二氧化碳热泵制冷摘要
二氧化碳制冷技术
二氧化碳制冷技术Ξ史敏 贾磊 钟瑜 舒国安 王磊(合肥通用机械研究院)摘 要 CO2作为一种天然工质,是目前CFCs工质替代的一个重点研究方向。
根据CO2作为制冷剂的相关热物理和化学性质及CO2制冷循环,说明采用CO2作制冷剂、采用跨临界循环的优越性。
介绍CO2制冷循环系统关键设备———压缩机、膨胀机、气体冷却器/蒸发器的研究进展情况,并对采用CO2作制冷剂的汽车空调、热泵系统的应用进行综述,指出今后研究的发展方向。
关键词 CO2 循环 制冷CO2refrigeration technologyShi Min Jia Lei Zhong Yu Shu Guoan Wang Lei(Hefei G eneral Machinery Research Institute)ABSTRACT As a natural substance,CO2is an important research area about CFCs refrigerant substitution.Based on thermophysical property,chemical property and refrigeration cycle of CO2,analyzes the superiority of CO2transcritical cycle.Introduces the research status of CO2 compressor,expander,gas cooler and evaporator.Describes CO2mobile air2conditioner and heat pump system,and discusses research trend of CO2refrigeration.KE Y WOR DS CO2;cycle;refrigeration 由于CFCs对于大气的重要影响,保护环境、替代CFCs已经成为全球共同关注的问题。
跨临界CO2制冷与热泵系统
Ｃ ， 缩机 吸排 气压 差很大 ， Ｏ压 克服 流 动阻 力需
要 的压 差相对 很 小 ， 常用 系统 相 比 ， 排气 阀损 与 吸
个棘 手 的问题 。
但 从另一 方 面高压 又是 跨 临 界 Ｃ 循 环 的一 Ｏ２
失 对指示 效 率 的 影 响也 就 很 小 。Ｃ ，压 缩机 压 比 ０
（ ｉｇ ｕ ｉｅｓ ｙ Ｔｓ ｈ ａＵｎ ｒｉ ） ｎ ｖ ｔ
ＡＢ ＴＲＡＣＴ Ｔｈ ｒｎ ｉｌ ｏ ｒｎ ｃ ｉｃ ｌＣ ｅｒｇ ｒｔ ｎ ａ ｄ ｈ ａ ｕ ｐ ｃ ｃｅ ｉ ｇ ｎ ｒｌ Ｓ ｅｐ ｉｃｐｅ ｆｔａ ｓｒｔ ａ ０２ｒｆｉｅ ａｉ ｎ ｅ ｔｐ ｍ ｙ ｌ ｓ ｅ ｅａｌ ｉ ｏ ｙ ｉｔｏ ｕ ｅ ．Ｓ ｖ ｒｌ ｅ ｅｈ ｉｕ ，ｗｈｃ ｎ ｕ ｎ ｅｔ ｅｃ ｃｅ ｓｓ ｏ ｎ Ｔｈ ｒ ｎ ｃｉｉａ ｎ ｒｄ ｃ ｄ ｅ ｅａ ｙ ｔｃ ｎｑ ｅ ｋ ｉｈ ｉｆ ｅ ｃ ｈ ｙ ｌ，ｉ ｈ ｗ ． ｅ ｔａ ｓｒｔｅｌｃ０２ ｌ ｃ ｃｅｈ ｓｂ ｅ ｐ ｌ ｄ ｉ ｅ ｅａ ｉｌｓ ｙ ｌ ａ ｅｎ ａ ｐｉ ｎ ｓｖ ｒ ｌ ｅｄ ，ｗｈｃ ｕｄ ｈ ｖ ｒｍ ｉ ｎ ｕ ｕ ｅ ｅ ｆ ｉｈ ｗｏ ｌ ａ ｅａｐ ｏ ｓ ｇ ｆｔ ｒ ． ｉ
可 以看 到 ， 临界 Ｃ ， 换 热器 中 的放 热 过 程 （ 超 Ｏ在 状
态 ２到状态 ３ 不 是像 传 统制 冷 循 环 中的 那 样等 温 ）
冷凝 放 热 ， 是 产 生 了一 个 较 大 的 温 度 滑 移 ， 且 而 并 不 产生 液体 。离 开 空 冷 器 后 ， 高压 ｃ ｈ 状 态 ３ 经 ｃ（ ）
膨 胀 阀（ｘ ａ ｓ ｎｖｌｅ 。图 １所示 的是一 个 典 型 ｅｐ ｎ ｉ ａ ） ｏ ｖ
CO2热泵技术
CO2热泵技术摘要：CO2作为热泵工质在跨临界状态下循环，在气体冷却器中产生温度滑移，适合水的加热。
在分析了CO2跨临界循环特点的基础上指出，CO2可与传统的制冷剂及其替代物相竞争，具有较高的制热效率。
给出CO2热泵干燥系统的两种形式，并作简要分析。
指出CO2作为热泵工质面临的问题。
关键词：二氧化碳；跨临界循环；热泵热水器；热泵干燥1 CO2工质概述1.1 CO2工质发展史在1850年,Twing提出在蒸气压缩系统中采用CO2作为制冷剂并获英国专利。
1869年Lowe 第一次成功使用CO2应用于商业制冷机,证实了CO2作为制冷剂的可能性。
1882年Linde设计开发了采用C02为工质的制冷机。
1884年Raydt设计的CO2压缩制冰系统获得了英国专利。
1884年Harrison也设计了一台采用CO2的制冷装置并获得了英国专利。
1886年Windhausen设计的CO2压缩机获得了英国专利,并于1890年开始投人生产。
