纪煜哲，陈 曦，郑 朴，刘 振

（上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093）

0 引言

根据《蒙特利尔议定书》，CFCs类制冷剂已被禁止使用，对于发达国家，HCFCs类制冷剂也会在2020年完全停用[1]。这使得自然工质特别是CO2重新受到重视。CO2有着众多优点：ODP为0，GWP为1；安全性和稳定性高；成本低，易于回收；不与润滑油发生反应。与传统循环相比，跨临界CO2循环的放热过程处于超临界状态，工质无相变，换热器是气体冷却器而不是冷凝器，放热过程温度滑移大，压缩比小，绝热效率以及压缩机的效率高[2]。因此，CO2很适合应用于热泵。

热泵技术高效节能，目前常温热泵技术已基本成熟并且市场化[3]。然而，有一些行业需要高温热泵技术，如石油化工等行业有大量的余热资源可以利用，但同时又需要大量80℃以上的热水，采用常温热泵会造成蒸发温度过高，余热无法充分利用，压缩机压比过大等问题[4]。在航天领域，仪表舱内不断产生废热，传统方案采用单相流体回路进行散热，但随着航天器规模的增大，用于散热的辐射器的面积与质量也相应增加，材料及燃料成本会大幅提升[5]。考虑到太空为真空环境，辐射器只能通过辐射与外部换热，因此，可以通过提高辐射器的工作温度来降低辐射器的面积与质量[6]。在此情况下，采用高温热泵提升辐射器的工作温度是很好的选择。与传统的氟利昂热泵系统相比，跨临界CO2循环热泵系统能获得更高的温度，在干燥、加热、杀菌、散热等方面有较大潜力[7]。祝银海等[8]对出水温度高于75℃的跨临界CO2热泵进行实验研究，结果发现：当压缩机频率为85 Hz、蒸发温度为14℃、环境温度为25℃时，系统制取95℃的热水，COP可以达到3.9。……