1、 文献综述 题 目 二氧化碳跨临界制冷 压缩机研究进展 学生姓名 专业班级 热能 学 号 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称) 完成时间 1 二氧化碳跨临界制冷压缩机研究进展二氧化碳跨临界制冷压缩机研究进展 摘要摘要 本文简要介绍了二氧化碳跨临界循环制冷技术的发展，并重点介绍了二氧化碳跨临 界制冷压缩机国内外的研究进展。明确表明了二氧化碳 制冷技术是以后制冷技术发展 的重要的发展方向之一，压缩机是核心。 关键字：二氧化碳关键字：二氧化碳 跨临界跨临界 压缩机压缩机 1 引言 二氧化碳是应用最早的制冷剂之一，在 19 世纪末到 20 世纪 30 年代得到了普遍 的应用，到 1930 年，8
2、0的船舶采用二氧化碳制冷1。但由于当时采用的二氧化碳 亚临界循环制冷效率低，特别是当环境温度稍高时，二氧化碳的制冷能力急剧下降， 且功耗增大2。近年来，氟氯氢制冷剂对臭氧层的破坏和全球温室效应等环保问题日 益突出，而随着二氧化碳跨临界制冷循环的提出，使二氧化碳作为制冷剂开始重新得 到重视。国内外对跨临界二氧化碳制冷循环系统展开大范围的研究和设计，压缩机作 为制冷循环的核心部件，跨临界二氧化碳压缩机的研究必不可少，设计出最优化的跨 临界二氧化碳制冷压缩机，对研究二氧化碳制冷循环系统能效很有必要。并且将对整 个二氧化碳跨临界循环的研究有极大的促进作用。本文对二氧化碳制冷压缩机的研 究进展做以介绍。
3、 1.1 二氧化碳作为未来制冷剂的优势 近年来，由于氟氯烃制冷剂对臭氧层的破坏及全球温室效应等环境问题日益显 显，并且随着二氧化碳跨临循环概念的出现，材料的发展及制造技术的不断提高，人 们目光又重新投向二氧化碳，现有热泵热水器（常用工质为 R22 和 R134a）的热水 温度一般只能达到 55，当温度超过 55时，热泵的性能会有很大的衰减，对压缩 2 机也有很大的危害3。所以当需要较高温度的热水时，只能借助于效率较低的电加热 器 2。 国际制冷学会主席 GLorentzen 认为二氧化碳是无可取代的制冷工质，并提出跨 临界循环理论，指出其可望在汽车空调和热泵领域发挥重要作用4。他的主张得到众
4、多 学者的大力支持，从而在全球范围内掀起了一股 CO2 制冷工质的开发与研究热潮。 二 氧化碳热泵热水器加热过程可实现良好的温度匹配，并且可获得高达 90的热水， 具有特别的性能优势。尤其在低的环境温度下，制热性能也可以保持在较高值，故二 氧 化碳热泵热水器将是未来热水器发展的重要的趋势。 1.2 二氧化碳的物性 常温常压下，二氧化碳是无色无味的气体，二氧化碳三相点温度为-56.6，压 力为 0.518MPa；其临界温度为 31.1，临界压力为 7.38MPa，临界密度 Pc = 369.71 kg/m36。从对环境的影响来看，CO2 是除水和空气以外，与环境最为友善的制冷工 质5。CO2 的
5、 ODP（Ozone Depression Potential）为 0，GWP 仅为 1，CO2 是工业领 域仅次于水和空气的环保物质，是制冷制中对环境影响最小的工质，不会破坏臭氧 层，对全球变暖的作用很小，况且作为制冷剂的 CO2 无论是自然提取或是利用工业 废气，这反而都有助于减少温室气体的排放。 二氧化碳作为制冷剂其优点在于，无 毒，没有可燃性，价格便宜、来源丰富、无须回 收，与普通润滑油相溶，容积制冷 量约是 R22 的 5 倍，二氧化碳是唯一同时具有优 良的热力特性、安全特性和环境 特性的自然工质7。 CO2 作为制冷工质如下独特性质： (1)良好的安全性和化学稳定性，不可燃，即便在
6、高温下也不分解产生有害气体，可 适 应各种润滑油和常用机械零部件材料； (2)单位容积制冷量相当高,可减小制冷系统与热泵设备尺寸； (3)优良的流动特性，动力粘度低，设备压降损失较小； (4) 优良的传热特性,导热系数较大，换热效果好； (5)CO2 制冷循环的压缩比要比常规工质制冷循环低，压缩机的容积效率可维持在较 高 的水平。 3 表 1 是二氧化碳制冷剂和其它制冷剂比较 2.0 跨临界二氧化碳制冷循环系统的构成和特 点 21 二氧化碳跨临界制冷循环 跨临界制冷循环指压缩机的吸气压力低于临界压力，蒸发温度低于临界温度， 但压缩机的排气压力高于临界压力；循环的吸热过程在亚临界条件下进行，换热过 程主要是依靠潜热来完成，但循环的冷却换热过程依靠显热来完成，其循环过程如 图 1所示。此时的高压换热器不再称为冷凝器，而称为气体冷却器（简称气冷器） 8。跨临界制冷循环是当前 CO2 制冷循环研究中最为活跃的领域； 图 1 二氧化碳跨临界回
