７)ηs ,h ＝１－０．０４ˑp ４p ３(),(８)W c o m p,h ＝m h (h ４s －h ３)ηs ,h ＝m h (h ４－h ３).(９)电子膨胀阀的能量平衡方程为:h i n ＝h o u t .(１０)制冷系统性能系数(C O P )的方程为:C O P ＝Q ０W c o m p ,l ＋W c o m p ,h ,(１１)式中:C O P制冷系统性能系数;q蒸发器单位制冷量,k J /k g ;Q ０ 系统制冷量,k W ;h １㊁h ２㊁h ３㊁h ４㊁h ５㊁h ６㊁h ７㊁h ８㊁h ９ 制冷剂在状态点１㊁２㊁３㊁４㊁５㊁６㊁７㊁８和９的比焓,k J /k g;m l 流经蒸发器制冷剂的质量流量,k g/s ;m h 流经气体冷却器制冷剂的质量流量,k g/s ;Q c 气体冷却器中制冷剂的传热量,k W ;p １㊁p ２㊁p ３㊁p ４制冷剂在状态点１㊁２㊁３和４的压力,k P a ;h ２s ㊁h ４s低压级压缩机㊁高压级压缩机理论出口比焓,k J /k g;ηs ,l ,ηs ,h 低压级压缩机㊁高压级压缩机等熵效率;W c o m p ,l ㊁W c o m p,h 低压级压缩机㊁高压级压缩机功耗,k W ;h i n ㊁h o u t电子膨胀阀入口㊁出口比焓,k J /k g .火用可分为两个组成部分:物理火用和化学火用[２０],物理火用可由式(１２)获得,系统在运行过程中并无化学变化,只考虑物理火用部分:e ＝e ph ＋e c h ,(１２)e p h ＝(h －T ０S )－(h ０－T ０S ０),(１３)即e ＝(h －T ０S )－(h ０－T ０S ０),(１４)式中:e p h ㊁e c h 制冷剂单位物理火用㊁单位化学火用,k J /k g ;h ０ 制冷剂参考点的比焓,k J /k g ;T ０ 制冷剂参考点的温度,K ;S ０ 制冷剂参考点的比熵,k J /(k gK ).火用平衡的表达式为:E D ＝ðEi n－ðE o u t ,(１５)式中:E i n ㊁E o u t 系统入口和出口处的火用,k W ;E D 系统的总火用损失,k W .式(１５)在稳态过程中的火用平衡可写为:E D ＝ði n m e －ðo u tm e ＋ðQ １－T ０T b()[]i n－ðQ １－T ０T b()[]o u t＋ðW i n －ðW o u t ,(１６)式中:e 制冷剂单位火用值,k J /k g ;Q 换热量,k W ;T b 热量通过的边界温度,K ;W 系统的功率,k W .２．２㊀火用分析根据火用平衡方程可得系统每个部件的火用损失表达式如下:低压级压缩机:E c o m p,l ＝m l T ０(S ２－S １),(１７)高压级压缩机:E c o m p,h ＝m h T ０(S ４－S ３),(１８)气体冷却器:E g c ＝m hT ０(S ５－S ４)＋T ０Q CT b ．g c ,(１９)蒸发器:E e v a p ＝ml T ０(S １－S ７)－T ０Q ０T b ．e v a p ,(２０)辅路电子膨胀阀:E T X V １＝(m h －m l )(e ５－e ８),(２１)主路电子膨胀阀:E T X V ２＝m l (e ６－e ７),(２２)中间冷却器:E I C ＝(m h －m l ) (e ８－e ９)＋m l (e ５－e ６),(２３)系统的火用效率表达式为:ηe ＝E o u tE i n＝１－E DW c o m p ,l ＋W c o m p,h ,(２４)式中:e ５㊁e ６㊁e ７㊁e ８㊁e ９ 制冷剂对应状态点的单位火用值,k J /k g;S １㊁S ２㊁S ３㊁S ４㊁S ５㊁S ７ 制冷剂对应状态点的比熵,k J /(k gK );T b ．e v a p蒸发器传热边界温度,K ;T b ．gc 气体冷却器传热边界温度,K ;ηe 火用效率.将每个部件的火用损失分为内源火用损失和外源火用损失[１０]:E D ,k ＝E E N D ,k ＋E E X D ,k ,(２５)式中:９７|V o l ．３９,N o ．７徐㊀好等:C O ２跨临界双级压缩制冷系统的火用分析Copyright ©博看网. All Rights Reserved.E D ,k部件k 的火用损失,k W .内源火用损失E E ND ,k 是指由部件本身的不可逆性而产生的火用损失,其只与部件本身有关,通过使所研究部件为真实情况运行,系统其余部件为理想情况运行计算得到该部件的内源火用损失,外源火用损失E E XD ,k 则是指由系统其他部件的不可逆性而导致该部件的火用损失,通过这种划分方法能够更加清晰地确定造成火用损失的原因[１３].将每个部件的火用损失分为可避免火用损失和不可避免火用损失[７]:E D ,k ＝E U N D ,k ＋E A VD ,k .(２６)不可避免火用损失E U ND ,k 指由于材料或制作工艺等技术限制而在近期不能通过技术手段消除的部分,通过使系统部件在不可避免损失情况下运行计算获得,可避免火用损失E A VD ,k 则指可以减少的火用损失.将内源火用损失与外源火用损失分为可避免火用损失和不可避免火用损失可得到[２１]:E D ,k ＝E E N ,A V D ,k ＋E E N ,U N D ,k ＋E E X ,A V D ,k ＋E E X ,U ND ,k,(２７)式中:E E N ,A VD ,k 部件k 的内源可避免火用损失,k W ;E E N ,U N D ,k 部件k 的内源不可避免火用损失,k W ;E E X ,A V D ,k部件k 的外源可避免火用损失,k W ;EE X ,U N D ,k部件k 的外源不可避免火用损失,k W .