随后C02制冷剂的使用有了快速的发展。
20世纪40年代在英国的船上广泛采用了CO2压缩机。
1931年,以R12为代表的CFCs制冷剂一经开发,便以其无毒、不可燃、不爆炸、无刺激性、适中的压力和较高的制冷效率,很快取代了CO2在制冷方面的位置,CO2逐渐不再被作为制冷剂使用,最后一艘使用CO2制冷机的船只在1950年停止工作。
进人到20世纪末期,由于CFCs对于臭氧层和大气变暖的重要影响,为保护环境,实现CFCs替代成为全世界共同关注的问题。
世界范围内的CFCs替代进程在不断加快。
中国制冷空调行业的替代转换工作起始于上世纪90年代初。
前国际制冷学会主席G.Lorentzen在1989～1994年大力提倡使用自然工质,特别是对于CO2的研究与推广应用上起了很好的推动作用。
目前跨临界CO2热泵及其部件的开发研究已经成为制冷领域的热点之一【1】。
1.2 CO2工质的性质常温下,CO2是一种无色、无嗅的气体。
二氧化碳跨临界制冷循环
二氧化碳跨临界制冷循环摘要：CO2是一种环保型的自然工质，它对臭氧层不产生任何破坏作用且具有较小的温室效应。
本文概述跨临界C02制冷循环的原理，提出几个影响该循环的技术关键。
介绍跨临界CO2循环的相关应用领域，指出CO2作为性能良好的自然工质有着很好的发展前景。
关键词：二氧化碳；制冷；跨临界循环引言由于制冷剂中氯原子对大气臭氧层有破坏作用，《蒙特利尔协议》规定R12 等CFCS（氯氟碳）在制冷工质中被禁用，危害程度较小的R22 等HCFCS（氢氯氟碳）的禁用日期也一再提前。
目前已获应用的R134a，R410A，R407C 等HFCS （氢氟碳）仍是一类新的化学合成物，它们不仅制造成本昂贵，而且已被证明能产生较为严重的温室效应。
另外，随着研究的深入，有可能证明HFCS 在其它方面也有危害。
因此，在制冷系统中对地球生物圈中原来就有的“自然工质”进行研究，已成为近年来的前沿课题之一。
二氧化碳（R744）目前被称作是一种被遗忘的制冷剂，它在19世纪被广泛地使用，从20世纪30年代后被冷落。
现在，大家认为：已经到了使用现代的高新技术重新利用二氧化碳的时候了。
1.CO2制冷二氧化碳基本上不会引起环境问题，它无毒不燃，具有氨和烃类制冷剂所不可及的一些优点。
另外它价廉，与一般的制冷设备和润滑系统都相容。
它可以高度压缩，因此可以利用先进设备及设计大大减小压缩机的体积和管道直径。
它在高压下良好的传热效果是该制冷剂的另一个优点。
总而言之，在满足制冷要求的情况下，使用二氧化碳制冷剂可以大大降低设备的投资。
2.工作原理跨临界蒸汽压缩式制冷循环是利用气体液化后可吸收蒸发（汽化）潜热的特性以达到制冷的目的。
跨临界系统由压缩机C ，气体冷却器G ，内部热交换器I，节流阀V ，蒸发器E 与储存器A组成封闭回路，以CO2为工作介质，气体工质在压缩机C 中升压至超临界压力P2，在T 一S 图上为过程1一2 ，然后进入气体冷却器G 中，被冷却介质（空气或冷却水）所冷却。
二氧化碳热泵技术
二氧化碳热泵技术摘要：CO2作为热泵工质在跨临界状态下循环，在气体冷却器中产生温度滑移，适合水的加热。
在分析了CO2跨临界循环特点的基础上指出，CO2可与传统的制冷剂及其替代物相竞争，具有较高的制热效率。
给出CO2热泵干燥系统的两种形式，并作简要分析。
指出CO2作为热泵工质面临的问题。
关键词：二氧化碳；跨临界循环；热泵热水器；热泵干燥1 CO2工质概述1.1 CO2工质发展史在1850年,Twing提出在蒸气压缩系统中采用CO2作为制冷剂并获英国专利。
1869年Lowe第一次成功使用CO2应用于商业制冷机,证实了CO2作为制冷剂的可能性。
1882年Linde设计开发了采用C02为工质的制冷机。
1884年Raydt设计的CO2压缩制冰系统获得了英国专利。
1884年Harrison也设计了一台采用CO2的制冷装置并获得了英国专利。
1886年Windhausen设计的CO2压缩机获得了英国专利,并于1890年开始投人生产。
随后C02制冷剂的使用有了快速的发展。
20世纪40年代在英国的船上广泛采用了CO2压缩机。
1931年,以R12为代表的CFCs制冷剂一经开发,便以其无毒、不可燃、不爆炸、无刺激性、适中的压力和较高的制冷效率,很快取代了CO2在制冷方面的位置,CO2逐渐不再被作为制冷剂使用,最后一艘使用CO2制冷机的船只在19 50年停止工作。
进人到20世纪末期,由于CFCs对于臭氧层和大气变暖的重要影响,为保护环境,实现CFCs替代成为全世界共同关注的问题。
世界范围内的CFCs替代进程在不断加快。
中国制冷空调行业的替代转换工作起始于上世纪90年代初。
前国际制冷学会主席G.Lorentzen在1989～1994年大力提倡使用自然工质,特别是对于CO2的研究与推广应用上起了很好的推动作用。
