二氧化碳制冷劑汽車空調(diào)講解

1、二氧化碳制冷劑汽車空調(diào)293430112001曹廣升一、課題背景和目的自蒙特利爾議定書簽定以來(lái)，以CFCs和HCFCs等氟利昂作制冷劑的制冷空調(diào)界面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn),為了尋找合適的替代物,全球范圍內(nèi)開(kāi)展了廣泛的研究。目前推出的包括R134a在內(nèi)的HFCs及其混合物，不能夠滿足長(zhǎng)期替代的要求，大多有較高的溫室效應(yīng)指數(shù)(GWP)等缺點(diǎn)。同時(shí)，人們擔(dān)心這些化合物可能隱含著不可預(yù)知的潛在危險(xiǎn)，因此，天然工質(zhì)就引起了人們的極大關(guān)注，其中的二氧化碳因其具有良好的熱力性能和環(huán)保特性，尤其受到了重視。過(guò)去CFC12作為汽車空調(diào)的制冷劑，其用量約占全世界CFC12用量的28。汽車空調(diào)由于處于動(dòng)態(tài)工作環(huán)境，負(fù)荷大，

2、使用開(kāi)式或半開(kāi)式壓縮機(jī)極易引起泄漏。據(jù)測(cè)，全世界泄漏到大氣中的CFC物質(zhì)中有34是由于汽車空調(diào)泄漏引起的，在汽車空調(diào)裝置中用新的制冷劑來(lái)替代的任務(wù)已十分緊迫。二氧化碳是少數(shù)幾種無(wú)毒、不易燃的工質(zhì)之一，如果泄露到大氣中，它不會(huì)導(dǎo)致臭氧層空洞等問(wèn)題L與其它工質(zhì)相比，二氧化碳具有明顯的點(diǎn)：(1) ODP=0，且GWP=1很小，約為R134a和R22的千分之一。(2) 運(yùn)動(dòng)粘度低，流動(dòng)性大，壓縮比較低(約為2.5-3.0)，單位容積制冷量大。(3) 來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，維護(hù)簡(jiǎn)單，無(wú)須循環(huán)利用。(4) 無(wú)毒、不可燃，對(duì)常用材料沒(méi)有腐蝕性。另外，二氧化碳空調(diào)的安全保護(hù)裝置與現(xiàn)有系統(tǒng)相同；短期和長(zhǎng)期暴露極限

3、相當(dāng)于甚至好于CFC/HCFC；破裂時(shí)釋放的能量與現(xiàn)有系統(tǒng)相當(dāng)；二氧化碳的所有特性都為人熟悉，研究應(yīng)用方便；系統(tǒng)質(zhì)量和體積與R134a系統(tǒng)相當(dāng)；蒸發(fā)潛熱較大，單位容積制冷量相當(dāng)大；充分適用各種潤(rùn)滑油和常用機(jī)器零部件材料等等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前，人們最關(guān)心的是環(huán)境污染的問(wèn)題，二氧化碳作為天然物質(zhì)，對(duì)大氣臭氧層無(wú)任何破壞作用，其ODP二0,至于GWP值，制冷系統(tǒng)本身不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，只是利用它作為工質(zhì)，并且是從工業(yè)廢氣回收得到的，用它作為制冷劑時(shí)，其GWP值為零，正是因?yàn)槎趸嫉倪@些優(yōu)點(diǎn)，致使它得到人們的重視和關(guān)注，不少專家預(yù)言，二氧化碳將是二十一世紀(jì)制冷空調(diào)技術(shù)的理想制冷劑，并且已被很多國(guó)家作為汽車空調(diào)

4、制冷劑的長(zhǎng)期替代物進(jìn)行研究。然而，由于二氧化碳的臨界壓力高而臨界溫度低，一般以二氧化碳作為汽車空調(diào)的制冷劑工作在跨臨界區(qū)域，而且壓力比較高。目前，二氧化碳制冷劑的制冷機(jī)在美國(guó)、日本和歐洲已經(jīng)有樣機(jī)，而大規(guī)模的應(yīng)用還存在著許有限制，很多方面需要技術(shù)突破，相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)也不是太多，特別是國(guó)內(nèi)的研究處于起步階段。研究二氧化碳制冷劑的汽車空調(diào)，提高其性能，降低生產(chǎn)和使用成本是一個(gè)非常有意義的工作。二、檢索策略檢索策略是為實(shí)現(xiàn)檢索目標(biāo)而制訂的全盤計(jì)劃或方案，指導(dǎo)整個(gè)檢索過(guò)程，因此制定正確的檢索策略非常必要。（1）確定課題后，在分析課題的基礎(chǔ)上，根據(jù)課題要求和特點(diǎn)，確定檢索內(nèi)容的學(xué)科范圍、文獻(xiàn)類型、檢索年