内源不可避免火用损失E E N ,U N D ,k可通过使所研究部件为不可避免条件下运行,系统其余部件为理想情况下运行计算获得,式(２５)~式(２７)的未知部分结合式(２８)~式(３１)求出.E E X D ,k＝E D ,k －E E ND ,k,(２８)EE N ,A VD ,k＝EE ND ,k－EE N ,U ND ,k,(２９)E E X ,U N D ,k ＝E U N D ,k －E E N ,U ND ,k,(３０)E E X ,A V D ,k ＝E E X D ,k －E E X ,U N D ,k.(３１)高级火用分析将火用损失分为内源可避免部分㊁内源不可避免部分㊁外源可避免部分㊁外源不可避免部分,通过这种区分方式可以确定系统每个部件的各类火用损失占比从而获得部件改进潜力和改进部件的优先级,这是常规火用分析不能得到的.为了更加清晰地阐明高级火用分析方法,引入真实循环:指系统所有部件均处于实际运行状态下工作;不可避免状态循环:指系统所有部件均处于不可避免状态下工作.表２为高级火用分析所做假设,区分部件以真实情况㊁理想情况㊁不可避免情况运行.２．３㊀模型验证在E E S 软件中建立火用分析仿真模型[１９,２３].为了验证文中热力学模型的可靠性,使用该仿真模型进行C O P 与总火用损失计算,并与文献[６]中的数值结果进行比较.如图３所示,当气体冷却器排气压力分别在７７００,７９００,８０００,８１００,８３００,８６００k P a 时,系统C O P 与总火用损失的相对误差均小于７％,表明数据的一致性较好,模型的可靠性得到了验证.３㊀结果与分析３．１㊀系统常规火用分析基于热力学第二定律提出火用的概念,能量在进行转化过程中,可有限转换的部分即称为火用.火用能够从能量 质 的角度对制冷系统进行性能评估.如图４所示,气体冷却器的火用损失占比最高,为３１．３％,具有较大的优化潜力.而低压级压缩机的火用损失占比最小,仅为５．１％.在C O ２跨临界制冷系统中,制冷剂在气体冷却器中处于超临界区,有较大的温度滑移,因此有较高的不可逆损失.其次火用损失最高的为主路电子膨胀阀和辅路电子膨胀阀,分别占比２１．５％,１５．４％.主路电子膨胀阀与辅路电子膨胀阀入口处均为超临界流体,其有较强的流动性且对温度变化更为敏感,故节流过程不可逆损失很大.主路电子膨胀阀的制冷剂流量较辅路电子膨胀阀制冷剂的更多,且主路电子膨胀阀的压降更大,不可逆损失也相应增加.剩余系统部件的火用损失占比分别为中间冷却器(占比１０．４％)㊁高压级压缩机(占比８．４％)和蒸发器(占比８％).表２㊀真实㊁理想㊁不可避免情况所做假设T a b l e ２㊀M a i nd a t a n e e d e d t o s o l v e t h e r e a l ,i d e a l a n du n a v o i d a b l e c o n d i t i o n s部件真实情况理想情况不可避免情况低压级压缩机ηs ,l ＝１－０．０４ˑp ２p １()ηs ,l ＝１ηs ,l ＝１－０．０１ˑp ２p １()[１８]高压级压缩机ηs ,h ＝１－０．０４ˑp ４p ３()ηs ,h ＝１ηs ,h ＝１－０．０１ˑp ４p ３()[１８]气体冷却器әT m i n ＝５әT m i n ＝０әT m i n ＝０．５[２２]辅路电子膨胀阀－ηs ,１＝１ηs ,１＝０．９６[１８]主路电子膨胀阀－ηs ,２＝１ηs ,２＝０．９６[１８]蒸发器әT m i n ＝５әT m i n ＝０әT m i n ＝０．５[２２]中间冷却器әT m i n ＝５әT m i n ＝０әT m i n ＝０．５[２２]０８食品装备与智能制造F O O DE Q U I P M E N T &I N T E L L I G E N T MA N U F A C T U R I N G 总第２６１期|２０２３年７月|Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图３㊀与文献[６C O P 和总火用损失的比较F i g u r e ３㊀C o m p a r i s o no f p r e s e n t s t u d y a n dS u n s t u d yf o r t h eC O Pa n d t o t a l e x e rg y de s t r u c t i o n ㊀㊀根据各部件火用损失的占比,排名由高到低为:气体冷却器㊁主路电子膨胀阀㊁辅路电子膨胀阀㊁中间冷却器㊁高压级压缩机㊁蒸发器㊁低压级压缩机.由火用效率的表达式(２４)可知,减小系统部件火用损失可提高火用效率,火用损失占比越高则说明该部件的改进潜力越大.综上所述,根据常规火用分析,为了减少部件火用损失㊁提高系统火用效率,改进部件的优先级应为气体冷却器㊁主路电子膨胀阀和辅路电子膨胀阀.３．２㊀系统高级火用分析系统在表１设计工况下运行,进行高级火用分析,得到系统部件的各类火用损失,具体结果见表３~表５.３．３㊀系统各部件内源火用损失与外源火用损失由表５可知,系统中气体冷却器㊁主路电子膨胀阀㊁蒸发器㊁辅路电子膨胀阀㊁高压级压缩机㊁中间冷却器和低压级压缩机的内源火用损失逐次减少.内源火用损失只与部件本身有关,而部件的外源火用损失则是由系统其余部件的不可逆过程导致该部件的火用损失,表明在改进部件图４㊀系统部件火用损失的相对比重F i g u r e ４㊀T h e r e l a t i v e e x e r g y d e s t r u c t i o no f s ys t e m c o m po n e n t s 时应该将更多注意力放在内源火用损失较多的部件上,而其他部件的外源火用损失也会由于该部件的改进而得到减少[１８].㊀㊀系统各部件外源火用损失由大到小的排列顺序为:辅路电子膨胀阀㊁气体冷却器㊁中间冷却器㊁主路电子膨胀阀㊁高压级压缩机和低压级压缩机,在减少上述部件火用损失时不能只关注其本身性能的提升,也要关注部件与部件之间的影响,以减少该部件的外源火用损失.由表５可知,系统中的气体冷却器㊁主路电子膨胀阀㊁高压级压缩机㊁低压级压缩机和蒸发器,其内源火用损失均大于其外源火用损失,表明上述部件由其自身的不可逆性导致的火用损失占其总火用损失的大部分.