目前跨临界CO2热泵及其部件的开发研究已经成为制冷领域的热点之一[1]1.2 CO2工质的性质常温下,CO2是一种无色、无嗅的气体。
二氧化碳制冷技术
二氧化碳制冷技术
嘿，朋友们！今天咱们来聊聊二氧化碳制冷技术。
你们知道吗，这二氧化碳可不简单呐！它除了是我们呼出的气体，还能在制冷方面大显身手呢！想象一下，在炎热的夏天，我们靠什么来享受凉爽？空调啊！那空调里面用的制冷技术就有二氧化碳制冷技术。
二氧化碳制冷技术有好多优点呢！首先，它对环境很友好。
不像有些制冷剂，会破坏臭氧层，给我们的地球带来危害。
二氧化碳就不一样啦，它很环保，不会给环境添乱。
而且啊，二氧化碳制冷技术还很高效。
它能快速地让温度降下来，让我们能迅速感受到清凉。
就好像是一个超级英雄，一下子就把热气给赶跑了。
再来说说它的安全性。
二氧化碳是我们熟悉的气体，不会有什么特别危险的地方。
这就好比我们每天喝的水一样，熟悉又安全。
那二氧化碳制冷技术是怎么工作的呢？其实就像是一个循环的过程。
它把热量带走，然后再释放出去，不断地重复这个过程，就达到了制冷的效果。
这就好像是一个勤劳的小蜜蜂，不停地工作，为我们带来凉爽。
现在很多地方都开始使用二氧化碳制冷技术了呢。
超市里的大冰柜、冷藏车，甚至一些大型的冷库，都能看到它的身影。
这说明它真的很厉害呀！
在未来，我相信二氧化碳制冷技术会发展得越来越好。
它会变得更加高效、更加环保，给我们的生活带来更多的便利和舒适。
总之，二氧化碳制冷技术是一项非常有前途的技术。
它环保、高效又安全，值得我们去关注和支持。
难道不是吗？。
二氧化碳热泵制冷摘要
应用于跨临界CO2压缩循环的双转子滚动活塞式膨胀机的研究新型的双转子膨胀机是在原有的单转子膨胀机(目前的第三代膨胀机)的基础上设计的，上下气缸的结构如图3所示，在设计过程中主要考虑了如下因素。
(1)已经成功研发的三代膨胀机皆为滚动活塞式，为新型CO2膨胀机的研发积累了一定的经验。
膨胀机需要和二氧化碳压缩机相匹配，同时，鉴于滚动活塞式的特点以及实验室的加工条件，该新型膨胀机仍采用滚动活塞形式。
(2)膨胀机回收的有用功可以带动发电机发电，也可以和压缩机同轴相连将膨胀功传输给压缩机。
(3)上下气缸的滑板存在一定的夹角。
上气缸排气口与下气缸进气口之间通过连通孔相连，连通管道尽可能短以减少余隙容积。
f41上气缸与进气管相连，进气温度高；下气缸与排气管相连，排气温度低，上下气缸之间安装中间隔板，以减小上下气缸问的传热损失，隔板厚度需要优化，既要保证隔板的隔热效果又要减少连通管道的长度以减小余隙容积。
(5)不需要单独的进气控制装置，膨胀空间的形成不需要凸轮阀杆结构，随着转子旋转，由一级转子、二级转子和两气缸滑板在两气缸之间形成密闭的膨胀空间，超临界二氧化碳在密闭空间中膨胀降压。
(61上气缸与进气管相连，二氧化碳始终是流动的，因此，不存在凸轮阀杆控制进气过程中开启和关闭所造成的管道中二氧化碳的停顿与畅通，降低压力脉动。
1·原理图：2·温熵图：3·结构示意图：4·上下汽缸的示意图：5·结论(1)设计了新型双转子滚动活塞膨胀机。
在结构上为两气缸双转子，去掉了单独的吸气控制装置吸气口始终与进气管相连，排气口始终与排气管道相连，降低因膨胀机吸气开关造成的压力脉动等问题。
解决了第三代膨胀机采用凸轮阀杆结构控制进气所造成的摩擦损失等问题。
(2)上下气缸之间安装中间绝热隔板，以减少上下气缸因为传热造成能量损失。
隔板厚度存在最佳值既要使隔热效果好又要尽量减小余隙容积。
(3)在角度之前，二级转子的驱动力矩大于级转子，为膨胀机转动的主要驱动者；之后，一级转子的驱动力矩较大，为膨胀机转动的主要驱动者。
浅谈二氧化碳制冷技术
浅谈二氧化碳（2CO ）制冷技术 摘 要：由于CFC 类制冷剂对臭氧层的破坏作用,大部分CFC 与HCFC 类工质将被逼退出使用。
制冷工质的替代和环保问题自然成为制冷空调行业的关注焦点。
自然制冷工质如CO 2受到越来越多的关注。
文中简述了2CO 作为制冷剂的发展历史和它退出历史舞台的原因; 根据2CO 作为制冷剂的相关热物理和化学性质以及三种可能的2CO 制冷循环,说明了采用2CO 为替代CFC 与HCFC 类工质、采用跨临界循环的优越性和必要性; 对各国采用2CO 为制冷剂的制冷、空调、热泵系统的应用及其研究情况进行了综述，浅谈研究发展的方向。
关键词：2CO 跨临界循环 工质 制冷前言：自从人类发明利用制冷设备制冷来为生活、生产和科研等服务以来,制冷剂就伴随着制冷系统和制冷技术的改进而发展。
从最初采用的O H 2、3NH 、2CO 等自然工质到上世纪30年代，CFC 与HCFC 类物质就开始大量作为制冷工质，以其优越的循环性能，很快就取代了过去的自然工质。
但随着大气臭氧层空洞的出现和全球气候的变暖，人们终于认识到制冷空调行业所使用的CFC 与HCFC 类制冷剂对大气具有破坏臭氧层负作用和产生温室效应。