5、限。（2）將與該課題相關(guān)概念陳列開(kāi)來(lái)，確定中英文檢索詞，建立檢索命題。中文：二氧化碳；制冷劑；汽車空調(diào)。英文：C02,Refrigerants.AutomotiveAirConditioning（3）尋找有關(guān)資料，根據(jù)學(xué)科范圍選擇檢索工具和檢索方法，如中國(guó)知網(wǎng)、匯文、EI、google等并評(píng)估檢索結(jié)果所得資料是否和課題相關(guān)。找出檢索詞，按邏輯關(guān)系列出檢索式，制定查找程序。在檢索過(guò)程中要特別注意確定各檢索詞之間的組配方式，它是檢索策略的重要部分，關(guān)系到檢索結(jié)果的查全、查準(zhǔn)。（4）利用資料后所列的參考書目查尋更多的資料。若所得資料和課題無(wú)關(guān)，重新將與課題相關(guān)的概念陳列開(kāi)來(lái)，并建立檢索關(guān)鍵詞。若滿意

6、所找尋到的資料，征引查獲的資料。（5）根據(jù)查到的文獻(xiàn)線索獲取原始論文，可在檢索工具所附的“來(lái)源索引”、“收錄出版物一覽表”等查出刊名的全稱，然后查館藏目錄。對(duì)該課題大多數(shù)文獻(xiàn)原文可直接獲取。三、檢索過(guò)程及初步結(jié)果1中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)中國(guó)期刊網(wǎng)是中國(guó)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施（ChinaNationalKnowledgeInfrastrueture簡(jiǎn)稱CNKI）工程的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。中國(guó)期刊網(wǎng)上的數(shù)據(jù)庫(kù)包括理工（A、B、C三類）、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、文史哲、經(jīng)濟(jì)法律與政治、教育與社會(huì)科學(xué)、電子技術(shù)與信息科學(xué)9個(gè)專輯。檢索范圍：全部期刊檢索年份：2001-2010檢索策略1：篇名：二氧化碳檢中8452條高級(jí)檢索：篇名

7、：二氧化碳and關(guān)鍵詞：制冷劑檢中42篇；篇名：二氧化碳and關(guān)鍵詞：制冷劑and摘要：汽車空調(diào)檢中16篇與課題相關(guān)2篇二氧化碳汽車空調(diào)作者：牟春燕;趙萬(wàn)勝;姚美紅;二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用研究進(jìn)展作者：陳江平;穆景陽(yáng);陳芝久;全文下載閱讀。在讀者推薦文章欄顯示相關(guān)10條推薦文章，選擇符合課題的進(jìn)行閱讀。檢索策略2：篇名：汽車空調(diào)檢中539篇高級(jí)檢索：篇名：汽車空調(diào)and篇名：二氧化碳檢中20篇基本與策略1結(jié)果類似，可用文章相同2匯文檢索策略1：題名=二氧化碳檢中11條檢索結(jié)果比較少，直接尋找與課題相關(guān)書目：二氧化碳制冷技術(shù)丁國(guó)良黃冬平編著ISBN號(hào):978-7-5025-9975-1符合檢索

8、要求索書號(hào)條碼號(hào)年卷期館藏地書刊狀態(tài)TB66/1000590264375-江浦自然科學(xué)圖書借閱室可借TB66/1000590264376-江浦自然科學(xué)圖書借閱室可借TB66/1000590264378-江浦綜合圖書閱覽室閱覽TB66/1000590264377-丁家橋自科借閱處可借可以借閱檢索策略2：主題詞=制冷劑檢中3條沒(méi)有與課題相關(guān)的可用圖書檢索策略3：題名=汽車空調(diào)檢中15條主題詞=二氧化碳o(jì)r制冷劑檢中0條3.工程索引（Ei）美國(guó)工程索引（TheEngineeringIndex,簡(jiǎn)稱Ei）是檢索工程技術(shù)領(lǐng)域文獻(xiàn)的最主要工具書之一。進(jìn)入EiCompendexweb界面，Ei的檢索分為Ea

