簡介
R744熱泵，目前流行於日本，是使用二氧化碳為工質的新一代熱泵！
隨著蒙特婁議定書與京都議定書的發展，HCFC的替代技術愈來愈受到重視，因此如何選用適當的冷媒與使用較節能的設備，便成為目前刻不容緩的議題。冷媒在冷凍空調與熱泵系統中扮演工作流體的角色，而理想的冷媒應具備穩定的化性與惰性，且擁有良好的熱傳特性與流體流動的性質。此外，它必須與其它物質相容、與潤滑油互溶、無毒、成本低及符合環保的特性。
當然，並非所有的物質都符合這些特性，因此許多不同種類的冷媒開始發展，並套用於HVAC&R的系統中。隨著冷媒的發展與蒙特婁議定書的管制，使用的冷媒由CFC、HCFC到HFC，雖已漸漸不再嚴重威脅我們生存的環境，但不可否認的是，我們的環境仍受所使用的冷媒種類所影響。
CO2的特點
在CFC尚未問世前，自然冷媒在冷凍空調系統中扮演著重要的角色。
CO2在地球上是取之不盡、用之不竭的自然物質，早在二十世紀初就已使用在工業與漁業的冷凍系統中，冷媒代號為R-744。CO2具有高容積比的體積冷凍能力特性，與HCFC-22相比較高出約5倍，因此在系統的尺寸上可大幅縮小。表1為CO2的特性，表2為CO2與R-134a熱力性質比較。由於CO2具有較小的表面張力與液態黏滯度，而較小的表面張力促成氣泡的形成，因此產生較高的熱傳係數；另外，較小的液態黏滯度將使CO2在管道中的壓力降較小。
其它的特點包括：
（1）不破壞臭氧層。
（2）全球暖化潛勢（GWP）為1。
（3）取得容易（可從工業廢氣中取得），成本極低。
（4）對人體健康與居住環境無短、中、長期之害處，故不需回收或再處理。
（5）無毒且不會分解出刺激性物質。
（6）不可燃（Non-Flammable）與不會爆炸（Non-Explosive）。
（7）極佳的熱力性質。
（8）CO2冷媒系統可使用傳統的礦物類潤滑油。
（9）CO2系統在一般夏季外氣條件之散熱過程為穿越臨界點或超越臨界點的過程，因無實際上的冷凝現象，故散熱用熱交換器，稱之為氣體冷卻器。
（10）對相同的氣體冷卻器出口溫度而言，壓縮機吐出壓力愈高則製冷能力愈大。
（11）壓縮比低。當R-134a之冷凝溫度50℃，蒸發溫度0℃時，壓縮比為4.3；而CO2氣體冷卻器出口溫度37℃，蒸發溫度0℃時，壓縮比為2.6。同時，壓縮機的壓縮比降低，壓縮過程可更接近等熵壓縮而使效率提升。
（12）氣體冷卻器的漸近溫度（approach temperature）比R-134a的10~15°K小許多。
（13）相同體積的蒸發器，CO2的管徑小、管排數多。
（14）因為系統壓力大，CO2於蒸發器中之冷媒分布較均勻。
（15）氣體密度高，可降低使用的管路與壓縮機尺寸，而使系統重量減輕、結構緊湊、體積小。
CO2熱泵熱水器
熱泵熱水器為供給家用熱水、空調暖氣、加熱進入室內的冬季寒冷外氣、鍋爐供水預熱或其他製程，是相當具有效率與經濟效益的方法。
熱泵熱水器的優點包含減少加熱所需之天然氣與燃料用量以及減少冷凝器散熱至外界的熱污染，其套用對象包括：中溫熱水（40~60℃）需求大、冷氣需求小（或不需要）的場所，鍋爐用戶（補給水預熱），住宅、宿舍、有淋浴設施的運動場所，醫院、旅館和溫泉區有熱水與再加熱的需求場所。
溫帶至寒帶國家由於日常生活熱水需求量大，以日本為例，家用熱水的能源消耗占家庭能源支出的30%，且大多是採用熱水鍋爐。高緯度國家對於臭氧層破壞、全球暖化等議題特別重視，因此諸如歐洲、日本等較先進的開發國家便極力發展CO2熱泵熱水器。
