二氧化碳热泵热水器的研究现状
在国内，上海交通大学的丁国良等人对CO2汽车空调进行了模拟研究。马？y？研究了跨临界双级压缩CO2制冷系统中膨胀机的最优配置。杨对带膨胀机的跨临界双级压缩CO2制冷系统的三种不同循环形式进行了热力学分析和比较，得出了双级压缩CO2制冷系统中膨胀机的最佳配置形式。
CO2膨胀机理的研究现状
1)活塞扩张器
从65438到0994，德国德累斯顿大学的Heyl P教授和嘎嘎博士开始研制跨临界CO2循环膨胀机。嘿？P教授和嘎嘎博士H (1999)研制的第一代自由活塞膨胀压缩机采用双作用对称结构，有两个膨胀缸和两个压缩缸。在CO2制冷实验平台上的测试结果表明，与带节流阀的系统相比，该系统的COP可提高30%。Nickl(2002)在其发表的论文中介绍了第二代自由活塞膨胀压缩机。通过增加一个双臂摇臂，使膨胀机活塞和压缩机活塞的运动速度不同，从而解决了第一代膨胀机活塞和压缩机活塞必须同步运行的问题，减少了效率损失，系统性能比第一代提高了10%。
Nickl等人(2003)开发的第三代自由活塞膨胀压缩机，再次采用了第一代的全压膨胀原理，但通过三级膨胀，提高了膨胀功的回收，降低了效率损失。嘎嘎等人(2004)在第三代膨胀压缩机样机上成功进行了原理实验。实验证明膨胀机的控制机制是完全可行的，同时也验证了CO2携带的润滑油可以满足机器的润滑需求，无需额外的润滑系统。Nickl(2005)给出了样机的P-V图，估计膨胀机的等熵效率达到65%-70%，压缩机的等熵效率超过90%。
李等(2000)对CO2循环系统中不同膨胀装置进行了热力学分析，提出采用涡旋式和活塞式膨胀机来降低节流损失。BaekS(2002)将一台商用四冲程双缸发动机改造成活塞式膨胀机，吸气口和排气口的开闭由快速电磁阀控制。实验结果表明，膨胀机的等熵效率约为65，438+00%，CO2制冷系统的COP可提高7%-65，438+00%。BaekS(2005)为活塞式膨胀机建立了详细的数学模型，并通过该模型对样机进行了分析。
2)卷轴扩展器
Preissner(2001)和HuffJ(2003)将两台半封闭的R134a涡旋压缩机改造成CO2膨胀机。原型机ⅰ的动盘高度降低到1.7mm，而原型机ⅱ的动盘高度不变，仍然是14 mm..但由于内部泄漏较大，原型机I的最大等熵效率和容积效率只有28%和40%。对于样机II，由于膨胀机工作容积较大，内部泄漏的影响减弱，其性能高于样机I，最大等熵效率和容积效率分别为42%和68%。燕妮D(2004)也从理论上研究了CO2涡旋膨胀机，提出了CO2涡旋膨胀机的设计方案和功回收方式，并预测其泄漏损失约为20%，摩擦损失约为65，438+05%，总效率可达72%左右。
3)滚动转子膨胀机
天津大学的魏东、查士通、、关等先后开发研究了CO2转子膨胀机。卫东开发了第一代D3ER1.0滚动活塞膨胀机。初步实验表明，该膨胀机样机能够正常运行。查世通在第一代的基础上，开发了第二代D3ER2.0滚动活塞膨胀机，通过增加滚针轴承来降低膨胀机的内摩擦，将发电机和膨胀机合二为一，防止外泄漏。李敏霞将D3ER2.0膨胀机进一步改进为新型滑板滚动活塞膨胀机，型号为D3ER2.1，并将线密封改为面密封，理论上可减少50%的泄漏。此外，李敏霞还设计开发了D3ESW1.0摆动转子膨胀机，将滚动活塞与滑板合二为一，减少膨胀机内部泄漏。样机测试结果表明，D3ER2.1和D3ESW1的效率分别比D3ER2.0高33%-44%和35%-47%。在前人研究的基础上，关设计研制了摆动转子膨胀压缩机，并测试了样机中膨胀机和压缩机的效率分别为30%-50%和60%-80%。
4)其他扩展器
伦敦城市大学的斯托什奇(2002)从理论上研究了二氧化碳双螺杆膨胀压缩机。膨胀机和压缩机的转子通过* *轴连接，置于两个独立的腔体内，避免了工质的内漏。通过这种配置，膨胀压缩机的轴向载荷可以完全抵消，径向载荷小于20%。
Fukuta(2003年)研究了叶片式膨胀机。建立的数学模型的仿真结果表明，泄漏是影响叶片式膨胀机性能的主要因素，传热的影响相对较小。该模型预测叶片式膨胀机的总效率为20%-40%，并且随着转速的增加而增加。由叶片泵改造而成的CO2叶片泵样机在入口压力9.65438±0 MPa、温度40℃、出口压力4.65438±0 MPa的工况下，总效率为43%。Fukuta(2006)开发了滑片式膨胀压缩机的样机，其中压缩机部分用作CO2循环的二级压缩机。实验结果表明，压气机的性能主要受压气机前后压差和转速的影响。
英国MIEE？Driver公司改进了普通叶片式膨胀压缩机，并申请了专利。
5)其他膨胀设备
李于2006年建立了喷射器的等压混合模型，并进一步建立了两相流喷射器及相应的CO2循环系统模型。计算结果表明，主喷管的等熵效率为95%，而辅助喷管的等熵效率很低，仅为26%。
Tdell(2006年)研究了CO2冲击膨胀机。目前，这种膨胀机的效率很低。喷管的等熵效率只有60%，能回收的功只占等熵膨胀功的20%-30%左右。
