 CO₂是最常见的制冷剂，早在工业时代就被英国人Alexander Twining建议使用。近几十年起，CO₂制冷技术再一次兴起，在多个领域获得广泛应用。目前，二氧化碳和氨、丙烷、异丁烷、丙烯等，被视为几种最常用的天然制冷剂。  本文将介绍不同类型的CO₂系统，包括单级系统、增压系统、复叠系统、载冷剂系统。 1 单级系统 下图显示了一个简化的单级CO₂跨临界系统（通常是进行MT制冷的CO₂系统）。  在单级跨临界系统中，需要控制气体冷却器压力以提供最佳容量或最佳效率，同时需要始终将压力保持在允许的最大值以下。上图展示了在单级压缩的典型系统中如何控制此压力。 在单级跨临界系统中，有两个额外的阀门。它们控制气体冷却器和中压储液器。气体冷却器压力阀（也称为高压调节阀）控制气体冷却器中的压力。它是一个减压阀，通过测量两个参数来控制气体冷却器中的CO₂压力及其出口温度（气体冷却器的出口）。 储液器压力阀（也称为中压调节阀或闪发气体阀）控制储液器和相关液体分配管道中制冷剂的压力。它由一个参数控制，即储液器中的压力。由于当高压CO₂进入储液器时，会产生闪发气体，因此跨临界CO₂储液器也称为闪蒸罐。 闪蒸罐将CO₂液相与汽相分离，同时液体被送到蒸发器，蒸汽被送回压缩机。 2 增压系统  与单级压缩系统相比，增压系统在商超项目中更加常用，且MT和LT一般会一起使用。增压系统采用两级蒸发，用于低温和中温。同时，它使用两级压缩，包括低压和高压压缩机。 这里的两个压力调节阀与单级系统相同；首先是高压调节阀（“高压调节器”）调节气体冷却器压力，然后是闪发气体旁通阀控制储液器压力（储液器压力阀）。 3 复叠系统  复叠系统使用两个独立制冷系统进行组合。高温制冷系统（如氨、HFC、HC）用于冷却低温CO₂制冷系统（通常为亚临界CO₂）。这意味着冷凝CO2排出的热量被蒸发的第一级制冷剂吸收。第一级系统的蒸发器也是第二级系统的冷凝器。低温制冷系统中，CO₂将始终处于亚临界状态，因为低温系统的温度和压力可由第一级的制冷系统控制。 在某些情况下，复叠系统的两级系统都可使用CO₂；低温系统仍在亚临界模式工作，而在中高温系统中，在高温环境下可能是跨临界运行的。 复叠系统的一个优点是，与仅使用CO₂的制冷系统相比，其系统运行压力更低。在仅使用CO₂的制冷系统中，CO₂的最低临界温度为31.1°C[88°F]，这导致工作压力达到相对较高的水平，特别是在高环境温度下。 如果在典型制冷循环中仅使用CO₂，则会存在运行压力过高的情况。为了限制运行压力，可使用其他制冷剂作为中高温制冷系统为低温CO₂系统提供冷凝，从而限制CO₂系统的压力。 其他制冷剂系统和CO₂系统之间使用的换热器类型称为级联换热器，其可采用多种结构形式。如壳管式换热器、板换式换热器或壳板式换热器。 4 载冷系统  载冷/间接制冷剂系统使用中央制冷系统冷却载冷剂流体（例如，亚临界下的CO₂、载冷盐水或乙二醇）。载冷剂流体通过循环泵送到每个制冷负载中。负载可以是空气冷却器、加工设备或乙二醇/冷冻水换热器。中央制冷系统的制冷剂仅限于机房内，因此制冷系统的制冷剂充注量很小，对系统使用人员的风险也最小。 主制冷循环如图中间部分所示。它包含所有必需的组件–压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀。 下半部的载冷剂循环包含制冷负载和载冷剂流体之间的热交换器，以及将载冷剂流体输送至制冷系统蒸发器的循环泵。 使用载冷剂制冷系统的缺点是初级制冷剂和次级制冷剂之间的额外热交换。它会导致制冷系统蒸发和冷凝之间的温差增大，从而导致压缩机需要克服做功的压差增大；也就是，由于热交换过程中的损失，初级系统蒸发温度需要更低，造成初级冷凝温度变高。此外，载冷剂流体循环所需的循环泵泵送功率降低了整个系统的能效。此时使用挥发性载冷剂，如CO₂便可以降低所需的循环泵输送功率。 |
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