膨胀机与喷射器跨临界二氧化碳循环比较研究

减少跨临界二氧化碳热泵循环高压截流损失的方案主要有膨胀机和喷射器两种。建立了跨临界二氧化碳节流阀循环模型、膨胀机循环模型和喷射器循环模型。研究了在典型的家用热泵热水器工况下采用不同循环时,气体冷却器工质进出口温度对循环性能和高压侧压力的影响。研究结果表明,气体冷却器工质出口温度低于40℃时,膨胀机循环效率高于喷射器循环;气体冷却器工质出口温度高于40℃时,膨胀机循环效率低于喷射器循环;膨胀机循环与截流阀循环的高压侧压力相同,低于喷射器循环。     

小型制冷装置二氧化碳膨胀机的研究

随着自然工质CO2研究的进一步发展，为了提高系统的COP，采用膨胀机取代节流阀的方法越来越受到人们的重视。首先介绍了采用膨胀的CO2跨临界循环的系统流程，选取典型工况分别对活塞式、螺杆式、转子式和涡旋式膨胀机进行了热力计算，并结合CO2超临界膨胀过程的特点和生产工艺，初步确定了各种型式膨胀机的结构尺寸。通过对比分析各种膨胀机的功率匹配特性，确定了不同应用场合膨胀机的选型原则和技术可行性。在此基础上，重点分析和讨论了适用于小型制冷装置的二氧化碳涡旋式膨胀机。通过初步的结构设计，提出了影响膨胀机性能的关键几何参数，并进行了理想涡旋膨胀机的热力分析，旨在为研究和设计CO2膨胀机样机提供理论依据和设计经验。     

CO2跨临界循环带膨胀压缩机系统热力学分析

膨胀压缩机是一种膨胀功回收装置，膨胀机的膨胀功全部用于提供给辅助压缩机作为输入功，以驱动压缩机完成压缩过程。膨胀压缩机在系统中可以与主压缩机串联和并联，由于布置形式不同，则压缩机的流量和压比改变，导致系统循环性能系数也发生变化。本文利用简单的压缩机模型，对CO2跨临界循环带膨胀压缩机的两种不同布置系统形式进行了分析，并在理想等熵情况和考虑压缩机和膨胀机效率情况下进行了对比，得出串联模式系统的中间压力不能达到系统最优中间压力，串联模式系统COP总是高于并联模式系统。     

CO2跨临界膨胀机的开发与实验研究

作为自然工质，CO2制冷系统越来越受到关注，然而目前CO2跨临界循环研究面临的最大问题是如何提高系统效率，使之能与普通工质循环竞争。为降低CO2跨临界循环的节流损失，开发膨胀机代替节流阀是研究的重要方向。文中给出开发CO2滚动活塞膨胀机的依据，以及在设计过程中需解决的吸气控制系统、泄漏和摩擦等问题采取的措施，同时建立CO2跨临界循环系统带膨胀机系统的实验装置，并对CO2滚动活塞膨胀机进行实验研究，发现膨胀机的输出功与负载有关，同时得出膨胀机的最高效率可达到32％以上，进一步的改进工作仍在进行。     

跨临界CO2制冷系统采用透平膨胀机的可行性分析

对CO2制冷系统中应用膨胀机的研究现状进行了回顾,在此基础上对跨临界CO2制冷循环中采用透平膨胀机的可行性进行了分析.研究表明透平膨胀机完全适用于家用及商用的跨临界CO2制冷/热泵系统,并通过计算实例给出了采用不同方案和效率的透平膨胀机替代节流阀对CO2制冷系统性能的提升效果.     

CO2跨临界双级压缩带膨胀机制冷循环研究

摘要针对CO2制冷能效低的特点,本文建立了双级压缩带膨胀机CO2跨临界制冷循环热力学模型,在考虑实际循环中不可逆损失因素影响在基础上,对循环进行了性能系数、热力学完善度和单位制冷量炯损失等指标进行了分析计算,并与双级压缩节流膨胀CO2跨临界制冷回热循环和R22简单制冷循环进行了比较。     

提高CO2跨临界循环效率的方法

针对CO2跨临界循环的特征,阐述了几种提高循环效率的方法,其中包括采用涡流管或者膨胀机代替膨胀阀,采用两级压缩、中间冷却技术等等.论述了涡流管代替膨胀阀提高系统效率的方法、原理,并介绍了一种适合小型制冷系统的新型气缸活塞式膨胀机.另外,还叙述了CO2跨临界循环系统采用两级压缩、中间冷却时,最佳中间压力的确定原理以及方法.     

