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.     

二氧化碳跨临界循环系统用新型膨胀机的研发

由于传统的人工合成制冷剂对环境的不良影响,环保的自然工质CO2重新兴起。提高CO2跨临界循环系统的效率成为CO2制冷技术发展的一个研究重点。采用膨胀机可以提高CO2跨临界循环系统的效率,使其接近普通制冷系统的效率。在原有单缸滚动活塞膨胀机的基础上,设计并加工了新型双缸膨胀机样机,对其设计过程、运动原理等进行了介绍,并利用CO2跨临界水-水热泵系统对样机进行了性能测试,测试结果显示,在试验工况下,膨胀机的转速为780～1100r/min,其等熵效率的为28%～33%。     

二氧化碳转子式膨胀机的试验研究

为了对所研制的CO2膨胀机的运行特性和运行效果进行探索和研究，建立用于测试膨胀机性能的CO2跨临界循环水一水热泵试验台，在组态王环境下开发系统运行监控软件，实现试验数据的计算机采集与系统的运行监控。试验结果表明：所研制的CO2膨胀机的效率一般在30％～50％。膨胀机对CO2跨临界循环系统COP具有明显的提高作用，在一般工况下大约可以提高20％～40％，所以膨胀机技术是提高CO2系统性能的有效技术措施。     

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跨临界制冷循环膨胀机的开发

开发CO2膨胀机代替节流阀是提高CO2跨临界循环系统性能系数的一个有效途径.根据目前空调制冷CO2膨胀机的研制状况,描述了CO2膨胀机研制过程中的难点,指出研究CO2膨胀机的关键在于解决摩擦和泄漏问题.对自行设计开发的两代膨胀机样机进行了实验研究,发现第二代膨胀机的运行效果明显好于第一代膨胀机.     

CO2双缸滚动活塞膨胀机的实验研究

通过实验研究分析了CO2双缸滚动活塞膨胀机的中间通道对其效率及膨胀比的影响。对CO2双缸滚动活塞膨胀机的中间通道进行了改进,同时减小了中间通道的长度和直径,并进行了相关实验,结果表明:膨胀机的入口最优工况为26℃,6.5MPa,回收功率最高达到200W,效率最高达到42.3%。在各种实验工况下,测得的膨胀比已经达到了2.2左右,已经比较接近CO2双缸滚动活塞膨胀机的设计膨胀比2.5,但仍有改进的空间。     

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。     

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。     

二氧化碳制冷技术

CO2作为一种天然工质，是目前CFCs工质替代的一个重点研究方向。根据CO2作为制冷剂的相关热物理和化学性质及CO2制冷循环，说明采用CO2作制冷剂、采用跨临界循环的优越性。介绍CO2制冷循环系统关键设备——压缩机、膨胀机、气体冷却器／蒸发器的研究进展情况，并对采用CO2作制冷剂的汽车空调、热泵系统的应用进行综述，指出今后研究的发展方向。     

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。     

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。     

采用不同膨胀机构的跨临界CO2循环性能分析

运用热力学第一定律和第二定律对跨临界CO2基本循环、膨胀机循环、喷射器循环和涡流管循环进行了分析,计算了各循环各个部件的损失,比较了各循环性能系数和总损失。计算结果表明,采用膨胀机、喷射器和涡流管等膨胀设备代替基本循环中的节流阀后,由于这些改进膨胀设备的损失小于基本循环节流阀的损失,同时改进循环中压缩机的损失小于基本循环的压缩机损失,从而减小了循环总损失,提高了循环的COP。膨胀机循环的COP远大于其它跨临界CO2循环,其次为喷射器循环和涡流管循环。     

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。     

N_2O跨临界双级压缩带膨胀机制冷循环

将天然工质N_2O用于跨临界循环,建立了相应的理论模型,比较了CO_2和N_2O用于跨临界两级压缩膨胀制冷循环的性能.结果表明:N_2O用于跨临界两级蒸气压缩膨胀制冷循环中的综合性能要优于CO_2.在所选定的工况范围内,N_2O系统的C_(cop)值(性能系数)比CO_2最多提高9.6%,当气冷器出口温度越低、蒸发温度越高时,N_2O系统的C_(cop)值增加越明显;N_2O系统的最优高压压力远低于CO_2,在气体冷却器出口温度为40 ℃时,最优高压侧排气压力最多降低了16.2%;N_2O系统在排气温度、单位质量制冷量方面也较CO_2具有优势.最后提出通过降低气体冷却器出口温度来提高跨临界带膨胀机制冷循环性能和降低最优高压侧排气压力的观点.     

CO_2跨临界制冷循环气体冷却器研究现状

由于臭氧层的破坏和温室效应的加剧,HFCs和HCFCs制冷剂将逐步被替代。零ODP,低GWP的CO2是非常理想的替代制冷剂,CO2跨临界制冷循环以优异的热力学性能在汽车空调领域、民用住宅领域都有应用。在CO2跨临界循环系统中气体冷却器起着重要作用,对整个系统的能效有着显著的影响。本文总结近十年来CO2跨临界制冷循环气体冷却器在结构设计、计算模拟方面的研究进展。紧凑、高效、廉价以及更精确的模拟计算方法是气体冷却器未来的研究方向。     

跨临界CO2蒸气压缩式制冷与热泵技术综述

CO2制冷剂及跨临界循环模式以其环境友好性、高温制热性、低环境温度适应性、全工况范围高效性等众多优势成为制冷领域中最热门的研究课题之一。本文分别讨论了跨临界CO2制冷或热泵技术在车辆空调、建筑采暖与热水供应、烘干产业、商超冷链等行业中的发展现状,基于发展现状总结并预测了跨临界CO2技术的未来发展趋势。CO2制冷技术在车辆热管理领域发展前景广阔,制热能力明显优于采用R134a、R407C、R1234yf等制冷剂的方案,但制冷性能及整车综合热管理技术还有待进一步研究提升;在建筑采暖与热水供应领域,跨临界CO2技术的开发已较为完备,针对不同的温度需求有不同的结构优化方案,下一步研究将主要针对现有成熟技术的产业化而开展;烘干产业中的跨临界CO2技术正在快速进步的过程中,虽然分布式小型烘干设备的新能源化改造任重道远,但节能与环保优势显著的跨临界CO2技术仍具备优异的推广前景;跨临界CO2技术在商超冷链中的Booster技术已较为成熟,优良的节能环保优势也进一步将该技术推向冰雪场馆制冷领域,在该领域中跨临界CO2技术的冷热综合应用将是下一阶段的主要研究方向。喷射器、涡流管、膨胀机等压力能回收技术的深入研究是提升系统能效的重要方法,而智能控制技术是跨临界CO2系统实时性能优化的必要保障,这两方面将成为下一阶段跨临界CO2技术研究的主要任务。