基于三元混合工质高温压缩式热泵循环性能研究

工业生产中存在大量的70～80℃的余热未被回收利用,如果利用热泵将这部分余热转化为高品质工业蒸汽则可大大降低工业能耗和污染物排放。本文研究一种回收废水余热制取蒸汽的高温热泵系统,在蒸发器侧水进出口温度80/70℃和冷凝器侧水进出口温度90/120℃设计工况下,针对该换热过程"大温差"和"高冷凝"的换热特点分析对比不同非共沸工质的循环性能。首先对比了多种二元混合工质的循环性能,得到性能较为优良的混合工质R124/R141b(0.45/0.55).为保证压缩机安全运行添加第三元组分以降低排气温度和压力,结果表明:三元工质R365mfc/R124/R141b(0.55/0.405/0.045)综合性能较佳,其COP达到4.9,并且单位容积制热量为4110 kJ/m~3,同时排气温度125℃和冷凝压力为1595 kPa,综合性能优越并满足压缩机安全运行要求。     

利用重力增压的新型有机工质热力发电循环

与水蒸气朗肯循环给水泵相比,有机朗肯循环工质泵存在技术难度大、效率低、易气蚀和单位功率成本高等问题。本文提出了一种利用重力增压的新型有机工质热力发电循环,冷凝器出口工质不经过泵而依靠重力增压,然后进入蒸发器气化。分别采用R113、R123和R245fa三种干工质分析了不同蒸发温度和冷凝温度下循环所需的重力增压高度。并基于泵的实验数据,比较了该热力循环与泵增压有机朗肯循环的性能。结果表明,相同工作温度下沸点和密度越高的工质所需的重力增压高度越小。在蒸发温度100℃和冷凝温度50℃时,若采用R113,新型循环所需的重力增压高度为22.2 m,热效率为8.1%,比泵增压循环效率高约0 8%。该重力增压循环显示了应用于热电联供领域的潜力。     

两级压缩高温热泵系统工质的理论研究

本文在100～130℃的冷凝温度范围内,以HFCs、HCFCs和HFEs类纯质为研究对象,开展了五种两级压缩循环方式下,高温热泵工质的理论筛选研究,并以R245fa为工质,比较了在不同循环方式下工质的理论循环性能。研究结果表明,R245fa、E143和R123在两级压缩完全冷却系统中的综合性能优良,E245cb、R245ca、E245fa和R245fa在两级压缩不完全冷却系统中的综合理论循环性能良好;两级压缩循环方式下工质的COP_h较单级压缩系统有较大提高,排气温度明显降低,压缩机的工作条件得到改善,因此有利于提高热泵的工作温度水平和系统的性能。     

R744/R600a热泵热水器变工况特性实验研究

基于搭建的直热式水源热泵实验装置,实验研究了R744/R600a和R600a系统变工况循环性能,分析了热汇出口温度对冷凝器内换热流体温度分布的影响。结果表明:随着热汇出口温度升高,R744/R600a和R600a热泵系统的COP_h和制热量Q_h均呈降低趋势,而相应的冷凝压力、压比和排气温度等均呈升高趋势;在45～60℃的热汇出口温度范围内,R744/R600a系统的COP_h和制热量Q_h均明显优于R600a系统;与R600a系统相比,显著的温度滑移导致R744/R600a系统冷凝器内换热流体间的温度匹配水平明显提高,相应的冷凝器不可逆损失显著降低;热汇出口温度的升高导致了R744/R600a系统冷凝器内换热流体间的温度匹配水平降低及不可逆损失增大。     

中高温地热热泵系统的试验研究

为提高地热能的利用率,本文针对以40℃～45℃地热尾水为低温热源的中高温地热热泵系统进行了理论及实验研究。首先,根据理论分析筛选出能够满足实际运行和环保要求的循环工质;其次,将该工质应用于实际系统并根据不同的冷凝器水流量和冷凝器的进口水温测得了大量实际数据,进而检验了该工质的实际性能     

三种高温热泵混合工质的理论研究

针对双热源热泵系统,理论分析了三种混合工质R245fa/R134a、R245fa/R152a和R245fa/RC270随R245fa质量分数变化时的系统热力学性能。结果表明:混合工质在特定配比时,系统热力学性能明显优于上述任一种纯工质。出口水温为80℃时,R245fa/R134a、R245fa/R152a和R245fa/RC270分别在R245fa质量分数为0.64、0.7和0.88时系统COP取得最大值,其值相应为4.74、4.68和5.15。三种混合工质中R245fa/RC270(0.88/0.12)的性能最高,与纯工质R152a相比,COF提高了约20%,产生单位质量热水的耗功降低了16.6%,并且压缩机排气温度和排气压力大幅降低。利用T-Q图分析了蒸发器和冷凝器中冷热流体间的温度匹配特性,发现采用混合工质后换热器中冷热流体的温度匹配性能明显变好,其中R245fa/RC270(0.88/0.12)温度匹配最佳。     

