跨临界 CO₂ 循环 / Transcritical CO₂ Cycle (R744)

Definition

制冷剂 CO₂(R744)的特殊循环形式:冷凝侧压力超过临界点(31.1 ℃, 73.8 bar),但没有真正的冷凝过程,只有气体冷却(Gascooler)。

与传统亚临界循环的差异

维度亚临界(传统)跨临界 CO₂
冷凝侧等压冷凝(液相出现)等压气体冷却(无相变)
节流后闪蒸产生蒸汽闪蒸比大
压比3-62-4(蒸发压力高)
高压侧压力15-25 bar90-130 bar
压缩机普通容积式需适应高压差、高背压

关键参数

  • 最优高压压力(Gascooler 出口):与冷却水温度相关,经验公式 p_opt ≈ 2.4 × T_gc + 7(bar, T in ℃)
  • 蒸发温度:−35 ℃ 至 0 ℃(商用制冷、热泵)
  • 出水温度:最高可达 90 ℃(高温热泵)

应用场景

  • 商超冷链(冷藏 + 冷冻 + 热水):一机三用
  • 商用热水热泵:出水 60-90 ℃
  • 北方采暖:高温热泵替代燃煤锅炉
  • 工业余热回收:CO₂ 跨临界可做 ORC 膨胀机

优势

  • GWP = 1,真正零碳制冷剂
  • A1 安全等级,不可燃
  • 单位制冷量大(高密度)
  • 高温出水能力

挑战

  • 高压部件成本(压缩机 / 气体冷却器 / 管路)
  • 系统能效不如亚临界 R32 / R290
  • 压缩机需特殊设计

Referenced In

k04 k09 k20 trends-3

Notes

CO₂ 是中长期制冷剂路径的终极方向(GWP=1 + A1 安全 + 自然工质),但当前成本 / 能效仍是 R32 / R290 占优。研发关注高压部件可靠性 + 最优压力算法 + ORC 余热回收

See Also