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二氧化碳汽车空调简述 能源二班 岳萌 王浩阳 高振坤 何晓东 二氧化碳制冷剂历史 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、VOLVO、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。 二氧化碳制冷在汽车空调上的应用 常用制冷剂物理性质比较 二氧化碳的物理性质 CO2是地球圈的组成物质之一，它无毒、不可燃GWP值为1。具有优良的热物理性质：CO2容积制冷量是R12的8倍，使设备更紧凑；使压缩机进一步小型化，连接管道细小化；在-40℃时CO2液体粘度是5℃水粘度的1/8，有很好的传热性能，其换热系数明显高于R134a；循环系统具有较小的压力比，可提高压缩机的绝热功率；系统可运行在较高的压力下，管道及换热器中压差的影响很小。 CO2临界参数为：临界温度31.1℃，临界压力7.38MPa。只有当冷凝温度低于30℃时，CO2空调系统才能采用与常规工质相似的亚临界循环，而汽车空调的实际运行工况范围处于这个温度以下的可能性比较小。为此，汽车空调系统只能采用亚临界循环。该循环的特点是蒸发吸热过程发生在亚临界区，而放热过程发生在超临界区，这就是为什么在CO2系统中将冷凝器改为气体冷却器的主要原因。 二氧化碳作为制冷剂的优点 (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。 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。 超临界循环的二氧化碳汽车空调系统原理与结构 超临界制冷循环系统由压缩机C、气体冷却器G、内部热交换器I、节流阀V、蒸发器E与贮液器A组成封闭回路。气体工质由压缩机升压至超临界压力，其在 图上为过程 ，然后进入气体冷却器中，被冷却介质（空气或冷却水）所冷却。为了提高制冷系统的性能系数COP（coefficient of performance），自气体冷却器出来的高压气体在内部热交换器中进一步冷却，它是利用从蒸发器出来的低温低压蒸气进行热交换的原理实现的，这一过程即 。这也促使从蒸发器出来的低温低压蒸气进一步气化，防止了压缩机液击现