Термоэлектрдик кошумча муздаткыч (thermoelectric subcooler, TESC) — электр менен иштеген термоэлектрдик модулдардын муздак бетин колдонуп, жогорку басым линиясындагы CO₂ни кеңейүүдөн мурда кошумча муздата турган жана ысык бетте бөлүнүп чыккан жылуулукту да ылайыктуу көмөкчү контур аркылуу кайра калыбына келтире ала турган жылуулук насосу компоненти. Бул эксперименттик изилдөө газ муздаткычы жана ички жылуулук алмаштыргыч (internal heat exchanger, IHX) камтылган бир баскычтуу транскритикалык CO₂ жылуулук насосунда TESC интеграциясынын оптималдуу жылытуу натыйжалуулук коэффициентине, жылытуу жана муздатуу кубаттарына, жалпы электр керектөөсүнө, кошумча муздатууга жана оптималдуу газ муздаткыч басымына тийгизген таасирин изилдеген.

Эксперименттерде бууландыргычтын көмөкчү гликоль контурунун кирүү температурасы 0°C жана 10°C болуп тандалып, газ муздаткычтын суу контурунун кирүү температурасы 40°Cде, суу жана гликоль контурларындагы температура айырмасы 5 Kде кармалган. TESC жок BASE циклинин оптималдуу газ муздаткыч басымы болжол менен 98 bar болсо, TESC циклинде болжол менен 97,1 bar деп аныкталган. 0°C гликоль киришинде TESC оптималдуу жылытуу COPсун 1,65тен 1,84кө жогорулатып %11,9; жалпы жылытуу кубатын 3404,2 Wдан 4430,9 Wга жогорулатып %30,2 жакшырткан. 10°C шартында COP өсүшү %6,5, жылытуу кубатынын өсүшү %13,4 болгон.

TESC ошондой эле жалпы кошумча муздатууну жана бууландыргыч киришиндеги суюк үлүштү көбөйтүү менен муздатуу кубатын жогорулаткан; бирок термоэлектрдик модулдардын электр керектөөсүнөн улам системанын жалпы кубат керектөөсү да өскөн. Натыйжалар белгилүү лабораториялык test-rig, белгилүү TESC геометриясы, 40°C суу кириши, эки гликоль температурасы жана туруктуу компрессор ылдамдыгы үчүн жарактуу. Изилдөө имараттын жылдык/сезондук натыйжалуулугун, экономикалык өзүн актоо мөөнөтүн же талаа шарттарындагы узак мөөнөттүү ишенимдүүлүктү текшерген эмес.

Транскритикалык CO₂ жылуулук насосу эмнеси менен айырмаланат?

CO₂ глобалдык жылуулануу потенциалы төмөн, күйбөй турган табигый жумушчу суюктук. Бирок анын критикалык температурасы болжол менен 31,1°C болгондуктан, ысык суу өндүрүү сыяктуу жогорку жылуулук чыгаруу температураларында цикл жогорку басым тарабында критикалык чекиттен жогору иштейт. Ошондуктан классикалык субкритикалык циклдердеги конденсатордун ордуна газ муздаткыч колдонулат.

Транскритикалык иш режими жогорку басым жана кеңейүү жоготууларынан улам циклдин оптималдуу иш чекитин айрыкча газ муздаткыч басымына сезгич кылат. Ошондуктан CO₂ жылуулук насосунда компрессорду тандоо гана эмес, газ муздаткыч басымы, кеңейүү шарттары, IHX жана кошумча муздатуу даражасы да системанын COPсун аныктаган негизги өзгөрмөлөр.

Изилдөөдөгү адабият боштугу

Термоэлектрдик кошумча муздатуу транскритикалык CO₂ муздатуу системаларында буга чейин теориялык жана эксперименттик түрдө изилденген. Бирок булак авторлорунун баалоосу боюнча, газ муздаткычтан кийин жайгаштырылган TESC бир эле учурда CO₂ни кошумча муздатып, термоэлектрдик модулдардын ысык тарабындагы жылуулукту газ муздаткычтын суу контуруна кайра калыбына келтирген транскритикалык CO₂ жылуулук насосу конфигурациясы боюнча эксперименттик изилдөө болгон эмес.

Ошондуктан бул изилдөөнүн максаты “TESC иштейби?” деген суроо менен гана чектелбестен, система деңгээлинде төмөнкү суроолорду эксперименттик түрдө изилдөө болгон: Оптималдуу газ муздаткыч басымы кандай өзгөрөт? TESCке кандай чыңалуу берилгенде жалпы жылуулук насосунун COPсу эң жогорку болот? Кошумча муздатуу муздатуу кубатын кандай өзгөртөт? TESCтин ысык тарабындагы жылуулук кайра калыбына келтирилгенде жалпы жылытуу кубатына канча салым кошот? Бул пайда үчүн канча кошумча электр керектелет?

Термоэлектрдик Кошумча Муздаткыч TESC Бул Жылуулук Насосунда Эмне Кылат?

TESC газ муздаткычтан чыккан жогорку басымдагы CO₂ни термоэлектрдик модулдардын муздак тарабы менен кошумча муздатат; бул кошумча муздатуу кеңейүүдөн кийин бууландыргыч киришиндеги CO₂ буу сапатын азайтып, пайдаланууга боло турган муздатуу кубатын көбөйтөт, ал эми модулдардын ысык тарабында пайда болгон жылуулук ошол эле суу контуруна өткөрүлүп, жылытуу кубатына кайра кошулат.

Эксперименттик жылуулук насосу контуру

Циклдин негизги агымы төмөнкүдөй:

1. Компрессор төмөн басымдагы CO₂ буусун кысат.
2. Май бөлгүч компрессор майын чыгаруу линиясынан бөлүп, кайра компрессорго жөнөтөт.
3. Эки параллелдүү ширетилген пластиналуу газ муздаткыч CO₂ жылуулугун көмөкчү суу контуруна өткөрөт.
4. Газ муздаткычтан кийинки TESC CO₂ге кошумча муздатуу берет.
5. IHX жогорку басым линиясын кошумча муздатып жатып, төмөн басым линиясындагы суюктукту жылытат.
6. Арткы басым клапаны газ муздаткыч басымын эксперименттик башкарууну камсыз кылат.
7. Суюктук кабыл алгыч циклдин туруктуу иштешине жардам берет.
8. Электрондук кеңейүү клапаны CO₂ басымын төмөндөтөт жана ашыкча ысытууну көзөмөлдөйт.
9. Бууландыргычта CO₂ гликоль-суу көмөкчү контурунан жылуулук алат.
10. Суюктук бөлгүч компрессорго суюктук өтүшүнөн коргойт.

Негизги жылуулук насосу компоненттери

TESC rack кантип жасалган?

TESC rack жалпы алты TESC бирдигин үч параллелдүү линияга туташтыруу менен түзүлгөн. Ар бир TESC бирдиги үч жылуулук алмаштыргычтан жана төрт термоэлектрдик модулдан турган сэндвич түзүлүш.

Борбордо CO₂ өтүүчү жез негизги жылуулук алмаштыргыч (Main Heat Exchanger, MHX) жайгашкан. MHXтин үстүндө жана астында термоэлектрдик модулдар, алардын сырткы беттеринде болсо көмөкчү суу айланган эки cold plate бар.

TESC rack полиэтилен көбүгү менен жылуулук жактан изоляцияланган. Булак көбүктүн орточо жылуулук өткөрүмдүүлүгүн 0,04 W·m⁻¹·K⁻¹ деп берет.

Термоэлектрдик модуль эмне үчүн бир убакта муздатып да, жылытып да иштейт?

Термоэлектрдик модулга туруктуу ток берилгенде модулдун эки бетинин ортосунда температура айырмасы пайда болот. TESC конфигурациясында муздак бет MHX аркылуу CO₂ден жылуулук алат. Модулдун ысык бети болсо CO₂ден алынган жылуулукту гана эмес, модуль керектеген электр энергиясынын жылуулукка айланган бөлүгүн да cold plate суу контуруна өткөрөт.

Ошондуктан TESCтин ысык тарабындагы жылытуу кубаты муздак тарабындагы муздатуу кубатынан жогору:

\[ \dot Q_{h}^{TESC}=\dot Q_{c}^{TESC}+\dot W^{TESC} \]

Бул энергия балансы изилдөөнүн негизги системалык артыкчылыгын түшүндүрөт: TESCтин электр керектөөсү система үчүн толугу менен “жоголгон жылуулук” эмес; ысык тарап суу контуруна туура туташтырылганда бул энергия да жылытуу чыгышына кошулат.

Экспериментте туруктуу кармалган шарттар

• Компрессор жыштыгы: 50 Hz.
• Компрессор ылдамдыгы: 1450 rpm.
• CO₂ заряды: 8500 g.
• Пайдалуу ашыкча ысытуу: 5 K.
• Газ муздаткыч суу кирүү температурасы: 40°C.
• Газ муздаткыч суу контурунун температура айырмасы: 5 K.
• Бууландыргыч гликоль контурунун температура айырмасы: 5 K.

Өзгөртүлгөн эксперименттик шарттар

Булак ичиндеги эскертүү: Table 4 чыңалуу аралыгын 2–8 V DC деп берсе, Conclusions бөлүмү 1–8 V DC деп жазат. Бул макалада эксперименттик долбоордун ачык таблицасындагы 2–8 V DC маанилери негизги метод мааниси катары сакталган.

Өлчөө жана маалымат чогултуу

Негизги жылуулук насосунда 21 T-тип thermocouple колдонулган жана температура өлчөө тактыгы ±0,5 K деп берилген. Ар түрдүү басым аймактарында 160, 100 жана 60 bar өлчөө диапазону бар басым сенсорлору колдонулган. CO₂ жана гликоль массалык агымдары Coriolis агым өлчөгүчтөрү менен, суу агымы магниттик агым өлчөгүч менен, компрессор кубаты үч фазалуу тармак анализатору менен өлчөнгөн.

TESC rack үстүндө кошумча 16 T-тип thermocouple, бир Coriolis суу агым өлчөгүч, эки чыңалуу өлчөө каналы жана үч ток трансдьюсери колдонулган.

Ар бир эксперименттик чекит бардык параметрлер туруктуу болгондон кийин кеминде 15 мүнөт бою жазылып, үлгү алуу аралыгы 5 секунд болгон.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Кошумча муздатуу теңдемелери

TESC кошумча муздатуу даражасы булакта Теңдеме (1) менен аныкталган:

\[ SC^{TESC}=T_{CO_2,in}^{TESC}-T_{CO_2,out}^{TESC} \]

Бул жерде кирүү жана чыгуу CO₂ температураларынын айырмасы TESC жогорку басым линиясына кошкон кошумча муздатуу даражасын K менен берет.

IHXтин жогорку басым тарабындагы кошумча муздатуу Теңдеме (2):

\[ SC^{IHX}=T_{CO_2,in}^{IHX,HP}-T_{CO_2,out}^{IHX,HP} \]

TESC циклиндеги жалпы кошумча муздатуу ушул эки салымды бирге баалоо менен түшүнүлөт.

IHX жылуулук эффективдүүлүгү

Булак Теңдеме (3)тү төмөнкү белги жана кирүү/чыгуу тартиби менен берет:

\[ \varepsilon \approx \frac{ T_{CO_2,in}^{IHX,LP}-T_{CO_2,out}^{IHX,LP} }{ T_{CO_2,in}^{IHX,HP}-T_{CO_2,in}^{IHX,LP} } \times100 \]

Бул туюнтма жылуулук сыйымдуулук катышы төмөн болгон тараптагы температура өзгөрүүсүнүн эки агымдын ортосундагы максималдуу кирүү температура айырмасына катышын пайыз менен көрсөтөт. Теңдеменин түзүлүшү булакта кандай берилсе, ошондой сакталган.

Жалпы электр кубаты

Жылуулук насосунун жалпы электр керектөөсү компрессор жана TESC электр керектөөсүнүн суммасы:

\[ \dot W_{total}=\dot W^{comp}+\dot W^{TESC} \]

TESC кубаты:

\[ \dot W^{TESC}=I^{TEMs}\cdot U^{TEMs} \]

түрүндө эсептелген. Демек TESC чыңалуусу жогорулаган сайын кубат өсүшү алынышы мүмкүн, бирок электр керектөөсү да көбөйгөндүктөн системанын COP оптимуму эң жогорку чыңалууда болушу шарт эмес.