R116跨临界热泵循环性能分析

文中对R116跨临界热泵循环进行了理论分析,分别计算了压缩机最优排气压力和回热器对系统性能的影响。计算结果表明,系统存在最优排气压力,最优排气压力与制冷剂气冷器出口温度、蒸发温度以及过热度都有关系,利用多项式函数对最优排气压力进行了拟合,拟合的最大相对误差为-5.92%,平均相对偏差为1.77%;在蒸发温度-5℃、0℃、5℃,过热度5℃、10℃、15℃,气冷器出口温度25℃—70℃的情况下,分别对系统回热循环性能进行了分析计算,结果表明回热循环性能较无回热循环有大幅的改善,改善幅度介于12—95%之间。文中结果可以为R116跨临界热泵系统的设计和控制提供理论参考。     

R1234yf/HCs混合工质热泵系统循环性能分析

在名义工况下建立热泵热水器系统的热力学循环模型,利用EES分别计算三种HCs纯工质及其与HFO1234yf混合工质的热泵性能。结果显示:R1234yf/R600(Z_1)和R1234yf/R600a(Z_2)均在质量分数(10/90)处出现最大制热COP值,分别为3.413和3.305,R1234yf/R290(Z_3)则出现单调递减的趋势。在最优配比(10/90)情况下,混合工质Z_1系统排气温度为76.26℃,冷凝压力为0.681 MPa,压比为6.284,制热量为193.6 J/g,■效率为0. 212;系统Z_2、Z_3及纯工质R600、R600a、R290的制热性能系数COP分别较Z_1降低3.06%、3.09%、13.94%、5.10%、5.66%。Z_1具有较好的热力学性能,有望成为替代工质。     

冷却系统对ORC性能影响的模拟研究

该文利用Aspen HYSYS软件模拟研究了环境温度、冷凝温度和冷凝器工质侧压降因素对有机朗肯循环系统性能的影响,系统采用工业低温废热作为热源,选择R123作为工质,并通过分析得出:受环境温度的影响,夏季的最大系统净功和循环热效率比冬季下降了4.13 kW、3.03%;冷凝温度从24℃上升为40℃时,系统净功和循环热效率分别降低了2.52 kW、1.87%。当冷凝器压降从0 kPa上升为40 kPa时,系统净功和热效率分别下降了1.41 kW、1.43%。     

R23跨临界循环最优高压侧压力分析

跨临界热泵循环在大温差加热时具有显著优势。为了寻求更高效的跨临界热泵循环,对R23跨临界热泵循环进行了理论分析,计算了压缩机排气压力对系统性能的影响。计算结果表明,R23热泵系统存在最优高压侧压力,最优高压侧压力与制冷剂气冷器出口温度、蒸发温度、过热度都有关系,其中以制冷剂气冷器出口温度对最优高压侧压力影响最大。以制冷剂气冷器出口温度为自变量,利用多项式函数对最优高压侧压力进行了拟合,拟合的最大相对误差为-3.14%,平均相对偏差为1.22%。结果可以为R23跨临界热泵系统的设计和控制提供理论参考。     

极端高温环境下空气源热泵冷热水机组制冷实验研究

针对现有空气源热泵冷热水机组高温环境运行效果差、效率低、排气温度过高导致停机等问题,设计一套基于准双级压缩循环理论,以R410A为制冷剂的中压补气型空气源热泵冷热水机组。在50℃极端环境温度下,采用中压补气技术,对系统的制冷性能进行实验研究。结果表明:(1)系统出水温度由10℃增至15℃时,制冷量增加77.28%,EER提高59.02%,系统的制冷量、功率和EER均随出水温度的升高而增加;(2)相较不补气模式,系统排气温度由111.9℃降至106.23℃,制冷量由14.14 kW增至16.05 kW,可有效降低排气温度,提升制冷量,能更好提高系统超高温制冷时的稳定性。     

