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淺談二氧化碳製(zhì)冷劑

點(diǎn)擊:1045 發布時間(jiān):2023-10-08 10:57:04

二氧化碳具有高密度和低粘度,其(qí)流動損失小、傳熱效果良(liáng)好,並且通過對傳熱作用的強化,可以(yǐ)彌補其循環不高的缺點。同時二氧化碳環境表現優良、費用低易獲取、穩定性好、有利於減小裝置體(tǐ)積。*重要的是,其安全(quán)無毒,不(bú)可燃,這(zhè)一點比R290具有明顯的優勢。 

  當然,采用二氧化碳為製冷劑也有缺點,二氧化(huà)碳高的臨界壓力和(hé)低的臨界溫度也給它做製冷劑帶(dài)來了許多(duō)難題。無論亞臨界循環還是跨臨界循環,二(èr)氧化碳製冷係統的運行壓力都將高於傳統的製冷空調係統,這(zhè)必然會給係統及部件的設計帶來許(xǔ)多新的要求。同時現階(jiē)段還存在二氧化碳(tàn)製冷係統的(de)效率相對較低的問題。 

  目前二氧化碳的研究和應用主要集中於三(sān)個方麵:

  一方麵是汽車空調領域,由於製冷(lěng)劑排放(fàng)量大,對環境的危害也大,必須(xū)盡早采用對環境(jìng)無危害的製冷劑;

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

  第三方麵是考慮到二氧化碳良好的低溫流動性能(néng)和(hé)換熱特性(xìng),采用它作為複疊製冷循環低溫級製冷(lěng)劑。

  在複疊式製冷係統中,二氧化碳(tàn)循環在亞臨界條件下運行。此時(shí)二氧化碳(tàn)用作低壓級製冷劑,高壓級用NH3作製冷劑。與其它低壓製冷劑相比,即使處在(zài)低(dī)溫(wēn),二氧化(huà)碳的粘度也非常小,傳熱性能良好,因為利用潛(qián)熱,其製冷能力相當大。

  目前,歐洲在(zài)超市中已建立了(le)幾個這種用(yòng)二氧化碳作低溫製冷劑的複疊式製冷係統,運行情況表明技術上是可行的,這種係統(tǒng)還適用於(yú)低溫冷凍幹燥過程。

  當(dāng)前關於R22製冷劑的替代國際上主要有(yǒu)兩種技術(shù)方案:

  一種是以北歐和(hé)韓國為代表,其主(zhǔ)張采(cǎi)用(yòng)天然工質作為替(tì)代物,如純工質R290、R1270、R744、R600a、R600、R717等,以及HCs類的混合(hé)物;

  另一種是以(yǐ)美國和日本為代表的采用HFCs作為替(tì)代物,如美國聯(lián)合信號公司的非共(gòng)沸混合物R410A、杜邦公司和I.C.I公司的(de)混合物R407C,以及R32和R152a等,這(zhè)些製冷劑的ODP均為0,能夠達到保護(hù)臭氧層的(de)目的,但是會產生溫室(shì)效應。 

  目前看(kàn)來,二氧化碳在(zài)國內市(shì)場的前景,還有點像“霧(wù)裏看花”,就像王立群所言,他們都了解它的好(hǎo),但真正用的少。國內空調(diào)行(háng)業暫時看不到二氧化碳發展的影子,其在國內冷凍冷藏市場也才剛剛邁步,但(dàn)在熱泵熱水器領域,國內即將出台二氧化碳熱泵熱水(shuǐ)器的核心配件標準――GB/T26181-2010。參與標準(zhǔn)製定的上海日立電器有限公司熱泵推進辦公室部長樂紅勝認為,雖然在國(guó)內采用二氧化碳製冷劑的熱泵熱水器還沒問世,核心部件壓縮(suō)機也處於研發階(jiē)段,“但這一超前標準的製定,將會對產品的市場推廣起(qǐ)到良好的作用。”


  CO2製冷劑的性質

  (一)CO2製冷劑(jì)具有的主要優勢

  1.CO2是天然物質(zhì),ODP=0,GWP=1。使(shǐ)用CO2作為製冷工質,對大氣臭氧層沒有破壞作用,可以(yǐ)減少全球溫室效應,來(lái)源廣泛,勿需回收,可以(yǐ)大大降低製冷(lěng)劑替代成本,節約能源,從根本上解決化合物對環境(jìng)的汙染問題,具有良好的經(jīng)濟性。

  2.CO2安全無毒、不可燃,並(bìng)具有良好(hǎo)的熱(rè)穩(wěn)定性,即使(shǐ)在高溫下(xià)也不會分解出(chū)有害的氣體。萬一泄漏對(duì)人體(tǐ)、食品、生態都無損(sǔn)害。

  3.CO2具有與製冷(lěng)循環和設備相適應的(de)熱物性。分(fèn)子量小(xiǎo),製(zhì)冷能力大,0℃的單位製冷(lěng)量(liàng)比(bǐ)常規製冷劑高5~8倍,因而對於相同冷負荷(hé)的製冷(lěng)係統,壓(yā)縮機的尺寸可以明顯減小,重量減輕,整個係統非常緊湊;潤滑(huá)條件容易滿足,對製冷係統常見材料無腐蝕,可以改善開啟式壓(yā)縮機的密封性能,減少(shǎo)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,傳熱性能比CFC類(lèi)製冷劑更好,可(kě)以改善全封(fēng)閉(bì)製(zhì)冷壓(yā)縮機的(de)散熱。

