二氧化碳汽车空调简述

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23.8Байду номын сангаас)
(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
最初的空气冷却器由 Lorntzen 和
当前应用现状
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
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约,气体冷
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。
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
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。
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
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。
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