供水温度对CO2空气源热泵系统性能的影响

为探究热泵供水温度对CO2空气源热泵系统性能的影响,保持室外环境温度15.5℃不变,调节热泵供水温度,测试冷却水流量、气冷器出水温度、压缩机排气温度、气冷器CO2进出口温差、压缩机排气压力、压缩机耗功量、系统制热量、气冷器热交换完善度、系统COP的变化情况。结果表明:供水温度由45℃升至85℃,气冷器出水温度、压缩机排气温度、气冷器CO2进出口温差、压缩机排气压力随之增加,冷却水流量随之减小。系统制热量增加了7.3%、气冷器热交换完善度下降了20.0%、系统COP下降了35%、压缩机功耗增加了65.1%。     

高温热泵跨临界循环最优压力的理论分析

优化控制跨临界循环高压,是保证系统高效、稳定运行的关键。文中以HFC125为模拟工质,通过一个基本跨临界循环,得到了不同工况下各个循环参数与高温热泵跨临界循环高压之间的关系。根据结果发现,在一定工况下,高温热泵系统存在一个最优循环压力,最优循环压力主要受蒸发温度、冷凝器出口温度、过冷度和压缩机性能的影响。应调节此临界循环尽可能在最优压力附近工作。     

混合工质高温水源热泵计算机模拟

针对高温混合工质热水热泵,本文提出了纯质及混合工质的热泵模拟程序;本程序详细考虑了混合工质纯传递特性对换热的影响,在只输入热泵系统结构参数以及外部换热参数的条件下,应用本程序能进行热泵系统冷热水温度、换热器温度场、制冷制热量及系统的性能参数计算。     

R22与R410A热泵中冷凝器性能随支路数变化的比较

利用软件EVAP-COND,模拟对比了在室内换热器中分别采用R22与R410A制冷剂时冷凝器的性能随支路数的变化,结果表明:室内换热器作为冷凝器时,R410A的换热量比R22的要大,换热量的差别是由两排管共同造成的,两排管中R410A的换热量都比R22的要大;随支路数的增多,第一排管对冷凝器换热量差值的影响越来越显著,而第二排管的影响逐渐减弱;第一排管换热量的差别主要受传热系数的影响,而第二排管受传热温差和传热系数的综合影响。因此,支路增多时制约R410A和R22冷凝器换热量差别的因素,从传热温差和传热系数共同作用逐渐转变为传热系数起主导作用。     

耦合热泵换热器的原理及变工况性能研究

工业能耗占我国总能耗超过70%,而其能源利用效率不足50%,因此工业余热高效回收利用是节能减排的重要途径之一。热泵技术是提升能量品位的有效方法,但吸收式热泵需要配置三个不同温度品位的热源或热汇,而电动热泵受热力学循环、工质物性、压缩机耐温耐压限制以及避免润滑失效一般只能工作于有限温度范围(<100℃)之内,因此该研究将吸收式循环与压缩式循环进行深度耦合,用于直接回收工业余热制取高温热水,同时确保压缩机的安全稳定运行.该文首先分析耦合热泵换热器的运行原理,其次建立了耦合热泵换热器的数学模型,最后对模型进行求解分析了关键参数对耦合热泵换热器性能影响变化规律。在设计工况下,当制取133℃热水时,耦合热泵换热器COP达到3.6,压缩机排气压力为1.2 MPa,排气温度为79℃,远低于压缩机耐温耐压上限和润滑油失效温度,因此耦合热泵换热器在利用余热制取高温热水或蒸汽领域具有一定的应用潜力。     

一种扩散吸收式制冷系统的性能实验

设计了一套带有气液分离精馏设备的吸收扩散制冷装置,试验研究了提升管结构、热源加热温度、氨水浓度、充气压力对制冷装置的影响。新型的精馏结构在提高发生氨气纯度的同时,也可减少冷凝器的负荷(冷凝器进口温度为55℃左右)。实验在环境温度T0为25-35℃,溶液浓度ξ为25%-35%,充注压力P0为13-18 MPa,加热功率Pg为220-320 W的范围内进行。结果表明:浓度的提高可获得较大的冷量,一般28-32%为宜;适当的增加系统压力可降低蒸发温度;系统的冷量随加热功率的增加而提高;确定了提升管结构参数的选取。     

三种中高温热泵工质循环性能实验研究

采用改进型的循环性能对比实验评价研究方法,在水-水蒸汽压缩式热泵实验台上,对理论循环性能优良、样品可得的混合工质M3、M4和纯质HFC245fa,在冷凝温度90～95℃、蒸发温度40～65℃的工况范围内进行了循环性能对比实验研究.研究结果表明,与在冷凝温度90～100℃工况范围内实验性能较优的纯质HFC245fa相比,M3和M4的制热量和COP均明显高于HFC245fa,排温比HFC245fa高10℃左右,综合性能优于HFC245fa;两种混合工质中,M3的环境特性和循环性能最优.