（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(gè)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(shí)冷量損失較大，且存在著飽和壓力過(guò)高，壓縮機(jī)功耗過(guò)大的缺點(diǎn)，當(dāng)然這也和當(dāng)時(shí)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(rèn)為是一種過(guò)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(dòng)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(rèn)為用新型化合替代物同樣會(huì)隱藏著不可預(yù)知潛在危險(xiǎn)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(jìn)展最快，離實(shí)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(yùn)行，DANFOSS、DENSO、ZEXEL等已進(jìn)入二氧化碳?jí)嚎s機(jī)小批量生產(chǎn)階段。
當(dāng)前環(huán)境保護(hù)問(wèn)題越來(lái)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(guó)汽車空調(diào)業(yè)又將面臨新的挑戰(zhàn),為此本文對(duì)二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進(jìn)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(jī)，并申請(qǐng)獲得了國(guó)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(guò)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(dá)到制冷的目的。
跨臨界系統(tǒng)由壓縮機(jī)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(chǔ)液器A組成封閉回路。氣體工質(zhì)在壓縮機(jī)中升壓至超臨界壓力P2，在p-h圖上為過(guò)程f-a，然后進(jìn)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(jìn)一步冷卻。它是用壓縮機(jī)回氣管前面的低溫低壓蒸汽過(guò)熱這一回?zé)嵩韺?shí)現(xiàn)的，此即過(guò)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(jìn)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(jì)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(duì)提高蒸發(fā)器的傳熱效率十分有利。正因?yàn)槿绱耍珽出口須配置儲(chǔ)液器，以防止壓縮機(jī)液擊和便于壓縮機(jī)回油（專用回油管道如圖上虛線所示）。儲(chǔ)液器出來(lái)的低壓飽和蒸汽進(jìn)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(guò)熱蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)升壓。如此周而復(fù)始完成循環(huán)。
