二氧化碳汽車空調(diào)簡(jiǎn)述

1、整理課件二氧化碳汽車空調(diào)簡(jiǎn)述二氧化碳汽車空調(diào)簡(jiǎn)述能源二班 岳萌 王浩陽(yáng) 高振坤 何曉東整理課件 二氧化碳制冷劑歷史二氧化碳制冷劑歷史CO2作為最早采用的制冷劑之一，從19世紀(jì)初直到20世紀(jì)30年代得到了普遍使用，隨著CFCs的出現(xiàn)，CO2很快被人們所拋棄，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)。20世紀(jì)70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

2、替代物。在此背景下，超臨界循環(huán)的二氧化碳系統(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，從1994年起B(yǎng)MW、DAIMLERENZ、VOLVO、德國(guó)大眾、Danfoss、Valeo等歐洲著名公司發(fā)起了名為“RACE”的聯(lián)合項(xiàng)目，聯(lián)合歐洲著名高校、汽車空調(diào)制造商等研制二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)，并計(jì)劃在2003年歐洲生產(chǎn)的汽車一半裝備二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)。目前已完成樣機(jī)制備，并裝車試驗(yàn)，二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)的產(chǎn)品化指日可待。整理課件二氧化碳制冷在汽車空調(diào)上的應(yīng)用二氧化碳制冷在汽車空調(diào)

3、上的應(yīng)用整理課件 常用制冷劑物理性質(zhì)比較常用制冷劑物理性質(zhì)比較 整理課件二氧化碳的物理性質(zhì)二氧化碳的物理性質(zhì) CO2是地球圈的組成物質(zhì)之一，它無(wú)毒、不可燃GWP值為1。具有優(yōu)良的熱物理性質(zhì)：CO2容積制冷量是R12的8倍，使設(shè)備更緊湊；使壓縮機(jī)進(jìn)一步小型化，連接管道細(xì)小化；在-40時(shí)CO2液體粘度是5水粘度的1/8，有很好的傳熱性能，其換熱系數(shù)明顯高于R134a；循環(huán)系統(tǒng)具有較小的壓力比，可提高壓縮機(jī)的絕熱功率；系統(tǒng)可運(yùn)行在較高的壓力下，管道及換熱器中壓差的影響很小。 CO2臨界參數(shù)為：臨界溫度31.1，臨界壓力7.38MPa。只有當(dāng)冷凝溫度低于30時(shí)，CO2空調(diào)系統(tǒng)才能采用與常規(guī)工質(zhì)相似的亞

4、臨界循環(huán)，而汽車空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行工況范圍處于這個(gè)溫度以下的可能性比較小。為此，汽車空調(diào)系統(tǒng)只能采用亞臨界循環(huán)。該循環(huán)的特點(diǎn)是蒸發(fā)吸熱過(guò)程發(fā)生在亞臨界區(qū)，而放熱過(guò)程發(fā)生在超臨界區(qū)，這就是為什么在CO2系統(tǒng)中將冷凝器改為氣體冷卻器的主要原因。整理課件 二氧化碳作為制冷劑的優(yōu)點(diǎn)二氧化碳作為制冷劑的優(yōu)點(diǎn)(1)ODP=0,GWP0(2)蒸發(fā)潛熱r較大，單位容積制冷量相當(dāng)大(0時(shí)單位容積制冷量是NH3的1.58倍，是R12和R22的8.25倍與5.12倍)(3)運(yùn)動(dòng)粘度低(0時(shí)CO2飽和液體的運(yùn)動(dòng)粘度只為NH3的 5.2%，是R12的23.8%)(4)絕熱指數(shù)較高K=1.30，壓縮機(jī)壓比=PH/P0約為2.