更在上世纪80年代发现南极上空的臭氧空洞后，世界上引发了环境问题新高潮，保护臭氧层的蒙特利尔议定书的签署正式生效,一系列CFC 与HCFC 类工质被列入受控表.这使到全世界的制冷空调行业面临严重的挑战,CFC 与HCFC 类工质的替代早已成为当前国际性的热门话题。
今年已到2010年，根据的蒙特利尔议定，一系列受控的CFC 与HCFC 类工质在今年必须淘汰使用，制冷工质的替代问题更是破在眉睫. 面对以上问题，国内外制冷空调行业均在探索总结历史经验，寻求正确、科学、环保的制冷工质。
在环境保护与替代制冷工质的研究进程中，有学者认为选用自然工质是解决环境温度最终方案。
一批具有特定的物理性质的自然物质又开始得到了重视和研究.2CO 工质正是在这样的背景下被重新摆上研究台面。
二氧化碳(CO2)热泵
二氧化碳（CO2）热泵在众多自然工质中，CO2因其优秀的环保特性和良好的热力学性能，被认为是最具有潜质的、最受关注的制冷剂，特别是它作为热泵工质的独特优势吸引着许多研究者的目光∙二氧化碳自然工质特点CO2是自然工质，热导率和比热容大，有助于获得高的换热系数；动力黏度小，可减小工质在管内的压降；蒸汽密度高，有助于提高工质的质量流量；密度比（密度比代表气体与液体性质相差的大小）较小，有利于工质液的分配；表面张力较小，可提高蒸发器中沸腾区的换热强度；气体密度高，单位体积制热量大，约为R22的5倍，可降低管道和压缩机尺寸，使系统重量减轻、结构紧凑、体积小；压缩机的压比（工质的冷凝压力和蒸发压力之比）低，压缩过程可更接近等熵压缩而使效率提升；来源广泛，价格低。
∙在热泵中的应用在各种热泵中的应用，尤其是在热泵热水器方面的应用。
热泵系统同样在跨临界条件下运行，压缩机、换热器方面的优势依然存在；最主要的是CO2在气体冷却器中较大的温度变化，正好适合于水的加热，从而使热泵的效率较高，同样可与传统制冷剂竞争。
该领域的研究同样由挪威SINTEF研究所等率先发起，他们对水-水热泵的特性、系统设计进行了理论与实验研究，结果表明：CO2跨临界循环水-水热泵不仅具有高的制热系数，而且系统紧凑，产生的热水温度高，在工业和民用两方面都具有相当大的发展潜力。
德国在热泵领域的研究尤为广泛和深入。
例如，Kassel大学开展了CO2跨临界循环热泵应用的理论研究和分析；Dresden大学对CO2跨临界循环热泵的热力学性能分析，各种循环方式的计算方法，系统部件的设计、选取和组装等原则等方面展开研究和讨论，并在Dresden大学建立了相应的CO2热泵试验台，对不同装置中的计算和评价方法等进行分析及研究，并得出了一些有意义的结论；Essen大学以商业洗衣店中的干燥器为研究对象，分析和讨论了CO2跨临界循环在热泵干燥方面应用的可行性。
在该领域内通过与R134a热泵系统的对比后认为，跨临界循环热泵并没有比后者引起过多的能量消耗，加上CO2自身优良的环境性能和热力学特性，在热泵干燥系统中用CO2作制冷工质是很有希望的。
二氧化碳水源热泵空调器
二氧化碳水源热泵空调器摘要二氧化碳（CO2）作为制冷剂并以自来水为热源的水源热泵空调器已经被理论和实验研究过。
该系统适用于一些整年都需要制冷和热自来水的国家，如印度尼西亚和新加坡。
当来自系统的废弃的热量被重新利用时，在加热过程中CO2独特的跨临界制冷循环特性可以改善二氧化碳空调系统。
并讨论一些影响联合系统性的参数。
关键词：水源热泵空调器;二氧化碳（CO2）；跨临界制冷循环;最佳压力1、引言氟利昂时代后，自然制冷剂的使用已经吸引了许多研究机构和相关公司.在一般常见的物质中，如空气，氨，二氧化碳（CO2）或R- 744，烃类和水都可作为制冷剂，二氧化碳被用作制冷剂具有独特的特点和几乎满足所有要求的特性。
它具有对大气臭氧层消耗的潜能值即ODP为0和全球变暖潜能值GWP可以忽略不计，传热系数高，极好的实用性，与制冷系统中的材料相容性较好，并且这些材料是相对廉价的，并且其中最重要的，无制冷剂市场的垄断[1]。
然而，有一个小的缺点。
操作压力高，大约相对于传统制冷剂的八倍。
这需要完全新设计系统元件并且用当前生产条件和生产工艺可以生产出这些组件[2]。
在跨临界循环中，二氧化碳作为制冷剂的各种应用已经被研究，其中一些表现出很光明的应用前途，尤其是热泵[3]。
对在空调上的应用，CO2性能相当于R- 22或R -134a[4]。
二氧化碳的其他一些有趣的潜能是的能同时制冷和制热。
这种系统可以极大提高整体系统效率（冷负荷和热负荷对压缩机能耗比）由于它的跨临界循环的性质，使它在恒温能量吸收能量，并舍弃在变温状态的能量。
这种类型的应用适合于像印度尼西亚和新加坡这样的热带地区的国家，那里一整年都需要制冷。
在一个需要空调和热水的建筑物中，利用空调系统中低品位的能量生产热水可以节约能量。
