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压缩过程：空调压缩机启动后，内部的低温低压制冷剂气体被吸入压缩机内部，经过一系列的压缩动作，使制冷剂分子间距离增大，分子势能增加，气压升高，随着压缩压力的持续上升，压缩后的制冷剂气体体积增大，温度随之下降，最终转化为高温高压的气体排出压缩机。
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冷却过程：高效可靠的压缩机完成压缩任务后，制冷剂气体进入冷凝器，冷凝器主要由换热片、毛细管、翅片或其他结构组成的散热设备，利用内部制冷剂自身的汽化吸热作用，导致制冷剂蒸汽变成液态并放出热量，冷凝器温度逐步降低，气态制冷剂（如氟利昂）从汽化过程中产生的饱和蒸汽转变为液态，由于冷凝器环境较高，其温度较低，液体冷却剂很快变为液态，制冷剂蒸发速度大大加快，形成了汽化-液化-蒸发的连续周期循环。
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节流过程：制冷剂经过膨胀器的加热后，在节流阀门的作用下，压力降低并温度升高，蒸发变为气态，制冷剂蒸气与周围环境进行交换，蒸发出来的大量制冷剂热气逐渐带走热量，使得蒸发器温度逐渐下降，这一过程为循环不断地补充新的制冷剂，维持制冷效果稳定。
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吸热过程：蒸发器液态制冷剂再次流入蒸发器，由于冷凝器传热性能好，大部分蒸发出来的制冷剂迅速凝结成固态，由蒸发器出口进入车外，同时不断吸收车外环境（如外部空气、阳光直射）的热量，这一过程为制冷循环的一个“反向”，即“气态吸热”过程，将蒸发出来的热气重新带回车体内以保持车内温度恒定。
汽车空调制冷原理充分利用了制冷剂在汽化-液化-蒸发三个过程中的特性，通过控制压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器之间的工况，使冷暖空气的交换处于动态平衡，实现了有效地降低车内温度，保障乘客的舒适感，在整个制冷过程中，电能、天然气、燃油等多种能源被有效地消耗，减轻了汽车自重，提高了驾驶安全性，为了防止环境污染，目前S面上主流的空调使用环保型制冷剂R134a和R1234yf，实现低碳环保的目标。