二氧化碳載冷劑分析
采用CO2作為載冷劑用于制冷系統(tǒng)的應(yīng)用在歐洲已經(jīng)有許多成熟的應(yīng)用,主要的應(yīng)用領(lǐng)域是大型的商用和工業(yè)制冷系統(tǒng)。在一些只有一個(gè)制冷溫度范圍的應(yīng)用中,CO2制冷系統(tǒng)可以用于低溫、中溫和高溫制冷。采用CO2作為載冷劑主要基于制冷劑充注量受到限制、系統(tǒng)效率以及初投資方面的考慮。筆者主要針對(duì)NH3/CO2制冷系統(tǒng),從CO2側(cè)探討系統(tǒng)的效率及某些控制方式。
在該系統(tǒng)中,NH3作為一次制冷劑在復(fù)疊換熱器中蒸發(fā),CO2作為二次制冷劑在復(fù)疊換熱器中冷凝。CO2可以通過(guò)重力循環(huán)完成冷凝過(guò)程以節(jié)約能耗,CO2作為載冷劑經(jīng)過(guò)循環(huán)泵的輸送在蒸發(fā)器中完成制冷的過(guò)程。由于CO2在制冷過(guò)程中存在相變,這是CO2作為載冷劑的制冷系統(tǒng)與采用其他載冷劑的制冷系統(tǒng)的不同之處,這使CO2二次制冷系統(tǒng)的效率有可能得到較大的提高。
采用CO2作為載冷劑可以應(yīng)用于制冷溫度范圍0~-50℃的場(chǎng)合,在CO2側(cè)有可能不需要CO2壓縮機(jī),從而實(shí)現(xiàn)無(wú)油運(yùn)行。這使系統(tǒng)相對(duì)于CO2復(fù)疊制冷以及CO2跨臨界制冷而言十分簡(jiǎn)單,易于安裝實(shí)現(xiàn),對(duì)于剛剛涉足CO2制冷的研究人員/單位而言,CO2二次制冷系統(tǒng)是一個(gè)良好的開(kāi)端。此外,CO2作為相變載冷劑,具有許多明顯的優(yōu)勢(shì)。CO2的容積制冷量比R22高4~6倍。CO2在換熱過(guò)程中發(fā)生相變,且CO2氣體具有高密度的特性,這使得CO2系統(tǒng)的管路尺寸可以做得很小,這在提高系統(tǒng)效率的同時(shí)大大降低了系統(tǒng)的材料成本。當(dāng)然,CO2制冷劑在制冷工況下具有較高的壓力,尤其采用熱氣除霜方式進(jìn)行除霜時(shí)壓力可以達(dá)到45~46BAR,因此對(duì)系統(tǒng)的承壓能力有一定的要求。另外,在系統(tǒng)停機(jī)時(shí),CO2側(cè)的壓力受外界溫度影響可能上升到較高水平,因此還需要考慮安裝相應(yīng)的輔助冷卻系統(tǒng)或卸壓裝置以確保壓力安全。
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