9、sysearch（簡(jiǎn)單檢索）、Quicksearch（快速檢索）和Expertsearch（專家檢索）。這里選擇Quicksearch。檢索詞：二氧化碳=CO2汽車空調(diào)=AutomotiveAirConditioning制冷劑=Refrigerants檢索策略1：(co2)WNKY)檢中3323條二次檢索：(co2)WNKY)AND(AutomotiveAirConditioning)WNKY)檢中4條SearchResultsrt!L：uidi：11C_inif_t!in_fexlur1969-2033Save8earch-Z.reateAlerl-判WHKY)AMD(SiJtmnEivcA

10、iComlitimiiMi)WHKV)iultiy;Rzile'nce沁author2匚iur匚:已FuDll：釣已廠T匚mmi匚hi門Hi：L*iii：iEn./iro-imentDevelopH-ien:Ceriter,MatsiuhitaElectrcIndi.isirislCo.Ltd);丫：“工打1日門丄Sliiii匚hi;hlimhi1血:M:i,FLimtmhiSource:.y.'iIer.aii.'G'.w.1'口理er白¥2S,iiS,DtLriiLer,2005,fj13：2-1307Datab<isc;Coinpe

11、n：Je：Abstract-Deiailed廠2txDerimentaiinvestigationolaco；automotiveairconditionerLiu,11匚|1匸1：;十歸|：1(IrrztrtuteofRefricersTiunsncCryogenii：-?Ergineering,ShanghaiJiaoT:«rigUni./ertrty)匸卜叭：汕匸們仃口;匚hen,ZhijiuSource:.I'jwf.Vo1.'1口F厲白Huq¥20,ii0,Dtjuunit-ur,2005,p12S3-1301Database:C：口tripcid

12、匚:：ABH陽(yáng)H-UEtmilEdl3.ControlofatranscriticalcycleforoptitnumefficiencyBcrqarTii,A.(DelpHTh:：rrnjl已忙:t匚m：H；;Cw匚II,TSource:W&w77;心叫啊和Ms片也"；-;就E/w抬片;q詁771怡爲(wèi)I.&為4恰Sy-sfc.w-s.MW%2UUJ,P51-b1Dulubust:;Cuniptiidt：1：.必上-匚|/：才10臼4.NewgerieidliuriufluiPEMFCdjfjliL：dliuri：2ibiii:-中，4匸山ii；zii：liih七i:

13、二：讓¥iCuiiluu.iuul),OiiqXiiiq仙；瓷Hiu：2；eilit：,NiMSuuict;Piuctfw'/.zg-yurlA1e-?-yi!Ezw嚴(yán)am尸“亡7匚：亡了卍1：力川口比疳/amfAfXf/icatiQrfS20C5-SooAofAbtrats.v2005Proceirs1stErQf.ear.r/Cf/eCu'.c.'ocyAfx)ficatiQrfS汕i覽EFC2005-Eg計(jì)2005,p151Database:Coripeide:：:Ad珀陽(yáng)口-口已怕lieci其中第一條和第二條與課題相關(guān)txDenrnentaistLit

14、ftjonautornotr/ecoolingandheatingaircondrtiontiasystemusmccu2asareinaerantZheckrecordtoaddtoSelectedRecordsI-1-ExperimentalstudyonautomotivecoolingandheatingairconditioningsystemusingCO2asarefrigerantTamu陽(yáng)，Tornciichirci(LivingEnvironmentDevelopmentCenter,MatsushitaElectricIndustrialCo.LtdVakurnaru,V

15、uuichi;Nighiwaki,FumitomhiSource:誡ezmth佃JournalofefrigeratiQi),v28,n8,December,2005,p1302-1307ISSN:0140-7007CODEN:IJRFDIPublisher:ElsevierLtdAbstract:Recently,asoneofthecountermeasuresagainsttheglobalwarmingandenergyconservationproblems,naturalrefrigerantssuchasC02arenowpaidattentionassubstitutesfor

16、HFCsinautomotiveairconditioningsystems.Also,inrecentyearsbecausetheheatreleasefromtheeco-car'senginedecreases,thereisaproblemthatthepresentautomotiveheatingairconditioningsystemcannotprovidesufficientheatingcapacity.Asanalternativeapproach,wefocusedonasolutionutilizingaCO2-basedheatpump,wherebyt

