在全球低碳轉(zhuǎn)型的浪潮下，制冷劑的環(huán)保性已成為制冷空調(diào)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心議題。二氧化碳（CO?）作為一種天然制冷劑，因其優(yōu)異的環(huán)境性能（ODP=0，GWP≈1）、良好的熱力性能及來(lái)源廣泛等特點(diǎn)，重新受到業(yè)界的高度關(guān)注。而CO?制冷壓縮機(jī)作為CO?制冷系統(tǒng)的“心臟”，其性能直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的能效水平與運(yùn)行可靠性，深入理解其工作原理與技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，對(duì)推動(dòng)CO?制冷技術(shù)的普及應(yīng)用具有重要意義。一、CO?制冷壓縮機(jī)的工作原理CO?制冷壓縮機(jī)的基本功能與其他制冷劑壓縮機(jī)類似，即通過(guò)消耗機(jī)械能，將低溫低壓的CO?蒸氣壓縮至高溫高壓狀態(tài)，為制冷循環(huán)提供動(dòng)力。然而，由于CO?獨(dú)特的熱力學(xué)性質(zhì)，其工作原理及循環(huán)特性與傳統(tǒng)制冷劑（如R22、R410A等）存在顯著差異，這也使得CO?壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)面臨特殊挑戰(zhàn)。（一）CO?的熱力學(xué)特性與循環(huán)特點(diǎn)CO?的臨界溫度約為31.1℃，臨界壓力約為7.38MPa。在大多數(shù)空調(diào)和熱泵應(yīng)用中，當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，CO?制冷系統(tǒng)往往運(yùn)行在跨臨界循環(huán)狀態(tài)。在跨臨界循環(huán)中，CO?在高壓側(cè)并不經(jīng)歷冷凝過(guò)程（即不發(fā)生相變），而是通過(guò)氣體冷卻器將熱量傳遞給環(huán)境介質(zhì)，其溫度在壓力幾乎不變的情況下降低。這與傳統(tǒng)的亞臨界循環(huán)中制冷劑在冷凝器中冷凝放熱有本質(zhì)區(qū)別。在跨臨界循環(huán)中，CO?壓縮機(jī)的排氣壓力不再像亞臨界循環(huán)那樣由冷凝溫度決定，而是可以根據(jù)工況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，以追求系統(tǒng)整體能效的最大化。這一特性使得CO?系統(tǒng)在較高環(huán)境溫度下仍能保持相對(duì)較好的制熱性能，尤其適用于熱泵應(yīng)用。（二）壓縮機(jī)的基本工作過(guò)程無(wú)論何種類型的CO?壓縮機(jī)，其核心工作過(guò)程均遵循容積式壓縮原理或速度式壓縮原理。對(duì)于常見(jiàn)的容積式壓縮機(jī)（如往復(fù)式、滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式、螺桿式等），其工作過(guò)程主要包括：1.吸氣過(guò)程：低溫低壓的CO?蒸氣通過(guò)吸氣閥（或吸氣口）進(jìn)入壓縮機(jī)的工作腔。2.壓縮過(guò)程：工作腔容積減小，腔內(nèi)CO?蒸氣被壓縮，壓力和溫度升高。在跨臨界循環(huán)中，壓縮終點(diǎn)的壓力通常遠(yuǎn)高于CO?的臨界壓力。3.排氣過(guò)程：當(dāng)工作腔內(nèi)的壓力升高到足以克服排氣系統(tǒng)的阻力時(shí)，排氣閥（或排氣口）打開(kāi)，高溫高壓的CO?氣體被排入后續(xù)的氣體冷卻器。與傳統(tǒng)制冷劑相比，CO?在壓縮過(guò)程中表現(xiàn)出更高的壓力比和更大的密度變化。同時(shí)，由于CO?的絕熱指數(shù)較高，壓縮過(guò)程的溫升也更為顯著，這對(duì)壓縮機(jī)的冷卻和潤(rùn)滑提出了更高要求。（三）CO?壓縮機(jī)的類型目前適用于CO?制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)類型主要有：*往復(fù)式壓縮機(jī)：結(jié)構(gòu)成熟，適應(yīng)高壓工況能力較強(qiáng)，常用于中、小型CO?制冷系統(tǒng)。*滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)：結(jié)構(gòu)緊湊，效率較高，在小型家用熱泵熱水器等領(lǐng)域有應(yīng)用。*螺桿式壓縮機(jī)：具有良好的容量調(diào)節(jié)性能和運(yùn)行可靠性，適用于中、大型CO?制冷/熱泵系統(tǒng)。*離心式壓縮機(jī)：適用于大型、大容量的應(yīng)用場(chǎng)合，但由于CO?的體積流量相對(duì)較小，其應(yīng)用面臨一定挑戰(zhàn)，需要特殊設(shè)計(jì)。二、CO?制冷壓縮機(jī)的技術(shù)發(fā)展CO?制冷技術(shù)的復(fù)興并非一帆風(fēng)順，其高壓特性給系統(tǒng)各部件，尤其是壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和可靠性帶來(lái)了嚴(yán)峻考驗(yàn)。近年來(lái)，隨著材料科學(xué)、制造工藝和控制技術(shù)的進(jìn)步，CO?制冷壓縮機(jī)的技術(shù)取得了顯著發(fā)展。（一）耐壓技術(shù)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化CO?系統(tǒng)的工作壓力遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)氟利昂系統(tǒng)，通常吸氣壓力在3-6MPa，排氣壓力在8-15MPa甚至更高。