5、53.0，比其它制冷劑系統(tǒng)低，接近于最佳經(jīng)濟(jì)水平。(5)適應(yīng)各種潤(rùn)滑油和常用機(jī)器零部件材料。(6)價(jià)廉，維修方便，無(wú)需再循環(huán)利用。整理課件 超臨界循環(huán)的二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)超臨界循環(huán)的二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)CO2臨界溫度較低，用作蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的工質(zhì)時(shí)，其性能系數(shù)與制冷能力直接受環(huán)境溫度和冷卻介質(zhì)溫度的影響。如果采用傳統(tǒng)的Perkins蒸汽壓縮式制冷循環(huán)，循環(huán)工質(zhì)的臨界溫度決定發(fā)生冷凝過(guò)程的溫度上限，通常要求它至少高出環(huán)境溫度30才可以獲得較好的制冷系數(shù)。因CO2臨界溫度太低(31.1)，使其制冷系數(shù)COP=q0/W較低。尤其是環(huán)境溫度較高時(shí)，循環(huán)的單位質(zhì)量制冷量q0明顯

6、減小，制冷能力顯著下降，而功耗W卻增大，因此其經(jīng)濟(jì)性很差。這是采用傳統(tǒng)Perkins蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的二氧化碳系統(tǒng)先天不足的主要原因。正因?yàn)檫@個(gè)原因，使原來(lái)應(yīng)用于制冷循環(huán)CO2制冷劑被鹵代烴所取代。但是按照熱力學(xué)第二定律，制冷循環(huán)的理論效率或卡諾循環(huán)制冷系數(shù)與工質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)。采用跨臨界的制冷循環(huán)可避開(kāi)該制約因素。在超臨界壓力下采用中間回?zé)峥蓽p小循環(huán)的不可逆損失，有利于提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能。整理課件 超臨界循環(huán)的二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)超臨界循環(huán)的二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)超臨界制冷循環(huán)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與貯液器A組成封閉回路。氣體工質(zhì)由壓

7、縮機(jī)升壓至超臨界壓力，其在 圖上為過(guò)程 ，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。為了提高制冷系統(tǒng)的性能系數(shù)COP（coefficient of performance），自氣體冷卻器出來(lái)的高壓氣體在內(nèi)部熱交換器中進(jìn)一步冷卻，它是利用從蒸發(fā)器出來(lái)的低溫低壓蒸氣進(jìn)行熱交換的原理實(shí)現(xiàn)的，這一過(guò)程即 。這也促使從蒸發(fā)器出來(lái)的低溫低壓蒸氣進(jìn)一步氣化，防止了壓縮機(jī)液擊現(xiàn)象的發(fā)生。理想狀況下，焓降hbhc=hfhe。然后利用節(jié)流閥減壓，經(jīng)節(jié)流后的氣體降溫冷卻，且部分氣體液化（在節(jié)流減壓前不發(fā)生液化），濕蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)氣化，吸收周圍介質(zhì)的熱量，使空氣降溫。蒸發(fā)器內(nèi)的液體并不全部氣化，因此出

8、口工質(zhì)的狀態(tài)處于兩相區(qū)，即氣液并存，這對(duì)提高蒸發(fā)器的傳熱效率十分有利。正因?yàn)槿绱?，蒸發(fā)器出口處需配置貯液器（在汽車空調(diào)系統(tǒng)中常被稱為集液器或積累器），以防止壓縮機(jī)液擊和便于壓縮機(jī)回油（圖上虛線為回油管道）。貯液器出來(lái)的低壓飽和蒸氣進(jìn)入熱交換器的低壓側(cè)管道，吸收高溫高壓的超臨界氣體的熱量后，成為過(guò)熱蒸氣進(jìn)入壓縮機(jī)并升壓。制冷系統(tǒng)如此周而復(fù)始完成循環(huán)。整理課件 超臨界循環(huán)的二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)超臨界循環(huán)的二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)整理課件 壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)CO2和氨一樣，具有較高的等熵指數(shù)k，達(dá)1.30，高的等熵指數(shù)會(huì)引起壓縮機(jī)排氣溫度偏高的顧慮，但由于CO2的具有較高的

