二氧化碳制冷劑為汽車冬季供暖及其發(fā)展前景的

二氧化碳制冷劑為汽車冬季供暖及其發(fā)展前景的分析郭磊(長安大學(xué)西安710054)摘要：隨著對環(huán)境問題的關(guān)注,CO2以其優(yōu)良的熱物性,成為制冷劑中具有良好發(fā)展前景的天然工質(zhì)。本文介紹CO2制冷劑組成的熱泵系統(tǒng),采用跨臨界循環(huán)的方式為汽車冬季供暖,并分析了此種方式的優(yōu)缺點以及改進(jìn)方法。此外，還對汽車空調(diào)冬季供暖節(jié)能方法進(jìn)行了可行性的探討。關(guān)鍵詞：CO2跨臨界循環(huán)汽車空調(diào)熱泵GuoLeiDiscussesaboutthecarbon-dioxiderefrigeranttoheatthemotorsinwinterandthedevelopmentofthissysteminfuture.AbstractWiththeattentionofenvironmentalproblem,thecarbon--dioxidehasgooddevelopingperspectivedependingontheexcellenceofphysicalnaturecomparedwithmanyotherrefrigerants.Thispaperintroducestheheatpumpsystemmadeupofcarbon-dioxiderefrigeranttoheatthemotorsinwinterbythewayofTrans-criticalcycleandanalyzethevirtueanddefectofthissystemandthemeasuresofimprovement.Inaddition,theauthordiscussesthefeasibilityofseveralsaving-energymeansonheatingmotorsinwinter.Keywordscarbon-dioxideTrans-criticalcycleautomotiveair-conditioningheatpump1

前言自人們發(fā)明機(jī)器，利用設(shè)備間循環(huán)系統(tǒng)來制取冷量和熱量以來，制冷劑一直伴隨著循環(huán)系統(tǒng)的改進(jìn)而發(fā)展。從使用歷史來看[1]，人們最初采用的自然工質(zhì)是水，氨等。由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，研究出了氟利昂類等合成工質(zhì)，這些工質(zhì)很大程度地提高了循環(huán)性能，無論是在制冷還是熱泵循環(huán)方面都被認(rèn)為是合格的工質(zhì)，但同時也給環(huán)境造成了一定的影響。隨著保護(hù)臭氧層的蒙特利爾議定書的生效，CFCs工質(zhì)的替代問題顯得更加緊迫。國內(nèi)外諸多研究人員又把注意力集中到自然工質(zhì)上來，但每一種工質(zhì)都有其自身的優(yōu)缺點。在這幾種自然工質(zhì)中，CO2發(fā)展?jié)摿ψ畲螅彩亲畋谎芯咳藛T看好的，在可燃性和毒性限制的場所，CO2具有無可比擬的優(yōu)勢。2

CO2的物理性質(zhì)CO2具有大家都熟悉的性質(zhì)，是一種對環(huán)境無毒、無害的自然工質(zhì)，其消耗臭氧潛能值ODP＝0，在CO2廢氣利用中，其溫室效應(yīng)潛能值GWP＝0，具有良好的安全性和穩(wěn)定性，高溫下不分解產(chǎn)生有害氣體，單位容積制冷量高，運動粘度底，導(dǎo)熱系數(shù)高等特點。3

CO2作為制冷劑組成的熱泵系統(tǒng)在汽車中的應(yīng)用汽車空調(diào)在冬季供暖的問題一直是國內(nèi)外諸多機(jī)構(gòu)研究的重點。由于在冬季，室外氣溫低，乘客進(jìn)出汽車時，室外冷空氣涌入車體內(nèi)，這樣很難使汽車室內(nèi)維持一個舒適的溫度。傳統(tǒng)的汽車冬季供暖，利用發(fā)動機(jī)余熱進(jìn)行供暖，但這種方法提供的熱量是有限的，不能向車室內(nèi)提供充足的熱量來達(dá)到舒適的要求。隨著汽車對室內(nèi)舒適度要求的提高，這一問題將更加突出，遂必須探索新的供暖方式。G.Lorentzen針對CO2臨界溫度低[2]，排氣溫度高的特點，提出跨臨界循環(huán)理論，這個理論可望在汽車空調(diào)制冷﹑供熱中發(fā)揮重要作用。但這種循環(huán)方式也有不足,它的主要缺點是運行壓力高和循環(huán)效率較低[3]。理論分析和實驗研究證實[3]，CO2跨臨界循環(huán)的COP值要低于R22﹑R134a等傳統(tǒng)工質(zhì)的循環(huán)效率，針對這一缺點，提出了雙級壓縮理論和采用膨脹機(jī)回收一部分膨脹功的措施加以改善，并且效果良好。1996年8月，第一臺公共汽車空調(diào)樣機(jī)在車上通過現(xiàn)場實驗且運行良好[4]。改進(jìn)的CO2跨臨界單級壓縮熱泵循環(huán)系統(tǒng)流程圖如圖1所示，T-S圖如圖2所示[1]。

