《汽车空调维修制冷剂减排》.doc

汽车空调维修制冷剂减排汽车空调维修制冷剂减排 培训教材培训教材 1 目录目录 目录目录 1 第第 1 章章 前言前言 3 1 1 氯氟烃与臭氧层 3 1 1 1 臭氧层 3 1 1 2 臭氧层的破坏及其危害 3 1 1 3 氯氟烃对臭氧层的耗损 3 1 2 保护臭氧层进展 4 1 2 1 国际社会的努力 4 1 2 2 中国的工作 4 1 3 保护臭氧层中国汽车空调行动 5 1 3 1 汽车空调 CFC 12 淘汰政策文件 5 1 3 2 汽车空调 CFC 12 淘汰技术路线 5 1 3 3 汽车空调 CFC 12 淘汰行动 5 1 3 4 汽车空调 CFC 12 淘汰技术援助项目 5 1 3 5 汽车空调维修拆解过程 CFC 12 回收 6 1 4 本教材编写目的和主要内容 6 1 4 1 编写目的 6 1 4 2 主要内容 6 第第 2 章章 汽车空调用制冷剂汽车空调用制冷剂 7 2 1 制冷剂概述 7 2 1 1 常用制冷工质的分类 7 2 1 2 对制冷剂的要求 7 2 2 CFC 12 和 HFC 134a 性质的对比 8 2 2 1 饱和压力表压力对比 9 2 2 2 化学性质 11 2 2 3 安全性 12 2 2 4 环境特性 12 第第 3 章章 汽车空调制冷系统汽车空调制冷系统 13 3 1 制冷原理 13 3 2 汽车空调制冷系统 13 按照节流装置分 目前常见的汽车空调制冷系统主要有热力膨胀阀系统和节流短管系 统 13 3 2 1 热力膨胀阀系统 13 3 2 2 节流短管系统 15 3 3 汽车空调制冷系统主要部件 16 3 3 1 压缩机 16 3 3 2 冷凝器 19 2 3 3 3 蒸发器 20 3 3 4 节流装置 21 第第 4 章章 汽车空调制冷系统维修汽车空调制冷系统维修 28 4 1 制冷系统的泄漏 28 4 1 1 泄漏原因 28 4 1 2 制冷剂泄漏的检查 28 4 2 制冷系统的维修 31 4 2 1 汽车空调制冷系统维修安全 31 4 2 2 制冷系统维修 32 4 2 3 制冷系统的清洗 32 4 2 4 制冷系统抽真空 33 4 2 5 制冷剂的加注 34 4 2 6 润滑油及其加注 39 4 2 7 测试制冷系统性能 40 第第 5 章章 CFC 12 制冷剂回收制冷剂回收 43 5 1 回收前的准备 43 5 1 1 人员设备条件准备 43 5 1 2 制冷剂种类的判断 43 5 1 3 制冷剂是否需要回收的判断 46 5 2 CFC 12 回收技术 47 5 3 汽车空调制冷系统制冷剂回收 48 5 4 回收设备 49 5 5 回收罐 51 5 6 制冷剂回收注意事项 52 第第 6 章章 CFC 12 制冷剂处理制冷剂处理 53 6 1 制冷剂净化 53 6 1 1 净化处理程序 53 6 1 2 净化制冷剂再利用标准 53 6 2 制冷剂再生 54 6 3 制冷剂销毁 54 第第 7 章章 制冷剂储存与运输制冷剂储存与运输 55 7 1 制冷剂储存 55 7 2 制冷剂运输 55 附录一附录一 空调制冷系统检修程序空调制冷系统检修程序 56 附录二附录二 空调压缩机检修程序空调压缩机检修程序 57 附录三附录三 空调系统异响检修程序空调系统异响检修程序 58 附录四附录四 制冷系统压力检查表制冷系统压力检查表 59 附录五附录五 汽车空调系统常见故障表汽车空调系统常见故障表 60 3 第第 1 章章 前言前言 1 11 1 氯氟烃与臭氧层氯氟烃与臭氧层 1 1 1 臭氧层臭氧层 我们赖于生存的地球外面覆盖着厚厚的大气层 大气层根据离地面高度可划分 为对流层 0 15km 平流层 15 50km 散逸层 50 85km 和热电离层 85km 其中在平流层中 集中了大气中 90 的臭氧 这个区域称为臭氧层 臭氧是大气中的一种气体 分子式为 O3 