文献综述-150升即热式二氧化碳热泵热水器设计.docx

综述题目 :co2热泵热水器的技术分析及发展概况 专业班级：热能10-02班 姓名：文献综述 题 目 二氧化碳热泵热水器的技术 分析及发展概况 学生姓名 专业班级 热能与动力工程10-02班 学 号 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称) 完成时间 2014 年 3 月 31 日 二氧化碳热泵热水器的技术分析及发展概况摘 要本文简单了介绍二氧化碳热泵热水器的特点及优点，介绍了其中关键部件的技术发展，阐述了近年来二氧化碳热泵热水器在国内外的发展概况关键词：二氧化碳； 热泵； 热水器； 发展ABSTRACTThis article simply introduces the advantages and Characteristics of CO2 heat pump water heater.And it tells the developments of its impotant parts.The growth of its market place is also introduced.KEY WORDS: Carbon dioxide;heat pump; water heater;development一、概述家用二氧化碳热泵热水器是近年市场上受到诸多关注的新产品，2001年，家用二氧化碳热泵热水器开始进入日本市场后，销售量以平均约30%的年增长率持续上升，到2007年销售量已经超过50万台;按市场保有量计算，2007年底，家用二氧化碳热泵热水器在日本市场累计已经超过100万台，预计到2010年将累计达到520万台。

[[] Tatsujior Suzuki; Kohta Juraku. The Development and Diffusion Processes of Susfinable Technologies and implications for Public Policy; Case Studies in Japan[C] .International Symposium on Dialogue between Social and Natural Sciences in Febmaiy 26-28 February 2007 Princess Kaiulani Hotel. Honolulu Hawaii; U.S A. 2007.]日本热泵蓄热中心(HPTCJ)的2007年研究报告表明，在日本采用热泵技术可以削减10%的二氧化碳排放量其中的2%是用家用二氧化碳热泵热水器更换现有热水器的贡献[[] Energy Solution Fair 2008. Heat Pumps in the spotlight [EB] .]自2008年开始，日本此类相关整机和零部件的生产企业着手进行向全球销售推广活动，标志着二氧化碳热泵热水器的技术和市场发展进入了一个新阶段。

本文主要介绍家用二氧化碳热泵热水器在技术和市场近期的发展和趋势二．氧化碳热泵热水器的特点 温室效应和臭氧层破坏的环境问题越来越受到人们的重视，广泛应用于制冷、空调、热泵系统的氟利昂受到了限制及禁用，各国展开了氟利昂替代物质的研究工作签订《蒙特利尔议定书》以来，各国对CFCs、HCFCs的替代进行了广泛的研究，一种普遍的观点认为用天然工质作为制冷剂天然工质CO2与氟里昂类制冷剂主要性能比较如表1所示表1 CO2与传统制冷剂性能比较[[] Hwang Y. . Comprehensive investigation of carbon dioxide refrigerationcycled [D] .University of Maryland 1997.][[] 丁国良，黄冬平.二氧化碳制冷技术[M].北京:化学工业出版社，2006]性质R744（CO2）R134aR12R22消耗臭氧层潜能ODP0010.055全球变暖潜能GWP（100年）1310071004200绝热指数k1.31.141.2可燃性否否否否是否分解有毒物质否是是相对分子量44.01102120.9386.480℃时容积制冷量/kJ•m-322600286027404344临界温度tc/℃31.1101.711296从表1可知，CO2作为自然工质，与常用制冷剂相比具有独特的优势:(1 ) ODP为零，GWP值远远小于CFCs和HFCs,符合环保要求。

2)绝热指数大，压缩机排气温度较高，满足制取较高温度热水的要求，具有优良的经济性，且无回收问题 (3)良好的安全性和化学稳定性，安全无毒，不可燃，适应各种润滑油及常用机械零部件材料，在高温下也不分解产生有害气体 (4)相对分子量小，具有与制冷循环和设备相适应的热力学性质，蒸发潜热大，单位容积制冷量相当高，设备紧凑 (5 )临界温度低(31. 1 ℃),因此循环一般在跨临界状态下运行 此外，由于CO2具有良好的流动和传热特性，可显著减小压缩机与系统的尺寸，使整个系统非常紧凑自然工质CO2以其良好的环保特性、优良的传热特性和相当大的单位容积制冷量等优点，再度受到了人们的广泛重视前国际制冷学会主席G.Lorentzen认为CO2是无可取代的制冷工质，并提出了CO2跨临界循环理论，指出其在热泵领域将具有极其广阔的发展前景目前跨临界CO2热泵及其部件的开发研究已经成为制冷领域的热点之一[[] 郭蓓，彭学院，邢子文.二氧化碳热泵热水器系统及压缩机的研发现状[J].家电设计.2005 (9).42-44.]，特别是在热泵热水器中的应用 CO2 的临界温度很低，为31. 1 ℃,故CO2热泵系统一般采用跨临界循环。

