二氧化碳是自然界中的一种物质,也是一种非常好的制冷物质。其实,二氧化碳作为制冷剂已经有百年历史,在19世纪末至20世纪30年代前就被广泛应用,随着氨、氟里昂制冷剂开始应用,二氧化碳制冷剂便迅速地退出历史舞台。
二氧化碳是自然界中的一种物质,也是一种非常好的制冷物质。其实,二氧化碳作为制冷剂已经有百年历史,在19世纪末至20世纪30年代前就被广泛应用,随着氨、氟里昂制冷剂开始应用,二氧化碳制冷剂便迅速地退出历史舞台。
二氧化碳是天然物质,ODP=0,GWP=1。使用二氧化碳作为制冷工质,对大气臭氧层没有破坏作用,可以减少全球温室效应,且来源广泛、价格便宜,可以大大降低制冷剂替代成本,节约能源,解决化合物对环境的污染问题,具有良好的经济性。
二氧化碳安全无毒、不可燃、不爆炸,具有良好的热稳定性,即使在高温下也不会分解出有害的气体,泄漏对人体、食品、生态都无损害。
二氧化碳具有与制冷循环和设备相适应的热物性。分子量小,制冷能力大,0℃的单位制冷量比常规制冷剂高5~8倍,因而对于相同冷负荷的制冷系统,压缩机的尺寸可以明显减小,重量减轻,整个系统非常紧凑;润滑条件容易满足,对制冷系统常见材料无腐蚀,可以改善开启式压缩机的密封性能,减少泄漏。
二氧化碳黏度小,0℃时二氧化碳饱和液体的运动黏度只是NH3的5.2%、R12的23.8%,流体的流动阻力小,传热性能比CFC类制冷剂更好,可以改善全封闭制冷压缩机的散热。
缺点:
不能维持生命,如果 浓度过高 ,会引起人的呼吸器官的损害, 甚至窒息死亡;
有很高的临界压力和低的临界温度 ;CO2临界温度为Tc=31.1℃ ,临界压力为Pc=7.3MPa,水的临界温度为374℃,临界压力为22MPa。
无论亚临界循环还是跨临界循环,CO2制冷系统的运行压力都将高于传统的制冷空调系统, 给系统及部件的设计带来许多难度,制造成本也相对比较高。
( 制冷系统中使用的所有制冷剂的蒸发压力曲线 )
一方面是汽车空调领域,由于制冷剂排放量大,对环境的危害也大;
热泵热水领域,二氧化碳在超临界条件下放热存在一个相当大的温度滑移,有利于在极低的环境温度下将热水加热到一个更高的温度(90℃以上)。
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复叠制冷循环领域,二氧化碳良好的低温流动性能和换热特性,采用它作为CO2/NH3复叠制冷循环低温级制冷剂。
前面说过, 二氧化碳浓度过高 会引起人的呼吸器官的损害, 甚至窒息死亡,因此 需要进行泄露监控, 相关要求如下:
若二氧化碳浓度超过限定值,只允许受过训练的人员进入;
报警器必须同时发出声音和灯光报警,并同时覆盖室内和室外;
通风系统和报警器不得使用同一个电源;
报警器必须能启动通风,最好还能启动关断阀;
通风口和检测器必须安装在尽可能低的位置;
检测器必须监测CO2 浓度,而非缺氧情况。
CO2 /NH3 复叠式制冷循环由 NH3 高温级制冷循环和 CO2 低温级制冷循环叠加而成,两个独立的制冷系统通过蒸发 - 冷凝器(中间换热器)耦合起来,新系统既能满足在较低蒸发温度下蒸发时合适的蒸发温度,又可以满足在环境温度下冷凝时适中的冷凝压力。
图中: 1-2-3-4-1 为低温级CO2带节流阀制冷循环; 5-6-7-8-6 为高温级带节流阀制冷循环,因为低温级的放热过程(图中2~3过程)和高温级的吸热过程(图中5~8过程)发生在蒸发-冷凝器中。而且,换热过程与环境没有热交换。因此可以认为,高温级循环的蒸发负荷与低温级循环的冷凝负荷相等,蒸发-冷凝器中的传热温差,一般取 5~8 ℃ 。