17、hewasteheatfromtheheatpumpcycleduringdehumidificationoftheincomingair(referredtoasthedehumidifyingcondition)isrecoveredandusedasanauxiliaryheatsourceinsteadofanelectricheater.Basedonthisconcept,weaimedtodevelopaneffectiveautomotivecoolingandheatingairconditioningsystemusingC02asarefrigerantAstheresu

18、lt,aprototypeC02automotivecoolingandheatingairconditioningsystemformedium-sizedcarswassuccessfullydeveloped.Withthissystem,performancesuperiortothatofthepresentHFC134asystemcanbeachieved.©2005ElsevierLtdandHR.Allrightsreserved.(5refs.)Eicontrolledterms：Aircond社ioninti-Uocdinq-Heatinq-Cai-hnncli

19、oxicle-Refriqerants-Globalwartninci-Heatuutnuwvsteins-DewianUncontrolledterms：utorncibile-Experiment-UO2-DehumitjificationClassificationCode:643.3AirConditioning-641.2HeatTransfer-642.1ProcessHeating-804.2Inorganic：Compounds-644.2Refrigerants-803ChemicalAgentsandBasicIndustrialChemicals-443.1Atmosph

20、ericProperties-616.1HeatExchangeEquipmentandComponentsDatabase:Compendex通過(guò)左下角FULLTEXTLINKS鏈接獲取原文Full-textandLocalHoldingsLinks原文第一頁(yè)如下：UUIH4!申豐I1124.95%Bookmarkrefrigerationwww-elsevierjconViocatie/ijrefirigTSMHJJReceivedIFbbntt好2005;receivedinrevisedfiocm26AuguM2005:aocepted7September2005Availableon

21、line14November2005j“Introductio|QRefrigerantprop3-QStudiesonrnaki!“QEvaluationmi“QStudyofthe!QStudyonme:“口Development!QEvaluationofsys|“QConclusion'QReferencesExperimentalstudyonautomotivecoolingandheatingairconditioningsystemusingCO2asarefrigcranlTomoichiroTamura*,YuuichiYakumaru,FumitoshiNishi

22、wakiLiiinffEnvironmefUDewlopmenlCttMtr,MatsushitaEJfdri:/rubutintilCgLtd.3-i-i,Yanumu-NiikuHMlu,Mongucht,Oauka57041501,JapanAtKHCructRecently,asoneofthecountermeasuresagainsttheglobalwarmingandenergyconservalianproblems,naturaltrfrigemnlssuchasCOjarenowpaidattentionassubstitutesf<THFCsinautomotiv

23、eaircondilinningsystems.Also,inrecentyearsbecamelheheatreleasefromlheeco-car'seiinedecreases,thereisuprciilemIhulthepresentautomotiveairconditioningsj-slemcannotpnividesutlicienthealingcapacity.Asanallemaliveapproach,wctocusedonasolutionutilizingaCO»-basedheatpump,whetrbythewa4chealfromtheh

24、eatpumpcycleduringdehumidiiicutionoftheincomingair(rei'etTedtoasthedehumidifyingcondition)isrecoveredanduMMlasanxiliai)*heatsourceinsteadofanelectrichealer.Basedonthisconcept,weaimedtodevelopaneffectiveautomotivecoolingdhealingairconditioningsystemusingCO2asairfrigeninl.Astheresult,aprrtotypeCO2

25、automotivecoolingandheatingairconditinningsystemformedium-sizedcatswassuccessfullydeveloped.Withthissystem,perlorinancesuperiorIothatoflhepre«?nlHFC134asystemcanbeachieved.C-2(X)5ElsevierLidandHR.Allrightsreservvd.Keywords：Aircundnioaing;Automobile;Design：Experiment;Ilealpump;COa團(tuán)開(kāi)貽I廟SOw凰二氧化碳|Q

26、QuickSea.QscienceDi.|tJ08-7.12|zjAdobeAc.|http:/ww.未定標(biāo)題4塑宇憐觀3渤為33山02EtudecxperimentalcsurunsystemederefroidisscmcntctdechauffageautomobileutilisantleCO2enlanlquofrigorigenerefrigerationInternationalJournalofRefrigeration28(2005)1293-1301第二篇同樣方法獲取原文，原文第一頁(yè)如下圖：ELSEVIERwww.eIExperimentalinvestigationofa

27、CO2automotiveairconditionerHongshengLiu*,JiangpingChen,ZhijiuChenInsiiiuieofRefrigennionandCryogenicsEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200030,ChinaReceived15October2004;receivedinrevisedform1August2005;accepted2August2005Availableonline3November2005AbstractInthisstudy,aCO2automotiveairc

