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淺談二氧化碳製冷劑

點擊:571 發布時間:2023-10-08 10:57:04

二氧化碳(tàn)具有高密度和低粘度(dù),其流動損失小、傳熱(rè)效果良好,並且通過對傳(chuán)熱作用的強化,可以彌補其循環不高的缺點。同時二氧化碳環境表現優良、費用低易(yì)獲取、穩定性好(hǎo)、有利於減小裝置體積。*重要的是,其安全無毒(dú),不可燃,這一點比R290具有明顯的優勢(shì)。 

  當然,采用二氧化碳為製冷劑也有缺點(diǎn),二氧化碳高的臨界(jiè)壓力和低的臨界溫度也給它做製冷劑帶來了許(xǔ)多難題。無論亞(yà)臨界循環還是跨臨(lín)界循環,二氧化碳製冷(lěng)係統的運行壓力(lì)都將高於傳統的製冷空調(diào)係(xì)統,這必然會給係統及部件(jiàn)的設計帶來許多新的要求。同時現(xiàn)階段(duàn)還存在二氧化碳製(zhì)冷(lěng)係統的效(xiào)率相(xiàng)對較低(dī)的問題。 

  目前二氧化碳(tàn)的研究和應用(yòng)主要集中於三個方麵:

  一方麵是汽(qì)車空(kōng)調(diào)領域,由於製冷劑排(pái)放量大,對環(huán)境的危害也大,必須盡早采用對環境無危害的製(zhì)冷劑;

  第二方麵是熱泵熱水器,二氧化(huà)碳在超臨界條件下(xià)放熱存在一個相當大的溫(wēn)度滑移,有利於將熱水加熱(rè)到一個更高的溫度;

  第三方麵是考慮到二氧化碳良(liáng)好的低溫流動性能和換熱特性,采用它作為(wéi)複疊(dié)製冷循環低溫級製冷(lěng)劑。

  在複疊式製冷係(xì)統中,二氧化碳循環在亞(yà)臨(lín)界條件(jiàn)下運行。此時二氧(yǎng)化碳用作低(dī)壓級製(zhì)冷劑(jì),高壓級用NH3作製冷劑。與其它低壓製冷(lěng)劑相(xiàng)比,即使處在低溫,二氧化碳(tàn)的粘度也非常小(xiǎo),傳熱性能良好,因為利用(yòng)潛熱,其製冷能力相當大。

  目前,歐洲在超市中已建(jiàn)立了(le)幾個這種用二氧化碳作低(dī)溫(wēn)製冷劑的複疊式製冷係統,運行情況(kuàng)表明技術上是可行的,這種係統還適用於(yú)低溫冷(lěng)凍幹燥過(guò)程(chéng)。

  當前關於R22製冷劑的替代(dài)國際(jì)上主要有兩種技術方(fāng)案:

  一(yī)種是(shì)以北歐和韓國為代表,其主張采用天然工質(zhì)作為替代物,如純工質R290、R1270、R744、R600a、R600、R717等,以及HCs類的混合物;

  另一種(zhǒng)是以美國和日本為代表的采用HFCs作(zuò)為替代物,如美國聯合信號公司的非(fēi)共沸混合物R410A、杜邦公司(sī)和I.C.I公司的混合物R407C,以(yǐ)及R32和R152a等,這些製冷劑的ODP均為0,能夠達(dá)到保(bǎo)護臭氧層的目的,但是會產生溫室效應。 

  目前看來,二(èr)氧化(huà)碳在國(guó)內市場的(de)前景,還有點像(xiàng)“霧裏看花(huā)”,就像王立群所言,他們都了解它的好,但真正用(yòng)的少(shǎo)。國內空調行業暫時(shí)看不到二氧(yǎng)化碳發展(zhǎn)的影子,其在(zài)國內(nèi)冷凍冷藏市場也才剛剛邁步,但在熱泵熱水器領域,國內即將出台二氧化碳熱泵熱水器的核心配件標準――GB/T26181-2010。參與(yǔ)標準製定(dìng)的(de)上(shàng)海日立(lì)電器(qì)有限公司熱泵推進辦公室部長樂紅勝認為,雖然在國內采用二氧化碳製冷劑的熱泵熱水器還(hái)沒問世,核心部件壓(yā)縮機也處於研發階(jiē)段,“但這一超前標準的製定,將會對(duì)產品的市場推廣起到良好的作用。”


  CO2製冷劑(jì)的性(xìng)質

  (一)CO2製冷劑具有的主(zhǔ)要優勢

  1.CO2是天然(rán)物質,ODP=0,GWP=1。使用CO2作為製冷工質,對大氣臭氧層沒有破壞作用,可以減少全球溫室效應,來源廣泛,勿需回收(shōu),可以大大降低製(zhì)冷劑替代成本,節約能(néng)源,從根本上解決(jué)化合物對環境的汙染問題(tí),具(jù)有良好的(de)經濟性。

  2.CO2安全無毒、不可燃,並具有良好的熱穩定性,即使在(zài)高溫下也(yě)不會分解(jiě)出有害的氣(qì)體。萬(wàn)一泄漏對人體、食(shí)品、生態都無損害。

  3.CO2具有與製冷循環和設(shè)備相適(shì)應的熱物性。分子量小(xiǎo),製冷能力大,0℃的單位製冷量比常規製冷劑高5~8倍,因而(ér)對於(yú)相同冷負荷的製冷係統,壓縮機的尺寸可以明顯減小,重量減輕,整個係統非常緊湊(còu);潤滑條件容易滿足,對(duì)製冷係統常見材料無腐蝕,可以改(gǎi)善開(kāi)啟式壓縮(suō)機的(de)密封性能,減(jiǎn)少泄漏。

