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淺談二氧化(huà)碳製冷劑

點擊:1045 發布時間:2023-10-08 10:57:04

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

  當然,采用二氧化碳為製冷劑(jì)也有缺點,二氧化碳高的臨界壓力和低(dī)的臨界溫度也給它做製冷(lěng)劑帶(dài)來了許多難題(tí)。無論亞臨界循環還是跨臨界循(xún)環,二氧化碳製冷係統的運行壓力都將高於傳統的製冷(lěng)空調係統,這必然會(huì)給係統及部(bù)件的設計帶(dài)來許多新的要求。同時現階段還存在二氧化碳製冷係統(tǒng)的效率相(xiàng)對較低的(de)問題。 

  目前二氧化碳的(de)研究和應用主要集(jí)中於三個方麵:

  一(yī)方麵是(shì)汽車(chē)空調領域,由於(yú)製冷劑排放量大,對環境的危害也大,必須盡早采用對環境無危害的製冷劑;

  第二方麵是熱泵熱水器,二氧(yǎng)化碳在超臨界條(tiáo)件下放熱存(cún)在一個相當大的溫度滑移,有利於將熱水加熱到一個(gè)更高的溫度;

  第三方麵是考慮到二氧化碳良好的低溫流動(dòng)性能和換熱特性,采用(yòng)它(tā)作為複疊製冷循環低溫(wēn)級(jí)製冷劑。

  在(zài)複疊式製冷(lěng)係統中,二氧化碳循環在亞臨界條件下運行。此時二氧化碳用(yòng)作低壓級製冷劑,高壓級用NH3作製冷劑。與其它低壓製冷劑相比,即使(shǐ)處在低溫,二氧化碳的粘度也非常(cháng)小,傳熱性能(néng)良好,因為利用潛熱,其製冷能力相當大。

  目前,歐洲在(zài)超市(shì)中(zhōng)已(yǐ)建立了幾(jǐ)個這種用二(èr)氧化碳作低溫製冷(lěng)劑(jì)的(de)複(fù)疊式製冷係統,運行情況(kuàng)表明技術上是可行的,這種係(xì)統還適用於低溫冷(lěng)凍(dòng)幹燥(zào)過程。

  當前關於(yú)R22製冷劑的替代國際上主要有兩種技術方案:

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

  另一種(zhǒng)是以美國和日本為代表的采用HFCs作為替代物,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(wéi)0,能夠達到保護臭氧(yǎng)層的目的,但是會產生溫室效應。 

  目前看(kàn)來,二氧化碳在國(guó)內市場的前(qián)景(jǐng),還有點像“霧(wù)裏看花”,就(jiù)像王立群所言,他(tā)們都了解它的好,但真正用的少(shǎo)。國內空(kōng)調行業暫時看不到二氧化碳發(fā)展的影子,其(qí)在(zài)國內冷凍冷藏市場也才剛剛邁步,但在熱泵熱水器領(lǐng)域,國內即將出台二氧化碳熱泵熱水器的(de)核心配件標準――GB/T26181-2010。參與標準製定的上海日立電器有限公司熱泵(bèng)推進辦公室部長樂紅(hóng)勝認為,雖然在國內采用二氧化碳製冷劑的熱(rè)泵熱(rè)水器還沒(méi)問世,核心部件壓縮(suō)機也處於研(yán)發階段,“但這一(yī)超前標準的製(zhì)定,將會對產品的市場推(tuī)廣起到良好的作用。”


  CO2製(zhì)冷(lěng)劑的性質

  (一)CO2製冷劑具有的主(zhǔ)要優勢

  1.CO2是天然物質,ODP=0,GWP=1。使用CO2作為製(zhì)冷工質,對大氣臭氧層沒有破壞作用,可以減(jiǎn)少全球(qiú)溫室效應,來源廣泛,勿需回收,可以(yǐ)大大(dà)降低製冷劑(jì)替(tì)代成本,節約能源,從根本上解決(jué)化合物對環境的汙染(rǎn)問題,具有良好的經濟性。

  2.CO2安全無(wú)毒、不可燃,並(bìng)具有良好的熱穩定(dìng)性,即使在高溫下也不會分解出有害的氣(qì)體(tǐ)。萬一泄漏對人體(tǐ)、食品、生態都無損害。

  3.CO2具有與製冷循(xún)環和設備相適應的熱物性。分子量(liàng)小,製冷能力大,0℃的單位(wèi)製冷量比(bǐ)常規製冷劑高5~8倍,因而(ér)對於相同冷負荷的製冷(lěng)係統,壓縮機的尺(chǐ)寸可以明顯減小,重量減輕(qīng),整個係統非常緊湊;潤滑條件容易滿(mǎn)足,對製冷係統常見材料無腐蝕,可以(yǐ)改(gǎi)善開啟式壓縮機的密封(fēng)性能,減少泄漏。

  4.CO2黏度小,0℃時CO2飽和液體的運動黏度隻是NH3的5.2%、R12的23.8%,流體的流動阻(zǔ)力小,傳(chuán)熱性能比CFC類製冷劑更好,可以改善全封(fēng)閉製冷壓縮機(jī)的散(sàn)熱。

