对CO2制冷系统中应用膨胀机的研究现状进行了回顾,在此基础上对跨临界CO2制冷循环中采用透平膨胀机的可行性进行了分析。研究表明透平膨胀机完全适用于家用及商用的跨临界CO2制冷/热泵系统,并通过计算实例给出了采用不同方案和效率的透平膨胀机替代节流阀对CO2制冷系统性能的提升效果。

运用热力学第一定律和第二定律对跨临界CO2基本循环、膨胀机循环、喷射器循环和涡流管循环进行了分析，计算了各循环各个部件的炯损失，比较了各循环性能系数和总炯损失。计算结果表明，采用膨胀机、喷射器和涡流管等膨胀设备代替基本循环中的节流阀后，由于这些改进膨胀设备的炯损失小于基本循环节流阀的炯损失，同时改进循环中压缩机的炯损失小于基本循环的压缩机炯损失，从而减小了循环总炯损失，提高了循环的COP。膨胀机循环的COP远大于其它跨临界CO2循环，其次为喷射器循环和涡流管循环。