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专题研讨

co2制冷特性和应用分析
杨大章，吕静

(上海理工大学，上海20O093)

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：摘要：介绍了co：制冷剂的的历史和发展；分析总结了co：的物理化学性质和制冷特性；：
：阐述了亚临界循环、跨临界循环等4种制冷循环的基本原理；介绍了co制冷技术在汽车空调、：
：热泵系统和复叠式制冷系统等方面的应用。：
：关键词：co；制冷；空调；热泵：
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中图分类号：TB64文献标识码：A文章编号：10O6—8449(2009)03一OO15一O4

0引言

由于CFC类制冷剂中的氯原子一旦进入大气、升展的道路。
到平流层后会破坏臭氧层，给人类的生存环境带来极在几种常用的自然工质中，可以说C0最具竞争
大的影响，《蒙特利尔协议》(1987年)规定了Rl2等力，特别在可燃性和毒性有严格限制的场合，c0是最
cFcs(氯氟碳)制冷工质要逐渐禁用。为了保护环境，理想的。自19世纪80年代至20世纪3O年代，c0作
减少CFc制冷剂对大气臭氧层的破坏，汽车空调制为制冷剂曾被广泛地应用于制冷空调系统中，与氨制
冷剂已完成了从CFC1向HF和HFC的转换。这冷剂一样，它是当时最为常用的制冷工质。卤代烃类制
些新开发出来的HFcs和HFc混合物工质虽然不会冷剂被广泛应用后，C0迅速被取代。但近几年来，由
破坏臭氧层，但全球变暖潜能值(GP，Gl0bal于其具有不危害环境、来源广泛等许多优良特性，C0：
warrningP0tentia1)较高，仍能造成比较严重的温室效又一次引起了人们的重视，受到人们越来越多的关注，
应，使全球气候变暖。例如，目前应用比较多的R134a，并被誉为“2l世纪最具前景的制冷剂”一。而且研究表
使地球变暖的能力是C0的1000多倍。此外，研究明，以前cO制冷系统存在的两个主要问题(循环压力
发现，在大气对流层中Rl34a被阳光照射后会分解为高和压缩机出口温度高)实际上是有利的。非常高的循
酸和有毒物质，并有可能形成酸雨。因而R134a被认环压力使循环中流体的密度比较高，因此C0：热泵机
为是一种过渡性的替代工质。从对环境的长期影响来组比相同功率的普通热泵小得多；高的出口温度也可
看，HFc类制冷剂仍然有较大缺陷，非自然工质的大以进行余热回收利用。
量使用，对环境和人类的危害在短期内可能显现不出
来，但却潜伏着巨大的危险。1CO的性质
制冷剂的应用和发展，经历了由天然制冷剂，如从对环境的影响来看，c0是除水和空气以外，与
c0、氨、碳氢化合物、水、空气等，走向大量应用合成制环境最为友善的制冷工质。c0的DDJp(Ozone
冷剂，如cFc、HFcs和HFc等，又重薪走向应用天然DepressionP0tentia1)为0，GP仅为l，不会破坏臭氧
制冷剂的过程，这完全符合科学发展的“螺旋上升”规层，对全球变暖的作用很小，况且作为制冷剂的CO无
律。任何地球上本来不存在的物质被大量生产和使用，论是自然提取或是利用工业废气，这反而都有助于减
都会造成地球生态环境的破坏，所以制冷剂应回归自少温室气体的排放。此外，c0作为制冷工质还有许多
然，重新起用各种自然制冷剂，这样才能走上可持续发独特的性质：
总第l27期第30卷l5J

专题研讨

(1)在常温、常压下，c0是无色无味的气体。其三求制冷剂以液态存在，这就要求c0：制冷循环要在较
相点的压力为O．518MPa，温度为一56．6，临界温度为高的压力下完成；2)CO临界点温度非常低，为
31．1℃，临界压力为7．38MPa，临界比容．：2．1l7cm3／g；31．1qC，因此在传统的c0亚临界循环下要求冷凝温
(2)良好的安全性和化学稳定性。C0安全无毒，度低于31．1℃，这也使循环过程靠近临界点，循环的相
不可燃，适应各种润滑油和常用机械零部件材料，即变过程较短，使得循环的制冷量较小，COP低。但是较
便在高温下也不分解产生有害气体；低的临界温度也使c0：很容易达到超临界状态，使
(3)具有与制冷循环和设备相适应的热物理性质，CO的跨临界循环和超临界循环在实际中成为可能。
单位容积制冷量相当高，运动粘度低；
(4)C0优良的流动和传热特性，可显著减小压缩2CO2制冷循环形式
机与系统的尺寸，使整个系统非常紧凑，而且运行维
CO制冷循环有3种基本形式：超临界CO制冷
护也比较简单，具有良好的经济性能；
循环、跨临界C0制冷循环和亚临界