PDF《带回热器的高效跨临界 CO2 水-水热泵的实验研究》

第43 卷第4期2010 年4月天津大学学报Journal of Tianjin University Vol.

43 No.4 Apr.

2010 收稿日期:2009-01-14;

修回日期:2009-03-25. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50676064);

国家高技术研究发展计划(863 计划)资助项目(2007AA05Z262). 作者简介:姜云涛(1976― ) ,男,博士研究生,yt1236@163.com. 通讯作者:马一太,ytma@tju.edu.cn. 带回热器的高效跨临界 CO2 水-水热泵的实验研究 姜云涛,马一太,刘和成,张鹏(天津大学热能研究所,天津 300072) 摘要:为提高跨临界 CO2 水-水热泵系统的效率, 在原有管壳式换热器的基础上, 设计了新型套管式换热器, 建立了 新的水-水热泵系统. 对带有回热器(IHX)和不带回热器的两种循环进行了实验研究. 结果表明: 在3种气体冷却器进 水温度下, 当获得中高温热水(45~70.℃)时, 随着气体冷却器进水温度的升高, 制热系数(COPh)降低;

带回热器循环的 制热系数略高于不带回热器的循环, 高5%~10%. 关键词:新型换热器;

二氧化碳;

热泵热水器;

回热器(IHX) 中图分类号:TK122;

TK123 文献标志码:A 文章编号:0493-2137(2010)04-0298-05 Experimental Study on Highly Efficient Transcritical CO2 Water-Water Heat Pump with Internal Heat Exchanger JIANG Yun-tao,MA Yi-tai,LIU He-cheng,ZHANG Peng (Thermal Energy Research Institute,Tianjin University,Tianjin 300072,China) Abstract:In order to improve the efficiency of transcritical CO2 water-water heat pumps,new heat exchangers were designed on the basis of the original tube-and-shell heat exchanger and a new water-water heat pump system was es- tablished. A comparison was made between the cycle with internal heat exchanger (IHX) and the cycle without IHX. Experiments were done under three working conditions. Results show that when the hot water temperature ranges from

45 to 70.℃,COPh of the cycle decreases with the increase of the inlet water temperature of the gascooler. COPh of the cycle with IHX is slightly higher than that of the cycle without IHX. The difference is about 5%~10%. Keywords:newly-designed heat exchanger;

carbon dioxide;

heat pump water heater;

internal heat exchanger (IHX) 随着《蒙特利尔议定书》和《京都议定书》的 签署, 世界各国开始合力遏制全球变暖和臭氧层变薄 的趋势. 传统制冷剂中 CFC 逐渐被淘汰, 对HCFC 和HFC 的使用越来越受到严格的限制. 因此, 很多 国家的科学家开始寻求环保的替代制冷剂.

20 世纪

90 年代, 前国际制冷学会主席 Lorentzen 教授[1] 提倡使用自然工质(如氨、 CO

2、 R290 等)应对 环境危机, 并提出采用跨临界 CO2 循环以及使用膨胀 机回收有用功以提高循环效率. 经过

10 多年的发 展, 对CO2 作为制冷剂的研究已经成为热点. 在日本,

2001 年市场上出现了 生态小精灵 CO2 热泵热水器, 以替代燃烧式锅炉热水器, 经过几年的 发展, 系统效率已经得到提高[2] . 在欧洲, 以CO2 作 为工质的汽车空调、 超市冷柜等产品已经出现. 随着 热泵系统中压缩机[3-4] 、 换热器[5] 及膨胀节流装置[6-8] 的研究, 技术不断地进步, CO2 热泵系统的效率将逐 步提高, CO2 作为工质的竞争力也将不断提升. 在国内, 越来越多的科研院所加入到 CO2 制冷技 术的研究中. 天津大学热能研究所对 CO2 作为制冷 剂的研究比较早[9] , 相继开展了 CO2 水-水热泵[10] 、 膨 胀机[11-14] 及CO2 空气源热泵[12] 等方面的研究. 在CO2 跨临界循环中, CO2 超临界变温放热可以使水达 到较高的温度(如90,℃), 效率还不低. 这一优点在 热泵热水器中得到很好的体现. 为此, 笔者开展了使