根据建筑物的特点和居住者文化生活习俗，从空调系统中回收的能量可能会相当高。
在本文中，一种以自来水为热源的水源热泵空调系统在跨临界循环制冷方面的应用将被讨论。
第2章CO2制冷技术
2 CO2制冷技术
⑥ CO2压缩机的压比较低（2.5～3.5），接近最佳 经济水平； ⑦ 等熵效率比CFCS系统高得多； ⑧ 运动粘度低； ⑨ 能完全适应各种润滑油和常用机器零部件。
2 CO2制冷技术
缺点： ① 不能维持生命，如果浓度过高，会引起人的呼吸 器官的损害，甚至窒息死亡； ② 高的临界压力和低的临界温度； CO2临界温度为Tc=31.1℃ ，临界压力为Pc=7.3MPa 水的临界温度为374℃，临界压力为22MPa ③ 无论亚临界循环还是跨临界循环， CO2 制冷系统 的运行压力都将高于传统的制冷空调系统，给系 统及部件的设计带来许多难度； ④ 现阶段CO2制冷系统的效率还相对较低。
液体CO2 冷藏车应用
3) ODP = 0 ,GWP = 1。单位容积制冷量相当 大(0 ℃时单位容积制冷量是NH3 的1.58 倍, 是R12 和R22 的8.25 倍和5.12 倍) 。
4) 由工业尾气回收而得,不增加环 境负担;成本低廉,无需再循环利用。 5) 蒸发温度低,蒸发潜热大,可以通 过调节其喷量使冷藏厢内的温度在 很短时间内达到所要求的温度。
2 CO2制冷技术
2.2 CO2制冷工质的性质 CO2适用于蒸发温度为-40～10℃的各 种常规制冷系统中，如汽车空调、船舱空 调，以及高温热泵热水、干燥系统中的制 冷工质。
与CFCS相比，使用CO2 作制冷剂有如下的优缺点： 优点： ① 来源广泛，容易获取（可直接从自然环境中获得 或从工业废气中获得），价格低廉； ② 不燃烧，不爆炸，无毒，无刺激性，环境性能优 良； ③ 维护简单，无需循环利用，操作运行的费用也较 低；
2 CO2制冷技术
2 CO2制冷技术
图3
CO2 跨临界循环热泵实验装置流程图
二氧化碳制冷循环的应用
二氧化碳制冷循环的应用【摘要】随着经济发展和人们环境保护和节能意识的增强，以CO2为代表的自然工质越来越广泛的在制冷空调行业应用，文章对CO2制冷循环有关问题进行探讨，以便实际应用。
【关键词】二氧化碳跨临界循环制冷系统原理应用The Application of Carbon Dioxide Refrigeration cycleBy Gao Xinhua* Gao yun【Abstract】With the development of economy and the people’s increasing care about environment protection and energy-saving, carbon dioxide as a natural refrigerant has been widely used in refrigeration and air-conditioning industries. This essay tries to study and discuss carbon dioxide refrigeration cycle and system principle to help its practical application.【New words】carbon dioxide transcritical cycle refrigeration system principle application随着经济发展和人民生活水平的提高，人们的环保节能意识不断增强，制冷空调行业制冷工质的选择也越来越重视工质的环保节能特性。
以CO2和NH3为代表的自然工质制冷系统已经大量应用，本文试对CO2为工质的制冷循环进行探讨，以利实际应用。
1. CO2 制冷工质的特性1.1环保特性。
CO2 制冷工质属于环保型制冷工质，它的破坏臭氧层潜能值ODP=0，地球温室效应潜能值WMP=1。
二氧化碳复叠式空气源热泵
二氧化碳复叠式空气源热泵
复叠式空气源热泵是一种新型的热泵技术，其核心是采用二氧化碳作为工质。
该技术通过多级复叠的方式将热泵循环中的热量逐步提高，从而提高了系统的热效率。
在复叠式空气源热泵中，二氧化碳通过压缩和膨胀对热量进行转移。
当二氧化碳被压缩时，其温度将升高，这时可以利用该热量进行加热；当二氧化碳被膨胀时，其温度将降低，这时可以将低温的外部空气中的热量吸收，从而实现制冷。
复叠式空气源热泵相比传统的空气源热泵具有更高的热效率和更低的环境影响。
二氧化碳作为一种天然制冷剂，使用安全可靠，还可减少对大气环境的损害。
同时，该技术还具有可调节的功能，可以根据不同的环境温度和负载条件灵活调整工作状态。
总的来说，复叠式空气源热泵是一种具有广阔应用前景的新型热泵技术，将在未来的建筑节能领域和环境保护领域发挥重要作用。