28、onditionerprototypewasdesignedandconstructed.Thecompressorwasofswashplatedesign;thegascoolerandevaporatorweremadeoffin-tubes;amanualexpansionvalveandaninternalheatexchangeraccumulatorwereused.Thelubricant,theCO2charge,theevaporatoroutletpressure,thecompressorspeed,theairinlettemperatureandflowraleof

29、thegascoolerandtheairflowraleoftheevaporatorwerevariedandtheperformanceoftheprototypewasexperimentallyinvestigatedindetail.Thecoolingcapacity,compressorpowerconsumption,CO2massflowrate,andCOPvaluewereanalyzed.TheexperimentalresultsshowedthattheCO?systemperformancewasgreatlyaffectedbydifferentlubrica

30、nts;theCO2systemperformancewassensitivetothemasscharge;thehighsidepressureaffectedthesystemperformancegreatlyandahighsidepressurecontrollerwasneeded.©2(X)5ElsevierLtdandUR.Allrightsreserved.檢索策略2：檢中731條檢中1條title=CO2二次檢索：title=co2andabstract二RefrigerantsTechnicalandeconomicassessmentofCO2transpo

31、rtationforCCSpurposesFradet,Aude(GazdeFrance);Saysset,Samuel;Odru,Pierre;Broutin,Paul;Ruer,Jacques;Bonnissel,MarcSource:GlobalPipelineMonthly,v3,n6,July,2007,與課題關(guān)系不大檢索策略3：(AutomotiveAirConditioning)WNTI)檢中115條二次檢索：(AutomotiveAirConditioning)WNTI)AND(Refrigerants)WNAB)檢中54條(AutomotiveAirConditioning)

32、WNTI)AND(Refrigerants)WNAB)AND(co2)WNKY)檢中1條ExperimentalstudyonautomotivecoolingandheatingairconditioningsystemusingCO2asarefrigerantTamura,Tomoichiro(LivingEnvironmentDevelopmentCenter,MatsushitaElectricIndustrialCo.Ltd.);Yakumaru,Yuuichi;Nishiwaki,FumitoshiSource:InternationalJournalofRefrigeratio

33、n,v28,n8,December,2005,p1302-1307與研究課題相關(guān)，檢索策略1中已獲取原文。4.搜索引擎檢索策略1：co2and汽車空調(diào)and制冷劑檢中368條與課題相關(guān)：CO2制冷技術(shù)新發(fā)展獲取原文，需付費(fèi)。全文：C02制冷技術(shù)新發(fā)展注冊(cè)會(huì)員，充值后即可下載閱讀全文?。ㄌ峁┰诰€閱讀的文章第一頁(yè)免費(fèi)！）注冊(cè)維普帳號(hào)»充值中心»用戶憂惠標(biāo)淮»移動(dòng)用尸編輯短信020發(fā)送到1065800883061聯(lián)II用尸點(diǎn)擊鏈接聯(lián)II手機(jī)玄忖H道進(jìn)行支付菽得全文提取碼？（2.00元/篇）一-手機(jī)支付說(shuō)明請(qǐng)輸入提取碼!正常打開(kāi)全文，須下我安裝FDF閱讀器檢索策略2：汽車

34、空調(diào)and制冷劑and二氧化碳檢中417條與課題相關(guān)二氧化碳制冷劑的應(yīng)用研究記錄為空二氧化碳汽車空調(diào)器仿真與優(yōu)化獲取原文，需付費(fèi)。全文,二氧化碳汽車空調(diào)器仿真與優(yōu)化注冊(cè)會(huì)員，充值后即可下載閱讀全文！（提供在線閱讀的文章第一頁(yè)免費(fèi)！）注冊(cè)維晉帳號(hào)充值中心用戶憂惠標(biāo)準(zhǔn)'淪手機(jī)支付說(shuō)明琶動(dòng)用尸編輯短信020發(fā)送到1（盟80（陽(yáng)30呂1聯(lián)通用尸點(diǎn)擊捱接聯(lián)通手機(jī)支忖逋道進(jìn)行支忖菽猖全文提取碼？（2.00元/篇）請(qǐng)輸入提取碼！菽取全文|正常打開(kāi)全文，須下載安裝FDF閱讀器四、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的綜述二氧化碳制冷劑汽車空調(diào)摘要：綜述了二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，提出CO2作為工質(zhì)具有優(yōu)良的環(huán)保性能,

