二氧化碳汽车空调简述
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气体冷却器要完成制冷循环中散热工作。 其作用相当于传统制冷循环中的冷凝器。 在气体冷却器中, 二氧化碳工作在超临界状 态下, 始终处于气态, 并不发生一般冷凝器中 的冷凝液化过程。受二氧化碳热物性的制
热交换器
CO2的冷却特性使采用小迎风面积、长空气 流道、低空气流速的逆流式换热器成为可 能。采用逆流式的气体冷却器接近方形， 紧凑的结构和较小的空气流量可以使汽车 空调中的空气冷却器不一定放在散热器前, 也可不放在汽车前部, 有利于汽车设计的整 体优化, 也避免了增加散热器的负荷以及车 底热空气进入气体冷却器中。
最初的空气冷却器由 Lorntzen 和 Pettersen 于 1990～1991 年推出, 为传统的管片式。
大众与奔驰选用二氧化
碳代替新型制冷剂
大众汽车公司表示，它计划在整 个车型中推出二氧化碳空调系统 ，替代由美国霍尼韦尔公司和杜 邦公司生产的空调制冷剂。尽管 政府称HFO-1234yf制冷剂严格符 合环保要求，但是通过戴姆勒公 司的测试结果表明，HFO-1234yf 制冷剂具有引起火灾的隐患。该 公司去年8月份在一项碰撞测试中 发现，这款制冷剂一旦在碰撞中 发生泄漏并与空调压缩机中的油 液混合，在遇到温度极高的发动 机缸体表面后可能会发生起火， 并产生有毒气体。
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象的发生。理想状况下，焓降 hb—hc=hf—he。然后利用节流阀减压，经节流后的气体降温冷却，且 部分气体液化（在节流减压前不发生液化），湿蒸气进入蒸发器内气 化，吸收周围介质的热量，使空气降温。蒸发器内的液体并不全部气 化，因此出口工质的状态处于两相区，即气液并存，这对提高蒸发器 的传热效率十分有利。正因为如此，蒸发器出口处需配置贮液器（在 汽车空调系统中常被称为集液器或积累器），以防止压缩机液击和便 于压缩机回油（图上虚线为回油管道）。贮液器出来的低压饱和蒸气 进入热交换器的低压侧管道，吸收高温高压的超临界气体的热量后， 成为过热蒸气进入压缩机并升压。制冷系统如此周而复始完成循环。
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。
(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。
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
压缩机结构特点
应用于CO2汽车空调系统的压缩机气缸体积 小, 吸排气压力高，存在潜在的高冲击速度 ，因此，对传统使用的簧片阀提出了挑战, 为满足系统工作压力的要求，必须对阀门 进行改进。Bock公司将压缩机排气阀改良 后发现压缩机效率提高了7%。
热交换器
CO2汽车空调系统热交换器包括蒸发器、气 体冷却器和内部气体换热器, 占整个系统质 量的一半及大部分体积, 为满足汽车空调的 特殊要求, 必须具备高效、紧凑、重量轻的 特点。
超临界循环的二氧化碳汽车 空调系统原理与结构
压缩机结构特点
CO2和氨一样，具有较高的等熵指数k，达 1.30，高的等熵指数会引起压缩机排气温度 偏高的顾虑，但由于CO2的具有较高的低压 工作压力p0，因而压缩机的压比π=pH/p0 却比其他制冷剂系统低得多，因此不会像 氨系统那样需要对压缩机本身进行冷却。 高的等熵指数k、小的压比，可减小压缩机 余隙容积的再膨胀损失 , 提高压缩机的容积 效率。同时 , 因为CO2压缩机的吸排气压力 均比 R134a 压缩机的大得多 , 因而在CO2压
CO2临界参数为：临界温度31.1℃，临界
Biblioteka Baidu
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%)
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
CO2作为最早采用的史制冷剂之一，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。
热交换器
CO2的冷却特性使采用小迎风面积、长空气 流道、低空气流速的逆流式换热器成为可 能。采用逆流式的气体冷却器接近方形， 紧凑的结构和较小的空气流量可以使汽车 空调中的空气冷却器不一定放在散热器前, 也可不放在汽车前部, 有利于汽车设计的整 体优化, 也避免了增加散热器的负荷以及车 底热空气进入气体冷却器中。
最初的空气冷却器由 Lorntzen 和 Pettersen 于 1990～1991 年推出, 为传统的管片式。
大众与奔驰选用二氧化
碳代替新型制冷剂
大众汽车公司表示，它计划在整 个车型中推出二氧化碳空调系统 ，替代由美国霍尼韦尔公司和杜 邦公司生产的空调制冷剂。尽管 政府称HFO-1234yf制冷剂严格符 合环保要求，但是通过戴姆勒公 司的测试结果表明，HFO-1234yf 制冷剂具有引起火灾的隐患。该 公司去年8月份在一项碰撞测试中 发现，这款制冷剂一旦在碰撞中 发生泄漏并与空调压缩机中的油 液混合，在遇到温度极高的发动 机缸体表面后可能会发生起火， 并产生有毒气体。
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象的发生。理想状况下，焓降 hb—hc=hf—he。然后利用节流阀减压，经节流后的气体降温冷却，且 部分气体液化（在节流减压前不发生液化），湿蒸气进入蒸发器内气 化，吸收周围介质的热量，使空气降温。蒸发器内的液体并不全部气 化，因此出口工质的状态处于两相区，即气液并存，这对提高蒸发器 的传热效率十分有利。正因为如此，蒸发器出口处需配置贮液器（在 汽车空调系统中常被称为集液器或积累器），以防止压缩机液击和便 于压缩机回油（图上虚线为回油管道）。贮液器出来的低压饱和蒸气 进入热交换器的低压侧管道，吸收高温高压的超临界气体的热量后， 成为过热蒸气进入压缩机并升压。制冷系统如此周而复始完成循环。
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。
(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。
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
压缩机结构特点
应用于CO2汽车空调系统的压缩机气缸体积 小, 吸排气压力高，存在潜在的高冲击速度 ，因此，对传统使用的簧片阀提出了挑战, 为满足系统工作压力的要求，必须对阀门 进行改进。Bock公司将压缩机排气阀改良 后发现压缩机效率提高了7%。
热交换器
CO2汽车空调系统热交换器包括蒸发器、气 体冷却器和内部气体换热器, 占整个系统质 量的一半及大部分体积, 为满足汽车空调的 特殊要求, 必须具备高效、紧凑、重量轻的 特点。
超临界循环的二氧化碳汽车 空调系统原理与结构
压缩机结构特点
CO2和氨一样，具有较高的等熵指数k，达 1.30，高的等熵指数会引起压缩机排气温度 偏高的顾虑，但由于CO2的具有较高的低压 工作压力p0，因而压缩机的压比π=pH/p0 却比其他制冷剂系统低得多，因此不会像 氨系统那样需要对压缩机本身进行冷却。 高的等熵指数k、小的压比，可减小压缩机 余隙容积的再膨胀损失 , 提高压缩机的容积 效率。同时 , 因为CO2压缩机的吸排气压力 均比 R134a 压缩机的大得多 , 因而在CO2压
CO2临界参数为：临界温度31.1℃，临界
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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%)
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
CO2作为最早采用的史制冷剂之一，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。