Жылытуу кубаты

Көмөкчү суу контурунан алынган жалпы жылытуу кубаты:

\[ \dot Q_h=\dot m_{water}\,c_{p,water}\,\Delta T \]

менен эсептелген. Суу тарабындагы ΔT 5 Kде туруктуу болгондуктан өзгөргөн жылытуу кубаты негизинен суу агымы жана температурага көз каранды менчик жылуулук маанисинин өзгөрүшү менен байланыштуу.

TESCтин CO₂ден алган жылуулугу:

\[ \dot Q_c^{TESC} = \dot m_{CO_2} \left( h_{in}^{TESC}-h_{out}^{TESC} \right) \]

жана TESCтин ысык тарабындагы жалпы пайдаланууга боло турган жылытуу кубаты:

\[ \dot Q_h^{TESC} = \dot Q_c^{TESC}+\dot W^{TESC} \]

деп берилген.

Газ муздаткычта CO₂ден чыгарылган жылуулук:

\[ \dot Q_c^{GC} = \dot m_{CO_2} \left( h_{in}^{GC}-h_{out}^{GC} \right) \]

жана системанын жалпы суу-жылытуу чыгышы:

\[ \dot Q_h=\dot Q_c^{GC}+\dot Q_h^{TESC} \]

байланышы менен көрсөтүлгөн.

Бууландыргычтын муздатуу кубаты

Гликоль контурунан эсептелген кубат:

\[ \dot Q_c = \dot m_{glycol}\,c_{p,glycol}\,\Delta T \]

жана муздаткыч агент тарабынан:

\[ \dot Q_c = \dot Q_h^{evap} = \dot m_{CO_2} \left( h_{out}^{evap}-h_{in}^{evap} \right) \]

түрүндө эсептелген.

COP аныктамалары

TESCтин жылытуу натыйжалуулук коэффициенти:

\[ COP_h^{TESC} = \frac{\dot Q_h^{TESC}}{\dot W^{TESC}} \]

TESCтин муздатуу натыйжалуулук коэффициенти:

\[ COP_c^{TESC} = \frac{\dot Q_c^{TESC}}{\dot W^{TESC}} \]

жана бүт жылуулук насосунун жылытуу COPсу:

\[ COP_h = \frac{\dot Q_h}{\dot W_{total}} \]

деп аныкталган. Бул акыркы теңдеме изилдөөнүн оптималдаштыруу максаты: кубаттын жогору болушу гана эмес, алынган жалпы жылытуу кубатынын жалпы электр керектөөсүнө катышы эң жогорку болушу керек.

Энергия балансын текшерүү

Булак CO₂ тарабындагы энтальпияга негизделген кубат эсептерин көмөкчү суу/гликоль контурларындагы калориметриялык эсептер менен салыштырган. Figure 3тө бардык эксперименттик чекиттердин энергия балансынын стандарттык четтөөсү %5тен төмөн калгандыгы билдирилген. Бул текшерүү өлчөө жана эсептөө чынжыры эксперименттик кампания бою ырааттуу болгонун колдойт.

BASE циклинин оптималдуу шарттары

Эки гликоль шартында тең оптималдуу газ муздаткыч басымы болжол менен 98 bar бойдон калган. 10°C гликоль киришинде буулануу басымы өскөн, кысуу катышы азайган жана CO₂ массалык агымы кыйла көбөйгөн. Кубаттын өсүшү компрессор кубатынын өсүшүнөн күчтүүрөөк болгондуктан жылытуу COPсу 0°C шартына караганда жогору болгон.

TESC циклинин оптималдуу шарттары

TESC Жылытуу COPсун Канчага Жогорулатты?

Оптималдуу чекиттерде TESC интеграциясы жылытуу COPсун гликоль кириши 0°C болгон шартта 1,65тен 1,84кө, башкача айтканда %11,9; 10°C шартында 2,16дан 2,30га, башкача айтканда %6,5 жогорулаткан; ошол эле учурда жылытуу кубаты тиешелүүлүгүнө жараша %30,2 жана %13,4 өскөн.