姿CO戶2顏跨即臨界蔽循環(huán)跌氣體粒冷卻握器所重具有閣的較頂高的懲排氣播溫度階和較忘大的輸溫度退滑移妖與冷懸卻介腸質(zhì)的也溫升蘆過程淚相匹桌配，柜使其統(tǒng)在熱存泵循動環(huán)方煮面具飯有獨松特的鴨優(yōu)勢打，從賣根本飛上解士決了季傳統(tǒng)絕供熱癢不足堵的缺它點。很通過躲調(diào)整桿循環(huán)默排氣掉壓力脹，可地使氣怪體冷波卻器昌的排遠(yuǎn)放過兄程較其好地依適應(yīng)恰外部丑熱源槍的溫獻(xiàn)度和烤溫升蟻需要隔。用療于熱乳泵系謀統(tǒng)時譯，可俊使被林加熱抵流體桶的溫辛度從殿15餅～2雄0鴨o飼C上超升到耍30辣～4收0技o(jì)積C,摩甚至烏更高悔，因白而可煌較好捕的滿絹足車事體內(nèi)爽加熱澇的要背求串[5豎]啦。目滿前，燙全球梳各大墻汽車錯生產(chǎn)緊廠和族研發(fā)金機(jī)構(gòu)磚都在己研究尾這個懶熱泵滿循環(huán)火系統(tǒng)罩如何彈優(yōu)化辮，已取達(dá)到煎更高鞋的效院率。慶跨臨片界C帶O進(jìn)2乳系遮統(tǒng)與予傳統(tǒng)帥制冷淹劑R裳13箏4a裁相比促，供按熱潛烘力巨殼大，蠅并且首工質(zhì)必的G駱WP疫在所嚴(yán)有工襲質(zhì)中憲最低寫。1醋99犧9年卷[6葬]夜，在周美國末鳳凰助城S約AE歐會議妖上的酸實測濕結(jié)果泊表明晚，裝尿載在溪中型菜汽車笨上的褲CO付2瑞系朗統(tǒng)樣忘機(jī)性派能均念已達(dá)偶到或稿超過農(nóng)R隆13差4a妻系統(tǒng)和，并化且制紫冷機(jī)效的回詠收和凝制取奏都比座較方悔便。獄眨目前崖，C慧O召2枝跨裁臨界免熱泵租循環(huán)湊的實岔驗大襖都在警汽車密樣機(jī)痛中完盾成。槽天津眨大學(xué)惜熱能縱研究多所，潤已建模立起站我國遲第一丑臺C巡O飛2癥跨臨輔界熱板泵循殃環(huán)實沙驗臺骨，對脾CO殿2汽系灣統(tǒng)的襲結(jié)構(gòu)熊參數(shù)哄，可圾靠性麥，效螺率做蘇了全皆面的紹研究坑[7巾]繳。有略待對肯壓縮胳機(jī)以見及膨燒脹機(jī)杯等裝往置進(jìn)嚷行結(jié)朝構(gòu)設(shè)策計和況優(yōu)化圍，在夜提高街熱泵偶性能俘的同亡時，姑提高器它的灣安全鐘可靠害行等臘方面往進(jìn)行轟進(jìn)一脾步的臂研究評論證疲后，叮方可睛在全炭國推伴廣應(yīng)止用。芹

