CO2跨临界单级压缩带回热器与不带回热器循环理论分析与实验研究

　　适应环保要求和可持续发展战略思想，减小氟利昂类制冷剂生产，积极开发自然工质替代研究，探寻高效稳定的新型制冷循环模式均具有积极意义.自然工质CO₂以其良好性能，成为制冷空调和热泵领域的研究热点^[1].与普通工质制冷循环相比，CO₂跨临界循环具有压比小、压差大以及节流损失严重等特点，这些在一定程度上限制了跨临界循环系统性能的提高^[2].

　　回热器在制冷循环中具有重要作用：①进一步降低气体冷却器出口工质温度，因而可以获得更多热量;②较大程度地减小节流损失，同时获得更多冷量;③提高压缩机吸气工质干度，避免液击事故发生.④回热器还可以降低压缩机耗功，进而提高系统性能.在CO₂跨临界循环中，节流损失比较大，当量冷凝温度较高，因而在循环中设置回热器，既能满足性能要求，又可达到高效目的，这在CO₂空气源热泵系统中尤为重要^[3].

　　基于以上分析，笔者分别就带回热器和不带回热器的CO₂跨临界单级循环^[4]进行了理论分析和实验性能测试，为进一步优化单级循环性能和推广CO₂空调产品提供研究资料.

　　1 带回热器与不带回热器的CO₂跨临界单级循环系统组成

　　1.1 不带回热器的CO₂跨临界单级循环

　　典型的CO2跨临界单级循环主要由压缩机、气体冷却器、节流阀和蒸发器组成.图1和图2分别给出了CO₂跨临界单级循环原理图和t-s图.图1中：低压气态制冷剂经压缩机被压缩成高压气态制冷剂过程1—2)，经气体冷却器进行定压放热过程2—3，然后经节流阀进行节流降压过程3—4，低压液态制冷剂在蒸发器内进行定压吸热过程4—1，最后回到压缩机，从而完成一个循环.

　　1.2 带回热器的CO₂跨临界单级循环

　　制冷循环中增设回热器，可以减小节流损失、增大制冷量，从而提高系统性能.图3和图4分别给出了带回热器的CO₂跨临界单级循环原理图和t-s图.

　　2 带回热器与不带回热器的CO₂跨临界单级循环理论分析

　　2.1 两个循环系统COP计算

　　CO₂跨临界单级循环COP表达式如下.不带回热器

　　2.2 两个循环性能对比分析

　　图5给出了两个循环COP随蒸发温度的变化.随着蒸发温度的增加，两个循环COP均呈增加趋势，蒸发温度越高，系统性能越优;在整个蒸发温度变 化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高4.55%左右;对于理想压缩机循环，系统性能要比实际循环性能高33.3%以上，但这种理想循环 是不存在的.