  (二)CO2製冷劑存在(zài)的主要缺點及分析

  1.CO2臨界壓力較高(7.38MPa),因此CO2跨臨(lín)界製冷循環的工作(zuò)壓力較傳統的亞臨(lín)界兩相製(zhì)冷循環的工作壓力高(gāo)得多,約為傳統製冷工質CFC或HCFC係統壓力的6~8倍。

  所以製冷係統(tǒng)中工質流(liú)經的管路係統必須經安(ān)全性分析。但是由於CO2的單位容積製冷量約為常規製冷劑的5~8倍,係統所需的(de)CO2容積流(liú)量很小,而設備內氣體的爆(bào)炸能量為壓力與容積乘積的(de)函數,所以雖然係(xì)統的(de)工質壓力高(gāo),但(dàn)容積較(jiào)小,其壓力和容積的乘積與常規工質(zhì)相差不大,設備(bèi)內氣體(tǐ)的爆炸能量增(zēng)加的並不多(duō)。

  以可靠性理論為依據,根據CO2跨臨界製冷係統管道可靠性(xìng)的不同影響因素及其變化規(guī)律,對不同管材情況下的可靠性進行深入(rù)地研究與分析(xī),得到的結論是:當管路係統的(de)管外徑給定時,隻要合理地選擇管材和管壁厚度,就能保證係(xì)統在(zài)給定壓力下運行的可靠性和(hé)安全性,CO2跨臨界循環較高的運行(háng)壓力是(shì)可以得到合理解決的;現有鋼管基(jī)本可以直接應用,而(ér)現有銅管則需根據管徑和壁厚經(jīng)安全性分析後選用。因此CO2運行工作壓力較高所引起的(de)安全性問題,並不會影響(xiǎng)CO2作為環保製冷劑推廣應(yīng)用的障礙。

  2.CO2單級壓縮跨(kuà)臨界循環的性能係數COP比(bǐ)相同(tóng)溫度條件下的R12、R22、R134a等常規製冷劑的製(zhì)冷性(xìng)能係數都低。針對CO2製冷循環性能係數低的缺點,學者們經研究探索發現,完全可以通過完善係統循環方式、優化係統設備來解決,如采用雙級壓縮和采用膨脹機回收一部(bù)分(fèn)膨脹功的(de)措施加以改善,來提高製冷循環效率。有理論分析表明,采用膨脹(zhàng)機CO2跨臨界循環(huán)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(yòng)前景

  自前國(guó)際製(zhì)冷學會主席(xí)G.Lorentzen提出采用CO2作為環保製(zhì)冷劑及跨臨界(jiè)循環理論以來[7],CO2在環(huán)保和性能上的優勢越來越多地(dì)吸引了世界各國學者研究的注意力,其係統和部件的開發也得到了很大的發展,現有研究結果表明,CO2係統在高環(huán)境溫度(45℃以上)時(shí),製冷性能(néng)低於傳統(tǒng)係統,35~45℃間與傳統係統相近,35℃以下(xià)時性能更優[5]。目前CO2跨臨界(jiè)循環在汽車空調、熱泵、商用製冷裝置、食(shí)品冷藏(cáng)冷(lěng)凍等方麵的應用前(qián)景(jǐng)都很好,性能都相當於甚至好(hǎo)於原來(lái)采用(yòng)R22或R12或(huò)R134a的製冷裝置,特別適用於需要大的溫度變(biàn)化的場合,而且在較低的蒸發溫度下性能較(jiào)好。

  CO2作(zuò)為一種天然製冷工質,就其物性特征而言,具有其他非天然工質不可比擬的優勢。伴隨(suí)著CO2製冷係統研究工(gōng)作的不斷深入,CO2作為新一代製冷工質將會得到進一步推廣,相信在不久的將來,汽車空調係統、商用製冷係(xì)統、住宅空調係統以及各個生產企(qǐ)業的(de)熱泵幹燥係統將會大量使(shǐ)用CO2替(tì)代現有製冷工質。


  作(zuò)為製冷劑,人們希望(wàng)它環保、高效、經濟,但實際(jì)上並不存在一種(zhǒng)十全十美的製冷劑。與其他(tā)製冷劑(jì)相比,CO2具有(yǒu)環保、安(ān)全、經濟(jì)和單位容(róng)積製冷量(liàng)等性能方麵上的明顯(xiǎn)優勢,也有運行工作壓力和效率方麵(miàn)上的不足。目前的(de)研究表明,隻要合理(lǐ)選擇管材和管壁的厚(hòu)度,可保證CO2係統在跨臨界壓力下運行的安全性和可靠性,而合理改善CO2跨(kuà)臨界循(xún)環方式,可以有效地減少節流損失,提(tí)高係統的循環效率,CO2作為環保製冷劑之一(yī),有著(zhe)很好的應用前景,隨著製冷與空調技(jì)術領域的發(fā)展必將會得到廣泛(fàn)應(yīng)用。草莓视频在线一直以來都走在技術前沿,我們公司(sī)積極參(cān)與項(xiàng)目實(shí)施、研發推廣節能產品、踐行(háng)節能減排承諾,開發新型節能高效,采用自然工質、環(huán)保可靠的二氧化碳壓縮機。
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