9、低壓工作壓力p0，因而壓縮機(jī)的壓比=pH/p0卻比其他制冷劑系統(tǒng)低得多，因此不會(huì)像氨系統(tǒng)那樣需要對(duì)壓縮機(jī)本身進(jìn)行冷卻。高的等熵指數(shù)k、小的壓比，可減小壓縮機(jī)余隙容積的再膨脹損失 , 提高壓縮機(jī)的容積效率。同時(shí) , 因?yàn)镃O2壓縮機(jī)的吸排氣壓力均比 R134a 壓縮機(jī)的大得多 , 因而在CO2壓縮機(jī)類型選擇及設(shè)計(jì)上應(yīng)給于充分考慮。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論研究 ,一般認(rèn)為往復(fù)式壓縮機(jī)較適合于CO2空調(diào)制冷系統(tǒng), 主要原因是柱塞和軸塞式壓縮機(jī)憑借油潤(rùn)滑, 在氣缸壁和活塞之間存在良好的油膜滑動(dòng)密封, 因此成為 CO2制冷系統(tǒng)的首選。迄今為止 , 汽車空調(diào)系統(tǒng)中使用的二氧化碳?jí)嚎s機(jī)多采用往復(fù)式結(jié)構(gòu) , DANFO

10、SS 公司研制了三缸斜盤(pán)式壓縮機(jī)、 Bock 公司研制了兩缸立式活塞式客車空調(diào)壓縮機(jī)。整理課件 壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)應(yīng)用于CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)氣缸體積小, 吸排氣壓力高，存在潛在的高沖擊速度，因此，對(duì)傳統(tǒng)使用的簧片閥提出了挑戰(zhàn), 為滿足系統(tǒng)工作壓力的要求，必須對(duì)閥門(mén)進(jìn)行改進(jìn)。Bock公司將壓縮機(jī)排氣閥改良后發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)效率提高了7%。整理課件 熱交換器熱交換器CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)熱交換器包括蒸發(fā)器、氣體冷卻器和內(nèi)部氣體換熱器, 占整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量的一半及大部分體積, 為滿足汽車空調(diào)的特殊要求, 必須具備高效、緊湊、重量輕的特點(diǎn)。氣體冷卻器要完成制冷循環(huán)中散熱工作。其作用相當(dāng)于傳統(tǒng)制冷循環(huán)

11、中的冷凝器。 在氣體冷卻器中, 二氧化碳工作在超臨界狀態(tài)下, 始終處于氣態(tài), 并不發(fā)生一般冷凝器中的冷凝液化過(guò)程。受二氧化碳熱物性的制約,氣體冷卻器中制冷劑側(cè)壓力很高,達(dá)1011MPa, 另外, 由于二氧化碳處于超臨界狀態(tài), 出口溫度獨(dú)立于出口壓力, 使它可以有較大的壓降。因此, 制冷劑側(cè)可以設(shè)計(jì)成較大的流量密度 (6001200kg/sm2) 和較小的管徑。同時(shí) , 小管徑也有助于承受較高的壓力。整理課件 熱交換器熱交換器CO2的冷卻特性使采用小迎風(fēng)面積、長(zhǎng)空氣流道、低空氣流速的逆流式換熱器成為可能。采用逆流式的氣體冷卻器接近方形，緊湊的結(jié)構(gòu)和較小的空氣流量可以使汽車空調(diào)中的空氣冷卻器不一定

12、放在散熱器前, 也可不放在汽車前部, 有利于汽車設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化, 也避免了增加散熱器的負(fù)荷以及車底熱空氣進(jìn)入氣體冷卻器中。最初的空氣冷卻器由 Lorntzen 和 Pettersen 于 19901991 年推出, 為傳統(tǒng)的管片式。進(jìn)一步的模型計(jì)算表明, 采用更小的管徑有助于提高換熱強(qiáng)度。同時(shí), 由于對(duì)最小爆炸壓力的考慮, 也要求縮小管徑。 但過(guò)小的管徑帶來(lái)制造上的困難, 增加了成本。在這種情況下 ,開(kāi)發(fā)了“平行流”氣體冷卻器: 一組平行的小直徑換熱管構(gòu)成一個(gè)整體以便于制造?！捌叫辛鳌睔怏w冷卻器增加了換熱面積，提高了空氣側(cè)和制冷劑側(cè)的換熱量；提高了氣體冷卻器內(nèi)工質(zhì)流體的溫度和流量分配的均勻度，提高了換熱效率；減小了制冷劑的流動(dòng)阻力，降低了制冷劑在冷卻器中的壓力損失，減少壓縮機(jī)功耗。 整理課件 當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀大眾與奔馳選用二氧化碳代替新型制冷劑大眾汽車公司表