而辅路电子膨胀阀和中间冷却器因其外源火用损失占比较大,分别为５９．８％,５５．２％,表明上述两部件除改进自身性能减少内源火用损失外,还可通过改进除本身外部件的性能以减少自身占比较大的外源火用损失从而使系统获得更大的性能提升.值得注意的是蒸发器所有的火用损失都为内源火用损失,全部由自身不可逆性产生,且蒸发器的性能影响着其余部件的外源可避免火用损失,说明改进蒸发器对于优化系统来说是极其必要的.表３㊀实际状态下C O ２跨临界双级制冷循环中不同状态点的热力学性质和质量流量T a b l e ３㊀T h e r m o d y n a m i c p r o p e r t i e s a n dm a s s f l o wr a t e o f t r a n s c r i t i c a l t w o s t a g eC O ２re f r i g e r a t i o n c y c l e a t d i f f e r e n t s t a t e p o i n t su n d e r r e a l c o n d i t i o n s状态点T /K P /k P ah /(k J k g －１)s /(k J k g －１ K －１)m /(k g s －１)e /(k J k g－１)E /k W１２５０．０１７８５－６９．７４－０．７７４９０．００２６２４１６１．５０．４２３７７２３０８．６４００８－３２．６０－０．７６４１０．００２６２４１９５．４０．５１２７３３２９３．６４００８－５３．１９－０．８３２５０．００４６６９１９５．２０．９１１３９４３６０．７９０００－１３．１０－０．８２２５０．００４６６９２３２．３１．０８４６１５３１０．０９０００－１９６．１０－１．３８５００．００４６６９２１７．０１．０１３１７６２８３．５９０００－２８７．００－１．６８９００．００２６２４２１６．７０．５６８６２７２５０．０１７８５－２８７．００－１．６４４００．００２６２４２０３．２０．５３３２０８２７８．５４００８－１９６．１０－１．３４３００．００２０４５２０４．５０．４１８２０９２７８．５４００８－７９．６０－０．９２５００．００２０４５１９６．３０．４０１４３０２９８．０１０１．３－１．０６７－０．００２６－－－１８|V o l ．３９,N o ．７徐㊀好等:C O ２跨临界双级压缩制冷系统的火用分析Copyright ©博看网. All Rights Reserved.表４㊀不可避免状态下C O２跨临界双级制冷循环中不同状态点的热力学性质和质量流量T a b l e４㊀T h e r m o d y n a m i c p r o p e r t i e s a n dm a s s f l o wr a t e o f t r a n s c r i t i c a l t w o s t a g eC O２r e f r i g e r a t i o n c y c l ea t d i f f e r e n t s t a t e p o i n t su n d e r u n a v o i d ab l ec o nd i t i o n s状态点T/K P/k P a h/(k J k g－１)s/(k J k g－１ K－１)m/(k g s－１)e/(k J k g－１)E/k W１２５４．５２０５３－７０．０１－０．７９７０．００２４７５１６７．８０．４１５３１２３０６．７４２９８－３８．９４－０．７９５０．００２４７５１９８．２０．４９０５５３２９７．２４２９８－５２．８３－０．８４１０．００３６５１１９８．１０．７２３２６４３５６．９９０００－１９．０４－０．８３９０．００３６５１２３１．３０．８４４４８５３０５．５９０００－２２１．１０－１．４６６０．００３６５１２１６．２０．７８９３５６２８１．８９０００－２９１．００－１．７０４０．００２４７５２１７．００．５３７０８７２５４．５２０５３－３００．３０－１．７０２０．００２４７５２０７．２０．５１２８２８２８１．３４２９８－２２９．１０－１．４６５０．００１１７６２０７．８０．２４４３７９２８１．３４２９８－８２．０２－０．９４２０．００１１７６１９９．００．２３４０２０２９８．０１０１－１．０７－０．００３－－－表５㊀C O２跨临界双级压缩制冷系统高级火用分析结果T a b l e５㊀R e s u l t s o f a d v a n c e de x e r g y a n a l y s i s f o r t h e t r a n s c r i t i c a l t w o s t a g eC O２r e f r i g e r a t i o n s y s t e m㊀W 部件E D,k E E N D,k E E X D,k E A V D,k E U N D,k E E N,A VD,k E E N,U ND,k E E X,A VD,k E E X,U ND,k 低压级压缩机８．４９６．５２１．９７６．９２１．５７４．９９１．５３１．９３０．０４高压级压缩机１３．９３８．９５４．９８１１．７７２．１６６．８６２．０９４．９１０．０７气体冷却器５１．８９４０．０７１１．８２１３．６０３８．２３２．９５３７．１２１０．７１１．１１辅路电子膨胀阀２５．５５１０．２７１５．２８１５．６７９．８２１．０５９．２２１４．６２０．６６主路电子膨胀阀３５．６１２８．７０６．９１１１．４１２４．２０４．９６２３．７４６．４５０．４６蒸发器１３．３２１３．３２０．００１２．０１１．３１１２．０１１．３１０．０００．００中间冷却器１７．２２７．７１９．５１８．９４８．２８０．０５７．６６８．８９０．６２合计１６６．０１１１５．５４５０．４７８０．３２８５．５７３２．８７８２．６７４７．５１２．９６３．４㊀系统各部件可避免火用损失系统总部件可避免火用损失为０．０８０３８３k W,这意味着系统有很大改进潜力,可通过改进系统部件减少系统总火用损失４８．