“ECO Cute”
電子式熱泵水加熱器”ECO Cute”使用自然冷媒CO2，這是一種高效率的水加熱系統，這也使得該類技術越來越受重視。這個技術的製造技術重要時期－”ECO Cute”在水加熱器領域受到高度的期望，因為該類加熱器的熱源多半是油、瓦斯或電力。
”ECO Cute”成為受到注目的產品，這是由於它在政府及工業界間的定位，它減少了CO2是保護環境產品，符合京都議定中的全球暖化潛勢。由於它具有高效率的優點，日本政府由2002年10月開始補助”ECO Cute”產品的開發，所以它將會在2003年大幅度的成長。儘管”ECO Cute”的初始成本比傳統的電子式水加熱器高，但是主要的成本僅在產品研發的前五年。更進一步來說，”ECO Cute”藉由熱泵的原理已達到高能源效率的成果(COP超卨3.0)。因此，採用”ECO Cute”的產品已經可以預期可達到全球環境保護的重要目標。”ECO Cute”也儼然成為家電業的重要指標，它不但解決尋找新能源的問題，更使得它的發展更往前邁進了一大步。當日本政府於2002年10月開始補助”ECO Cute”的研發，它就已經大幅度的漫延開了。使用與熱泵空調的相同原理，CO2熱泵水加熱器使得由開放空間的空氣中吸收熱來加熱水更有效率。
自然冷媒CO2所具備的高效率，它具有使水加熱到90℃而不影響0、20、40、60、80、100、120、140、1000個交換單元的能力。在2001、2002、2003、2004、2005年的”ECO Cute”市場預測中，它具有保護環境的因素在內。”ECO Cute”比過去使用氟碳化物冷媒的熱泵具有更佳的能力（傳統的熱泵僅能加熱到60℃）。如同熱泵空調機一般，它具有一個戶外機（熱泵單元），利用壓縮機壓縮冷媒．並有效地吸收開放空間空氣中的熱，將熱傳至熱水儲存槽加熱。
目前已有三家製造商製造該類熱泵系統，包括Denso、Daikin、Sanyo。Denso提供其它製造商OEM，Daikin則製造完全屬於他們的產品，Sanyo則試圖拓展”ECO Cute”的多樣化商品的目標。這些製造商努力的使”ECO Cute”的商品被稱為全電氣化商品的一部份。當使用夜間的低成本電力，則驅動時的成本將降的更低
CO2系統的瓶頸
由於CO2系統穿越了臨界點的熱力特性，因此在設計上有許多待突破的技術，包括：
（1）由於其工作壓力高於傳統許多，而且吸排氣的壓差與溫差皆頗大，因此壓縮機之各部零件的機械結構、壓縮室的防泄漏設計、傳動軸上的軸承選用、高壓環境的潤滑油與油路設計、吐出口部位的排氣閥設計等，均應特別注意。
（2）套用於密閉型壓縮機時，耐高壓的馬達結構、高啟動負荷的馬達選用、低馬達轉子慣性、小體積高扭矩及高效率的馬達性能等設計，皆是不可忽略的。
（3）如何在小管徑、高質量流率的CO2冷媒流動時，提高熱傳效率。例如設計出高熱傳效果的管排型式與空氣流路、強化吸排熱風扇的風速與風量等為熱交換器設計時應注意的事項。
（4）其他如因高壓系統之動態特性掌控、高壓負荷運轉之振動噪音的防制，也是研究CO2壓縮機所需面臨之重要技術課題。
結論
CO2所具備的高效率是有目共睹的，伴隨著加工技術的成熟，使用CO2這類高壓的自然冷媒不再是遙不可及。在保護環境的相關法令下，尋求另一解決冷媒需求的途徑是刻不容緩的。由其他國家在相關領域的發展中，不難發現，在安全許可的考量下，使用自然冷媒可充分改善當前替代冷媒的問題，不但提升相關技術與促進產業升級，更重要的是使環境不再受到危害。