*Булак ичиндеги дал келбестик: Results бөлүмүндө 10°C шартындагы жалпы кубат өсүшү %6,5 деп берилет жана Table 5–6 маанилери 2194,4 W → 2336,6 W өзгөрүүсү болжол менен %6,5 экенин көрсөтөт. Conclusions пунктунда ошол эле өсүш %13,4 деп жазылган. Бул жерде эки билдирүү тең жашырылган эмес; булак таблицаларына жана Results бөлүмүнө негизделген болжол менен %6,5 мааниси көрсөтүлүп, Conclusions айырмасы өзүнчө белгиленген.

Жылытуу кубаты эмне үчүн COP өсүшүнөн көбүрөөк өстү?

0°C шартында TESC жылытуу кубатын %30,2 көбөйткөн учурда жалпы электр керектөөсүн да болжол менен %16,4 көбөйткөн. COP кубат эмес, жылытуу чыгышынын электр киришине катышы. Ошондуктан кубат өсүшүнүн баары COP өсүшүнө айланбайт; таза COP пайдасы %11,9 болгон.

10°C шартында TESCтин оптималдуу чыңалуусу болгону 3,8 V болгондуктан кошумча кубат талап төмөнүрөөк. Ошол эле учурда TESCтин ысык тарабындагы 556 W жылуулук салымы жалпы кубатка кошулган. Натыйжада кубат жана жалпы электр керектөөсү бирге өсүп, COPh 2,16дан 2,30га жогорулаган.

Кошумча муздатуу бууландыргыч киришин кандай өзгөрттү?

Кеңейүү клапанына төмөнүрөөк энтальпия менен кирген жогорку басымдагы CO₂ кеңейүүдөн кийин бууландыргычка төмөнүрөөк буу сапаты менен кирген. Булакта 0°C гликоль шартында буу сапаты 0,45тен 0,35ке, 10°C шартында 0,43төн 0,37ге төмөндөгөн.

Бул өзгөрүү бууландыргычта бууландырыла турган суюк CO₂ көлөмүн көбөйткөндүктөн муздатуу кубаты 0°C шартында 2303,5 Wдан 2707,0 Wга жана 10°C шартында 3310,7 Wдан 3535,2 Wга жогорулаган.

IHX көбүрөөк кошумча муздатуу жасап туруп, эмне үчүн эффективдүүлүгү төмөндөдү?

TESC циклинде IHX кошумча муздатуусу 0°C шартында 4,36 Kден 4,87 Kге жана 10°C шартында 3,30 Kден 3,52 Kге бир аз өскөн. Ошого карабастан жылуулук эффективдүүлүгү тиешелүүлүгүнө жараша %42,7ден %38,4кө жана %36,1ден %34,0га төмөндөгөн.

Булак муну TESCтин IHX жогорку басым киришиндеги CO₂ температурасын төмөндөтүшү менен байланыштырат. IHXтин ысык жана муздак тараптарынын ортосундагы пайдаланууга боло турган максималдуу температура айырмасы өзгөргөндүктөн абсолюттук кошумча муздатуу менен өлчөмсүз эффективдүүлүк бир багытта өзгөрүүгө милдеттүү эмес.

Жогору TESC Чыңалуусу Ар Дайым Жогору Система Натыйжалуулугун Береби?

Жок. TESCтин жылытуу жана муздатуу кубаты чыңалуу жогорулаган сайын өсөт, бирок электр керектөөсү да көбөйөт; эксперименттерде TESCтин өзүнүн жылытуу жана муздатуу COP маанилери төмөн чыңалууларда жогору болгон жана бүт жылуулук насосу үчүн оптималдуу COPh сыналган максималдуу 8 V ордуна 0°C шартында 5,7 Vда жана 10°C шартында 3,8 Vда алынган.

TESC кубатынын чыңалууга көз карандылыгы

Эксперимент бою TESCтин жылытуу кубаты эң төмөн чыңалуудан эң жогорку чыңалууга чейин болжол менен 180 Wдан 1500 Wга чейин өзгөргөн. Ар түрдүү газ муздаткыч басымдарынын бул кубатка тийгизген айырмасы орточо болжол менен 40 W деңгээлинде калган.