车用co2热泵
车用co2热泵全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：汽车工业一直致力于寻找清洁、高效的能源替代传统燃油，以减少对环境的影响。
在这个背景下，车用CO2热泵技术应运而生，成为一种具有巨大潜力的替代能源方案。
CO2热泵是一种基于二氧化碳（CO2）作为工质的热泵技术，通过压缩和膨胀过程实现热量的传递。
在车辆领域，CO2热泵被广泛应用于汽车空调系统和座椅加热系统中，以提高能效和减少能源消耗。
与传统的制冷剂相比，CO2具有很多优势。
CO2是一种天然存在的气体，不会对大气造成破坏，符合环保要求。
CO2的传热性能优异，能够更高效地传递热量，提高系统的能效。
CO2的温度和压力范围适中，易于控制和操作，能够满足汽车空调系统和座椅加热系统的工作需求。
在汽车空调系统中，CO2热泵技术可以有效提高系统的制冷效果和能效。
传统的汽车空调系统使用氟利昂等制冷剂，存在全球变暖潜力和温室效应，而CO2热泵系统不仅具有更高的制冷效果，还可以降低对环境的影响。
CO2热泵系统还可以减少汽车空调系统对发动机功率的依赖，降低燃油消耗，提高车辆的能效。
在座椅加热系统中，CO2热泵技术也可以发挥重要作用。
传统的座椅加热系统通常通过电阻加热或液体循环加热实现，能耗较高。
而CO2热泵技术可以通过热泵循环过程将低温座椅表面上的热量吸收，并经过压缩升温后传递到座椅内部，实现座椅加热的效果。
这种方式不仅能够节能减排，还可以提高座椅加热效率，提升车辆舒适性。
未来，随着环保意识的提升和清洁能源需求的增加，CO2热泵技术在汽车行业的应用前景将会更加广阔。
汽车制造商可以加大对CO2热泵技术的研发和推广力度，将其应用于更多的汽车配套系统中，以实现汽车能效的提升、节能减排的目标。
车用CO2热泵技术是一种具有巨大潜力的替代能源方案，可以有效提高汽车系统的能效、减少能源消耗、降低对环境的影响。
在未来的汽车发展中，CO2热泵技术将发挥越来越重要的作用，推动汽车行业向更清洁、更高效的方向发展。
二氧化碳热泵原理
二氧化碳热泵原理
二氧化碳热泵是一种利用二氧化碳作为工质的热泵系统。
其工作原理是通过循环压缩制冷的过程中，将低温的热源（例如地下水、地下热能等）吸收的热量转移到高温的热源（例如供暖、热水等）。
具体来说，二氧化碳热泵的工作原理如下：
1. 压缩：二氧化碳热泵中的压缩机将低温低压的气体抽入并压缩成高温高压的气体。
这个过程会使气体的温度升高。
2. 冷凝：高温高压的气体经过冷凝器，与室外的低温环境进行热交换，使气体温度降低，从而释放热量。
3. 膨胀：经过冷凝器的气体变成低温低压的液体-气体混合物，通过膨胀阀进入蒸发器。
4. 蒸发：在蒸发器中，液体-气体混合物通过与室内的高温热
源进行热交换，吸收室内热源的热量。
在此过程中，二氧化碳的状态从液体转变为气体。
5. 循环：气体经过蒸发器后，又进入压缩机，循环进行上述的压缩、冷凝、膨胀和蒸发过程，以实现热能的传递。
通过上述循环工作原理，二氧化碳热泵可以从低温环境中提取热量，并在高温环境释放热量，实现热能的传递。
这种热泵系
统具有高效率、环保和节能的特点，被广泛应用于供暖、热水等领域。
二氧化碳制冷技术
二氧化碳制冷技术二氧化碳具有高密度和低粘度,其流动损失小、传热效果良好,并且通过对传热作用的强化,可以弥补其循环不高的缺点.同时二氧化碳环境表现优良、费用低易获取、稳定性好、有利于减小装置体积.最重要的是, 其平安无毒,不可燃,这一点比R290具有明显的优势.当然,采用二氧化碳为制冷剂也有缺点,二氧化碳高的临界压力和低的临界温度也给它做制冷剂带来了许多难题.无论亚临界循环还是跨临界循环,二氧化碳制冷系统的运行压力都将高于传统的制冷空调系统,这必然会给系统及部件的设计带来许多新的要求.同时现阶段还存在二氧化碳制冷系统的效率相对较低的问题.目前二氧化碳的研究和应用主要集中于三个方面：一方面是汽车空调领域,由于制冷剂排放量大,对环境的危害也大, 必须尽早采用对环境无危害的制冷剂；第二方面是热泵热水器,二氧化碳在超临界条件下放热存在一个相当大的温度滑移,有利于将热水加热到一个更高的温度；第三方面是考虑到二氧化碳良好的低温流动性能和换热特性,采用它作为复叠制冷循环低温级制冷剂.在复叠式制冷系统中,二氧化碳循环在亚临界条件下运行.此时二氧化碳用作低压级制冷剂,高压级用NH3作制冷剂.与其它低压制冷剂相比, 即使处在低温,二氧化碳的粘度也非常小,传热性能良好,由于利用潜热, 其制冷水平相当大.目前,欧洲在超市中已建立了几个这种用二氧化碳作低温制冷剂的复叠式制冷系统,运行情况说明技术上是可行的,这种系统还适用于低温冷冻枯燥过程.