Avec la sensibilisation croissante de la communauté internationale à l'environnement, les problèmes de destruction de la couche d'ozone et d'effet de serre suscitent une attention continue et large. De plus en plus de chercheurs se concentrent sur les réfrigérants respectueux de l'environnement. Le CO2 est apprécié pour sa simplicité, sa disponibilité, sa sécurité, ainsi que ses bonnes performances de transfert de chaleur et de fluidité. Cet article analyse et résume les progrès de la recherche sur les petites machines d'expansion biphasées gaz-liquide utilisant le CO2, et constate que le remplacement de la vanne de détente par une machine d'expansion CO2 dans le cycle peut améliorer efficacement l'efficacité de la réfrigération du système. Selon les calculs, le cycle transcritique CO2 avec machine d'expansion affiche des efficacités de réfrigération et de chauffage supérieures de 6,9% et 4,6% respectivement par rapport au cycle R134a, et de 25,76% et 16,17% par rapport au cycle avec vanne de détente; plus l'efficacité isentropique de la machine d'expansion CO2 est élevée, plus l'efficacité de réfrigération et de chauffage du système est grande. Si l'efficacité isentropique dépasse 32%, la performance du système avec machine d'expansion CO2 est meilleure que celle du système avec régénérateur. Différentes machines d'expansion CO2 présentent des efficacités, des fuites et des pertes par frottement différentes en raison de leurs structures : les machines à piston et à rotor sont simples mais ont de fortes pertes par fuites; les machines à palettes, rotatives et scroll améliorent considérablement l'efficacité mais sont structurellement complexes, difficiles à fabriquer et coûteuses; des solutions sont proposées pour résoudre certains problèmes actuels, notamment une conception rationnelle pour réduire les fuites et les pertes par frottement, l'utilisation de la puissance de compression pour le compresseur, l’ajout d'autres gaz pendant l'expansion, et la conception de machines d'expansion à rapport d'expansion réglable pour le CO2. La recherche actuelle est principalement en laboratoire avec peu d'application en ingénierie. L'avenir doit combiner expérimentation et théorie pour approfondir l'amélioration de l'efficacité des machines d'expansion CO2 et le développement de composants clés.

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