普通氧分子在强烈的紫外线照射下 发生均裂 生成两个氧原子 自由基 氧原子再与氧分子结合生成臭氧分子 生 成的臭氧会在紫外线的照射下被分解 重新生成氧分子 从而形成了大气臭氧层中 的臭氧生成和分解的动态平衡 大气中臭氧层的厚度虽然很大 但其质量在整个大 气中所占的比例很小 如果将地球上的所有臭氧压缩到 1 个大气压 101 325kPa 其厚度仅有 3mm 左右 臭氧层如同地球的保护伞 因为它具有强烈吸收 99 紫外线的作用 所以 可以有效地过滤阳光中对人体和生物有害的那部分紫外线 此外 臭氧层还起到地 球保温层作用 使得白天不至于过热 夜晚不至于过冷 由于臭氧层的存在 使得 地球表面具备了得以繁衍生物和直至出现人类的条件 1 1 21 1 2 臭氧层的破坏及其危害臭氧层的破坏及其危害 自 20 世纪 70 年代未到 80 年代 分布在地球各地对大气臭氧含量监测发现 全球臭氧总量在逐渐减少 1977 年 发现南极上空的臭氧含量在每年 9 月下旬迅 速减少 并形成了 臭氧空洞 1987 年 10 月 南极上空的臭氧浓度下降到 1957 1978 年间的一半 臭氧空洞面积则扩大到足以覆盖整个欧洲大陆 1994 年 10 月观测到臭氧空洞曾一度蔓延到南美洲最南端的上空 据对北极上空的观测 2000 年 1 3 月间 臭氧含量累计减少了 60 以上 也形成了臭氧空洞 近年臭氧 空洞的深度和面积仍在继续扩展 因为地球上的生物是在臭氧层形成后才开始进化的 所以一旦臭氧层被破坏 过量紫外线通过大气层照射到地球表面 将会造成以下巨大危害 1 对人体健康的危害 适量紫外线对人体健康是有益的 但是长期过量紫外线 照射可能引起人体免疫能力减退 白内障等眼科疾病 甚至皮肤癌等严重疾患 2 对植物的影响 紫外线照射增强将会影响某些植物光合作用 使植物营养成 分减少 生长速度减慢 3 对海洋生物的影响 紫外线照射增强将影响海洋生物的繁殖能力 使浮游生 物数量和品种减少 影响鱼类和贝类的生长 1 1 31 1 3 氯氟烃对臭氧层的耗损氯氟烃对臭氧层的耗损 为了寻找安全高效的制冷剂 1928 年首次合成了氯氟烃并于 1930 年投入生成 商品名字为 氟利昂 并在以后生产出包括 CFC 11 CFC 12 CFC 113 等多种品 种 由于 氟利昂 具有优异的热力性质和较高的制冷效率 且无毒无味 不燃烧 不爆炸 化学稳定性和热稳定性好 曾在全球范围内广泛应用于工商制冷 汽车空 4 调 家用冰箱和家用空调器等蒸气压缩式制冷系统中 其中汽车空调采用 CFC 12 作为制冷剂 大气中臭氧含量急剧减少促使人们对这一现象进行深入研究 研究表明 全氯 氟烃如被排放到大气中 由于其化学性质十分稳定 不易分解 扩散在臭氧层后 在紫外线的照射下分解形成氯原子 氯自由基与臭氧反应生成氧气分子和一氧化氯 而一氧化氯又和氧原子反应 重新生成氯原子 再去消耗臭氧 这样氯原子一旦释 放出来 即发生一系列连锁反应 据估算 每一个氯原子可消耗 10 万个臭氧分子 这就使得臭氧含量不断下降 从而减薄臭氧层并形成臭氧空洞 汽车空调中使用的 CFC 12 属于全氯氟烃 是破坏臭氧层的元凶 为了保护臭 氧层这个地球的保护伞 必须对 CFC 12 进行淘汰和替代 1 21 2 保护臭氧层进展保护臭氧层进展 1 2 1 国际社会的努力国际社会的努力 为了保护臭氧层 联合国环境规划署召开了多次国际会议 商议保护臭氧层 的对策 签署了包括 保护臭氧层维也纳公约 关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔 议定书 及其修正案 等一系列国际公约 并建立了多边基金 1 2 1 1 保护臭氧层维也纳公约 1985 年 3 月制订了 保护臭氧层维也纳公约 该公约是一项框架性协议 不 包含法律约束的控制和目标 鼓励政府间在研究 有计划观测臭氧层 监督 CFCs 