当前关于R22制冷剂的替代国际上主要有两种技术方案：一种是以北欧国家和韩国为代表,其主张采用天然工质作为替代物, 如纯工质 R290、R1270、R744、R600a、R600、R717 等,以及 HCs 类的混合物；另一种是以美国和日本为代表的采用HFCs作为替代物,如美国联合信号公司的非共沸混合物R410A、杜邦公司和I.C.I公司的混合物R407C, 以及R32和R152a等,这些制冷剂的ODP均为0,能够到达保护臭氧层的目的,但是会产生温室效应.目前看来,二氧化碳在国内市场的前景,还有点像“雾里看花〞,就像王立群所言,他们都了解它的好,但真正用的少.国内空调行业暂时看不到二氧化碳开展的影子,其在国内冷冻冷藏市场也才刚刚迈步,但在热泵热水器领域,国内即将出台二氧化碳热泵热水器的核心配件标准GB/T26181-2021.参与标准制定的上海日立电器热泵推进办公室部长乐红胜认为,虽然在国内采用二氧化碳制冷剂的热泵热水器还没问世, 核心部件压缩机也处于研发阶段,“但这一超前标准的制定,将会对产品的市场推广起到良好的作用.〞CO2制冷剂的性质〔一〕CO2制冷剂具有的主要优势1.CO2是天然物质,ODP=0, GWP=1.使用CO2作为制冷工质,对大气臭氧层没有破坏作用,可以减少全球温室效应,来源广泛,勿需回收,可以大大降低制冷剂替代本钱,节约能源,从根本上解决化合物对环境的污染问题,具有良好的经济性.2.CO2平安无毒、不可燃,并具有良好的热稳定性,即使在高温下也不会分解出有害的气体.万一泄漏对人体、食品、生态都无损害.3.CO2具有与制冷循环和设备相适应的热物性.分子量小,制冷水平大,0℃的单位制冷量比常规制冷剂高5〜8倍,因而对于相同冷负荷的制冷系统,压缩机的尺寸可以明显减小,重量减轻,整个系统非常紧凑；润滑条件容易满足,对制冷系统常见材料无腐蚀,可以改善开启式压缩机的密封性能,减少泄漏.4. CO2黏度小,0℃时CO2饱和液体的运动黏度只是NH3的5.2%、R12 的23.8%,流体的流动阻力小,传热性能比CFC类制冷剂更好,可以改善全封闭制冷压缩机的散热.〔二〕CO2制冷剂存在的主要缺点及分析1. CO2临界压力较高〔7.38MPa〕,因此CO2跨临界制冷循环的工作压力较传统的亚临界两相制冷循环的工作压力高得多,约为传统制冷工质CFC或HCFC系统压力的6〜8倍.所以制冷系统中工质流经的管路系统必须经平安性分析.但是由于 CO2的单位容积制冷量约为常规制冷剂的5〜8倍,系统所需的CO2容积流量很小,而设备内气体的爆炸能量为压力与容积乘积的函数,所以虽然系统的工质压力高,但容积较小,其压力和容积的乘积与常规工质相差不大, 设备内气体的爆炸能量增加的并不多.以可靠性理论为依据,根据CO2跨临界制冷系统管道可靠性的不同影响因素及其变化规律,对不同管材情况下的可靠性进行深入地研究与分析, 得到的结论是：当管路系统的管外径给定时,只要合理地选择管材和管壁厚度,就能保证系统在给定压力下运行的可靠性和平安性,CO2跨临界循环较高的运行压力是可以得到合理解决的；现有钢管根本可以直接应用, 而现有铜管那么需根据管径和壁厚经平安性分析后选用.因此CO2运行工作压力较高所引起的平安性问题,并不会影响CO2作为环保制冷剂推广应用的障碍.2.CO2单级压缩跨临界循环的性能系数COP比相同温度条件下的R12、R22、R134a等常规制冷剂的制冷性能系数都低.针对CO2制冷循环性能系数低的缺点,学者们经研究探索发现,完全可以通过完善系统循环方式、优化系统设备来解决,如采用双级压缩和采用膨胀机回收一局部膨胀功的举措加以改善,来提升制冷循环效率.有理论分析说明,采用膨胀机CO2 跨临界循环的效率要高于常规制冷工质的节流膨胀循环.CO2制冷剂的应用前景自前国际制冷学会主席G. Lorentzen提出采用CO2作为环保制冷剂及跨临界循环理论以来［7］, CO2在环保和性能上的优势越来越多地吸引了世界各国学者研究的注意力,其系统和部件的开发也得到了很大的开展, 现有研究结果说明,CO2系统在高环境温度〔45℃以上〕时,制冷性能低于传统系统,35〜45℃间与传统系统相近,35℃以下时性能更优［5］.目前 CO2跨临界循环在汽车空调、热泵、商用制冷装置、食品冷藏冷冻等方面的应用前景都很好,性能都相当于甚至好于原来采用R22或R12或R134a 的制冷装置,特别适用于需要大的温度变化的场合,而且在较低的蒸发温度下性能较好.CO2作为一种天然制冷工质,就其物性特征而言,具有其他非天然工质不可比较的优势.伴随着CO2制冷系统研究工作的不断深入,CO2作为新一代制冷工质将会得到进一步推广,相信在不久的将来,汽车空调系统、商用制冷系统、住宅空调系统以及各个生产企业的热泵枯燥系统将会大量使用CO2替代现有制冷工质.结束语作为制冷剂,人们希望它环保、高效、经济,但实际上并不存在一种十全十美的制冷剂.与其他制冷剂相比,CO2具有环保、平安、经济和单位容积制冷量等性能方面上的明显优势,也有运行工作压力和效率方面上的缺乏.目前的研究说明,只要合理选择管材和管壁的厚度,可保证CO2 系统在跨临界压力下运行的平安性和可靠性,而合理改善CO2跨临界循环方式,可以有效地减少节流损失,提升系统的循环效率,CO2作为环保制冷剂之一,有着很好的应用前景,随着制冷与空调技术领域的开展必将会得到广泛应用.。
