遷臨界二氧化碳(R744)冷却サイクル

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この例では,サイクルの高圧部が超臨界流体領域で動作する蒸気圧縮冷却サイクルをモデル化します。冷媒は二酸化炭素(二氧化碳)でこの用途ではR744とも呼ばれます。

コンプレッサーは,サイクルを通じて二氧化碳の流れを駆動し,臨界圧よりも上に圧力を高めます。ガス冷却器は高圧の二氧化碳から環境へ熱を放出します。二氧化碳は超臨界状態にあるため,凝縮せずに温度が低下します。膨張弁によって圧力が下がり,一部の二氧化碳が気化します。二相混合物が蒸発器を通過し,過熱状態になるまでコンパートメントから熱を吸収します。内部熱交換器は,サイクルの高温側と低温側の間で一部の熱を伝達することによって,サイクルの効率性を高めます。

モデル

舱サブシステム

压缩机サブシステム

コントローラーサブシステム

蒸发器サブシステム

膨胀阀サブシステム

气体冷却器サブシステム

内部换热器サブシステム

范围からのシミュレーション結果

Simscapeログからのシミュレーション結果

次のプロットは,サイクル内の質量流量,等エントロピーコンプレッサーの電力入力,および熱流量を示しています。气体冷却器と蒸发器の熱流量が,サイクルの熱放出と熱吸収を表す一方で,IHXの熱流量は,内部熱交換器によるサイクル内の熱伝達です。

次のプロットは,サイクル内のさまざまな点における圧力と温度を示しています。蒸発器の圧力は3.5 MPa前後に保たれ,ガス冷却器の圧力は公称で10 MPa前後です。これは,二氧化碳(R744)の臨界圧である7.4 MPaを上回っています。したがって,これは遷臨界冷却サイクルです。環境温度の変化に応じて,ガス冷却器の圧力が変化します。環境温度が低くなると,ガス冷却器の圧力が亜臨界圧まで下がる場合があります。

二相混合物が蒸発器に入るため,蒸発器の入口温度T5も飽和温度になります。したがってT6 - T5は蒸発器の過熱状態を表し,これは膨張弁によって制御されます。

次のプロットは,さまざまなシャフト速度でのコンプレッサーの圧力と流れの関係を表す曲線を示しています。ここでは,回転するシャフトはモデル化されていません。コントローラーによって,必要な流量を生成するためのシャフト速度が直接に設定されます。

Simscapeログの結果のアニメーション

次の図は,時間の経過に伴う,遷臨界冷却サイクルにおける流体の状態の変化を示しています。サイクルの6つの点はコンプレッサーの入口,凝縮器の入口,内部熱交換器の高温側の入口,膨張弁の入口,蒸発器の入口,内部熱交換器の低温側の入口です。これらは,モデルのセンサーS1からS6によって測定されます。測定値は,圧力——エンタルピー線図にプロットされます。外形線は,二氧化碳(R744)の等温線です。