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二氧化碳制冷技术 摘要：CO2作为制冷工质在环保、安全性及单位容积制冷量等方面具有明显的优势，是一种比较理想的环保制冷剂。本文介绍了CO2作为制冷剂的相关特性及制冷循环的工作原理；指出了提高跨临界制冷循环COP的几种途径及其在汽车空调、复叠式制冷循环和热泵型供热系统的应用；并展望了CO2制冷技术的发展前景。 关键词：二氧化碳 跨临界制冷循环 应用 发展前景 CO2 refrigeration technology Abstract: Because the CO2 work quality has obvious advantage in the environmental protection, safety and the cold quantity of capacity etc, making it become one of ideal environmental protection refrigerant. This paper introduces related characteristic of CO2 and the operation principle of its refrigeration cycle; points out the several effective ways to improve the coefficient of performance of CO2 transcritical refrigeration cycle and its application in air conditioner of the automobile, cascading refrigeration circulation and the heat pump type heating system; and puts forward the development prospect of CO2 refrigeration technology. Keywords: CO2 transcritical cycle application development prospect 1 引言 臭氧层破坏是当今全球性环境问题之一，它对人类健康和生态环境造成了巨大的危害。由于制冷空调领域里广泛采用对臭氧层有破坏作用的人工合成制冷剂CFCs和HCFCs，故实现CFCs和HCFCs的替代尤其重要。 全球变暖是现今另一个全球性环境问题，人类如果不及时采取措施，将面临灾难性后果。目前作为CFCs和HCFCs替代工质的HFCs虽然不破坏臭氧层，但属于温室气体。1997年12月签署的“京都协定书”明确规定HFCs为六大减排温室气体之一，意味着HFCs只能是一种过渡工质而不能作为CFCs和HCFCs的长期替代工质。我国于1998年5月签署了该协议，成为缔约国之一。 在此背景下，天然工质CO2以其优良的环保特性，良好的传热性质，较低的流动阻力及相当大的单位容积制冷量，重新在制冷领域受到青睐。为了进一步提高CO2制冷循环性能，扩大应用范围，正在开展各种各样的研究开发。CO2跨临界制冷是近年来的研究热点[3、4]。 虽然C02具有很高的系统压力，导致的可靠性、安全性问题令人担忧，但从长远来看，CO2极具开发潜力。目前CO2跨临界制冷循环被认为最有可能适用于蒸发温度为-40℃-10℃的各种常规制冷系统中，特别适合于高居住密度区，如汽车空调、船舱空调，以及高温热泵热水、干燥系统。 2 CO2的性质及制冷循环 2.1 CO2的特点 常温下的二氧化碳是一种无色、无嗅的气体，临界温度和临界压力分别为31.1℃和7.37MPa，与其他制冷剂相比，CO2作为制冷工质有许多独特的特点: (1)CO2安全无毒，不可燃，适应各种常用润滑油以及机械零部件材料； (2)具有与制冷循环和设备相适应的热物理性质，单位容积制冷量相当高(0℃时单位容积制冷量是NH3的1.58倍，是R22的5.12倍和R22的8.25倍)，运动粘度低(0℃时CO2饱和液体的运动粘度只有NH3的5.2%、R12的23.8% )；(3)CO2具备优良的流动和传热特性，可显著减小压缩机与系统的尺寸，使整个系统非常紧凑，而且运行维护也比较简单，具有良好的经济性能； (4)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。(5)CO2跨临界循环比常规工质亚临界循环更适合于系统的动态容量调节特性。（6）绝热指数大，因此压缩机排气温度较高，可以制取较高温度的热水。这些独特的优势，使CO2作为CFCs，HCFCs，HFCs的长期替代物，有非常光明的应用前景。表