CO2空气源热泵的电气控制
CO2空气源热泵的电气控制摘要：本文中主要讲解了由CO2空气源的电气控制方式，控制原理为根据CO2侧的压力来自动控制制冷泵的启停，再根据储液器内的压力来控制氟利昂压缩机，两者均为自动控制。
自动控制跨临界压缩机运行，排气压力在90~120bar，排气温度达100~120℃，经过气体冷却器（气冷器）冷却后，气体温度在32℃以下，同时气冷器水侧水温由20℃上升到75~90℃。
被冷却后的气体再经过回热器再冷却，再经电子膨胀阀智能控制节流，通过蒸发器（风机+盘管）向外界吸收热量，依次通过回热器、气液分离器后回到压缩机吸气口。
且控制系统增加了远程监控系统，能够连接现场设备、PLC、仪表或者变频器等，通过宽带、wifi、4G、5G网络将设备运行状态、数据传送到云平台，通过微信、短信或者网页查看设备运行状态和报警信息。
关键词：CO2 空气源热泵，控制原理，自动控制，远程监控一、原理随着 CO2 空气源热泵的广泛应用，CO2 空气源热泵电气控制系统的稳定性和安全性也越来越引起人们的关注。
电气控制系统是 CO2 空气源热泵系统中至关重要的部分，对 CO2 空气源热泵的运行稳定性和安全性起着决定性的作用。
因此，了解 CO2 空气源热泵电气控制系统的工作原理和使用方法，对设备的运行管理和维护至关重要。
本控制器应用于CO2空气源热泵，兼顾CO2水源热泵控制。
CO2空气源热泵就是采用CO2作为制冷剂的热泵，利用空气中的低位热能，转化为可利用的高位热能。
原理是由跨临界压缩机运行时，排气压力在90~120bar，排气温度达100~120℃，经过气体冷却器（气冷器）冷却后，气体温度在32℃以下，同时气冷器水侧水温由20℃上升到75~90℃。
被冷却后的气体再经过回热器再冷却，再经电子膨胀阀节流，通过蒸发器（风机+盘管）向外界吸收热量，依次通过回热器、气液分离器后回到压缩机吸气口。
控制原理图如下所示：二、各类功能说明CO2 空气源热泵的控制器具有各类保护功能和检测功能，还有智能化控制方式。
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应用于跨临界CO2压缩循环的双转子滚动活塞式膨胀机的研究
新型的双转子膨胀机是在原有的单转子膨胀机(目前的第三代膨胀机)的基础上设计的，上下气缸
的结构如图3所示，在设计过程中主要考虑了如下因素。
(1)已经成功研发的三代膨胀机皆为滚动活塞式，为新型CO2膨胀机的研发积累了一定的经验。
膨胀机需要和二氧化碳压缩机相匹配，同时，鉴于滚动活塞式的特点以及实验室的加工条件，该新型膨胀机仍采用滚动活塞形式。
(2)膨胀机回收的有用功可以带动发电机发电，也可以和压缩机同轴相连将膨胀功传输给压
缩机。
(3)上下气缸的滑板存在一定的夹角。
上气缸排气口与下气缸进气口之间通过连通孔相连，连通
管道尽可能短以减少余隙容积。
f41上气缸与进气管相连，进气温度高；下气缸与排气管相连，排气温度低，上下气缸之间安装中间隔板，以减小上下气缸问的传热损失，隔板厚度需要优化，既要保证隔板的隔热效果又要减少连通管道的长度以减小余隙容积。
(5)不需要单独的进气控制装置，膨胀空间的形成不需要凸轮阀杆结构，随着转子旋转，由一级
转子、二级转子和两气缸滑板在两气缸之间形成密闭的膨胀空间，超临界二氧化碳在密闭空间中膨胀
降压。
(61上气缸与进气管相连，二氧化碳始终是流动的，因此，不存在凸轮阀杆控制进气过程中开启
和关闭所造成的管道中二氧化碳的停顿与畅通，降低压力脉动。
1·原理图：
2·温熵图：
3·结构示意图：
4·上下汽缸的示意图：
5·结论
(1)设计了新型双转子滚动活塞膨胀机。
在结构上为两气缸双转子，去掉了单独的吸气控制装置吸气口始终与进气管相连，排气口始终与排气管道相连，降低因膨胀机吸气开关造成的压力脉动等问题。
解决了第三代膨胀机采用凸轮阀杆结构控制进气所造成的摩擦损失等问题。
(2)上下气缸之间安装中间绝热隔板，以减少上下气缸因为传热造成能量损失。
隔板厚度存在最佳值既要使隔热效果好又要尽量减小余隙容积。
(3)在角度之前，二级转子的驱动力矩大于级转子，为膨胀机转动的主要驱动者；之后，一级转子的驱动力矩较大，为膨胀机转动的主要驱动者。
(4)膨胀空间是通过两滚动活塞旋转在上下两气缸之间形成的。
在膨胀过程
(30。
～300。
)中，一级
转子的总力矩始终为正值，膨胀临近结束时，两转子的总力矩趋近于0。
在膨胀腔外侧，二氧化碳高压进气对膨胀机的旋转有帮助，高压进气得到利用。