124 蒸气压缩式制冷热泵-跨临界循环
124 蒸气压缩式制冷热泵-跨临界循环
常温下把液态工质充入抽真空的密封容器内时，液态工质汽化产生饱和蒸气，放置一段时间后，饱和蒸气与饱和液达到动态平衡状态，饱和液密度通常远大于饱和蒸气密度，气液之间有明显的分界面；逐渐给容器升温，容器内工质的压力也会逐渐升高，饱和液密度会逐渐变小，饱和蒸气密度会逐渐变大；当容器温度升高到某一值时，饱和蒸气密度会等于饱和液密度，此时容器内气液界面消失，工质成为混沌一体，此状态点即为工质的临界点，此时工质的温度称为临界温度，压力称为临界压力，密度称为临界密度（简称临界参数）；每种工质都有惟一的临界点和相应的临界参数，如同人的身份证号一样；在临界点时，工质具有奇妙的特性，可用来开发很多全新的过程或装置。
普通的蒸气压缩式制冷热泵装置，工质都是工作在临界点以下；当工质的工作范围跨过临界点时，称为跨临界循环。
●跨临界循环
目前制冷热泵装置多以二氧化碳（R844）为工质实现跨临界循环，这是由于二氧化碳具有环境友好、不可燃、价低等优势；基于二氧化碳的基本型跨临界装置及循环如下图。
二氧化碳跨临界制冷热泵装置的设计关键点主要有如下几方面：
●装置压力高，装置的高压侧压力可达11MPa以上，因此装置的部件、管路、仪表等均需有较高的耐压要求。
●热侧的温度和压力各自可独立优化（普通蒸气压缩式制冷热泵装置中热侧的冷凝温度和压力只有一个是独立的），因此，在制冷或制热温度一定时，需对二氧化碳跨临界制冷热泵装置的热侧压力进行优化。
●压缩机排出的高温高压工质在降温放热过程中，其比热是变化的，而被加热的载热介质的比热则是基本不变的，因此，在优化热侧压力和设计气体冷却器（相当于变通蒸气压缩式制冷热泵装置的冷凝器）时，需要进行分段计算，以避免沿程出现工质与载热介质传热温差为0℃的情况，从而防止较大的设计偏差，如下图（更详细计算过程请参见《热泵技术手册》第1版或第2版“热泵热水装置设计”一章）。
●特点与应用
二氧化碳为工质的跨临界蒸气压缩式制冷热泵中，由于压缩机的进气压力通常较高，因此，尽管排气压力也较高，但压缩机的压缩比较小，压缩效率较高，便于取得较高的制冷系数或制热系数。
二氧化碳跨临界装置目前在商业制冷、汽车空调、热泵热水器、热泵干燥等领域均有应用，其中最有优势的是热水制取领域，即使在较低的环境空气温度下，以二氧化碳为工质的跨临界空气源热泵热水器可将15℃的自来水一次加热到80℃以上，且制热系数可达4.0以上。
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