４％.由表５可以看出:辅路电子膨胀阀㊁气体冷却器㊁蒸发器㊁高压级压缩机㊁主路电子膨胀阀㊁中间冷却器和低压级压缩机,上述部件可避免火用损失依次减少,值得注意的是其中低压级压缩机和高压级压缩机可通过改进自身和其余部件分别减少其８１．５％,８４．５％的火用损失,蒸发器可通过改进自身减少其９０．２％的火用损失.３．５㊀系统各部件内源可避免火用损失由表５可知,低压级压缩机㊁高压级压缩机和蒸发器的内源可避免火用损失大于其外源可避免火用损失,而系统其他部件的内源可避免火用损失均小于其外源可避免火用损失,表明优化高㊁低压级压缩机和蒸发器是减少其火用损失的主要方式,且由于气体冷却器㊁辅路电子膨胀阀㊁主路电子膨胀阀和中间冷却器的外源可避免火用损失均高于其内源可避免火用损失,故在改进高㊁低压级压缩机和蒸发器减少其内源火用损失的同时上述部件的外源火用损失也随之减少[１２],系统效率得到提升.由图５可知,内源可避免火用损失由大到小排列为:蒸发器㊁高压级压缩机㊁低压级压缩机㊁主路电子膨胀阀㊁气体冷却器㊁辅路电子膨胀阀㊁中间冷却器.观察表５可知,通过改进低压级压缩机和高压级压缩机可分别减少５８．８％,４９．３％的内源可避免火用损失,而气体冷却器㊁辅路电子膨胀阀㊁主路电子膨胀阀㊁中间冷却器则可通过改进其自身性能而分别减少其５．７％,４．１％,１３．９％,０．３％的内源可避免火用损失.高㊁低压级压缩机和蒸发器的内源可避免火用损失大于其内源不可避免火用损失,且高㊁低压级压缩机和蒸发器的内源可避免火用损失的数值相对其他部件较高,分别占系统内源可避免火用损失的２０．９％,１５．２％,３６．５％,表明改进该部件不仅能使自身火用损失减少㊁效率提高,也能对系统总火用损失的减少起到较大作用.对于外源可避免火用损失而言可通过改进除该部件外的部件来减少这部分火用损失,值得注意的是辅路电子膨胀阀和中间冷却器其外源可避免火用损失较其他部件的外源可避免火用损失占比更大,分别占其总火用损失的５７．２％,５１．６％,说２８食品装备与智能制造F O O DE Q U I P M E N T&I N T E L L I G E N T MA N U F A C T U R I N G总第２６１期|２０２３年７月|Copyright©博看网. All Rights Reserved.图５㊀系统部件内源可避免火用损失的相对比重F i g u r e ５㊀T h e p e r c e n t a g e o f e n d o g e n o u s a v o i d a b l e e x e r g yd e s t r u c t i o no f s y s t e mc o m po n e n t s 明对辅路电子膨胀阀和中间冷却器而言减少除本身之外部件的不可逆损失是减少这两个部件火用损失的重要措施,而不是一味改进自身来减少其火用损失.另外值得注意的是主路电子膨胀阀与辅路电子膨胀阀的火用损失分布并不相同,这可能是制冷剂状态与膨胀阀压降不同所导致,应对主路电子膨胀阀与辅路电子膨胀阀采取不同的改进措施,如分别采用喷射器㊁膨胀机或涡流管等装置代替膨胀阀从而减少节流损失.㊀㊀综上所述,常规火用分析的优化顺序:气体冷却器㊁主路电子膨胀阀㊁辅路电子膨胀阀㊁中间冷却器㊁高压级压缩机㊁蒸发器㊁低压级压缩机.高级火用分析在常规火用分析基础上进行划分,对火用损失的产生原因进行定位,提高了火用分析的准确性.区别于常规火用分析,应用高级火用分析得出了部件优化的优先级为蒸发器㊁高压级压缩机㊁低压级压缩机㊁主路电子膨胀阀㊁气体冷却器㊁辅路电子膨胀阀㊁中间冷却器.４㊀结论(１)常规火用分析可以确定系统部件火用损失的相对比重:气体冷却器的火用损失占比最高,为３１．３％,低压级压缩机的火用损失占比最小,为５．１％.根据常规火用分析,为了减少部件火用损失㊁提高系统火用效率,改进部件的优先级应为气体冷却器㊁主路电子膨胀阀和辅路电子膨胀阀.(２)高级火用分析将系统内的火用损失分为可避免/不可避免和内源/外源部分,得出的部件优化的优先级为蒸发器㊁高压级压缩机㊁低压级压缩机㊁主路电子膨胀阀㊁气体冷却器㊁辅路电子膨胀阀㊁中间冷却器.(３)蒸发器所有的火用损失都为内源火用损失,全部由本身不可逆性所产生,且蒸发器的性能影响着其余部件的外源可避免火用损失,改进蒸发器对于优化系统来说是极其必要的.(４)主路电子膨胀阀与辅路电子膨胀阀的火用损失分布并不相同,应对主路电子膨胀阀与辅路电子膨胀阀采取不同的改进措施,如分别采用喷射器㊁膨胀机或涡流管等装置代替膨胀阀从而减少节流损失,降低火用损失.(５)常规火用分析无法揭示系统部件间的热力学相互作用,而高级火用分析进一步评估火用损失的来源,揭示了系统部件间的相互关系,可以确定系统每个部件的各类火用损失占比从而获得部件改进潜力和改进部件的优先级,这是常规火用分析不能得到的.高级火用分析在常规火用分析基础上进行划分,对火用损失的产生原因进行定位,提高了火用分析的准确性.(６)C O ２跨临界双级压缩制冷系统有很大提升效率的潜力,高㊁低压级压缩机和蒸发器的性能优化是提高系统能效的重点.高㊁低压级压缩机和蒸发器的内源可避免火用损失分别占系统总内源可避免火用损失的２０．９％,１５．２％,３６．５％,且通过改进高㊁低压级压缩机和蒸发器可分别减少其５８．８％,４９．３％,９０．２％的火用损失,常规火用分析无法提供此类建议.参考文献[1]SONG X,LU D X,LEI Q,et al.Energy and exergy analyses of a transcritical CO 2air conditioning system for an electric bus [J ].Applied Thermal Engineering,2021,190:116819.[2]轩福臣,谢晶.跨临界CO 2制冷循环系统与应用研究进展[J].