新型CO2超音速两相膨胀制冷循环的理论研究

本文提出了以Laval喷管为核心部件的超音速两相膨胀机的概念,构建了以天然制冷剂CO2为工质的超音速两相膨胀制冷循环模型并对其进行理想循环热力学分析和模拟计算研究。结果表明：超音速两相膨胀机入口压力、入口温度和旋流分离段出口压力均对系统制冷性能有影响;在空调温区工况,CO2超音速两相膨胀制冷循环COP为6.69,是现有制冷性能相对最优的CO2跨临界制冷循环COP的1.63倍,且大幅降低系统压力;气液分离时液相速度损失对系统制冷性能有影响,系统COP由9.56减至6.01,相对卡诺效率由0.95减至0.60,但仍然保持在较高水平。通过初步的热力学分析和模拟计算研究表明,新型CO2超音速两相膨胀制冷循环具有较好的原理可行性和发展前景。     

CO2滚动活塞膨胀机的设计与性能测试

通过对CO2跨临界循环的运行工况分析,确定滚动活塞式膨胀机的设计参数.指出控制泄漏损失和摩擦损失是提高膨胀机效率的关键.采用将发电机与膨胀机同轴联接,测量发电机电功率的办法来测量膨胀机的回收功率.经过CO2跨临界循环水-水热泵膨胀机回收功率测试实验台的运行实验,测定了CO2滚动活塞式膨胀机的性能,并进行了分析,提出了下一步改进的设想.     

二氧化碳膨胀机研究新进展

在综述国内外CO2膨胀机的研究现状，分析现有膨胀机技术特点的基础上，提出了CO2膨胀机研究中存在的问题。指出在CO2膨胀机的研究中，应该充分考虑CO2跨临界循环膨胀做功的特点，尽量减少其摩擦、泄漏及余隙容积损失，设计更为合理的进出口控制，促使CO2膨胀机的效率得到进一步提高。     

Integration of a three-stage expander into a CO2 refrigeration system

The inclusion of an expander with work recovery provides two advantages for transcritical CO₂ refrigeration cycles: the COP is improved and the exhaust pressure of the main compressor is lowered. Several designs of expanders have been proposed for this application and some prototypes have been tested already. In our laboratory a three-stage expander has been developed, which replaces the throttle valve of the normal refrigeration cycle and expands into the two-phase region. For optimum integration into the overall system it is proposed to install a vapour-liquid separator between the second and third stage of expansion. The vapour is guided back to the third expander stage whereas the liquid is supplied to the cooling stations via thermostatic or electronic expansion valves.     

Historical and present developments of ejector refrigeration systems with emphasis on transcritical carbon dioxide air-conditioning applications

This paper gives an overview of historical and present developments on how ejectors can be utilized to improve the performance of air-conditioning and refrigeration systems. Research on ejector refrigeration cycles that utilize low-grade energy sources to produce cooling is summarized. Another major class of ejector refrigeration cycles that is described tries to recover expansion work by means of a two-phase ejector. This particular approach appears to be very promising for transcritical carbon dioxide (CO₂, R744) systems with inherently large throttling losses. The paper further presents the latest analytical and experimental results of a comprehensive study carried out to investigate possible performance improvements of transcritical R744 two-phase ejector systems. Relevant operational parameters were varied and effects on performance resulting from different ejector geometries were studied as well. Two-phase mixing shock waves inside the ejector were detected by recoding static wall pressure distributions.     

机械过冷CO_2跨临界制冷循环性能理论分析

采用蒸气压缩制冷循环(辅助循环)对CO_2跨临界制冷循环气体冷却器出口的CO_2流体进行冷却,可减小节流不可逆损失,提高循环性能。本文对机械过冷CO_2跨临界制冷循环进行热力学循环分析,结果表明:当在最优排气压力和最优过冷度两个参数条件下,循环存在最大COP。环境温度越高、蒸发温度越低,采用机械过冷方法使循环性能提升越显著,相对传统CO_2制冷循环,通过辅助循环可显著提高循环COP,降低CO_2排气压力和温度。相对CO_2压缩机,辅助循环压缩机的功耗较少。分析了辅助循环中采用11种不同制冷剂的性能,可得除R41外,其它10种工质对循环整体COP的提升程度差异不明显。综上所述,机械过冷CO_2跨临界制冷循环更适用于环境温度较高、蒸发温度较低的场合。     

