CO2跨临界双级压缩带回热器与不带回热器循环分析

    引 言

    随着氟利昂制冷剂的臭氧层破坏和温室效应问题日益突出，开展环境友好性的自然工质 CO₂替代工作具有重要意义［1］。CO₂跨临界循环放热特点是排气温度高、温度滑移大、气体冷却器出口温度低和系统性能好等特点，其应用于热泵热水器已成为目前热泵领域中研究的热点［2 ～3］。

    CO₂跨临界单级循环具有运行压力高、节流损失严重及压缩机耗功大等特点［4 ～5］，双级压缩可以减小压缩机耗功和制剂泄露，进而提高 CO₂跨临界循环系统性能，文献［6］分别对 CO₂跨临界双级循环进行了研究，系统中增设回热器可以进一步优化和提高 CO₂跨临界循环性能［7 ～8］，这在 CO₂空气源热泵系统中尤为重要。

    以往，CO₂跨临界循环性能分析多采用国外专用软件，不但使用范围有限，且价格昂贵。基于 Vis-ual Basic 程序软件，本研究分别对 CO₂跨 临界双级压缩带回热器( TSCV + TGC + IHX，Two Stage Cyclewith Valve and Two Gas Coolers with Intermediate HeatExchanger) 和不带回热器 ( TSCV + TGC，Two StageCycle with Valve and Two Gas Coolers) 的两种循环开发了性能计算平台［9 ～11］，并进行了理论分析，为今后开展双级循环性能测试试验台及开发高效 CO₂热泵热水器产品提供基础资料。

    1 CO₂跨临界双级压缩带回热器与不带回热器的循环组成及热力学分析

    1． 1 CO₂跨临界双级压缩带回热器与不带回热器的循环组成CO₂跨临界双级压缩不带回热器循环 TSCV +TGC 和带回热器循环 TSCV + TGC + IHX 系统主要包括高( 低) 压级压缩机、高( 低) 压级气体冷却器( 或中间回热器) 、节流阀、蒸发器。

    CO₂跨临界双级循环 TSCV + TGC + IHX 工作过程与双级循环 TSCV + TGC 基本相同，只是高压高温气态制冷剂在高压级气体冷却器内定压放热后，在中间回热器内进一步过冷，经蒸发器定压吸热的制冷剂再回到中间回热器，与来自高压级 气体冷却器的制冷剂进行换热，使进入低压级压缩机的制冷剂过热，从而完成了一个完整循环。

    图 1 和图 2 分别给出了双级循环 TSCV + TGC和 TSCV + TGC + IHX 原理图和对应的 T － S 图。

    1． 2 CO₂跨临界双级压缩带回热器与不带回热器循环热力学分析

    1． 2． 1 CO₂跨临界双级压缩不带回热器循环 TSCV+ TGC

    制冷性能系数:

    制热性能系数: