在國內，上海交通大學的丁國良等人對CO2汽車空調進行了模擬研究。馬？y？研究了跨臨界雙級壓縮CO2制冷系統中膨脹機的最優配置。楊對帶膨脹機的跨臨界雙級壓縮CO2制冷系統的三種不同循環形式進行了熱力學分析和比較，得出了雙級壓縮CO2制冷系統中膨脹機的最佳配置形式。
CO2膨脹機理的研究現狀
1)活塞擴張器
從65438到0994，德國德累斯頓大學的Heyl P教授和嘎嘎博士開始研制跨臨界CO2循環膨脹機。嘿？P教授和嘎嘎博士H (1999)研制的第壹代自由活塞膨脹壓縮機采用雙作用對稱結構，有兩個膨脹缸和兩個壓縮缸。在CO2制冷實驗平臺上的測試結果表明，與帶節流閥的系統相比，該系統的COP可提高30%。Nickl(2002)在其發表的論文中介紹了第二代自由活塞膨脹壓縮機。通過增加壹個雙臂搖臂，使膨脹機活塞和壓縮機活塞的運動速度不同，從而解決了第壹代膨脹機活塞和壓縮機活塞必須同步運行的問題，減少了效率損失，系統性能比第壹代提高了10%。
Nickl等人(2003)開發的第三代自由活塞膨脹壓縮機，再次采用了第壹代的全壓膨脹原理，但通過三級膨脹，提高了膨脹功的回收，降低了效率損失。嘎嘎等人(2004)在第三代膨脹壓縮機樣機上成功進行了原理實驗。實驗證明膨脹機的控制機制是完全可行的，同時也驗證了CO2攜帶的潤滑油可以滿足機器的潤滑需求，無需額外的潤滑系統。Nickl(2005)給出了樣機的P-V圖，估計膨脹機的等熵效率達到65%-70%，壓縮機的等熵效率超過90%。
李等(2000)對CO2循環系統中不同膨脹裝置進行了熱力學分析，提出采用渦旋式和活塞式膨脹機來降低節流損失。BaekS(2002)將壹臺商用四沖程雙缸發動機改造成活塞式膨脹機，吸氣口和排氣口的開閉由快速電磁閥控制。實驗結果表明，膨脹機的等熵效率約為65，438+00%，CO2制冷系統的COP可提高7%-65，438+00%。BaekS(2005)為活塞式膨脹機建立了詳細的數學模型，並通過該模型對樣機進行了分析。
2)卷軸擴展器
Preissner(2001)和HuffJ(2003)將兩臺半封閉的R134a渦旋壓縮機改造成CO2膨脹機。原型機ⅰ的動盤高度降低到1.7mm，而原型機ⅱ的動盤高度不變，仍然是14 mm..但由於內部泄漏較大，原型機I的最大等熵效率和容積效率只有28%和40%。對於樣機II，由於膨脹機工作容積較大，內部泄漏的影響減弱，其性能高於樣機I，最大等熵效率和容積效率分別為42%和68%。燕妮D(2004)也從理論上研究了CO2渦旋膨脹機，提出了CO2渦旋膨脹機的設計方案和功回收方式，並預測其泄漏損失約為20%，摩擦損失約為65，438+05%，總效率可達72%左右。
3)滾動轉子膨脹機
天津大學的魏東、查士通、、關等先後開發研究了CO2轉子膨脹機。衛東開發了第壹代D3ER1.0滾動活塞膨脹機。初步實驗表明，該膨脹機樣機能夠正常運行。查世通在第壹代的基礎上，開發了第二代D3ER2.0滾動活塞膨脹機，通過增加滾針軸承來降低膨脹機的內摩擦，將發電機和膨脹機合二為壹，防止外泄漏。李敏霞將D3ER2.0膨脹機進壹步改進為新型滑板滾動活塞膨脹機，型號為D3ER2.1，並將線密封改為面密封，理論上可減少50%的泄漏。此外，李敏霞還設計開發了D3ESW1.0擺動轉子膨脹機，將滾動活塞與滑板合二為壹，減少膨脹機內部泄漏。樣機測試結果表明，D3ER2.1和D3ESW1的效率分別比D3ER2.0高33%-44%和35%-47%。在前人研究的基礎上，關設計研制了擺動轉子膨脹壓縮機，並測試了樣機中膨脹機和壓縮機的效率分別為30%-50%和60%-80%。
4)其他擴展器
倫敦城市大學的斯托什奇(2002)從理論上研究了二氧化碳雙螺桿膨脹壓縮機。膨脹機和壓縮機的轉子通過* *軸連接，置於兩個獨立的腔體內，避免了工質的內漏。通過這種配置，膨脹壓縮機的軸向載荷可以完全抵消，徑向載荷小於20%。
Fukuta(2003年)研究了葉片式膨脹機。建立的數學模型的仿真結果表明，泄漏是影響葉片式膨脹機性能的主要因素，傳熱的影響相對較小。該模型預測葉片式膨脹機的總效率為20%-40%，並且隨著轉速的增加而增加。由葉片泵改造而成的CO2葉片泵樣機在入口壓力9.65438±0 MPa、溫度40℃、出口壓力4.65438±0 MPa的工況下，總效率為43%。Fukuta(2006)開發了滑片式膨脹壓縮機的樣機，其中壓縮機部分用作CO2循環的二級壓縮機。實驗結果表明，壓氣機的性能主要受壓氣機前後壓差和轉速的影響。
英國MIEE？Driver公司改進了普通葉片式膨脹壓縮機，並申請了專利。
5)其他膨脹設備
李於2006年建立了噴射器的等壓混合模型，並進壹步建立了兩相流噴射器及相應的CO2循環系統模型。計算結果表明，主噴管的等熵效率為95%，而輔助噴管的等熵效率很低，僅為26%。
Tdell(2006年)研究了CO2沖擊膨脹機。目前，這種膨脹機的效率很低。噴管的等熵效率只有60%，能回收的功只占等熵膨脹功的20%-30%左右。
二氧化碳壓縮機的研究現狀
1)活塞式壓縮機
1998期間，Süβ和Kurse研究了Bock公司生產的開式CO2活塞式壓縮機和Danfoss A/S公司生產的斜盤式CO2壓縮機。
多林公司在IKK世博會1998展示了研發的半封閉CO2活塞式壓縮機，包括單級壓縮機和雙級壓縮機兩種類型。瑞士蘇黎世大學研發了應用於家用熱水器的半封閉小型無油活塞式CO2壓縮機。
Nesk等人研究了半封閉兩級CO2活塞壓縮。試驗結果表明，在轉速為1450 r/min時，最大效率和等熵效率分別達到0.8和0.6，其性能優於單級壓縮的低溫性能。
日本電裝公司與靜岡大學合作開發了活塞式CO2壓縮機，對樣機進行了測試，並與理論計算結果進行了比較。發現活塞環的密封效果很好，但有通過閥門的防泄漏，對工作容積相對較小的壓縮機效率影響很大。
上海交通大學的陳江平和上海易初通用汽車公司共同開發了車用斜盤式二氧化碳壓縮機，並進行了壹系列研究。
2)滾動活塞壓縮機和擺動活塞壓縮機
日本三洋公司開發了全封閉CO2兩級滾動活塞壓縮機。這種氣路設計使機殼內的壓力為壹級排氣壓力，約為5-6MPa，減少了壓縮機工作腔與機殼腔之間的泄漏，有利於提高壓縮機的效率。據報道，在50-80 Hz的工作頻率下，最高絕熱效率可達0.8以上。
日本大金公司設計開發了振蕩轉子CO2壓縮機。根據日本大金公司的研究，由於CO2振蕩轉子壓縮機偏心率小，設計強度要求與R410A壓縮機相當，雖然其工作壓差較大。
Hubacher和Groll測試了壹臺全封閉的兩級二氧化碳旋轉式壓縮機。結果表明，壓比範圍為1.5-5，容積效率為0.78-0.9。Dreiman和Bunch開發了壹種全封閉的CO2旋轉式壓縮機。Yokoyama等人開發了用於熱泵系統的兩級壓縮和級間供氣的滾動轉子式CO2壓縮機，並進行了實驗研究。在高壓比和低速條件下，兩級壓縮式CO2壓縮機在效率和制熱量方面都優於單級。
在中國，慶安制冷從2004年開始對滾動轉子CO2壓縮機進行詳細研究。主要工作集中在壓縮機總體結構設計、軸承系統可靠性設計、供油系統設計、零部件靜動態強度設計、關鍵零部件耐磨設計、壓縮機運行含油率研究分析、潤滑油評價、零部件材料選擇、電機設計、集中繞組DC電機牽引控制方案研究、控制器設計及制造技術。2008年研制出壹臺樣機，容積效率達到0.75%-0.91%，並通過了可靠性評估實驗。
3)渦旋壓縮機
日本電裝公司為CO2熱泵熱水器開發了CO2渦旋壓縮機。
日本松下公司在410A渦旋壓縮機的基礎上，對渦旋和殼體進行了重新設計，開發出了CO2渦旋壓縮機樣機。樣機的實驗結果表明，壓縮機的容積效率和絕熱效率隨著轉速的增加而增加。在34.6—48.2赫茲的工作頻率範圍內，容積效率在0.72—0.86之間，等熵效率在0.43—0.47之間。日本三菱重工也開發了用於CO2熱泵熱水器的渦旋壓縮機，壓縮機的絕熱效率可達0.76。矢野和中尾還開發了大容量二氧化碳渦旋壓縮機。
4)滑片壓縮機
美國馬裏蘭大學和日本靜岡大學合作開展了CO2葉片式壓縮機的理論研究，包括可行性、壓縮室內溫度和壓力等關鍵參數的分析、容積效率和指示效率的估算以及葉片的應力等。發現泄漏損失是影響壓縮機效率的主要因素。此外，對雙級壓縮葉片式CO2壓縮機和葉片式膨脹壓縮機進行了分析。
5)螺桿式壓縮機
日本Maycom公司開發了壹種CO2單級螺桿式壓縮機，設計的機組同時用於制冷和制熱。壓縮機排出的CO2首先用於加熱熱水，節流後用於制冷。英國城市大學已經開發出壹種用於CO2的螺桿式膨脹壓縮機。
二氧化碳換熱器的研究現狀
從65438到0998，挪威NTNU的Pattersen開發了壹種用於CO2系統的緊湊型換熱器，其中使用多塊板來形成傳熱管，並且這些板被擠壓成微通道。
Schonfeld和Kraus對超臨界流體的傳熱進行了理論計算和實驗研究，發現計算結果高於實驗值，說明超臨界流體不能用常規對流傳熱方法進行精確計算。Dang和Hiara也做了上述工作，比較了幾種關聯式，在Pilta方程的基礎上建立了新的關聯式。計算結果與實驗結果的誤差為20%。東京大學的Hihara和Tanaka對高壓下CO2流體的沸騰進行了大量的實驗。由於蒸發器中的流體涉及兩相流傳熱，所以流體的流型對傳熱影響很大。挪威NTNU的Pattersen對微通道內CO2流體的低壓沸騰流型進行了實驗研究，給出了流型圖，並測量了CO2蒸發流動的壓降。Grol和Kim對CO2流體的幹燥度對水平管傳熱系數的影響進行了理論和實驗研究。當CO2流體完全變成蒸汽時，換熱系數迅速下降，傳熱效果差。Choi對豎直管內CO2流體的蒸發和傳熱進行了實驗研究。發現在低幹度區，傳熱系數隨著幹度的增加而增加，當幹度超過壹定值時，傳熱系數迅速下降。Kim等人對CO2多層微通道蒸發器進行了理論和實驗研究，理論模型與實驗吻合較好。Kulkarmi等人研究了如何消除CO2微通道換熱器各通道內幹燥度的不均勻性。