Transcritical CO2 refrigeration cycle with ejector-expansion device

An ejector expansion transcritical CO₂ refrigeration cycle is proposed to improve the COP of the basic transcritical CO₂ cycle by reducing the expansion process losses. A constant pressure mixing model for the ejector was established to perform the thermodynamic analysis of the ejector expansion transcritical CO₂ cycle. The effect of the entrainment ratio and the pressure drop in the receiving section of the ejector on the relative performance of the ejector expansion transcritical CO₂ cycle was investigated for typical air conditioning operation conditions. The effect of different operating conditions on the relative performance of the ejector expansion transcritical CO₂ cycle was also investigated using assumed values for the entrainment ratio and pressure drop in the receiving section of the ejector. It was found that the COP of the ejector expansion transcritical CO₂ cycle can be improved by more than 16% over the basic transcritical CO₂ cycle for typical air conditioning operation conditions.     

两级蒸发对跨临界CO_2引射制冷系统影响的实验研究

两级蒸发引射制冷循环中通过二级蒸发器不仅能调节引射器出口干度还能提高系统效率。通过改变第二蒸发器冷冻水流量对两级蒸发引射制冷系统进行实验研究,并与改变引射器面积比的调控效果进行比较。结果表明:在实验工况范围内,气冷器压力、第一蒸发器压力和压缩机流量都随第二蒸发器冷冻水流量的增加而增大;而且引射器面积比越大,气冷器压力越高而蒸发器压力和压缩机流量越低。同时,系统引射系数随第二蒸发器冷冻水流量的增加而降低,而制冷量和COP则升高,尤其是在小引射系数下,系统制冷量和COP提高的更为明显。本研究为引射循环提供了另外一种良好的调控思路。     

蒸汽压缩/喷射制冷系统喷射器设计及节能分析

蒸汽压缩/喷射制冷系统是一种有效的节能系统,可以减少节流膨胀损失,降低压缩机压力比,提高制冷系统效率。选择5种计算工况对蒸汽压缩/喷射制冷系统进行计算,研究喷射器结构与蒸发温度和冷凝温度的变化规律,并与普通蒸汽压缩系统对比,从制冷量、压缩机耗功、性能系数三个角度分析新系统的节能效果。计算结果表明蒸汽压缩/喷射制冷系统在低温工况条件下节能效果最优,制冷量最大可提高29%,压缩机耗功最大可降低65%,COP值最大可提高63%。     

Investigation of ejector-equipped Joule–Thomson refrigerator operating below 77 K

The lowest attainable refrigeration temperature of a nitrogen based Joule–Thomson refrigerator is generally limited to 77 K since the compressor suction pressure is usually higher than atmospheric pressure. The Joule–Thomson process with an ejector is proposed to achieve a refrigeration temperature as low as 68 K by adjusting the evaporation pressure down to 28 kPa and boosting the return stream pressure up to 147 kPa. A one-dimensional numerical model is developed to predict the performance of the ejector at cryogenic temperature, and its accuracy is compared with experimental data. The analysis results show that the addition of the ejector in the Joule–Thomson refrigeration cycle increases up to 5 times the overall efficiency, where the maximum achievable COP and exergy efficiency are 0.0195 and 6.65%, respectively. Other featured advantages of the proposed Joule–Thomson refrigeration cycle with ejector are the simplicity of cycle, minimization of mechanical moving components, cost effectiveness, and high reliability compared to other cryogenic refrigeration methods using pumps or cold compressors in Joule–Thomson cycles.     

一种新型跨临界CO2冷电联供系统热力分析

提出一种新型跨临界二氧化碳（trans-critical carbon dioxide,TCO₂）再压缩循环和喷射器制冷循环耦合的冷电联供系统。该系统在输出电能的同时,利用低品位热能驱动喷射器工作输出冷量。以输出电量1 MW为设计目标,对比冷电联供系统和再压缩发电系统的性能,研究联供系统各部件（火用）损和主要热力参数对其性能的影响。结果表明：联供系统利用CO₂余热驱动喷射器输出冷量,循环热效率高于单一再压缩系统;加热器（火用）损所占比例最大,回热器次之;透平进口温度、压力和背压对联供系统工质流量、循环效率、输出功率、加热器功率、压缩机耗功及喷射器制冷量等参数影响较大;而冷凝温度和蒸发温度仅对制冷循环制冷量影响较大。在设定条件下,联供系统的循环热效率和（火用）效率可分别达到46.99%和47.21%。