35、在汽車空調(diào)系統(tǒng)中無(wú)論在理論方面,還是在部件實(shí)現(xiàn)方面,都完全具備了可能性。關(guān)鍵詞：二氧化碳;汽車空調(diào);制冷劑1 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3111°C,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)。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

36、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、歐洲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、ZEX2EL等已進(jìn)入二氧化碳?jí)嚎s機(jī)小批量生產(chǎn)階段。1996年德國(guó)Konvekta公司研制出頂置式巴士空調(diào),并通過(guò)各種試驗(yàn)。1999年3月，IEA聯(lián)合日本、挪威、瑞典、英國(guó)和美國(guó)啟動(dòng)“Se

37、lectedIssueonCO2asWorkingFluidinCompressionSystems"的三年計(jì)劃項(xiàng)目，2000年9月18日在NTH進(jìn)行了第一次會(huì)議.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。2 超臨界循環(huán)的CO2制冷系統(tǒng)原理20世紀(jì)90年代初，挪威技術(shù)大學(xué)Lorentzen教授開(kāi)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?？缗R界的CO2蒸汽壓縮制冷循環(huán)如圖1所示，它是一種和深度冷凍裝

38、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?？缗R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p2h圖上為過(guò)程f2a,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b2c。理想情況下，焓降hb2hc=hf2he。然后用節(jié)流閥減壓，經(jīng)節(jié)流后的氣體被冷

39、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)。3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及部件實(shí)現(xiàn)CO2跨臨界系統(tǒng)的工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)亞臨界循環(huán)，蒸發(fā)壓力為34MPa，冷卻壓力為1011MPa,這給壓縮機(jī)及管路的機(jī)械設(shè)計(jì)與密封帶來(lái)一些特殊的問(wèn)題，需要進(jìn)行較大改

40、進(jìn)°CO2具有相當(dāng)大的單位容積制冷量0°C時(shí)單位容積制冷量分別為NH3的1158倍，是R12和R22的8125倍與5112倍），故而與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，CO2制冷系統(tǒng)的容積流量可顯著減小，這樣使得壓縮機(jī)的尺寸，閥門與管道的流通面積比一般制冷系統(tǒng)小得多。同時(shí)CO2良好的熱力性質(zhì)也為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、高效的熱交換器提供了可能性。31壓縮機(jī)CO2和氨一樣，其絕熱指數(shù)（K）值較高，達(dá)1130,這可能會(huì)產(chǎn)生壓縮機(jī)排氣溫度偏高的顧慮,但由于CO2的低壓工作壓力P0很高，正因?yàn)榻^熱指數(shù)K值高，壓比小，可減小壓縮機(jī)余隙容積的再膨脹損失，使壓縮機(jī)的容積效率較高。這已為文獻(xiàn)2的樣機(jī)測(cè)試結(jié)果所證實(shí)。同時(shí)

41、，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，因而選擇壓縮機(jī)類型及合理的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論研究，JurgenSUB和HorstKruse認(rèn)為往復(fù)式壓縮機(jī)，主要是柱塞和軸塞式壓縮機(jī)憑借油潤(rùn)滑，在汽缸壁和活塞之間存在良好的油膜滑動(dòng)密封，成為CO2系統(tǒng)的首選（圖2）。壓縮機(jī)類型因此迄今為止，汽車空調(diào)系統(tǒng)中使用的二氧化碳?jí)嚎s機(jī)采用往復(fù)式結(jié)構(gòu)，圖3為DANFOSS研制的三缸斜盤式壓縮機(jī)、Bock研制的兩缸立式活塞式客車空調(diào)壓縮機(jī)和日本電裝的變排量壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)。由于應(yīng)用于汽車空調(diào)系統(tǒng)的CO2壓縮機(jī)汽缸體積小，以及存在潛在高沖擊速度，對(duì)傳統(tǒng)使用的簧片閥提出了挑戰(zhàn)，必須采用更為

42、先進(jìn)的閥門。Bock將壓縮機(jī)排氣閥改良后發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)效率提高7%。3.2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，占有整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量的一半及大部分體積，應(yīng)有高效、緊湊、重量輕的特點(diǎn)，以滿足汽車空調(diào)的特殊要求。制冷循環(huán)中的散熱由空氣冷卻器完成,其作用相當(dāng)于傳統(tǒng)制冷循環(huán)中的冷凝器。在空氣冷卻器中,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。受二氧化碳物性的制約,空氣冷卻器中制冷劑側(cè)壓力很高,達(dá)11MPa左右。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)往往設(shè)計(jì)成較大的流量密度和較小的管徑