  4.CO2黏度小,0℃時CO2飽和液體的運動黏(nián)度隻是NH3的5.2%、R12的23.8%,流體的流動阻力小,傳熱性(xìng)能比(bǐ)CFC類製冷劑更好,可以改善全封閉製冷壓縮機的散熱。

  (二)CO2製冷劑存在的主要缺點及分析

  1.CO2臨界壓力較(jiào)高(7.38MPa),因此CO2跨(kuà)臨(lín)界製(zhì)冷循環的工作壓力(lì)較傳(chuán)統的亞臨界兩相(xiàng)製冷循環的工作壓力高(gāo)得多,約(yuē)為傳統製冷工(gōng)質CFC或HCFC係統壓力的6~8倍。

  所以製(zhì)冷係統中工質流經(jīng)的(de)管(guǎn)路係統必須經安全性(xìng)分析。但是由於CO2的單位容積製冷量約(yuē)為常規製冷劑的5~8倍,係統所需的CO2容積(jī)流量很小,而設備內氣體的爆炸能量(liàng)為壓力與(yǔ)容(róng)積乘積的函數,所(suǒ)以雖然係統的工質壓力高,但容積(jī)較小,其壓力和容積的乘積(jī)與常規工質相差不大,設備內氣體的爆(bào)炸能量增加的並不多。

  以(yǐ)可靠性理論為依據(jù),根(gēn)據CO2跨臨界製冷係統管道可靠性的不同影響因(yīn)素及其變化規律,對不同管材情(qíng)況下的可靠性進(jìn)行深入地研(yán)究與分析,得到的結論是:當管(guǎn)路係(xì)統的(de)管外(wài)徑給定時,隻要合理地選擇管材和管壁(bì)厚度,就能保證係(xì)統在給定壓力下運行的可靠性(xìng)和安全性,CO2跨臨界循環較高的運行壓力是可以得到合理解(jiě)決的(de);現有鋼管基本可以直接應用,而現(xiàn)有銅(tóng)管(guǎn)則需根據管徑和(hé)壁厚經安(ān)全性分(fèn)析(xī)後選用。因此CO2運行工作壓力較高所引起的安全性問題,並不會影響CO2作為環保製冷劑推廣應用的障礙。

  2.CO2單級壓縮跨臨界循環的性能係(xì)數COP比相同溫度條件下的(de)R12、R22、R134a等常規(guī)製冷劑的(de)製冷性能係數都低。針對CO2製冷循環性(xìng)能係數低的缺點,學者(zhě)們經研究(jiū)探索發現,完全可以(yǐ)通過完善係統循環方式、優化係統設備(bèi)來解決,如采用雙級(jí)壓(yā)縮和采用膨脹(zhàng)機回收一(yī)部分膨脹功的措(cuò)施加以改善(shàn),來提高(gāo)製冷循(xún)環效率。有理論分析表明,采用膨脹機CO2跨臨(lín)界循環的效率要高於常規製冷工質的節流膨脹循環。

  CO2製冷劑的應用前景

  自(zì)前國際製冷學會主席G.Lorentzen提出采用CO2作為環保製(zhì)冷劑及跨臨界循環理論以來(lái)[7],CO2在環保和性能上的優勢越來越多地吸引了世界各(gè)國學者研究的注(zhù)意力,其係(xì)統和部件的開發也得到了很大的發展,現(xiàn)有研究結果表明,CO2係統在高環境溫度(45℃以上)時,製冷性能低(dī)於傳統係統,35~45℃間與傳統係統(tǒng)相近,35℃以下時性能(néng)更優[5]。目前CO2跨臨界循環(huán)在汽車(chē)空調、熱泵、商用製冷(lěng)裝置、食品冷藏冷凍等方麵(miàn)的應用前景(jǐng)都很好,性能都相當於甚至好於原(yuán)來采用R22或R12或R134a的(de)製冷裝置,特別適用於需要大的溫(wēn)度變化的場合,而且在(zài)較低(dī)的蒸發溫度下性能較好。

  CO2作為一種天然製冷(lěng)工(gōng)質,就其物性特征而言,具有其(qí)他非天然工質不(bú)可比擬的優勢。伴隨著CO2製冷係統研究工作的不(bú)斷深入,CO2作為(wéi)新一代製(zhì)冷工質(zhì)將會得到進一步推廣,相信在不久的(de)將來,汽車空調係(xì)統、商用製冷係統、住宅空調係統以及各(gè)個生產(chǎn)企業的(de)熱泵幹(gàn)燥係統將會大量使用CO2替代現有製冷工質。


  作為製冷劑,人們希望它環保、高效、經濟(jì),但實際(jì)上並不存在一種十全十美的製冷劑。與其他製冷劑相比,CO2具有環保(bǎo)、安全、經濟和單位容積製冷量等性能方麵上的(de)明顯優勢,也(yě)有運行工作壓力和效率方麵上的不足。目前的研究表明,隻要合理選(xuǎn)擇管材和管壁的厚度,可保證CO2係統在跨臨界壓(yā)力下運行的安全性和可靠性,而合理改善CO2跨臨界循(xún)環方式,可以有效地減少節流損失,提高係統的循環效率,CO2作為環保製冷(lěng)劑之一,有著很好的(de)應用前景,隨著製冷與空調技術領域(yù)的發展必將會得(dé)到廣泛應用。91视频在线观看污一直以來都走在技術前沿,我們公司積極參與項目實施、研發推廣節能產品、踐行節能減排承諾,開發新型節能高效,采用自然工質、環保可靠的(de)二氧化碳壓縮機。
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