（上海交通大學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，當然這也和當時的制造水平有關。
七十年代，CFC及HCFC被 發(fā)現(xiàn)破壞大氣臭氧層及溫室效應指數(shù)較高而面臨全面禁用。HFC134a也由于其溫室效應指數(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大的單位容積制冷量，重新在制冷領域，尤其在認為用新型化合替代物同樣會隱藏著不可預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，挪威技術大學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。跨臨界的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熱原理實現(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。如此周而復始完成循環(huán)。