43、（210018mm）。同時(shí)，小管徑也有助于承受較高的壓力。同樣的平均溫差下，二氧化碳和R22的冷卻曲線如圖4所示。CO2的冷卻曲線特性使采用小迎風(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。采用逆流式設(shè)計(jì)的氣冷器接近方形，緊湊的結(jié)構(gòu)和較小的空氣流量可以使汽車空調(diào)中的空氣冷卻器不必一定放在散熱器前，也可不放在汽車前部，有利于汽車設(shè)計(jì)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)入冷卻器中。圖4二氧化碳和R22的冷卻曲線對(duì)比最初的空氣冷卻器由Lorentzen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

44、對(duì)最小爆炸壓力的考慮，也要求縮小管徑。因此，Lorentzen和Pettersen在1994年重新設(shè)計(jì)了氣冷器，管徑減小到312mm-210mm。由于過(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,提出了銅制“平行流”空氣冷卻器的概念,一組平行的小直徑換熱管構(gòu)成一個(gè)整體以便于制造。計(jì)算和實(shí)驗(yàn)都表明這種換熱器有較大的潛力，管徑更小，換熱強(qiáng)度更高，結(jié)構(gòu)更為緊湊，成為空氣冷卻器的新標(biāo)準(zhǔn)。與空氣冷卻器類似，最初的蒸發(fā)器也是從圓管平肋片式逐步發(fā)展到銅制“平行流”式換熱器。CO2系統(tǒng)以內(nèi)部氣體換熱器取代了原來(lái)的吸氣軟管及液體管，采用了逆向雙管系統(tǒng)，通過(guò)壓縮機(jī)吸氣管前面的蒸汽過(guò)熱這一回?zé)嵩韺?shí)現(xiàn)，有利

45、于提高系統(tǒng)效率，使節(jié)流前制冷劑處于過(guò)冷狀態(tài)，保持節(jié)流機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定。33其它CO2跨臨界制冷循環(huán)節(jié)流前的高壓制冷劑不是冷凝液體，環(huán)境溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響大為減小，系統(tǒng)性能基本上由高壓側(cè)壓力所決定，可以通過(guò)控制節(jié)流閥的大小調(diào)節(jié)高壓側(cè)壓力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)冷量的控制。CO2跨臨界制冷循環(huán)具有在一定范圍內(nèi)可連續(xù)調(diào)節(jié)冷量的優(yōu)點(diǎn)，受環(huán)境影響不大，適用于汽車空調(diào)系統(tǒng)。在車室溫度較高工況下可加大制冷量，顯著縮短打冷時(shí)間。就控制冷量能力角度來(lái)說(shuō)，膨脹閥已不是簡(jiǎn)單傳統(tǒng)意義的概念了。節(jié)流及控制元件應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同汽車空調(diào)控制精度要求，采用不同元件，一般采用自動(dòng)控制閥。在系統(tǒng)中還采用了儲(chǔ)液器，用以防止壓縮機(jī)液擊和便于壓縮機(jī)回油。儲(chǔ)液器容量設(shè)計(jì)比實(shí)際來(lái)得大，以滿足不同工況要求。為防止水與CO2反應(yīng)產(chǎn)生腐蝕，應(yīng)在儲(chǔ)液器中設(shè)置干燥器。此外，出于CO2系統(tǒng)高工作壓力和汽車空調(diào)具體特點(diǎn)考慮，管路采用小口徑銅管及采用性能良好的接口，以減少泄漏。出于安全考慮，系統(tǒng)需要高低壓保護(hù)裝置，壓縮機(jī)安全閥等裝置。歐洲已制訂二氧化碳汽車空調(diào)主要部件的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如表1所列。表I歐洲標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳汽車空調(diào)主要部件設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行壓力應(yīng)砌爆破壓力心Pa壓縮機(jī)（180C下）1648壓力容器（isocc下）16SO4 實(shí)用化研究現(xiàn)狀二氧化碳超臨界循環(huán)理論由挪威技術(shù)學(xué)院的Lorentzen教授提出，在歐洲最先得到響應(yīng)。1994年起B(yǎng)