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二氧化碳在汽车空调系统中的应用

1、氧化碳co

在过去，节省公共汽车使用c12作为冷却工程，但由于质量和环境破坏，目前一般采用hf134a。在中国的国家cfec模式中，hf134a被用作代替空转平面的cfec。HFC134a虽然不破坏臭氧层,但温室效应明显,温室效应潜能是二氧化碳的4130倍。虽然人们可以努力合成更好的汽车空调工质,但由于工质不可避免的排放,都可能给地球的生态平衡造成破坏。因此,最终的环保型的制冷工质应当是非人为合成的自然工质。

二氧化碳是一种自然制冷剂,ODP=0,GWP较小,由于CO2可由回收工业废气得到,使用它不会增加环境负担。与其它制冷剂相比,它还有以下优点:无毒、不燃;安全保护装置与现有系统相同;短期和长期暴露极限相当于甚至好于CFC/HCFC;破裂时释放的能量与现有系统相当;成本低廉,容易获得;CO2的所有特性都为人熟悉,研究应用方便;系统质量和体积与R134a系统相当;蒸发潜热较大,单位容积制冷量相当大;运动粘度低;充分适用各种润滑油和常用机器零部件材料。由于二氧化碳具有上述优点,已被很多国家作为汽车空调制冷剂的长期替代物进行研究。

2、创新方法,提高产品的质量及节能技术

二氧化碳在上世纪末至本世纪三十年代前曾在制冷空调行业广泛使用。早年以亚临界条件下的逆循环来制冷,需要温度较低的冷却水,否则其循环的效率很低,而且限于当时的制造水平,二氧化碳系统由于承受高压而比较笨重,致使其逐渐被替代。

在CFCs替代的形势下,二氧化碳重新受到重视与前国际制冷协会主席Lorentzen的大力倡导有关。他认为应该跳出通过合成制冷剂来满足Evans-Perkins循环的定势,采用新的循环和系统来适应新的工质和新的应用条件以达到高效、节能的要求。他在挪威NTH研究所进行二氧化碳跨临界循环的汽车空调的样机制作,并在典型的情况下进行了实验比较。在欧洲,德国、丹麦等也已开展了这方面的工作,二氧化碳汽车空调装置在德国奔驰公司汽车上试用取得了较好的效果。

美国有不少研究机构也进行了这方面的研究。伊利诺斯大学空调和制冷中心(ACRC),在美国各大制冷空调企业的支持下,对于二氧化碳在汽车空调、家用空调、超市冷柜等方面的应用进行了广泛的研究,建立了相应的各种实验台,得到了高于现有工质COP的效果。美国马里兰大学也对于二氧化碳汽车空调进行了的研究。

国内天津大学马一太、西安交通大学林高平、长沙铁道学院廖胜明等人也发表了有关二氧化碳制冷系统的研究论文。上海市重视二氧化碳汽车空调系统研究,市科委立项并已下拨经费,由丁国良负责进行二氧化碳超临界循环汽车空调装置研究,上海交通大学与上海交大动力与能源工程学院另外配套设项(项目负责人分别为张春路与丁国良)支持该项研究。

3、二氧化碳跨循环汽车空转系统的特点

3.1储液器及冷却器

90年代初,挪威的NTH研究所开发了采用跨临界循环的汽车空调样机,并就样机

与基本的CFC12系统进行了实验比较。CO2跨临界循环如图1所示,系统由压缩机、气体冷却器、内部热交换器、蒸发器和储液器组成。由于超临界状态下压力与温度相互独立,可以调节彭胀阀开度,实现高压侧压力连续调节,达到调节冷量的目的。为了提高蒸发器传热效率,蒸发器出口为湿蒸汽,然后进入储液器汽液分离以避免压缩机液击和便于压缩机回油。储液器的设置也保证了在调节彭胀阀时蒸发器不会被蒸干,同时增大了系统内部容积,避免在高环境温度下怠速时系统内的压力过高。压缩机吸气前先经过内部热交换器,保证制冷剂全部蒸发,并提高了COP值,在极高的环境温度下还可以避免冷量消失。

3.2cop的压降

Bhatti研究了理想CO2循环和理想R134a循环的性能。比较的条件为两系统的冷凝器/气体冷却器空气进口温度相同、蒸发器空气进口温度相同、两换热器制冷剂容积流率相同,没有吸气热交换器,没有过热和过冷。结果表明不论是怠速还是开车时,CO2循环的COP都不到R134a循环的一半;CO2循环的换热器压降比R134a循环小得多;CO2循环的压缩机等熵效率比R134a循环高得多。由此可见如果将CO2循环的换热器压降设计得和R134a循环的一样,可以期望得到更好的性能。

廖胜明和林高平的理论分析表明,存在一个使制冷系统性能系数最高的高压侧压力值,该值依赖于蒸发温度、冷却器出口温度以及压缩机效率。在冷却压力较低时,尤其冷却器出口温度高时,提高吸气过热度;当蒸发温度和冷却器出口温度较高时,减小回热器的传热温差,均可有效地提高系统的性能系数。

3.3气调系统cfc12

挪威NTH研究所对CO2系统和CFC12系统在怠速和开车两种典型的情况下全冷量运行进行了实验比较,系统各