CO2制冷剂汽车空调系统

大气臭氧层被破坏和全球变暖等问题越来越引起人们的担心，为了解决这一问题，前些年世界汽车业成功地在汽车空调系统中用氢氟碳酸（HFC134a）制冷剂取代了对环境污染严重的氟里昂制冷剂，但人们对HFC134a制冷剂抵御环境污染的能力并不十分满意，因此汽车业界及有关方面一直没有放弃寻找更好的制冷剂替代物的努力。据有关资料报道，制冷剂替代物的研究最近有了突破性进展，汽车业界已经在采用134a的基础上研究出新的HFC152a和CO2等制冷剂。从目前的研究结果来看，CO2制冷剂应该是最有前途的替代物。

2003年，日本电装公司开发出了世界上第一个无氟碳酸的汽车空调系统，丰田公司在其燃油电池混合动力汽车FCHV上已经采用了这种以CO2作为制冷剂的空调系统。

与HFC134a相比，CO2使地球变暖的潜在值特别低，约为HFC134a的1/300，但是这种制冷剂却有非常出色的冷却和加热性能，这种性能使它特别适合在电气或者混合动力汽车上使用。然而，CO2也有缺点，它的工作压力比HFC134a高7-10倍。为了解决工作压力高的问题，日本电装公司在该汽车空调系统上配备了一些附加元件，并采用了相应的处理技术。

用于冷却的CO2空调系统的基本结构与传统的采用HFC134a制冷剂的汽车空调系统有很大区别。首先，在新系统中采用了一个气体冷却器来冷却从压缩机里排出的CO2制冷剂，该气体冷却器相当于传统的冷凝器。由于CO2制冷剂通常在高压侧都超过了临界点，所以它不会被气体冷却器冷凝，取而代之的，通过一种隔热膨胀方式（采用一种膨胀阀）使制冷剂一部分可以被冷凝。气体冷却器出口与蒸发器之间的内部热交换器通过与流到系统压处的制冷剂交换热量的方式进一步冷却了制冷剂。这种内部热交换器增加了蒸发器入口的液体制冷剂量，增强了冷却功能。在CO2制冷剂工作系统中，由于制冷剂不能以液体状态存在于高压侧，所以在低压侧相当于HFC134a制冷系统的高压侧）采用了一个收集器（接受器）,收集流出的制冷剂。这种总成式的（既装备了热交换器又配备了膨胀阀）收集器简化了系统的结构，使其易于在汽车上安装。

在丰田的燃油电池混合动力汽车上，日本电装公司采用了带一个加热泵的CO2空调系统，这种空调系统可以通过切换旁流阀（参见图1）的打开和关闭来转换加热或冷却模式。冷却时，旁流阀1开启，旁流阀2关闭，内部气体冷却器的混合空气门完全闭合；加热时，旁流阀1关闭，旁流阀2开启，内部气体冷却器的混合空气门完全打开。当空气流入内部气体冷却器时，从压缩机排出的高压、高温的CO2制冷剂将热量转移到空气里。通过关闭旁流阀2和控制膨胀阀2的开启程度，该系统还可以进行除湿工作。系统的驱动由一台密封性良好的整体式电动机来进行。

尽管CO2空调系统是一种非常有前途的产品，但日本电装公司认为，目前进一步开发大批量生产的CO2空调系统时机尚不成熟，比如该系统的成本、质量、可靠性和生产基地以及产品的售后服务、维护保养等一系列问题，都需要有关方面进行认真考虑和协调。除此之外，CO2空调系统的标准化、安全性和认证程序等问题，也需要认真解决。由于日本电装公司自身难以解决这些问题，所以该公司正在计划开展一种全球性的合作活动，以便与全球的汽车生产者、其它汽车空调系统生产厂家及各国政府联手，共同将这种绿色环保产品推向市场。