回热器在制冷循环中具有重要作用：①进一步降低气体冷却器出口工质温度，因而可以获得更多热量；②较大程度地减小节流损失，同时获得更多冷量；③提高压缩机吸气工质干度，避免液击事故发生。④回热器还可以降低压缩机耗功，进而提高系统性能。
在CO 2跨临界循环中，节流损失比较大，当量冷凝温度较高，因而在循环中设置回热器，既能满足性能要求，又可达到高效目的，这在CO 2空气源热泵系统中尤为重要。
基于以上分析，笔者分别就带回热器和不带回热器的CO 2跨临界单级循环进行了理论分析和实验性能测试，为进一步优化单级循环性能和推广CO 2空调产品提供研究资料。
1带回热器与不带回热器的CO 2跨临界单级循环系统组成1.1不带回热器的CO 2跨临界单级循环典型的CO 2跨临界单级循环主要由压缩机、气体冷却器、节流阀和蒸发器组成。分别给出了CO 2跨临界单级循环原理。
低压气态制冷剂经压缩机被压缩成高压气态制冷剂（过程1D2），经气体冷却器进行定压放热（过程2D 3），然后经节流阀进行节流降压（过程3D4），低压液态制冷剂在蒸发器内进行定压吸热（过程4D1），*后回到压缩机，从而完成一个循环。
1.2带回热器的CO 2跨临界单级循环制冷循环中增设回热器，可以减小节流损失、增大制冷量，从而提高系统性能。分别给出2带回热器与不带回热器的CO 2跨临界单级循环理论分析2.1两个循环系统COP计算CO 2跨临界单级循环COP表达式如下。
（2）2.2两个循环性能对比分析给出了两个循环COP随蒸发温度的变化。随着蒸发温度的增加，两个循环COP均呈增加趋势，蒸发温度越高，系统性能越优；在整个蒸发温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高4.55%左右；对于理想压缩机循环，系统性能要比实际循环性能高33.3%以上，但这种理想循环是不存在的。
给出了两个循环COP随气体冷却器出口温度的变化。随着气体冷却器出口温度的增加，两个循环COP均呈下降趋势，温度越高，系统性能越差；在气体冷却器出口温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高5.23%左右。
两个循环COP随压缩机排气温度的变化，见图7.在排气温度变化范围内，相同对比条件下，带回热器CO 2跨临界单级循环系统COP要高于不带回热器循环，且带回热器单级循环排气温度要稍高些。无论带回热器还是不带回热器循环，随着压缩机效率提高，系统COP均变大，且压缩机排气温度均有所降低，不带回热器循环降低幅度较大。还可以看出，两个单级循环都存在一个*优排气温度，使得在此温度下系统COP*大，带回热器循环对应*优排气温度要高于不带回热器循环*优排气温度。
3带回热器与不带回热器的CO 2跨临界单级循环实验3.1实验台组成两种CO 2跨临界单级循环采用意大利Dorin公司生产的单级双缸活塞式压缩机，理论体积排放量为3.5，m 3 /h，额定输入功率为4.0，kW；气体冷却器为新设计的套管式结构，三根相互缠绕的铜管组成换热器内管，内管工质压力*高可达12，MPa，外管为水通道；蒸发器为不锈钢壳管式，其设计、制造及验收均按GB151D89《钢制管壳式换热器》及GB150D89《钢制压力容器》中的Ⅲ级压力容器进行。蒸发器为双管程单壳程，制冷剂在管内流动，异侧进出，冷冻水在壳侧流动。
3.2实验结果分析实验中定参数取值：冷却水进口温度（20.5±0.5）℃，冷却水流量（1.25±0.01）m 3 /h，冷冻水进口温度（10.5±0.5）℃，冷冻水流量（1.55±0.01）m 3 /h，系统高压（7.8±0.05），MPa.
实验中变参数取值：冷却水进口温度15～25，℃，冷却水流量0.6～1.6，m 3 /h，冷冻水进口温度7～17，℃，冷冻水流量0.4～1.6，m 3 /h，系统高压6～9.5 MPa.
