二氧化碳离心压缩机跨临界热泵机组

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机组用 CO2 工质进行热交换，如图，CO2 工质经压缩机压缩成高压高温超临界气体，进入气体冷却

器，用显热和冷水进行热交换，将冷水加热至 60~80 左右高温热水，CO2 工质气体经气体冷却器成

为低温高压气体，完成等压降温。低温高压气体膨胀做工，驱动膨胀机输出功率，既可带动发电机

发电，也可输出给压缩机，达到节电节能的目的。CO2 工质气体完成膨胀做工后，进入两相区，经

蒸发器吸取低温热源的热量，成为低温低压气体进入压缩机入口进入下一次循环。

产品介绍

二氧化碳离心压缩机跨临界热泵机组

一、概述

CO2跨临界制冷循环的流程和普通蒸汽压缩式制冷循环略有不同，压缩机

的吸气压力低于临界压力，蒸发温度也低于临界温度，循环的吸热过程仍在亚

临界条件下进行，换热过程依靠潜热来完成；但压缩机的排气压力在临界压力

之上，工质的放热过程没有冷凝液产生，其高压换热器不再称为冷凝器，而称

为气体冷却器（gas cooler），传统的冷凝温度概念已失去意义，换热过程则

依靠显热来完成。

CO2在超临界区，其温度和压力是独立变量，其物性变化剧烈。超临界

CO2流体是一种高密度气体，兼有气体和液体双重特性，即密度高于气体，接

近液体；黏度和气体相似，远小于液体黏度；扩散系数接近于气体，约为液体

的10~100 倍，因而具有较好的流动性和传输特性。

在常规工质的亚临界循环中，一旦蒸发压力和冷凝压力确定，性能基本可

以确定。但在跨临界循环中的超临界压力区，压力和温度是两个独立的变量，

它们同时决定着 CO2流体的焓值，在蒸发温度和气体冷却器出口温度不变的情

况下，改变高压压力将分别对制冷量和压缩功产生影响，存在系统运行的优化

高压压力，在这个压力下，循环有最高的效率。

由于 CO2的临界温度很低，CO2的放热过程不是在两相区冷凝，而是在接

近或超过临界点区域的气体冷却器中放热。其放热过程为一变温过程，有较大

的温度滑移。这种温度滑移正好和所需的变温热源相匹配，是一种特殊的洛伦

茨循环，当用于热泵循环时，有较高的循环效率，非常适合应用于热泵热水器。



二、原理介绍

机组用 CO2工质进行热交换，如图，CO2工质经压缩机压缩成高压高温超

临界气体，进入气体冷却器，用显热和冷水进行热交换，将冷水加热至 60~80

左右高温热水，CO2工质气体经气体冷却器成为低温高压气体，完成等压降温。

低温高压气体膨胀做工，驱动膨胀机输出功率，既可带动发电机发电，也可输

出给压缩机，达到节电节能的目的。CO2工质气体完成膨胀做工后，进入两相

区，经蒸发器吸取低温热源的热量，成为低温低压气体进入压缩机入口进入下

一次循环。

工况描述参数如下：

电厂乏蒸汽余热温度 20℃~30℃，回收乏蒸汽余热制备高温热水，冷水温

度15℃，需加热至 60℃以上。

根据以上参数，二氧化碳跨临界热泵机组配置二氧化碳压缩机、二氧化碳膨胀机、气体冷

却器、蒸发器等。

二氧化碳跨临界热泵机组蒸发温度 0℃，压缩机进气压力 3480KPa,压缩

机出气压力 9000KPa,冷凝温度 87℃。P-H 图如下：

根据以上参数，二氧化碳压缩机和膨胀机选型如下表：

序

号参ð 数ð 名ð 称符号单ðð 位设计工况备ððð 注

1吸入介质 CO2

2质量流量 G kg/h 28.8

二氧化碳压缩机

3压缩级数 2 2 级压缩

4吸入压力 Pin MPa(A

)3.48 压缩机进口法兰处

5吸入温度 Tin ℃ 15

6排气压力 Pout MPa(A

7排气温度 Tout ℃ 87

8蒸发温度 ℃ 0

9压缩机轴功率 Nsh kW 477

10 叶轮直径 D mm 124

11 压缩机轴转速 n r/min 30600 以详细设计为准

二氧化碳膨胀机

12 膨胀机级数 2 2 级膨胀

13 进气压力 Pin MPa(A

14 进气温度 Tin ℃ 20

15 排气压力 Pout MPa(A

)3.48

16 排气温度 Tout ℃ -30

17 膨胀机输出功

率KW 200

18 叶轮直径 D mm 120

19 膨胀机转速 n r/min 30600 以详细设计为准

一、结构简介

1、机组布置

二氧化碳压缩膨胀机组为撬装布置，油站、油泵、滤油器、冷油器、气体

冷却器、蒸发器、储液罐布置在撬装底座上。

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摘要：

机组用CO2工质进行热交换，如图，CO2工质经压缩机压缩成高压高温超临界气体，进入气体冷却器，用显热和冷水进行热交换，将冷水加热至60~80左右高温热水，CO2工质气体经气体冷却器成为低温高压气体，完成等压降温。低温高压气体膨胀做工，驱动膨胀机输出功率，既可带动发电机发电，也可输出给压缩机，达到节电节能的目的。CO2工质气体完成膨胀做工后，进入两相区，经蒸发器吸取低温热源的热量，成为低温低压气体进入压缩机入口进入下一次循环。产品介绍二氧化碳离心压缩机跨临界热泵机组一、概述CO2跨临界制冷循环的流程和普通蒸汽压缩式制冷循环略有不同，压缩机的吸气压力低于临界压力，蒸发温度也低于临界...

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