  (二)CO2製冷劑(jì)存在的主要缺點及分析(xī)

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

  所以製冷係統中(zhōng)工質流經的管路(lù)係統必(bì)須經(jīng)安全性分析。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CO2容(róng)積流量很小,而設備內(nèi)氣體的(de)爆炸能量為壓力與容積(jī)乘積的函數,所以雖然係(xì)統的工質壓力高,但容積較小,其壓力和容積的乘積與常規工質相差不(bú)大,設備內氣體(tǐ)的爆炸能量增加的並不多。

  以可靠性理論為依據(jù),根據CO2跨臨界製冷係(xì)統管道可靠性(xìng)的不同影響因素及其變化規律,對不同管材情(qíng)況下的(de)可靠性進行深入地研究與分(fèn)析,得到(dào)的結論是(shì):當管(guǎn)路係統的管外徑給定時,隻要合理地選擇管材和管壁厚度,就能保證係(xì)統在給定壓力下運行的可靠性和安全性,CO2跨臨界循環較高的運(yùn)行壓力是可以得到合理解決的;現有鋼管(guǎn)基本(běn)可(kě)以直接(jiē)應用,而現有銅管則需根(gēn)據管(guǎn)徑和壁厚經安全性分析後選用。因此CO2運行工作壓力較高所引起的安(ān)全性(xìng)問題,並不會影響(xiǎng)CO2作為環保製(zhì)冷劑推廣應用的障礙。

  2.CO2單級壓縮跨臨界循環的性能(néng)係數(shù)COP比相同溫度條件(jiàn)下的R12、R22、R134a等常規製冷劑的製冷性能(néng)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(fāng)式、優化係統(tǒng)設備來解決,如采(cǎi)用(yòng)雙級壓縮和采用膨脹機(jī)回收一部分膨脹功的(de)措施加以改善,來提高製冷循環效率。有理論分析表明(míng),采(cǎi)用膨脹機CO2跨臨界循環的效率(lǜ)要高於常規製冷工質的節流膨脹循環。

  CO2製冷劑的應用前(qián)景

  自前國際製冷學會主席G.Lorentzen提出采用CO2作(zuò)為環保製冷劑及跨臨界循環理論以來[7],CO2在環保和性能上的(de)優勢(shì)越來越多地吸引了世界各國學者研究的注意力,其係統和部件的(de)開發也得到了很大的發展,現(xiàn)有研(yán)究結果表明,CO2係統(tǒng)在高環境溫度(45℃以(yǐ)上)時,製冷性能低於傳統(tǒng)係(xì)統,35~45℃間與(yǔ)傳統係(xì)統相近,35℃以(yǐ)下時性能更優[5]。目前CO2跨臨界循環在汽車空調、熱(rè)泵、商(shāng)用製冷裝置、食品冷(lěng)藏冷凍等方麵的應用前景都很(hěn)好,性能都相當於甚至好於原來采用R22或R12或R134a的製冷裝置,特別適(shì)用於需要大(dà)的溫度變化的(de)場合,而且(qiě)在較(jiào)低(dī)的蒸發溫度下性能較(jiào)好。

  CO2作為一種(zhǒng)天然製冷工(gōng)質,就其物性特征而(ér)言,具有其他非天然工質不(bú)可比(bǐ)擬的優勢(shì)。伴隨著CO2製冷係統研究工作的不(bú)斷深入,CO2作(zuò)為新一代製冷(lěng)工質將會得到進一步推廣,相信在(zài)不久的將來,汽車空調係(xì)統、商(shāng)用製冷係統、住宅空調係(xì)統以及各個生產企業的熱(rè)泵(bèng)幹燥係統將會大量使用CO2替代現有製冷工質。


  作為製冷劑(jì),人們希望它環保、高效、經濟,但實際上並(bìng)不存在一種十全十美的製冷(lěng)劑。與其他製(zhì)冷劑相比,CO2具有環保、安(ān)全、經濟和單位容積製冷量等性能方麵上的明顯優勢(shì),也有運行工作壓力和(hé)效率方(fāng)麵上的不足。目前(qián)的研究表明,隻要合(hé)理選擇管材和管壁的厚(hòu)度,可保證CO2係統在跨臨(lín)界壓力下運行的安全性和可靠性,而合理改善(shàn)CO2跨臨界循環方式,可以有效地減少節流損失,提高係(xì)統的(de)循環效率,CO2作為環保製冷劑之一,有著很好(hǎo)的應用前景,隨著製冷與空調技術領(lǐng)域的發展(zhǎn)必將(jiāng)會得到廣泛應用。91香蕉视频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(háng)節能減排承諾(nuò),開發新型節能高效,采用自然工質(zhì)、環保(bǎo)可靠的(de)二氧化碳壓縮機。
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