食品与机械,2019,35(8):226Ｇ231.XUAN F C,XIE J.Research progress of trans Ｇcritical CO 2refrigeration cycle system and application [J].Food &Machinery,2019,35(8):226Ｇ231.[3]GULLO P,ELMEGAARD B,CORTELLA G.Advanced exergy analysis of a R744booster refrigeration system with parallel compression[J].Energy,2016,107:562Ｇ571.[4]宋昱龙,王海丹,殷翔,等.跨临界CO 2蒸气压缩式制冷与热泵技术综述[J].制冷学报,2021,42(2):1Ｇ24.SONG Y L,WANG H D,YIN X,et al.Review of transcritical CO 2vapor compression technology in refrigeration and heat pump [J].Journal of Refrigeration,2021,42(2):1Ｇ24.[5]赖艳华,王庆为,吕明新,等.R404A/CO 2复叠式制冷系统的火用分析[J].山东大学学报(工学版),2011,41(6):115ＧI Y H,WANG Q W,LU M X,et al.Exergy analysis of the R404A /CO 2cascade refrigeration system[J].Journal of Shandong University (Engineering Science ),2011,41(6):115Ｇ121.[6]SUN Y Y ,WANG J F,XIE J.Performance optimizations of the transcritical CO 2two Ｇstage compression refrigeration system and influences of the auxiliary gas cooler [J].Energies,2021,14(17):5578.[7]KELLY S,TSATSARONIS G,MOROSUK T.Advanced exergeticanalysis:Approaches for splitting the exergy destruction into endogenous and exogenous parts[J].Energy,2008,34(3):384Ｇ391.３８|V o l ．３９,N o ．７徐㊀好等:C O ２跨临界双级压缩制冷系统的火用分析Copyright ©博看网. 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双级压缩空气循环制冷系统的特性与优化研究
冷系数要 比单级压缩的制冷系数高 ０１ ．左右 。
本 文 主要 分 析 了 双级 压缩 空 气 循 环 制 冷 系 统 的 详 细 流 程 ，并 对 循 环 中部 件 和 系统 建 立 了热 力 学 模 型 ， 用 Ｅ Ｓ软 件 Ｒ Ｆ Ｒ Ｐ 中 的空气 热 物性 ， 利 Ｅ 和 ＥＰ Ｏ ￣ 对 此种 空气 制冷 循环 的特 性与 优化 进行 了研 究 。
２ ６
Ｉ
维普资讯
专 题 研 讨
变化 ， 文 主要研 究 回热 器对 最优 膨 胀 比的影 响 。 本
对 于 回热循 环 ： 。 。７，７） ｑ ＝Ｃ（ ５ ５ 一
（） ６
无 回热循环和 回热循环 的 ｓ 图如图 ２ 所示。其 中 １ ２ ３ ４ ５ １ 示无 回热循 环 ，黑 粗 体 １ ２ ３ ４ ——— —— 表 — …
回热 循 环与无 回热循环 比较 ，增 加 了一 个 回热 器
列车空调制冷系统就使用了空气循环制冷系统 。
到 目前 为 止 ， 研究 者 们 对空 气 循环 制冷 系统 的 特
性及优化进行了大量 的研究 。 Ｓ ｅｃ 等人通过实验 ｐｎｅ 得 出部件效率 、换热器压降对制冷系数都有显著影 响 ， 中透平膨胀机 的效率影响最大 ， 其 并得 出结论 ， 此 实验 系统 能 耗 在设 计 工况 下 比蒸 气 压缩 循 环 高 ７ ， ％ 而在部分负荷下却 比蒸气压缩循环低 ３ ％ 。 ５ 刘云霞 等人讨论了列车空调用空气制冷系统 的设计 ， 并得出
４－ — １ 示 回热循 环 。死是 室 内空气 温度 ， 是环 ＂５ ５一 表 境介 质温 度 。４ ４ 和 ５＿ － －１是 回热器 中 的 回热过 程 。
０ 引 言
中间冷却温差对两级压缩二氧化碳热泵循环性能的影响
２１ ０ ０年 ４月
中原 工 学 院 学 报
Ｊ ０ＵＲＮＡＬ ０Ｆ Ｚ Ｈ０ＮＧＹＵＡＮ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ ０Ｆ ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ
Ｖ ｏ１２ｌ Ｎｏ． ． ２
Ａ ｐｒ ２ ０ ．， ０１
文 章 编 号 ：６ １ ９ ６２ １ ）２ ０ ０ ３ １ ７ —６ ０ （ ０ ０ ０ —０ ２ —０
数． 是 ， 于冷却 温差对 系统性 能的影 响 尚未见相关 但 关
报道 ． 本文建 立 Ｃ 临界 循 环 两级 压 缩 中 间冷却 热 Ｏ跨
力学模 型 ， 与单级压 缩进行 比较 ， 析两 级压缩 中间冷 分
却温差 对系统 效率 和排 气 温度 的影 响 ， 系统 设计 提 为
供 了参 考 ．
单 级压缩 单位 耗功 ： 一＾ － ｈ Ｗ
（） ３
（ ４）
两 级压缩 单位耗 功 ： 。 ， ＋（ ｚ 。 Ｗ 一（ 一ｈ ） ＾ —ｈ ）
根据 以上理论 计 算公 式 和 假设 条 件 ， Ｃ 。 级 对 ０单 循 环 和两级压 缩 中间 冷却 循 环 进行 了计算 分 析． 于 基 软 件 Ｅ ｓ Ｅ ｇｎ ｅｉｇＥ ｕ ｔ ｎ Ｓ ｌｅ）６， Ｅ （ ｎ ｉｅｒ ｑ ａｉ ｏｖ ｒＬ 编写程序 ｎ ｏ ］ 进 行热力 计算 ． 蒸发 温度 根据 ＧＢ １ ６ —２ ０ ２ ３ ２ ０ ８标 准［ ７ ］ 和 文献 Ｅ ］ ８ 选定 范 围 ， 过热度 和气 冷器 出 口温度 根据文