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尸關(guān)贏于汽歐車冬山季供義暖節(jié)仿能方懼法的華探討練(1劣)雖淹然C辯O釀2注摩跨臨勺界熱冤泵循赴環(huán)解店決了僚汽車允冬季毀供暖畢的問氧題，擁但汽以車尾宵氣所描排放征的溫倚度很率高的愉CO乓2熊和柳其它校碳?xì)淅@化合么物直光接排挺入環(huán)疑境中國，其縮GW鑒P值圍高達(dá)圖1，禾不得罷不令陣人考粗慮利香用汽節(jié)車尾舊氣的椅問題稠。啄據(jù)留統(tǒng)計危[1蘆]份，目兔前汽食車所棒用發(fā)溪動機(jī)策，用犧于動倦力輸熔出的附功一鉤般占炒燃油執(zhí)總能叮量的剪30盯%～約55夜%，我以廢乒熱的加形式睜排向嗎車外膏的能蝶量占駁燃油歐燃燒秒總能性的6輛5%室～7澆0%腐，排爬氣溫漫度高扶達(dá)4狗00五o紅C，院部份療廢氣竭溫度零高，奴熱量慮大，萍完全唱排放友對環(huán)怎境有真影響燭，可串以考血慮充它分利鉛用這饑些廢晃熱來漠為汽鍋車冬漢季供制暖。愈在汽賀車啟銷動或襯處于另慢速樂及停港車狀民態(tài)時村，排脾氣量擺不大閱，溫詢度也住不高假，可鑄以在悼發(fā)動曾機(jī)排款氣管學(xué)上設(shè)銅置溫爸控調(diào)慰節(jié)閥盆，由鎮(zhèn)CO傾2友熱壞泵裝勿置進(jìn)擋行供壩暖，罩其冷嫂端用融于冷憲卻發(fā)漲動機(jī)陷等其想它設(shè)駕備。柏這樣地，我獸們可愚以充孩分利乒用廢戒氣的椅余熱夸來為御車內(nèi)帆供熱斤，減發(fā)少C據(jù)O醉2喪熱駛泵的找使用螞時間這，在彎一定姨程度踩上，填節(jié)約討了能佩量。丸在汽填車中歡安裝凈兩套憲供暖題系統(tǒng)掌，以趟利用茫廢氣物的熱勾量為筒主要羊供熱蹈方式步，C百O桐2兆熱粱泵裝退置為礎(chǔ)輔助腿供熱輛系統(tǒng)色。在寨國內(nèi)奸[8翁]浸,研佩究人嘉員鄭香加績暑發(fā)明掘了與庸廢氣當(dāng)相關(guān)某的雙榴熱源偶汽車糟加熱文器,逐是以野汽車莫廢氣浮余熱彎為主例要熱澤源,訓(xùn)來為熔大客腥車供耍暖,巷并已兼獲國晴家專尼利喬。改這種動方法母前景灑是比巾較樂腫觀的涉，但切要全無面推匪廣應(yīng)池用,斃還需用進(jìn)行莊多方扎面的勿研究倘，包晝括進(jìn)礦行汽虛車結(jié)倉構(gòu)的寸合理補優(yōu)化丑，尤猛其是高對熱仍交換區(qū)器的凳密封將性進(jìn)巖行安暗全設(shè)茂計，殲以防航止廢賽氣進(jìn)提入車鉛室內(nèi)哭，對歉人產(chǎn)泊生有頌害的悟影響稍。濕

塔(2款)由怪于汽塔車尾辦氣中皮含有福CO驢2鑼和碳站氫化請合物統(tǒng)，設(shè)豎法對兔汽車疾尾氣裂進(jìn)行焦分離賣凈化劉，使爪其產(chǎn)再生的竄高溫頸高壓高CO宿2跑蒸汽壇，直外接作徑為熱看泵循濱環(huán)的旁制冷量劑使犬用，念夏季和供冷爺，冬賣季供陷暖。百此系假統(tǒng)完貪全處論于開撿放式刮狀態(tài)敬，制挎冷劑疏的來陽源是應(yīng)汽車劑尾氣醒本身愉。這非種方蒸法，豈省略夸了壓橋縮機(jī)記，將癢制冷郵﹑爹供熱梯直接石與汽折車發(fā)瓦動機(jī)賣排放墻的廢醫(yī)氣聯(lián)渡系在世一起壩，節(jié)表省了也一定京的空覆間，鞭同時意有效投的利想用廢洞氣本柳身的悉能量占，對耕熱量動進(jìn)行難二次成利用漫,真健正做馳到節(jié)殲?zāi)墉h(huán)壘保,糠徹底豈減少對汽車依廢氣羊?qū)Νh(huán)削境的栗污染站。不融過，妙這種蜻供暖昌方式黎的結(jié)瓜構(gòu)較餅復(fù)雜鋼，存蛙在一裁定的事設(shè)計臘難度課，全船面應(yīng)廢用還淋需進(jìn)石一步私論證掘?？偨≈?，戴隨著矮各國突對環(huán)蛋境問孤題的沖關(guān)注注，如濁何利錦用汽悲車尾斑氣中兩的廢斤氣廢剃熱以秀及如塘何背“歲變廢御氣為鋒寶君”老等問舒題，自越來僻越多讀的受康到國放內(nèi)外堆諸多魔學(xué)者合的關(guān)撤注。源

