PDF《带回热器的高效跨临界 CO2 水-水热泵的实验研究》

2010 年4月姜云涛等:带回热器的高效跨临界 CO2 水-水热泵的实验研究 ・299・ 用水-水热泵系统制取中高温热水的实验研究, 在新 的CO2 水-水热泵系统中采用了新型的高效气体冷却 器和蒸发器, 并对带回热器时系统的性能与不带回热 器时进行比较.

1 CO2水-水热泵系统 1.1 带回热器的跨临界 CO2压缩循环 带回热器的跨临界 CO2 热泵系统的温熵图如图

1 所示. 图1CO2跨临界循环 T-S 图Fig.1 T-S diagram of the transcritical CO2 cycle 由图

1 可知循环流程为: 蒸气进入压缩机压缩至 超临界(状态 7-1), 排气在气体冷却器中变温放热(状态2-3), 放出的热量使水加热, 冷却后的工质经回 热器进一步冷却(状态 3-4);

然后, 经节流阀降压至两 相状态(状态 4-5,h), 接着, 进入蒸发器吸收热量(状态5,h-8);

最后, 蒸气进入压缩机被压缩, 依此循环 往复. 1.2 水-水热泵实验台 热泵系统以水为冷热源, 使用 CO2 作为工质, 系 统示意如图

2 所示. 压缩机采用意大利 Dorin 公司生产的活塞式 CO2 压缩机, 额定输入功率为 4.0,kW. 节流阀为自制 的调节阀, 可根据实验工况进行调节. 回热器为套管 式, 高压工质在内管流动. 水系统包括冷冻水系统、 冷却水系统和外部平衡 用水源系统. 通过控制电加热器和外部平衡用水源 系统可以使两个水箱的水温控制在 0~90,℃. 工质质量流量计采用 Siemens 公司生产的传感 器和信号转换器. 温度测量采用 K 型热电偶, 压力采 用压力传感器进行测量. 气体冷却器和蒸发器同为套管式换热器, 采取小 通道多管路形式, 材料为铜管. (a) 系统结构图 图2CO2水-水热泵实验台示意 Fig.2 Schematic diagram of water-water heat pump using CO2 as refrigerant 1.3 实验条件 在跨临界 CO2 压缩循环中, 需要确定的参数比较 多. 对带回热器的系统, 通过调节节流阀使蒸发温度 为-10~5,℃, 气体冷却器的出水温度为 45,℃, 同时, 蒸发器的进水温度控制在约 11.5,℃, 得到几个典型 的实验结果如表

1 所示. 表1制热系数和压力比随蒸发温度的变化 Tab.1 Changes of COPh and ratios of pressure with differ- Tab.

1 ent evaporation temperatures 蒸发温度 t0/℃ COPh 压力比 冷却器的 进水温度/℃ 蒸发器的 进水温度/℃

5 2.06 1.54 19.1 11.5

0 3.13 2.22 19.8 11.5 -5 3.45 2.64 19.3 11.3 -10 2.98 3.35 19.3 11.7 从表

1 可以看出, 对带回热器的循环, 在相同的 气体冷却器进出水温度下, 存在较高的 COPh 值, 同时, 考虑到压缩机的排气温度不应该过高或过低, 热 泵系统存在较优的蒸发........