中间冷 却 温 差对 两级 压 缩 二 氧化 碳 热 泵循 环性 能 的影 响
马 强 ，范晓 伟 ，张仙 平。 ，王 凤 坤
（． 中原 工 学 院 ；．河 南 工 程 学 院 ， 州 ４ ０ ０ ） １ ２ 郑 ５０ ７
CO2跨临界双级压缩制冷循环的热力学分析
Ｃ Ｏ２跨 临界 双级 压 缩 制 冷循 环 的 热力 学分 析
谢英 柏 ，孙 刚磊 ，刘春 涛 ，刘迎 福
（ 北 电力 大 学 电站 设 备 状 态监 测 与 控 制 教 育 部 重 点 实 验 室 ，河 北 保 定 ０ １０ ） 华 ７ ０ ３
关键 词 ：跨 临 界 双 级 制 冷 循 环 ；Ｃ 。 Ｏ ；中 间 冷 却 ；热 力 学 分 析 ；性 能 系 数
士 丘
ＨＣ Ｃ 类 物质 的长 期替 代物 具有非 常 光明 的前途 。 Ｆ ｓ
目前看 来 ，Ｃ 。在 汽 车 空 调 、热 泵 热 水 器 、 热 泵 Ｏ
由于臭 氧层破坏 和 温室效 应 的不利 影 响 ，用 自 然工质 替代合 成工 质越来 越受 到 国 内外 制冷 界 的重 视 。在 几种 常用 的 自然 工 质 中 ，除 水 和 空 气 以
ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｆ ３ ℃ ． ｈ ｎ ｔ ｅ ｉ ｔ ｒ ｏ ｌ ｒ ｏ ｅ ａ ｅ ｔ ａ ｏ ｔ ｔ ｅ ｇ ｏ ｅ ｒｃ ｍ ｅ ｎ ｏ ｈ ｖ ｐ ｒ ｔ ｇ ａ ｄ ｅ ｅ ａｕ ｅｏ ５ Ｗ ｅ ｈ ｎ ｅ ｃ ｏ ｅ ｐ ｒ ｔ ｄ ａ ｂ ｕ ｈ ｅ ｍ ｔ ｉ ａ ｆ ｔ ｅ ｅ ａ ｏ ａ ｉ ｎ ｎ ｃ ｎ ｅ ｓｎ ｒ ｓ ｕ ｅ ， ｃ ｍ ｐ ｒ ｄ ｗｉｈ ｔ ｅｓ ｎ ｌ ｔ ｇ ｙ ｌ ， ｔ ｅ ｃ ｅ ｆ ｉｎ ｆｐ ｒ ｏ ｍａ ｃ （ ｏ ｄ ｎ ｉ ｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ｓ ｏ ａ ｅ ｔ ｈ ｉ ｇ ｅ ｓ ａ ｅ ｃ ｃｅ ｈ ｏ ｆｉ ｅ ｔｏ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ＣＯＰ ｏ ｈ ｃ ） ｆ ｅ ｔ
中 图分 类 号 ：Ｔ １ Ｂ ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：０ ３ — １ ５ （ ０ ８ １ —２ ８ —０ ４８ １７ ２０） ２ ９５ ５
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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Ｊ．
万方数据
１
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．
Ｎ ．瓜〔 ｏ１ 幻５
． ．
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CO_2双级压缩制冷循环的热力学分析与比较_张振迎
（ 3）
以上各式中 hi 表示 i 点的焓值，kJ / kg。
压缩机的等熵效率采用下面表达式［17 － 20］：
ηcom = 1． 003 － 0． 121p2 / p1
（ 4）
对于双级压缩制冷循环，一般存在一最佳中
间压力，使得循环性能系数达到最大，而且最佳中
间压力往往在高低压的几何平均值附近。本文为
图 6 循环 COP 随 PＲ 值的变化
图 7 示出了不同蒸发温度和气体冷却器出口 温度下，TCFI 循环和 TCEI 循环的最佳中间压力 的变化情况。可以看出，随蒸发温度的升高，两循 环的最佳中间压力都逐渐上升； 随气体冷却器出 口温度的升高，TCFI 循环的最佳中间压力逐渐下 降，而 TCEI 循环的最佳中间压力逐渐升高。两 循环的最佳中间压力进行对比可以看出，TCEI 循 环的最佳中间压力要高于 TCFI，而且蒸发温度和 气体冷却器出口温度越高，差别越大。
1 引言
制冷剂替代和系统节能已成为制冷空调领域 的前沿课题。自然工质 CO2 以其环境友好性、安 全性和良好的热物理性质，被认为是最具潜力的 替代工 质，得 到 了 广 泛 关 注［1，2］。 但 是 与 常 规 工 质制冷循环相比，跨临界 CO2 制冷循环的节流损 失较大，使其基本循环的能效比较低。采用双级 压缩可以减小压缩机耗功和制冷剂泄露［3 ～ 6］，采 用膨胀机取代节流阀可以减小节流损失［7 ～ 9］，这 两项措施都能提高跨临界 CO2 制冷循环的性能。
ZHANG Zhen-ying1 ，TONG Li-rui1 ，WANG Hong-li2 ，MA Yi-tai3
（ 1． North China University of science and technology，Tangshan 063009，China； 2． Key Laboratory of Medium-Low Temperature Energy Efficient Utilization of Ministry of Education，Tianjin University，Tianjin 300072，China）
二氧化碳空气源热泵性能研究
二氧化碳空气源热泵性能研究二氧化碳空气源热泵性能研究引言二氧化碳（CO2）作为一种环保、零臭氧破坏潜力的制冷剂，被广泛应用于热泵技术中。
相比传统的氟利昂制冷剂，CO2具有较低的温室效应和全球变暖潜力，是一种理想的替代品。
本文旨在探讨CO2作为空气源热泵的性能表现以及可能的改进方向。
1. CO2空气源热泵的基本原理与工作循环CO2空气源热泵系统由压缩机、冷凝器、蒸发器和节流装置组成。
