第2章 CO2制冷技术.ppt

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1、第2章CO2制冷技术2.1前言CO2在二十世纪初曾经广泛地应用于空调及船舶的制冷系统中，直到二十世纪中期，在船舶制冷系统中仍占统治地位。CO2的缺点是在工作温度下的压力特别高（常温下达到8MPa），这样就使得在当时的技术条件下，设备非常庞大笨重。自从出现了热力学性能优越的CFCS制冷剂，CO2基本上退出了制冷界。2CO2制冷技术2CO2制冷技术但近几年来，随着人们环保意识的不断增强，更由于CFCS与HCFCS对大气臭氧层的破坏作用以及温室效应，人们不得不重新考虑在更广泛的范围内使用自然工质HCS，但是HCS的缺点是易燃烧，在这种情

2、况下，CO2因其ODP=0，GWP较小，以及自身良好的热物理性能越来越受到人们的青睐。2.2CO2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。2CO2制冷技术与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；④化学稳定性好，对常用材料没有腐蚀性。不过CO2与水混合时呈

3、弱酸性，可腐蚀碳钢等普通金属，但不腐蚀不锈钢和铜类金属。当输送的CO2比较干燥（含水率小于8ppm）时，可采用普通的碳素钢；⑤高的工作压力使得压缩机吸气比容较小，单位容积制冷量大，有利于减小装置体积。流动和传热性能提高，减少了管道和热交换器的尺寸，从而使系统非常紧凑；⑥CO2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。2CO2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

4、；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22MPa③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。2CO2制冷技术2.3CO2制冷循环（1）亚临界制冷循环（1-2-3-4-1）图2.1CO2制冷循环流程示意图图2.2CO2制冷循环在T-S图上的表示早期的CO2制冷循环多为亚临界循环，目前的复叠制冷循环中也有运用。CO2亚临界制冷循环的流程与普通的蒸汽压缩式制冷循环完全

5、一样。2CO2制冷技术（2）跨临界制冷循环（1-2‘-3’-4‘-1）此时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。图2.3CO2制冷循环在p-h图上的表示图2.2CO2制冷循环在T-s图上的表示2CO2制冷技术（3）超临界循环（1“-2”-3“-4”-1“）图2.2CO2制冷循环在T-s图上的表示图2.3CO2制冷循环在p-h图上的表示所有的循环都在临界点

6、以上，工质的循环过程没有相变。因为CO2具有较高的临界压力和低的临界温度，故采用CO2的设备通常要在超临界区运行。在超临界区，没有相变，压力和温度是相互独立的参数，这与传统的冷凝器不同。2CO2制冷技术2.4CO2跨临界循环的研究和应用（1）应用在汽车空调系统中2CO2制冷技术蒸发：亚临界区，潜热放热：超临界区，显热所以系统中将冷凝器改称气体冷却器。2CO2制冷技术（2）热泵中的应用挪威SINTEF研究所对热泵的特性、系统设计进行了理论与实验研究，表明CO2跨临界循环不仅具有高导热系数，而且系统紧凑，产生的热水温度高，在工业和民用

7、两方面都具有相当大的发展潜力。当用环境空气作热源，井水温度为8℃，热水温度为60℃时，该系统的COP值高达4.3，其能量消耗比电或燃气系统降低了75%，当热水温度为80℃时，COP值为3.6。2CO2制冷技术2CO2制冷技术图3CO2跨临界循环热泵实验装置流程图（3）在复叠式制冷系统中的应用在该制冷系统中，CO2用作低压级制冷剂，高压级则用NH3或R134a作制冷剂，CO2循环在亚临界条件下运行。与其他低压制冷剂比，CO2的粘度很小，传热性能良好，因为利用潜热，其制冷能力相当大。目前欧洲已将此系统安装于超市中，据调查表明运行情况在

8、技术上是可行的。2CO2制冷技术2.5几种典型的CO2制冷循环（1）带回热器的跨临界CO2制冷循环图2.4跨临界CO2制冷系统流程图2CO2制冷技术（2）带膨胀机的跨临界CO2制冷循环图2.10采用不同节流机构的CO2跨临界循环系统2CO2制冷技术