CO2换热器与二氧化碳制冷技术.ppt

CO2换热器 气体冷却器、蒸发器、内部热交换器 设计要求：符合CO2物性和跨临界制冷循环特点 美国空调与制冷技术中心计算获得的COP与排气压力的关系： CO2比定压比热容随温度在跨临界区域变化曲线 换热器材料的承压能力 测量改进之后的壁面温度 代替翅片裂缝的是一排百叶窗。 从工艺和制造成本考虑，机械涨管——铜焊全铝。 ●蒸发器 机械胀管肋片式---有足够爆裂压力的小管径圆管肋片式---铜焊微通道蒸发器。 翅片蛇管蒸发器的优点是 小而轻。缺点是有大的承 压平面，不适合高压工作 存在制冷剂分配问题。 目前倾向于采用 微通道蒸发器 ●微通道换热器 结构和和特点 ⊙平行流式微通道气体冷却器 Co2α高、Cp变化大（在临界区较高）、 λρμ在临界区显异常---K高 ΔP较低、压力高ΔP的影响 小、流动性好。 因此，系统制冷剂体积流量小 允许采用小管径，也有好的换热。 ⊙微通道蒸发器 微通道换热器的结构敏感性 改变微通道直径 通道数目 通道增加→流速降低→α减小→换热量减小（影响由小到大） 换热面积增加→换热量增大（影响由大到小） 定体积的条件下，通道数增加，换热器体积与通道体积之比减小，质量减轻→ 单位体积换热量增大 换热器质量不变时扁平管的数量 当扁平管有三个流程时，扁平管数量的增加是3的倍数。 换热器质量不变时流程的数量 条件：扁平管数、长度、换热面积、结构不变。 流程数增加→每流程的扁平管数量减少 →制冷剂流速降低→换热量减少。 突缩、突扩压降减小压降引起 的温降减小→传热温差增大→换热量增大 综合结果 改进形式和性能 逆流换热、多排结构 （气体冷却器温降很大 逆流换热效率提高明显） 美国伊利诺斯大学设计的 三排式气体冷却器： 冷却器长607mm、高355mm、深18mm. 与多程相比，多排可使最小温差减小50% 预计可使COP提高5%。 辅助设备及其对系统控制特性的影响 系统参数控制及其特性 1、高压压力 控制高压压力可以获得最大的COP， 高压压力主要依赖于环境温度（热汇 温度），通过调节压力得到不同环境 温度下的最大COP。 使COP最大的高压压力与环境温度的关系 根据环境温度控制高压压力的控制结果 2、过热度控制 在外界参数变化不很大的情况下，也可以采用控制回汽过热度的办法。 联合控制 可以集中两种控制的优点。 要确保第一次节流使得制冷剂达 到饱和状态。 由于制冷剂液体的密度随着温度 的变化有很大的密度改变，中间 容器要有足够的体积，系统要有 足够的制冷剂充注量。 如果第二次节流是两相进入则不 能提供足够的制冷剂。 当发生制冷剂泄漏 时（在汽车空调中经常会发生）系统的效率就会有明显的下降。 安全性 工作区安装CO2传感器（有1%的浓度对呼吸产生影响 ） 高压安全（安装安全阀） 零部件要满足爆破要求，管路出现裂缝时由于制冷剂泄漏裂缝可被冻住，应注意维修安全。 CO2制冷系统的爆破能量与CFC系统相当。 各种跨临界CO2系统仿真结果 各种循环 稳态仿真结果 * 计算条件：蒸发温度3.9℃、蒸发器效率：0.8、忽略压降。 气体CO2出口温度 出口温度升高COP出现最大值所对应的压力也升高，最大的COP是减小的趋势 当出口温度低于临界温度没有最大COP 出口温度升高COP曲线变的平缓 COP在低压部分随压力升高急剧上升，在高压部分缓慢下降 提高系统的运行效率的途径：降低出口温度，并尽可能接近进口温度 比定压热容在近临界区急剧增加 超过临界区域急剧减小，逐步恢复到一般水平 气体CO2压力 在气体冷却器入口，气体温度高，比热容小，被冷却CO2气体与冷却空气之间温差大，所以冷却速度很快；在临界区域（可能在冷却器中部或尾部）比定压热容大，温度降低很慢。 名目 冷却器 蒸发器 名目 冷却器 蒸发器 最小的爆破压力应是系统最大承受压力的2.5~3倍 ●翅片管换热器 1990~1991研制的产品 铝管铝片，管外径49mm，内径34，壁厚7.5mm。叉排，深度34mm 存在问题：通过翅片有热量从高温管传向低温管（气体冷却器进口温度较出口温度高很多）。 翅片裂缝（改进后） 空气进口位置（改进后） 空气流向 提高系统的运行效率的途径：降低出口温度，并尽可能接近进口温度 改进前温差12.2℃ 改进后温差3.7℃ 冷却器迎面风速2.5m/s----1.0m/s时逼近温度增加10~20%（1600r/min行驶----200r/min怠速) ●第二种翅片管换热器 1994年设计，考虑了最小爆裂压力要求。 换热管外径3.2mm、内径2.0mm、壁厚0.6mm、铝质。 减小管径能够改善