其工作循环包括压缩、冷凝、膨胀和蒸发四个过程。
在压缩过程中，CO2被压缩至较高的温度和压力；在冷凝过程中，CO2通过与空气接触释放热量；在膨胀过程中，CO2经过膨胀阀进入蒸发器，在吸热过程中吸收空气中的热量；最后，再次进入压缩机循环。
2. CO2空气源热泵的性能特点（1）环保性能：CO2是一种无毒、无味、无色的天然气体，不会对环境产生污染。
与氟利昂等制冷剂相比，CO2对臭氧层破坏的潜力较小，对全球变暖的贡献也较小。
（2）热效率：CO2空气源热泵具有较高的热效率，能够在较低的温度下提供热量。
由于CO2的特性，其工作温度范围较宽，适用于冬季供暖和夏季制冷。
（3）可靠性：CO2空气源热泵系统由于工作温度不会超过其临界温度，避免了传统制冷剂在高温下的压缩能力下降和气相返回等问题，提高了系统的可靠性。
（4）节能性：CO2空气源热泵利用冷凝器与环境空气进行热交换，能够充分利用环境的低温热能。
与传统的电加热或燃气锅炉相比，其能效比更高，具有更低的能耗。
3. CO2空气源热泵的改进方向（1）提高热效率：通过改进蒸发器和冷凝器的结构设计，增加换热面积，改善传热效果，提高系统热效率。
（2）降低系统成本：研发低成本、高效率的CO2压缩机和膨胀阀，减少系统投资成本。
（3）优化控制策略：通过智能控制技术，实现系统运行的智能化、自动化，提高系统的稳定性和经济性。
（4）应对极端天气条件：针对极寒天气，改进制热方式，提高系统抗寒能力；针对极热天气，改进降温方式，提高系统制冷效果。
二氧化碳热泵技术的发展及应用案例分析
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热力学参数进行循环分析 ，如水箱进 出水温度 、气冷器水流 量、 系统 的制冷 剂充注 量等参数 的控 制。以期 为未 来Ｃ ０ｚ 热泵技 术在 中国的发展 、进 一步研 究和应 用设计提供 一些参考和依 据。
二氧化碳热泵热水器研究
二氧化碳热泵热水器研究日本家用二氧化碳热泵热水器研究开发现状摘要：二氧化碳是热泵系统工质替代中最有潜力的天然工质之一。
二氧化碳跨临界系统气体冷却器端的温度滑移可以与变温热源较好的匹配，它在热泵热水器方面的应用具有其它供热方式无法比拟的优势。
日本主要家电公司联合科研院所纷纷对二氧化碳热泵热水器进行了深入的研究和开发，本文对其研究开发现状进行了分析，总结了开了中存在的问题和关键技术。
结果表明二氧化碳热泵热水器与电或燃气热水器相比较具有较高的性能系统（COP），其商业开发已经初步开始，市场前景极为广阔。
CO2是热泵系统工质替代中最有潜力的天然工质之一。
CO2跨临界系统气体冷却器端的温度滑移可以与变温热源较好的匹配，它在热泵热水器方面的应用具有其它供热方式无法比拟的优势。
日本主要家电公司联合科研院所纷纷对CO2热泵热水器进行了深入的研究和开发，本文对其研究开发现状进行了分析，总结了开了中存在的问题和关键技术。
结果表明CO2热泵热水器与电或燃气热水器相比较具有较高的性能系统（COP），其商业开发已经初步开始，市场前景极为广阔。
1 引言CO2作为制冷工质具有一些独特的优势：对环境无害的自然界天然存在的物质（ODP=0，GWP=1）；优良的经济性，且无回收问题；良好的安全性和化学稳定性，CO2安全无毒，不可燃，适应各种润滑油及常用机械零部件材料，即便在高温下也不分解产生有害气体；具有与制冷循环和设备相适应的热力学性质，CO2的蒸发潜热较大，单位容积制冷量相当高；具有良好的输运和传热性质，CO2优良的流动和传热特性，可显著减小压缩机与系统的尺寸，使整个系统非常紧凑。
由于CO2的临界温度很低（304.21K），因此CO2的放热过程不是在两相区冷凝，而是在接近或超过临界点的区域的气体冷却器中放热。
在CO2跨监界制冷循环中，其放热过程为变温过程，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，当用于热泵循环时，有较高的放热系统，如图1所示。
CO2热泵技术在供暖系统中的应用研究
机组 、 换 热器 、 阀件 、 通 风 系 统 及 风 道 进 行 试 验 分 析 。实 际 运 行 结 果 表 明 ， 该 系统性能稳 定、 运 行可靠 、 各 项 测试精度达到要求 。 关 键 词 Ｃ Ｏ ； 跨ｌ 临界 循 环 ； 热泵 ； 供 暖 系 统
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ａ ｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｃ０２ ｈｅ ａ ｔ ｐｕ ｍｐ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｔ ｏ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
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Ｃ Ｏ： 应 用 的一 个 重 要 领 域 是 热 泵 热 水 器 。
膨胀装置 低 温 ，低 压 中的 低 温
图 １ 相 匹配 ， 使 其 适 合 于 热 泵 热 水 器 以及 其 他 温
二氧化碳热泵制冷摘要
应用于跨临界CO2压缩循环的双转子滚动活塞式膨胀机的研究新型的双转子膨胀机是在原有的单转子膨胀机(目前的第三代膨胀机)的基础上设计的，上下气缸的结构如图3所示，在设计过程中主要考虑了如下因素。
(1)已经成功研发的三代膨胀机皆为滚动活塞式，为新型CO2膨胀机的研发积累了一定的经验。
膨胀机需要和二氧化碳压缩机相匹配，同时，鉴于滚动活塞式的特点以及实验室的加工条件，该新型膨胀机仍采用滚动活塞形式。
(2)膨胀机回收的有用功可以带动发电机发电，也可以和压缩机同轴相连将膨胀功传输给压缩机。
(3)上下气缸的滑板存在一定的夹角。
上气缸排气口与下气缸进气口之间通过连通孔相连，连通管道尽可能短以减少余隙容积。
