CO?常溫常壓下是氣態(tài)，在常溫一定壓力下可以凝結(jié)成液體（乃至固體），壓力撤銷后迅速蒸發(fā)（升華），帶走大量熱量，達到降溫的目的。作為制冷劑， C0?在19世紀(jì)末到20世紀(jì)二三十年代曾被使用過。但限于當(dāng)時的技術(shù)水平，使用CO?的制冷系統(tǒng)能效低，設(shè)備很笨重，大多用于船舶。前國際制冷學(xué)會主席Lorentzen在1994年提出了CO?跨臨界循環(huán)理論，指出若采用跨臨界循環(huán)，CO?可以用于汽車空調(diào)和熱泵領(lǐng)域，系統(tǒng)性能系數(shù)與常規(guī)空調(diào)相比仍然具有競爭力。
C0?作為地球生物圈內(nèi)的天然物質(zhì)之一，它產(chǎn)量豐富，價格低廉，方便得到。其臭氧消耗潛能值（ODP）=0，全球變暖潛能值（GWP）=1，而目前作為推薦的替代工質(zhì)氫氟烴（HFCs）及其混合物的GWP比CO?高1000~2000倍，在這一點上CO?具有明顯的優(yōu)勢。CO?與水混合時呈弱酸性，會腐蝕碳鋼等普通金屬，但不腐蝕不銹鋼和銅類金屬。CO?中碳元素已經(jīng)處于最高化合價，即使在高溫下也不會分解產(chǎn)生有害氣體，具有非常穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。C02的黏度很低，0℃時其飽和液體的運動黏度只有氨的5.2%，這樣可以提高它的流速，但壓降不會太大。CO?的熱導(dǎo)率高，而且液體密度和蒸氣密度的比值小，節(jié)流后各回路間制冷劑的分配比較均勻，可改善傳熱效果，進一步減小部件和系統(tǒng)的尺寸和質(zhì)量。CO?的物性參數(shù)以及它與其他常規(guī)制冷劑的性能比較見表2-1。
CO?的臨界溫度為31.1℃，接近于環(huán)境溫度，根據(jù)循環(huán)的外部條件可以實現(xiàn)亞臨界循環(huán)、跨臨界循環(huán)和超臨界循環(huán)三種循環(huán)方式，其中CO?超臨界循環(huán)與普通的蒸氣壓縮式制冷完全不同，工質(zhì)的循環(huán)過程沒有相變，制冷空調(diào)應(yīng)用中不采用該循環(huán)方式。C0?亞臨界循環(huán)過程如圖2-6中1→2→3→4→1所示，此時壓縮機的吸氣、排氣壓力都低于臨界壓力，蒸發(fā)溫度、冷凝溫度也低于臨界溫度，換熱過程主要依靠潛熱來完成。目前，C0?亞臨界循環(huán)主要用于低溫冷凍設(shè)備所用復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的低溫級。CO?跨臨界循環(huán)的流程與普通的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)略有不同，其循環(huán)過程如圖2-6中的1→2→3→4→1所示。此時壓縮機的吸氣壓力低于臨界壓力，蒸發(fā)溫度也低于臨界溫度，循環(huán)的吸熱過程在亞臨界條件下進行。但是壓縮機排氣壓力高于臨界壓力，工質(zhì)在高壓側(cè)的換熱過程通過顯熱交換來完成，這與普通的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)冷凝過程完全不同，此時的高壓換熱器稱為氣體冷卻器。
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由于跨臨界循環(huán)具有鮮明的特點和特殊的應(yīng)用前景，目前已成為CO?制冷循環(huán)最為活躍的研究方向。在基本的CO?跨臨界循環(huán)的基礎(chǔ)上，已發(fā)展出多種改進的CO?跨臨界循環(huán)，如雙級壓縮CO?跨臨界制冷循環(huán)、帶膨脹機的CO?跨臨界制冷循環(huán)、帶引射器的C0?跨臨界制冷循環(huán)、帶引射器和經(jīng)濟器的C0?跨臨界制冷循環(huán)等。
