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当二氧化碳汽车空调系统应用研究进展一系统结

发布时间:2021-09-11 01:02:34 阅读: 来源:美工刀厂家

二氧化碳汽车空调系统应用研究进展(一)——系统结构、性能及其优化

Application Study Status of the CO2 Mobile Air-Conditioning System(Part I)——System Configuration and Performance and Its OptimizationChen Jiangping et al The application status of CO2 mobile air-conditioning system is summarized e system configuration and thermo-dynamic design is e Part I focused on the improvement of山东部份地区焦钢厂焦炭采购价格下调30 the CO2 system configuration and its performance compared to the HFC134a system.

Keywords:Automotive air condition,Carbon dioxide,refrigerant replacement. 1 概述 CO2作为最早采用的制冷剂之一,从19世纪初直到20世纪30年代得到了普遍使用,随着CFCs的出现,CO2很快被人们所抛弃,主要原因是在冷却水温高的热带地区,由于CO2的临界温度只有31.1℃,采用传统Perkin蒸汽压缩制冷循环时冷量损失较大,且存在着饱和压力过高,压缩机功耗过大的缺点,当然这也和当时的制造水平有关。20世纪70年代,CFC及HCFC被发现破坏大气臭氧层及温室效应指数较包括力学、热物理和工艺性能数据高而 面临全面禁用。HFC134a也由于其温室效应指数较高而被认为是一种过渡型的替代物。在此背景下,超临界循环的二氧化碳系统以其优良的环保特性、良好的传热性质、较低的流动阻力及相当大的单位容积制冷量,重新在制冷领域,尤其在认为用新型化合替代物同样会隐藏着不可预知潜在危险的欧洲得到了青睐,从1994年起BMW、DAIMLERENZ、VOLV并将继续引领全球市场需求O、德国大众、Danfoss、Valeo等欧洲著名公司发起了名为“RACE”的联合项目,联合欧洲著名高校、汽车空调制造商等研制二氧化碳汽车空调系统,并计划在2003年欧洲生产的汽车一半装备二氧化碳汽车赣锋锂业打破原材料瓶颈 抢占锂电池回收市场空调系统。目前已完成样机制备,并装车试验,二氧化碳汽车空调系统的产品化指日可待。

与HFC134a相比,CO2作为制冷剂具有明显的优点:

(1)ODP=0,GWP≈0

(2)蒸发潜热r较大,单位容积制冷量相当大(0℃时单位容积制冷量是NH3的1.58倍,是R12和R22的8.25倍与5.12倍)

(3)运动粘度低(0℃时CO2饱和液体的运动粘度只为NH3的 5.2%,是R12的23.8%)

(4)绝热指数较高K=1.30,压缩机压比π=PH/P0约为2.5~3.0,比其它制冷剂系统低,接近于最佳经济水平。

(5)适应各种润滑油和常用机器零部件材料。

(6)价廉,维修方便,无需再循环利用。

当前环境保护问题越来越受到重视,二氧化碳汽车空调系统产品一旦成熟,必将使其它制冷工质黯然失色,我国汽车空调业又将面临新的挑战,为此本文对二氧化碳汽车空调系统的研究应用现状进行了总结。 2 超临界循环的二氧化碳汽车空调系统原理与结构 CO2临界温度较低,用作蒸汽压缩式制冷循环的工质时,其性能系数与制冷能力直接受环境温度和冷却介质温度的影响。如果采用传统的Perkins蒸汽压缩式制冷循环,循环工质的临界温度决定发生冷凝过程的温度上限,通常要求它至少高出环境温度30℃才可以获得较好的制冷系数。因CO2临界温度太低(31.1℃),使其制冷系数COP=q0/W较低。尤其是环境温度较高时,循环的单位质量制冷量q0明显减小,制冷能力显著下降,而功耗W却增大,因此其经济性很差。这是采用传统Perkins蒸汽压缩式制冷循环的二氧化碳系统先天不足的主要原因。正因为这个原因,使原来应用于制冷循环CO2制冷剂被卤代烃所取代。但是按照热力学第二定律,制冷循环的理论效率或卡诺循环制冷系数与工质的性质无关。采用跨临界的制冷循环可避开该制约因素。在超临界压力下采用中间回热可减小循环的不可逆损失,有利于提高系统的经济性能。图1 二氧化碳系统循环原理 20世纪90年代初,挪威的NTH-SINTEF开发采用跨临界制冷循环的汽车空调样机,并申请获得国际专利。跨临界的二氧化碳蒸汽压缩式制冷循环如图1所示,它是一种和深度冷冻装置中的高压(林德)流程气体液化与分离装置类似的系统。跨临界系统由压缩机、气体冷却器、内部热交换器、节流阀、蒸发器与储液器组成封闭回路。气体工质在压缩机中升压至超临界压力P2,在p-h图上为过程f-a,然后进入气体冷却器中,被冷却介质(空气或冷却水)所冷却。为了提高系统的性能系数COP,出气体冷却器后的高压气体在内部热交换器中进一步冷却。它是用压缩机回气管前面的低温低压蒸汽过热这一回热原理实现的,此即过程b-c。理想情况下,焓降hb-hc=hf-he。然后用节流阀减压,经节流后的气体被冷却,且部分气体液化,湿蒸气进入蒸发器内汽化,吸收周围介质的热量。蒸发器中的液体并不全部汽化,而是设计成有少量液体盈余,因此其出口状态a将在两相区内,这对提高蒸发器的传热效率十分有利。正因为如此,蒸发器出口须

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