f41上气缸与进气管相连，进气温度高；下气缸与排气管相连，排气温度低，上下气缸之间安装中间隔板，以减小上下气缸问的传热损失，隔板厚度需要优化，既要保证隔板的隔热效果又要减少连通管道的长度以减小余隙容积。
(5)不需要单独的进气控制装置，膨胀空间的形成不需要凸轮阀杆结构，随着转子旋转，由一级转子、二级转子和两气缸滑板在两气缸之间形成密闭的膨胀空间，超临界二氧化碳在密闭空间中膨胀降压。
(61上气缸与进气管相连，二氧化碳始终是流动的，因此，不存在凸轮阀杆控制进气过程中开启和关闭所造成的管道中二氧化碳的停顿与畅通，降低压力脉动。
1·原理图：2·温熵图：3·结构示意图：4·上下汽缸的示意图：5·结论(1)设计了新型双转子滚动活塞膨胀机。
在结构上为两气缸双转子，去掉了单独的吸气控制装置吸气口始终与进气管相连，排气口始终与排气管道相连，降低因膨胀机吸气开关造成的压力脉动等问题。
解决了第三代膨胀机采用凸轮阀杆结构控制进气所造成的摩擦损失等问题。
(2)上下气缸之间安装中间绝热隔板，以减少上下气缸因为传热造成能量损失。
隔板厚度存在最佳值既要使隔热效果好又要尽量减小余隙容积。
(3)在角度之前，二级转子的驱动力矩大于级转子，为膨胀机转动的主要驱动者；之后，一级转子的驱动力矩较大，为膨胀机转动的主要驱动者。
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２ ０ １ ３年 １ ２月
技 术研 究
Ｃ Ｏ２ 双 级压缩 制冷热泵循环 系统 的研究
汪 吉 平
地根据三个流阀的相互循环来实现 Ｃ Ｏ 制剂所需的正 常温度 ，但是整个温度的调节是可变化的，这就实现 了原 理 的可利 用 ，以及可 行 性 。但是 整 个 系统 制 冷制 热 的过 程 需要 在循 环 系统 正 常 的情 况下 来 进行 ，一旦 出现故 障循环系统将会 自动紊乱 ，因此 日常的检修十 分重要 。下 图 １就是 双极 压 缩制 冷 热循 环 系统 的工作
０ 引言
随着社会经济 的不断发展 ，在夏季的时候 ，很多 服 务 领域 要考 虑供 冷供 热 的准备 。为 了满足 服 务行 业 的两极需求 ，目 前我 国采用的方案就是热 回收功能 的 制冷机或者空调机组 ，简单地说就是关于 Ｃ Ｏ 双极压 缩 制 冷热 泵循 环 系统 的研 究分 析 ，对 于 这一 项 技术 的 研究是 目 前供冷供热双极服务需求 的必经之路。
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收能量 ，无论是冷冻水所产生的冷凝热还是从热源中 吸收的能量 ，都是通过整个热循环的加热器来产生热 水 系统 的，其次是在第二节流 阀中通过蒸发器的 Ｃ Ｏ 来利用流量制冷 ，同时在第三节流阀中通过热源侧换 热器 的 Ｃ Ｏ 来利用流量制冷。因此整个系统中的蒸发 器以及换热器是非常重要 的，在工作过程 中，要充分
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｔ ｉ ｓ ｎ ｅ ｅ ｄ ｅ ｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｔ ｈ ｅ ＣＯ ２ ｔ ｗｏ — ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｆ ｒ ｉ ｇ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ｅ ａ ｔ ｐ ｕ ｍｐ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｆ ｒ ｉ ｇ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ｅ ａ ｔ ｐ ｕ ｍｐ ｏ ｆ ｓ ｏ ｍｅ ｌ ｉ ｆ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ，ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｍａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ
（ 博浪热能科技有限公司，安徽 马鞍 山 ２ ４ ３ ０ ０ ０ ） 摘 要： 关于 Ｃ Ｏ ： 双级压缩制冷热泵循环 系统的研 究是 目前 一些生活服务行 业最大的制冷热 泵的循 环需求 ，例如在餐
厅 、宾馆 、理发店等地方对于循 环 系统的寻求。研 究了关于 Ｃ Ｏ 。 双级压 缩制冷 热泵循环 系统的工作原理 ，及 该 系统今后
原理 ＿ ｌ Ｊ 环 系统 的 工 作 原 理
在 研 究双 极 压缩制 冷 热循 环 系统 的工作 原 理 中发 现 ，其 中 的循 环 蒸 发 器 主 要 是 用 于 生 产 冷 冻 水 的过 程 ，而 主要 的热 源侧 换热 器 是用 于从 一 定 的热 源 中 吸
的发 展 方 向。
关键词 ： Ｃ Ｏ ２ 双 级 ；压 缩 制 冷 热 泵 ；循 环 系统 Ｃ Ｏ
中图分类号 ： Ｔ Ｂ ６ １ ＋ ８
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： ２ ０ ９ ５ — ０ ８ ０ ２ 一 （ ２ ０ １ ３ ） １ ２ — ０ １ ５ ６ — ０ ２
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ ＣＯｓ Ｔｗｏ －ｓ ｔ ａ ｇ ｅ Ｃｏ ｍ ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ｆ ｒ ｉ ｇ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｈｅ ａ ｔ Ｐｕｍ ｐ Ｃｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