采用CO2作为冷媒剂的压缩制冷技术-沧州中载制冷工程有限公司
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采用CO2作为冷媒剂的压缩制冷技术

2020-03-25 10:47:53
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目前,随着制冷和空调在人们生活中的应用越来越广泛,传统氟利昂制冷剂系列对臭氧的破坏以及由此引起的温室效应问题也越来越严重,实现CFCs(氯氟碳化物)替代成为全世界共同关注的问题。寻找既能保护环境又能符合可持续发展原则的新型载冷剂成为整个制冷行业的新课题。20世纪80年代初自然工质重新被重视利用,包括CO2、NH3、H2O、碳氢化合物和空气。其中CO2无 毒不可燃、资源丰富成本低,其臭氧破坏潜能指标ODP为零,温室效应潜能GWP为1,是对大气环境非常友好的一种制冷工质。国 内 外已有研 究表明,利用CO2在蒸发潜热、比热、动力黏度等物性上的好处,采用合适的制冷循环和制冷装置,CO2在热力特性等方面上与传统制冷剂相比具有为优 越的性能。此外,CO2与润滑油不发生反应,对装置的腐蚀作用也较小。因此,CO2作为冷媒在制冷空调、热泵热水器等各个方面得 到广泛的研 究和应用。
  常温下,CO2是一种无色、无嗅的气体,其临界压力为7.377MPa、临界温度为304.1K(即30.95℃)。压缩式制冷方式是CO2制冷应用的主要方式,由于CO2的临界温度接近环境温度,根据循环的外部条件可以实现以下3种循环。(1)亚临界制冷循环,压缩机的吸排气压力都低于临界压力,蒸发温度、冷凝温度也低于临界温度,循环的吸热、放热过程都在亚临界条件下进行,换热过程主要依靠潜热来完成。(2)跨临界制冷循环,压缩机的排气压力高于临界压力,工质的高压侧换热主要通过显热交换来完成。CO2气体在压缩机中压缩至超临界状态,然后进入气体冷却器中被冷却介质所冷却,离开气体冷却器后的低温高压气体通过节流阀节流降压降温,部分气体液化,亚临界状态的湿蒸气进入蒸发器中气化,依次完成整个跨临界循环。(3)超临界循环,所有的循环过程都在临界压力以上完成,工质循环过程没有相变,实际上是气体循环。的超临界循环,只在原子能发电时采用,制冷空调应用中不采用该循环方式。
  CO2超临界状态是一个高密度状态,它兼具有气体和液体的双重特性,密度较大时表现出液态特性,密度较小时表现出气态特性,但其黏度又很小,与气体相似,扩散系数又很大,接近于气态,因此超临界CO2流体具有很好的流动与传热特性。
  涉及CO2制冷压缩循环的专 利技术在20世纪90年代开始蓬勃发展,这与制冷工质的使用情况、环境因素以及技术发展有直接关系。90年代以前虽然就出现了CO2作为冷媒剂的制冷压缩循环,但是由于CO2制冷循环的特点:较高的排气温度和排气压力以及跨临界状态制冷剂的物性的多变性,都限制了CO2压缩制冷循环的使用。从20世纪90年代开始有关于CO2作为冷媒的制冷循环技术主要涉及单级循环、复叠式循环、多级压缩循环、采用不同节流装置的循环以及上述几种循环的交叉复合。20世纪90年代开始耐高压高温的高 效换热器的出现以及高压压缩机的出现了CO2制冷压缩循环的发展。在低压压力恒定时,二氧化碳跨临界循环中存在一个使循环效率的高压压力,该压力称为 高压侧压力,因此,如何调节并保持高压压力使所述循环效率是该时期出现的主要提高 效 率的措施。