TESC муздатуу кубаты болжол менен 180–800 W аралыгында өзгөрүп, ар түрдүү газ муздаткыч басымдарынын ортосунда болжол менен 50 Wлык майда айырмалар байкалган. Бул жыйынтык TESC кубатынын негизги башкаруу өзгөрмөсү газ муздаткыч басымынан көбүрөөк TEM камсыздоо чыңалуусу экенин көрсөтөт.

TESCтин өз оптимуму менен система оптимуму бирдей эмес

Figure 15 TESCтин өзүнүн \(COP_h^{TESC}\) жана \(COP_c^{TESC}\) маанилери төмөн чыңалууларда жогору экенин көрсөтөт. Ал эми бүт жылуулук насосунун оптимуму TESCтин кубат салымы менен электр керектөөсү бирге бааланган башка чекитте пайда болгон.

Бул айырма инженердик жактан маанилүү. Бир көмөкчү компоненттин өз COPсу максимум болушу бүт системанын максимум COPсу дегенди билдирбейт. Системаны оптималдаштыруу TESC кубатын, компрессор жүрүм-турумун, газ муздаткыч басымын, IHXти, жалпы кубатты жана жалпы жылытуу чыгышын бирге баалоону талап кылат.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• Газ муздаткычтан кийинки суу менен муздатылган TESC интеграциясы изилденген эки гликоль температурасында оптималдуу жылытуу COPсун көбөйткөн.
• Эң жогорку өлчөнгөн COPh өсүшү 0°C шартында %11,9 болгон.
• Эң жогорку жалпы жылытуу кубаты өсүшү 0°C шартында %30,2 болгон.
• TESC жалпы кошумча муздатууну олуттуу көбөйткөн.
• Көбөйгөн кошумча муздатуу бууландыргыч киришиндеги CO₂ буу сапатын азайтып, муздатуу кубатын жогорулаткан.
• TESCтин ысык тарабындагы жылуулукту көмөкчү суу контуруна кайра калыбына келтирүү жалпы жылытуу кубатына түз салым кошкон.
• Оптималдуу газ муздаткыч басымы TESC менен болжол менен 1 bar төмөндөгөн.
• TESC электр керектөөсү системанын жалпы кубатын көбөйткөн; ошондуктан чыңалууну оптималдаштыруу керек.
• TESCтин өз COPсу менен бүт жылуулук насосунун оптималдуу COP чекити бирдей эмес.

Изилдөө колдобогон жыйынтыктар

• TESC бардык транскритикалык CO₂ жылуулук насосторунда %11,9 COP өсүшүн камсыз кыла турганы көрсөтүлгөн эмес.
• Натыйжаларды ар түрдүү TESC геометрияларына автоматтык түрдө жалпылоого болбойт.
• Ар түрдүү компрессор ылдамдыктарында же ар түрдүү CO₂ заряддарында ошол эле оптималдуу басым көрсөтүлгөн эмес.
• 40°Cден башка суу кирүү температураларында ошол эле натыйжалуулук өсүшү далилденген эмес.
• 0°C жана 10°Cден башка булак температуралары үчүн эксперименттик натыйжа берилген эмес.
• Сезондук натыйжалуулук фактору эсептелген эмес.
• Чыныгы турак жайда, коммерциялык имаратта же райондук жылытуу системасында талаа текшерүүсү жүргүзүлгөн эмес.
• Экономикалык максатка ылайыктуулук, инвестициялык чыгым жана өзүн актоо мөөнөтү бааланган эмес.
• TEMдердин узак мөөнөттүү эскириши жана жылдар бою ишенимдүүлүгү текшерилген эмес.

Изилдөөнүн күчтүү жактары

Изилдөөнүн маанилүү күчтүү жагы TESC таасирин теориялык цикл эсеби менен гана эмес, чыныгы CO₂ жылуулук насосу test-rigинде өлчөгөнү. BASE жана TESC конфигурацияларын ошол эле негизги эксперименттик системада салыштыруу TESC таасирин система деңгээлинде байкоону жеңилдеткен.

Изилдөө COPту гана берген эмес; оптималдуу газ муздаткыч басымы, буулануу басымы, CO₂ агымы, компрессор кубаты, кошумча муздатуу, IHX эффективдүүлүгү, бууландыргыч кириш буу сапаты, TESC кубат керектөөсү жана TESCтин өзүнүн жылытуу/муздатуу COPсун бирге баяндаган. Бул көп өзгөрмөлүү түзүлүш натыйжалуулук өсүшүнүн термодинамикалык себебин байкоого мүмкүн кылат.