這要求壓縮機(jī)的殼體、缸體、閥片、軸承等關(guān)鍵部件必須具備極高的耐壓強(qiáng)度和疲勞壽命。*材料選擇：廣泛采用高強(qiáng)度合金材料、球墨鑄鐵等，以滿足耐壓和輕量化的需求。*結(jié)構(gòu)優(yōu)化：通過(guò)有限元分析等先進(jìn)設(shè)計(jì)手段，對(duì)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，降低應(yīng)力集中，提高整體強(qiáng)度。例如，采用一體化缸體設(shè)計(jì)、強(qiáng)化的軸承支撐等。*密封技術(shù)：開(kāi)發(fā)高性能的密封件和密封結(jié)構(gòu)，如金屬C形環(huán)、特殊橡膠密封等，確保在高壓下的良好密封性，防止制冷劑泄漏。（二）高效化設(shè)計(jì)提高壓縮機(jī)效率是降低CO?系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵。*容積效率提升：優(yōu)化吸排氣閥結(jié)構(gòu)與參數(shù)，減少流動(dòng)阻力；精確控制余隙容積，降低有害容積損失。*絕熱效率改善：采用高效的電機(jī)，如永磁同步電機(jī)；優(yōu)化壓縮腔型線（如螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子型線），減少內(nèi)部泄漏和流動(dòng)損失；加強(qiáng)壓縮機(jī)的內(nèi)部冷卻，降低壓縮過(guò)程的溫升，減少功耗。對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)，可采用油冷或水冷方式。*變頻技術(shù)應(yīng)用：通過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)，使壓縮機(jī)能夠根據(jù)負(fù)荷變化實(shí)時(shí)調(diào)整運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)高效變?nèi)萘窟\(yùn)行，尤其在部分負(fù)荷工況下節(jié)能效果顯著。（三）潤(rùn)滑與冷卻技術(shù)CO?的高溶解性和高工作溫度對(duì)潤(rùn)滑油提出了特殊要求。*潤(rùn)滑油選擇：專用的POE（聚醚）油或PAG（聚烷撐二醇）油被廣泛采用，它們與CO?具有良好的互溶性和熱穩(wěn)定性。研究開(kāi)發(fā)具有更高粘度指數(shù)、更好抗氧化性和潤(rùn)滑性能的專用潤(rùn)滑油是重要方向。*潤(rùn)滑系統(tǒng)優(yōu)化：確保在高壓、高速工況下潤(rùn)滑油能夠可靠地到達(dá)各摩擦副，提供有效潤(rùn)滑和冷卻。部分壓縮機(jī)采用壓力供油或噴射潤(rùn)滑方式。*電機(jī)冷卻：高效的電機(jī)冷卻對(duì)于維持壓縮機(jī)在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。除了傳統(tǒng)的空氣冷卻，液冷（如利用系統(tǒng)中的CO?液體或潤(rùn)滑油冷卻）方式也被越來(lái)越多地采用。（四）補(bǔ)氣增焓與雙級(jí)壓縮技術(shù)為了拓展CO?系統(tǒng)的工作范圍，特別是在低溫制熱或高溫制冷工況下提升系統(tǒng)性能，補(bǔ)氣增焓技術(shù)和雙級(jí)壓縮技術(shù)得到了廣泛研究和應(yīng)用。*補(bǔ)氣增焓：通過(guò)在壓縮機(jī)壓縮過(guò)程中引入中壓氣體（通常來(lái)自閃蒸器或經(jīng)濟(jì)器），增加制冷劑流量，提高壓縮機(jī)的輸氣量和制熱量，同時(shí)降低排氣溫度。*雙級(jí)壓縮：將壓縮過(guò)程分為低壓級(jí)和高壓級(jí)進(jìn)行，可有效降低單級(jí)壓縮的壓力比，改善壓縮機(jī)的工作條件，提高系統(tǒng)能效。（五）智能化與集成化*智能控制：結(jié)合傳感器技術(shù)和先進(jìn)的控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)（壓力、溫度、電流、振動(dòng)等）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與智能診斷，優(yōu)化運(yùn)行策略，提高系統(tǒng)可靠性和能效。*系統(tǒng)集成：將壓縮機(jī)、電機(jī)、控制器、油分離器等部件進(jìn)行高度集成化設(shè)計(jì)，減小體積，降低管路連接，提高系統(tǒng)緊湊性和可靠性。（六）全生命周期環(huán)保性提升除了制冷劑本身的環(huán)保優(yōu)勢(shì)外，制造商也越來(lái)越關(guān)注CO?壓縮機(jī)在生產(chǎn)、使用及報(bào)廢整個(gè)生命周期的環(huán)保性。通過(guò)采用可回收材料、優(yōu)化制造工藝減少能耗和排放、設(shè)計(jì)易于拆解回收的結(jié)構(gòu)等，進(jìn)一步提升CO?技術(shù)的綠色屬性。三、總結(jié)與展望CO?制冷壓縮機(jī)憑借其在環(huán)保和特定工況下的性能優(yōu)勢(shì)，正成為制冷空調(diào)行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)路徑。其工作原理基于CO?獨(dú)特的跨臨界循環(huán)特性，技術(shù)發(fā)展圍繞著耐壓、高效、可靠、智能等核心目標(biāo)不斷突破。未來(lái)，隨著材料技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新、精密制造水平的提升以及系統(tǒng)集成度的提高，CO?制冷壓縮機(jī)的性能將持