CO2热泵系统主要由4部件构成:压缩机，气体冷却器，节流装置和蒸发器，还设有内部热交换器，回热器、储液器和油分离器等其跨临界循环原理图如图1所示图1 CO2跨临界循环原理图此循环过程中，过程1-2为CO2气体在压缩机内的压缩过程;2点为压缩机出口排气，此处压力高于临界压力;过程2-3为高压气体在气体冷却器内被水冷却，此时的出口温度还很高;过程为3-4为气体通过内部换热器进一步被压缩机回气冷却，从而提高COP;之后，过程4-5为冷却气体经过节流阀进行节流;过程5-6吸收气体冷却器出口气体的余热而过热进入压缩机压缩，从而完成一个循环该循环的特点是蒸发吸热过程处于亚临界区，而放热过程处于超临界区图2 CO2跨临界循环在T-S图上的表示 从图2可以看出，CO2跨临界循环压缩机排气温度较高（可达100℃以上）气体冷却器具有较大的温度滑移，这种温度滑移正好与所需的变温热源相匹配，可以得到较高的热泵效率，特别适合于家用热水的加热 CO2跨临界循环系统与传统的亚临界循环系统之间的区别在于:在传统亚临界系统中，制冷剂在冷凝器出口的焓值仅是温度的函数，而在CO2跨临界循环系统中，超临界压力区内并无两相区存在，温度和压力为相互独立的变数，高压侧压力变化对制冷量、压缩机功耗和COP值也会产生影响[[] Petersen J, Skaugen G. Operation of transcritical CO2 vapor compression system in vehicle air conditioning//International Institute of Refrigeration [J].IIR working fluids in refrigeration and air conditioning Hanover, Germany: Air conditioning and Refrigeration European Association(ARE-A ), 1994: 495-505.]。

跨临界CO2热泵循环具有独特的优势，其放热过程温度较高且存在一个相当大的温度滑移(约80 ~100℃)研究表明:(1)在蒸发温度为0℃时，水温可以从10℃加热到60 ℃,其热泵COP可达到4. 3,比电热水器和燃气热水器能耗降低75%以上[[] 周子成，蔡湛文.国内外热泵热水器的发展[J].家电科技，2006,(12):42-45.]2)传统热泵热水器制取热水一般不超过55 ℃,若要制得较高温热水则制热系数下降;而CO2热泵热水器由于跨临界循环，在气体冷却器中的换热温差小，换热效率高，且能制得90℃高温热水3)在商用和住宅建筑的能量需求中，约有1 /4～1 /3来源于对热水的需求采用CO2热泵为商用和住宅建筑供应热水，可使其总用能量减少20%4)在寒冷地区，传统空气源热泵的制热量和效率随环境温度的降低下降很快，热泵的使用受到限制而CO:热泵系统在低温环境下能维持较高的供热量，大大节约辅助加热设备所耗费的能量 综上所述，CO2热泵循环不但在环境保护方面具有很大的优势，而且其节能的潜力非常大，开发CO2热泵热水器的市场前景广阔，意义重大三．主要部件的发展概况1、 压缩机表2 二氧化碳压缩机制造商[[]刘圣春.超临界CO2流体特性及跨临界循环系统的研究[D].天津大学博士论文，2006 ,1;9-11.][[]陆平.全封闭旋转式二氧化碳压缩机研究[D].上海交通大学硕士论文，2007,6; 19 -25.][[] ENDOH K,KOUNO T,GOMMORIM,et al. Imdysmy Hot-Water Heater Using CO2Refrigerant for Home Use[C] .7th IIR Gustav Lorentzen Conference on Natural Working Fluids Trondheim,Norway,2006,5;28-31][[] Torben O Isen . CO2heat pump campents and systems [R]. CO2 Short Course,2007,1;25-26][[] http://www. r744. com/products categories php? Id=5[EB].]制造商国家压缩机型式三洋日本全封闭滚动转子式日立日本全封闭涡旋式松下日本全封闭涡旋式电装日本全封闭涡旋式大金日本全封闭摇摆式丹佛斯丹麦全封闭活塞式Dorin意大利半封闭活塞式Bock德国半封闭活塞式从表2可以看出，二氧化碳压缩机有活塞式、涡旋式和摇摆式，但主要是活塞式和涡旋式两种型式。

而且日本厂商都采用全封闭式，欧洲厂商大多采用半封闭式从欧洲和日本生产情况来看，全封闭涡旋式和半封闭活塞式将是二氧化碳压缩机主要采用的型式由于日本二氧化碳热泵热水器商业化已有几年历史，日本各厂商的压缩机也已经历了几代的更新，但各厂商都是在原有压缩机的基础上进行优化或改进，以提高效率，并应用于不同的领域，因此日本各厂商的压。