二氧化碳压缩机的研究现状
1)活塞式压缩机
1998期间，Süβ和Kurse研究了Bock公司生产的开式CO2活塞式压缩机和Danfoss A/S公司生产的斜盘式CO2压缩机。
多林公司在IKK世博会1998展示了研发的半封闭CO2活塞式压缩机，包括单级压缩机和双级压缩机两种类型。瑞士苏黎世大学研发了应用于家用热水器的半封闭小型无油活塞式CO2压缩机。
Nesk等人研究了半封闭两级CO2活塞压缩。试验结果表明，在转速为1450 r/min时，最大效率和等熵效率分别达到0.8和0.6，其性能优于单级压缩的低温性能。
日本电装公司与静冈大学合作开发了活塞式CO2压缩机，对样机进行了测试，并与理论计算结果进行了比较。发现活塞环的密封效果很好，但有通过阀门的防泄漏，对工作容积相对较小的压缩机效率影响很大。
上海交通大学的陈江平和上海易初通用汽车公司共同开发了车用斜盘式二氧化碳压缩机，并进行了一系列研究。
2)滚动活塞压缩机和摆动活塞压缩机
日本三洋公司开发了全封闭CO2两级滚动活塞压缩机。这种气路设计使机壳内的压力为一级排气压力，约为5-6MPa，减少了压缩机工作腔与机壳腔之间的泄漏，有利于提高压缩机的效率。据报道，在50-80 Hz的工作频率下，最高绝热效率可达0.8以上。
日本大金公司设计开发了振荡转子CO2压缩机。根据日本大金公司的研究，由于CO2振荡转子压缩机偏心率小，设计强度要求与R410A压缩机相当，虽然其工作压差较大。
Hubacher和Groll测试了一台全封闭的两级二氧化碳旋转式压缩机。结果表明，压比范围为1.5-5，容积效率为0.78-0.9。Dreiman和Bunch开发了一种全封闭的CO2旋转式压缩机。Yokoyama等人开发了用于热泵系统的两级压缩和级间供气的滚动转子式CO2压缩机，并进行了实验研究。在高压比和低速条件下，两级压缩式CO2压缩机在效率和制热量方面都优于单级。
在中国，庆安制冷从2004年开始对滚动转子CO2压缩机进行详细研究。主要工作集中在压缩机总体结构设计、轴承系统可靠性设计、供油系统设计、零部件静动态强度设计、关键零部件耐磨设计、压缩机运行含油率研究分析、润滑油评价、零部件材料选择、电机设计、集中绕组DC电机牵引控制方案研究、控制器设计及制造技术。2008年研制出一台样机，容积效率达到0.75%-0.91%，并通过了可靠性评估实验。
3)涡旋压缩机
日本电装公司为CO2热泵热水器开发了CO2涡旋压缩机。
日本松下公司在410A涡旋压缩机的基础上，对涡旋和壳体进行了重新设计，开发出了CO2涡旋压缩机样机。样机的实验结果表明，压缩机的容积效率和绝热效率随着转速的增加而增加。在34.6—48.2赫兹的工作频率范围内，容积效率在0.72—0.86之间，等熵效率在0.43—0.47之间。日本三菱重工也开发了用于CO2热泵热水器的涡旋压缩机，压缩机的绝热效率可达0.76。矢野和中尾还开发了大容量二氧化碳涡旋压缩机。
4)滑片压缩机
美国马里兰大学和日本静冈大学合作开展了CO2叶片式压缩机的理论研究，包括可行性、压缩室内温度和压力等关键参数的分析、容积效率和指示效率的估算以及叶片的应力等。发现泄漏损失是影响压缩机效率的主要因素。此外，对双级压缩叶片式CO2压缩机和叶片式膨胀压缩机进行了分析。
5)螺杆式压缩机
日本Maycom公司开发了一种CO2单级螺杆式压缩机，设计的机组同时用于制冷和制热。压缩机排出的CO2首先用于加热热水，节流后用于制冷。英国城市大学已经开发出一种用于CO2的螺杆式膨胀压缩机。
二氧化碳换热器的研究现状
从65438到0998，挪威NTNU的Pattersen开发了一种用于CO2系统的紧凑型换热器，其中使用多块板来形成传热管，并且这些板被挤压成微通道。
Schonfeld和Kraus对超临界流体的传热进行了理论计算和实验研究，发现计算结果高于实验值，说明超临界流体不能用常规对流传热方法进行精确计算。Dang和Hiara也做了上述工作，比较了几种关联式，在Pilta方程的基础上建立了新的关联式。计算结果与实验结果的误差为20%。东京大学的Hihara和Tanaka对高压下CO2流体的沸腾进行了大量的实验。由于蒸发器中的流体涉及两相流传热，所以流体的流型对传热影响很大。挪威NTNU的Pattersen对微通道内CO2流体的低压沸腾流型进行了实验研究，给出了流型图，并测量了CO2蒸发流动的压降。Grol和Kim对CO2流体的干燥度对水平管传热系数的影响进行了理论和实验研究。当CO2流体完全变成蒸汽时，换热系数迅速下降，传热效果差。Choi对竖直管内CO2流体的蒸发和传热进行了实验研究。发现在低干度区，传热系数随着干度的增加而增加，当干度超过一定值时，传热系数迅速下降。Kim等人对CO2多层微通道蒸发器进行了理论和实验研究，理论模型与实验吻合较好。Kulkarmi等人研究了如何消除CO2微通道换热器各通道内干燥度的不均匀性。