3.2.1不带回热器的CO 2跨临界单级循环给出了压缩机高压对系统制冷量Q c和制热量Q h的影响。可知，随着系统高压的增加，制冷量和制热量都呈上升趋势，在某一压力下，制冷量和制热量出现极值，之后，随压力增加，制冷量和制热量均逐渐下降。
给出了压缩机高压对制冷COP c和制热COP h的影响。COP c和COP h的总体变化趋势是随压力的升高而上升，在某一压力下达到*大值，之后，随压力的增加而下降。给出了制冷COP c和制热COP h随冷冻水进口温度的变化。由图可知，随着冷冻水进口温度的增加，COP c和COP h均上升。可知，随着冷冻水进口温度的提高，蒸发器出口水温和制冷剂温度均提高，从而制冷量和制热量相应提高，COP c和COP h也将提高。
冷冻水流量对系统制冷量Q c和制热量Q h的影响3.随着冷冻水流量的增加，制冷量Q c和制热量Q h都呈稍稍上升趋势。由4可知，随着冷冻水流量的增加，制冷COP c和制热COP h均稍稍上升。
分析表明，随着冷冻水流量增大，换热器内部水侧扰动加强、湍流加剧，使得换热器内部换热更充分，制冷量Q c和制冷COP c、制热量Q h和制热COP h均增大。
给出了冷却水进口温度对制冷量Q c和制热量Q h的影响。随着冷却水进口温度的增加，制冷量Q c和制热量Q h都呈下降趋势，冷却水进口温度越高，制冷量Q c和制热量Q h越小，这主要是由于冷却水进口温度的增加，导致气体冷却器出口CO 2制冷剂温度升高，使系统制冷量和制热量有所降低。
可知，随着冷却水进口温度的增加，制冷COP c和制热COP h都呈下降趋势，冷却水进口温度越高，制冷COP c和制热COP h越小。冷却水流量对制冷量Q c和制热量Q h的影响。冷却水流量增加，制冷量Q c和制热量Q h都呈上升趋势，流量越大，制冷量Q c和制热量Q h越大。给出了冷却水流量对制冷COP c和制热COP h的影响。COP c和COP h总体变化趋势是随冷却水流量的升高而上升，流量越小，制冷COP c和制热COP h越小。
冷却水流量增大，换热器内部水侧扰动加强、湍流加剧，换热效果加强，从而对进一步降低气体冷却器的出口温度起到积极作用。随着气体冷却器出口CO 2温度的降低，制冷量Q c和制冷COP c、制热量Q h和制热COP h均增大。
3.2.2带回热器的CO 2跨临界单级循环分别给出了压缩机排气压力对制冷量Q c和制热量Q h以及制冷COP c和制热COP h的影响。随着排气压力增加，制冷量Q c和制热量Q h都呈上升趋势，在某一高压下，制冷量Q c和制热量Q h出现极值，之后，随高压压力增加，二者逐渐下降。制冷COP c和制热COP h的变化趋势，并且与不带回热器循环基本一致。
制冷量Q c、制热量Q h以及制冷COP c和制热COP h随冷冻水进口温度的变化1和2.由图可知，随着冷冻水进口温度增加，蒸发器出口水温和制冷剂温度均提高，从而制冷量和制热量相应提高，COP c和COP h也将提高。
可知，随着冷冻水流量增大，换热器内部水侧扰动加强、湍流加剧，使得换热器内部换热更充分，制冷量Q c和制冷COP c、制热量Q h和制热COP h均增大。
分别给出了冷却水进口温度对制冷量Q c和制热量Q h以及制冷COP c和制热COP h的影响。与不带回热器循环变化趋势相同，冷却水进口温度增加，制冷量Q c和制热量Q h以及制冷COP c和制热COP h都呈下降趋势，并且冷却水进口温度越高，4个性能参数越小。这主要是由于冷却水进口温度的增加，使气体冷却器出口CO 2制冷剂温度升高，故系统制冷量和制热量有所降低；与之相对应，制冷COP c和制热COP h也呈降低趋势。
冷却水流量对制冷量Q c和制热量Q h的影响见图27.冷却水流量增加，制冷量Q c和制热量Q h都呈上升趋势，流量越大，制冷量Q c和制热量Q h越大。制冷COP c和制热COP h变化趋势相同。
对比分析带回热器和不带回热器的CO 2跨临界循环测试数据，结果表明，相同测试工况条件下，带回热器循环系统具有较高的性能。其中，制热量Q h和制冷量Q c分别比不带回热器的单级循环平均高约3.33%和5.35%，制热COP h和制冷COP c分别提高约11.36%和14.29%.尽管性能提高幅度会因选取的计算工况和实验参数有所不同，但回热器在提高制冷循环系统性能这一方面是毋庸置疑的。
4结论（1）在蒸发温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高约4.55%；在气体冷却器出口温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高约5.23%；相同对比条件下，带回热器CO 2跨临界单级循环系统COP高于不带回热器循环的，且带回热器单级循环*优排气温度稍高些。
（2）两种单级循环的制热量Q h、制冷量Q c、制热COP h和制冷COP c均随压缩机排气压力增加存在极值；随冷却水流量、冷冻水流量以及冷冻水进口温度增加而增加，随冷却水进口温度增加而下降。
（3）相同测试工况下，带回热器循环系统具有较高的性能。其中，制热量Q h和制冷量Q c分别比不带回热器的单级循环平均高约3.33，%和5.35，%，制热COP h和制冷COP c分别提高约11.36，%和14.29，%.
