随着人类对自然环境认知的加深,气候变化已逐渐成为国际焦点议题。温室气体的持续排放,尤其是二氧化碳,被普遍认为是全球气候变暖的首要因素。

在这一严峻背景下,制冷产业作为能源消耗和环境影响的重要领域,探索更加绿色环保的制冷技术已迫在眉睫。
在众多制冷技术中,跨临界二氧化碳制冷技术因其绿色环保、单位容积制冷量大等优势近年来备受关注。
然而,实际应用中二氧化碳制冷系统制冷能效系数COP较传统人工合成制冷剂优势并不明显,这也在一定程度上限制了二氧化碳制冷系统在高能效制冷需求场合中的应用推广。
为提高二氧化碳制冷系统能效,降低跨临界二氧化碳制冷系统节流损失是提高系统制冷效率的主要途径,使用引射器取代传统节流装置已被证实可以有效提升系统能效。
与单引射器系统相比,多联引射器系统具有更灵活的调节能力,能够适应不同工况下系统内部质量流量的变化,提高系统不同工况下的膨胀功回收效率,从而进一步提升制冷系统的性能系数。
卡士妥为了引领二氧化碳系统技术的发展,2013年就推出第一款用于二氧化碳系统的阀件,积极响应关于减少有害排放和遏制全球变暖的国际倡议。

近期,国内有机构设计并搭建了配备多联引射器的跨临界二氧化碳双级压缩制冷系统测试平台,成功获取了双级压缩制冷系统、多联引射制冷系统在不同系统最高运行压力下的能效变化情况,精确量化了多联引射器的引入对制冷系统 COP、制冷量、压缩机耗功等关键参数的影响,并分析了多联引射制冷系统的能效提升机理,为跨临界二氧化碳多联引射制冷系统的进一步研究提供参考依据与数据支持。
具有闪蒸旁通、内部回热以及可调节多联引射功能的二氧化碳多联引射制冷系统如图所示。
其中,以蓝色、绿色、黄色和红色实线分别表示低压、中低压、中高压和高压的 CO2 工质流路。此系统主要由压缩机(两台并联的高压压缩机和一台独立的低压压缩机)、回热器(高压、低压)、多联引射器、膨胀阀、气冷器、预冷器、闪蒸罐以及储液罐组成。
系统工作流程如下:来自蒸发器的低压 CO2 工质处于状态点1,经低压回热器转变为过热态(状态点2)后进入低压压缩机,被压缩至中低压状态(状态点3)。经预冷器冷却的工质(状态点4)进入引射器吸气喷嘴,同时,流经高压回热器的高压工质(状态点13)进入引射器动力喷嘴。经动力喷嘴引射,与吸气喷嘴处工质混合并扩压,形成中高压工质(状态点5),该状态工质一般带有一定干度。

接着,此状态的CO2工质进入闪蒸罐进行气液分离,其中气相工质(状态点 9)作为高温回热器的低温介质,被加热后的工质(状态点10)流入高压压缩机,被压缩为高温高压工质(状态点11),此时工质达到系统内的最高温度与压力。随后,经气冷器冷却的工质(状态点12)进入高压回热器进一步降温(状态点13),该回热器也用于实现高压压缩机入口过热。
与此同时,闪蒸罐的液相工质(状态点6)作为低压回热器的高温介质被冷却,冷却后的工质(状态点7)通过低压膨胀阀减压节流,变为低压低温工质(状态点8)。最后,该 CO2工质通入储液罐,流入冰场进行蒸发吸热以实现制冷功能,从而完成整个循环。

实验结果表明,在边界条件下,二氧化碳双级压缩制冷系统的能效系数最高可达2.62,在闪蒸罐背压为4.52兆帕时取得,此时系统最高运行压力为7.39 兆帕。
二氧化碳多联引射制冷系统的能效系数最高可达3.13,在闪蒸罐背压为3.63兆帕时取得,此 时 系统最高运行压力为7.11兆帕。
多联引射器的应用能够明显提升二氧化碳双级压缩制冷系统的性能并有效降低最优系统高压压力。在本实验边界条件下,引射器对双级压缩制冷系统的系统能效系数的提升率可达 19.4%,最优系统高压压力可降低0.28兆帕。

卡士妥在二氧化碳系统阀件发展过程中,始终是头部的二氧化碳机组厂商和项目方案提供商,在客户不断优化系统设计的同时,卡士妥也在不断更新改进和推出更适用于新设计方案的产品,保持跟整个行业最前沿的发展方向同步前进。
目前卡士妥的CO2阀件开发专注于商用领域,目前覆盖了电子膨胀阀、电磁阀、安全阀、过滤器、止回阀、调节阀、球阀、截止阀和避震管等全系列产品线,口径也从10mm到73mm全覆盖。卡士妥为二氧化碳跨临界高运行压力保驾护航,为合作伙伴提供纵深化和广泛化的制冷解决方案。





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