（上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所）
概述
CO2作為最早采用的制冷劑之一，在上個世紀(jì)并直到30年代得到了普遍使用，隨著CFCs的出現(xiàn)，除在船用領(lǐng)域一直被采用外，CO2很快被人們所拋棄，這種發(fā)展的主要原因是在冷卻水溫高的熱帶地區(qū)，由于CO2的臨界溫度只有31.1℃，采用傳統(tǒng)Perkin蒸汽壓縮制冷循環(huán)時冷量損失較大，且存在著飽和壓力過高，壓縮機功耗過大的缺點，當(dāng)然這也和當(dāng)時的制造水平有關(guān)。
七十年代，CFC及HCFC被 發(fā)現(xiàn)破壞大氣臭氧層及溫室效應(yīng)指數(shù)較高而面臨全面禁用。HFC134a也由于其溫室效應(yīng)指數(shù)較高而被認為是一種過渡型的替代物。在此背景下，采用超臨界循環(huán)的CO2系統(tǒng)以其優(yōu)良的環(huán)保特性、良好的傳熱性質(zhì)、較低的流動阻力及相當(dāng)大的單位容積制冷量，重新在制冷領(lǐng)域，尤其在認為用新型化合替代物同樣會隱藏著不可預(yù)知潛在危險的歐洲得到了青睞。由于汽車空調(diào)易于泄漏，其替代的任務(wù)更為迫切，二氧化碳汽車空調(diào)的研制進展最快，離實用化的距離也最近，美、日、歐都已相繼研制成功了二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)并裝車試運行，DANFOSS、DENSO、ZEXEL等已進入二氧化碳壓縮機小批量生產(chǎn)階段。
當(dāng)前環(huán)境保護問題越來越受到重視,二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)品一旦成熟,必將使其它制冷工質(zhì)黯然失色,我國汽車空調(diào)業(yè)又將面臨新的挑戰(zhàn),為此本文對二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進行總結(jié),以期為關(guān)心汽車空調(diào)發(fā)展的讀者提供參考. 超臨界循環(huán)的CO2制冷系統(tǒng)原理
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圖1 CO2系統(tǒng)循環(huán)原理
90年代初，挪威技術(shù)大學(xué)Lorentzen教授開發(fā)了采用跨臨界制冷循環(huán)的汽車空調(diào)樣機，并申請獲得了國際專利�？缗R界的CO2蒸汽壓縮式制冷循環(huán)如圖1所示，它是一種和深度冷凍裝置中的高壓（林德）流程氣體液化與分離裝置類似的系統(tǒng)，只不過其目的不是為了氣體液化和分離，而是利用氣體液化后可以蒸發(fā)吸收汽化潛熱的特性以達到制冷的目的。
跨臨界系統(tǒng)由壓縮機C、氣體冷卻器G、內(nèi)部熱交換器I、節(jié)流閥V、蒸發(fā)器E與儲液器A組成封閉回路。氣體工質(zhì)在壓縮機中升壓至超臨界壓力P2，在p-h圖上為過程f-a，然后進入氣體冷卻器中，被冷卻介質(zhì)（空氣或冷卻水）所冷卻。為了提高系統(tǒng)的性能系數(shù)COP，出氣體冷卻器后的高壓氣體在內(nèi)部熱交換器中進一步冷卻。它是用壓縮機回氣管前面的低溫低壓蒸汽過熱這一回?zé)嵩韺崿F(xiàn)的，此即過程b-c。理想情況下，焓降hb-hc=hf-he。然后用節(jié)流閥減壓，經(jīng)節(jié)流后的氣體被冷卻，且部分氣體液化，濕蒸汽進入蒸發(fā)器E內(nèi)汽化，吸收周圍介質(zhì)的熱量。蒸發(fā)器中的液體并不全部汽化，而是設(shè)計成有少量液體盈余，因此其出口狀態(tài)a將在兩相區(qū)內(nèi)，這對提高蒸發(fā)器的傳熱效率十分有利。正因為如此，E出口須配置儲液器，以防止壓縮機液擊和便于壓縮機回油（專用回油管道如圖上虛線所示）。儲液器出來的低壓飽和蒸汽進入內(nèi)部熱交換器的低壓側(cè)通道，吸收高溫高壓的超臨界氣體的熱量后，成為過熱蒸汽進入壓縮機升壓。如此周而復(fù)始完成循環(huán)。