Методологиялык чектөөлөр

Эксперимент эки гана бууландыргыч гликоль кирүү температурасында жүргүзүлгөн: 0°C жана 10°C. Газ муздаткыч суу кирүү температурасы 40°C, компрессор ылдамдыгы 1450 rpm, CO₂ заряды 8500 g жана көмөкчү контур температура айырмалары 5 Kде туруктуу кармалган. Ошондуктан натыйжалар кең жылдык иштөө картасы эмес.

Изилдөө бир TESC rack геометриясын жана белгилүү LCC12-8 термоэлектрдик модулдарын карайт. TEM саны, жарым өткөргүч түрү, жылуулук алмаштыргыч геометриясы же контакттык жылуулук каршылыгы башка болсо, башка оптимумдар пайда болушу мүмкүн.

Эксперименттик чекиттер туруктуу абал шарттарында өлчөнгөн. Start-stop жүрүм-туруму, defrost, динамикалык имарат жүктөрү, сезондук температура өзгөрүүсү жана чыныгы колдонуу профилдери изилденген эмес.

Булакта дагы эки отчеттук дал келбестик бар: Table 4тө 2–8 V деп берилген TESC чыңалуу аралыгы Conclusionsта 1–8 V деп жазылган; 10°C шартындагы жалпы кубат өсүшү Results бөлүмүндө болжол менен %6,5 болсо, Conclusions пунктунда %13,4 деп көрсөтүлгөн.

Келечектеги изилдөө

Булак авторлору TESCтин эффективдүүлүгүн жогорулатуу үчүн компонент геометрияларын андан ары оптималдаштырууну жана системаны көп баскычтуу же ejector-негизиндеги транскритикалык CO₂ циклдери сыяктуу альтернативдүү архитектуралар менен бирге эксперименттик изилдөөнү сунушташат.

Кеңири колдонмо баалоо үчүн ар түрдүү ысык булак шарттары, ар түрдүү ысык суу температуралары, өзгөрмө компрессор ылдамдыктары, ар түрдүү TESC чыңалуу стратегиялары, сезондук натыйжалуулук, узак мөөнөттүү ишенимдүүлүк жана экономикалык анализ сыяктуу катмарларды өзүнчө текшерүү керек.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Түпнуска изилдөө: An experimental assessment of a CO2 transcritical heat pump aided with a thermoelectric subcooler system

Авторлор: Tufan Özyıldız; Daniel Sánchez; Michal Haida; Jacek Smolka; Patricia Aranguren; Ramón Cabello.

Жооптуу автор: Tufan Özyıldız.

Аффилиация 1: Department of Thermal Technology, Silesian University of Technology, Gliwice, Poland.

Аффилиация 2: Department of Mechanical Engineering and Construction, Jaume I University, Castellón, Spain.

Аффилиация 3: Institute of Smart Cities, Department of Engineering, Public University of Navarre, Pamplona, Spain.

Платформа: SSRN.

SSRN Abstract ID: 6903939.

DOI: 10.2139/ssrn.6903939.

SSRN жөнөтүлгөн датасы: 9-июнь 2026.

Булактын көлөмү: 36 бет.

Рецензия абалы: Preprint; жүктөлгөн PDF рецензиядан өтпөгөнүн ачык көрсөтөт.

Рецензияланган version-of-record: Учурдагы толук аталыш боюнча издөөдө өзүнчө ырасталган journal version-of-record табылган жок.

Лицензия: Жүктөлгөн PDF жана жеткиликтүү SSRN библиографиялык жазууда ачык Creative Commons кайра колдонуу лицензиясы ырасталган жок; корголгон сүрөт/текстти колдонууда fail-closed колдонулушу керек.

Изилдөөнүн түрү: Эксперименттик транскритикалык CO₂ жылуулук насосу / термодинамикалык система натыйжалуулугун изилдөө.

Жумушчу суюктук: CO₂.

Негизги салыштыруу: BASE cycle жана TESC cycle.

