跨临界CO2热泵热水器性能研究：制冷剂充注量影响

"该文是关于跨临界二氧化碳(CO2)热泵热水器性能的研究，主要探讨了制冷剂充注量对其制热系数的影响。研究人员通过调节变频压缩机频率和电子膨胀阀来控制实验条件，分析了制热量、压缩机入口过热度保持不变时，制热系数、压缩比、吸气和排气压力与制冷剂充注量的关系。实验结果显示，随着制冷剂充注量的增加，排气压力升高，气体冷却器出口的制冷剂温度降低。而热源水入口温度上升则导致吸气压力上升，压缩比和排气温度下降，同时最大制热系数会增大。在热源水入口温度为15℃且压缩机入口过热度为5℃的情况下，系统达到最大制热系数3.25，此时的最佳制冷剂充注量为1.7kg。该研究对于优化跨临界CO2热泵热水器的设计和运行具有指导意义。" 本文是工程技术领域的学术论文，发表在2010年10月的《西南交通大学学报》上，由来自大连理工大学和九州大学的研究团队完成。研究的核心是跨临界CO2热泵热水器，这种热水器利用了CO2作为制冷剂，能够在跨临界状态下运行，从而实现高效能的热水制取。 在跨临界循环中，CO2的工作压力和温度超出其临界点，这使得系统表现出独特的性能特征。研究中，通过调整变频压缩机频率和电子膨胀阀，研究人员可以控制进入蒸发器的制冷剂量，进而研究不同充注量对系统性能的影响。实验表明，制冷剂充注量的增加会提升压缩机的排气压力，这可能是因为更多的制冷剂在压缩过程中被压缩至更高的压力。同时，气体冷却器出口的制冷剂温度下降，意味着热量传递效果增强，有助于提高制热效率。 另一方面，随着热源水入口温度的升高，吸气压力上升，这是因为蒸发器需要吸收更多的热量来蒸发制冷剂。这导致压缩比下降，因为单位质量的制冷剂需要被压缩的体积减小，同时排气温度也会降低，因为压缩过程中的热量排放增多。这些变化共同作用，使得在特定条件下，系统的最大制热系数能够增加。 在实际应用中，了解和优化这些参数对于设计更高效的热泵热水器至关重要。例如，通过精确控制制冷剂充注量，可以在保证制热效率的同时，减少能耗和环境影响。此外，由于CO2是一种环保型制冷剂，其广泛使用有助于减少对臭氧层破坏的传统制冷剂的依赖。 这篇论文揭示了跨临界CO2热泵热水器性能的关键因素，为热泵热水器的设计、优化以及操作提供了理论依据。通过深入理解这些相互关联的参数，工程师们可以开发出更加高效、环保的热水器产品，满足日益增长的能源需求并降低碳排放。