嫌5可導(dǎo)結(jié)姻論丈無論襯是C促O僚2折跨逢臨界丑循環(huán)租，還咸是考越慮利后用汽王車廢張氣供黎熱，江都是混解決久冬季滴或惡膛劣氣川候環(huán)舊境下經(jīng)的汽氏車室營內(nèi)溫象度舒還適性諷的問看題。秧其中隊以C薄O宇2踢跨言臨界循熱泵貿(mào)循環(huán)氣的發(fā)滾展?jié)摻蛄ψ钫洗螅诶砭摵褪嶒炟曋卸嫉秩〉孟盗肆畈萌藵M止意的少結(jié)果呈，但夠在結(jié)伏構(gòu)優(yōu)芹化及孔安全剃性方然面還鮮有待津改進(jìn)善?？偟溨?，恰節(jié)能遙和環(huán)嘉保是免衡量壁一個缸熱泵診﹑平制冷蹲裝置抗的重瞧要標(biāo)著準(zhǔn)，冊任何諷可行功性方鈴案的伯創(chuàng)造凝和應(yīng)杜用都勇是以警這個館標(biāo)準(zhǔn)所為中美心，茂充分暴利用繡現(xiàn)有針資源肯，創(chuàng)箏造一癢個舒五適的資人工衰環(huán)境鳥。蘭參考釘文獻(xiàn)禽[1墳]佩王全如竹脂，丁說國良洗等著竄《最客新制翁冷空諒調(diào)技江術(shù)》氣。鉛[2怨]峰G賤.L厘or壽en粘tz排en冰,晝J隔Pe之tt榴er底se撒n.洋A經(jīng)n深ew貿(mào),序ef遼fi爹ci術(shù)en燃t已an舟d療en吐vi他ro紀(jì)nm貝en傾ta菌ll束y狗be叫ni曉gn洲s眨ys超te扛m部fo矛r事ca慣r籮co辟nd脾it參io膠ni迅ng蜓.I井nt繞.J駛.R干ef緊ri約g,天19旗93蹄,1蓬6(攔1)良:騰4曬-1賽2.怠[3貨]剃馬匙一太右,楊爐昭,泳呂燦區(qū)仁,峽C搜O桑2擔(dān)跨瓣臨界劃(逆示)循閃環(huán)的欲熱力亂學(xué)分慨析.洪工程缸熱物肚理學(xué)插報,墻19蓋98冠,1燦9(恢6)糟:6款65炒-6雷68陣.候[4滅]熄J倚.h章ol削st新.星Te領(lǐng)st蹲R鏈ig顯F派or貢C盞O掩2船A至ut舍om落ot霧iv咳e虛Fo虹r墳Co午nd爐it關(guān)io渴ni同ng膛C考o(jì)m盾pr何es事so約r,梢I捐nt貞er尖na蟻ti正on燙al淋C蟲on妹fe筍re削nc銅e享CF徑Cs內(nèi),嘗Me錯et朽in稿g冷of貍許Ⅱ遣R秩Co侄mm室is乳si族on槽B溪1,豈B2探,E冷1,卡E2匯,冰Aa攝rh家us嚼,D挑en澡ma記rk澤,1慕99刃6.腹[5呼]膀P貓et初te陣r綱N怪ek共sa啊e床t百al還.C好O等2冬-h止ea妻t早pu復(fù)mp型w蠅at趨er鹿h唱ea導(dǎo)te況r,險c醉ha成ra希ct瞎er嶼is升ti考cs拜,本sy屯st炊em三d榆es拿ig宣n哨an遲d遮ex懷pe忠ri該me薯nt表al匹r鴿es地ul脊ts亡,騙In于t.騎J戚.陣Re負(fù)fr仆ig課,1壽99恭8,撲2總1