Жылуулук насосу архитектурасы: Бир баскычтуу транскритикалык CO₂ цикли; газ муздаткыч, TESC, IHX, кеңейүү клапаны жана бууландыргыч.

Компрессор: Dorin CD300H; 50 Hz; 1450 rpm; 1,46 m³/h.

CO₂ заряды: 8500 g.

Пайдалуу ашыкча ысытуу: 5 K.

Газ муздаткыч басымын скандоо: 92–100 bar.

Table 4 TESC чыңалуусун скандоо: 2–8 V DC.

Булак ичиндеги чыңалуу дал келбестиги: Conclusions бөлүмү ошол эле аралыкты 1–8 V DC деп көрсөтөт.

Бууландыргыч гликоль кирүү температуралары: 0°C жана 10°C.

Газ муздаткыч суу кирүү температурасы: 40°C.

Суу жана гликоль көмөкчү контур ΔT: 5 K.

W45 шарты: Суу киришин 40°C жана ΔTни 5 Kде кармап, 45°C чыгууга жетүү максаты.

TESC rack: 6 TESC блогу, 3 параллелдүү линия, жалпы 24 TEM.

TEM: Coherent Industries LCC12-8; Bismuth Telluride; 127 thermocouple; 40×40×4 mm.

MHX: Жез; 60×86×10 mm; 0,037 m² ички жылуулук өткөрүү аянты.

Cold plate: Алюминий; 40×80×12 mm.

Маалымат жазуу: Туруктуу абалдан кийин кеминде 15 мүнөт; 5 секунд үлгү алуу аралыгы.

Энергия балансын текшерүү: Эксперименттик чекиттерде стандарттык четтөө %5тен төмөн.

BASE оптималдуу газ муздаткыч басымы: Болжол менен 98,1 bar.

TESC оптималдуу газ муздаткыч басымы: Болжол менен 97,1 bar.

Оптималдуу TESC чыңалуусу: 0°C гликоль үчүн 5,7 V DC; 10°C үчүн 3,8 V DC.

Эң жогорку COPh жакшыртуусу: %11,9; 1,65 → 1,84; гликоль кириши 0°C.

10°C COPh жакшыртуусу: %6,5; 2,16 → 2,30.

Эң жогорку жылытуу кубаты өсүшү: %30,2; 3404,2 W → 4430,9 W.

10°C жылытуу кубаты өсүшү: %13,4; 4740,6 W → 5374,0 W.

Муздатуу кубаты өсүшү: %17,5 жана %6,8.

TESC ысык-бет жылуулук салымы: 922,5 W жана 556,0 W.

Жалпы кошумча муздатуу: TESC циклинде 11,12 K жана 5,91 K.

Бууландыргыч кириш буу сапаты: BASE 0,45 / 0,43; TESC 0,35 / 0,37.

IHX эффективдүүлүгүнүн өзгөрүшү: %42,7 → %38,4 жана %36,1 → %34,0.

Жалпы кубат өзгөрүшү: 0°Cде 2065,7 W → 2403,7 W, болжол менен +%16,4. 10°Cде 2194,4 W → 2336,6 W, болжол менен +%6,5; Conclusions бөлүмүндө экинчи катыш %13,4 деп жазылган жана булак ичиндеги дал келбестик катары сакталган.

Каржылоо: National Science Centre of Poland, UMO-2021/43/D/ST8/02631; PID2021-126926OB-C21 жана PID2021-126926OB-C22; MCIN/AEI/10.13039/501100011033; ERDF “A way of making Europe”.

Data Availability: Булакта өзүнчө Data Availability Statement жок.

Conflict of Interest: Булакта өзүнчө кызыкчылыктардын кагылышы жөнүндө билдирүү жок; анын жоктугу божомолдонгон эмес.

CRediT / Author Contributions: Булакта өзүнчө автордук салымдар бөлүмү жок.

Негизги чечмелөө чеги: Натыйжалар белгилүү лабораториялык test-rig, белгилүү TESC геометриясы жана эки гликоль кирүү температурасындагы туруктуу абал оптимумдарына тиешелүү; жылдык/сезондук талаа натыйжалуулугу же экономикалык максатка ылайыктуулук жыйынтыгы эмес.