的生产和信息交流方面的合作 该公约缔约国承诺针对人类改变臭氧层的活动采取 普遍措施 以保护人类健康和环境 该公约的通过和签署为国际社会在处理大的全 球环境问题合作迈出了重要一步 1 2 1 2 关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书 及其有关修正案 1987 年制订了 关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书 以下简称 议定书 并在 1990 年伦敦 1992 年哥本哈根 1995 年维也纳 1997 年蒙特利尔和 1999 年北京的会议上对 议定书 进行了调整 加快了 CFCs 等消耗臭氧层物质淘汰时 间表 根据修订后的 议定书 的规定 人均年消费 CFCs 大于 0 3kg 的发达国家 要求于 1996 年 1 月 1 日前停止 CFCs 使用 对于人均年消费 CFCs 小于 0 3kg 的发 展中国家 必须逐年削减 CFCs 的生产和消费 从 1997 年 7 月 1 日起 CFCs 的生 产和消费分别冻结在 1995 1997 年 3 年的平均水平上 从 2005 年 1 月 1 日起削减 冻结水平的 50 从 2007 年 1 月 1 日起削减冻结水平的 85 从 2010 年 1 月 1 日起完全停止 CFCs 使用 1 2 2 中国的工作中国的工作 中国政府 1989 年正式加入 保护臭氧层维也纳公约 1991 年加入 议定书 并积极参与 议定书 修正工作 1992 年编制了 中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案 以下简称 国家方 案 1993 年得到中国国务院与联合国保护臭氧层多边基金执行委员会的批准 1999 年完成对 国家方案 的修订 国家方案 及其修订是我国政府贯彻执行环 5 境保护基本国策 切实履行 议定书 规定的各项义务的决心和信心的体现 成立了由 15 个部 委 局 总公司和总会参加的中国保护臭氧层领导小组和 办公室 负责整个国家 CFCs 淘汰工作 向多边基金执委会申请并得到批准的项目 一百多项 很好地促进了我国 CFCs 淘汰工作的开展 在中国政府的努力和 国家 方案 的指导下 中国已经成功地将 CFCs 的生产和消费水平控制在 1995 1997 年的平均水平之下 中国还将于 2005 年实现淘汰 50 生产量和消费量的目标 2004 年 12 月 我国加速淘汰计划被蒙特利尔多边基金执委会批准 我国承诺 2007 年 7 月 1 月全部停止 CFCs 生产和消费 2000 年中国开始汽车空调 家用制冷 工商制冷和中央空调四个制冷维修子 行业的全面调查 2003 年做出了中国制冷维修行业 CFCs 淘汰战略 2004 年在行 业战略的基础上制定了制冷维修行业计划并被多边基金执委会批准 该项目以汽车 空调子行业为主要内容 1 31 3 保护臭氧层中国汽车空调行动保护臭氧层中国汽车空调行动 1 3 11 3 1 汽车空调汽车空调 CFC 12CFC 12 淘汰政策文件淘汰政策文件 1994 年我国汽车行业制订了 中国汽车空调行业 CFC 12 淘汰战略 并逐步 实施 为了推进全行业量大面广的 CFC 12 淘汰工作 国家环保总局和原国家机械工 业局组织制订了 中国汽车空调行业 CFC 12 整体淘汰计划 1 3 2 汽车空调汽车空调 CFC 12 淘汰技术路线淘汰技术路线 我国原汽车空调中使用的制冷剂是 CFC 12 中国汽车空调行业淘汰臭氧层消 耗物质的技术路线是 新生产汽车采用 HFC 134a 制冷剂替代 CFC 12 制冷剂 在 用汽车可以采用原有制冷剂 在维修和报废拆解过程中应该对制冷剂进行回收 1 3 3 汽车空调汽车空调 CFC 12 淘汰行动淘汰行动 1995 年在多边基金执委会的资助下 开始了汽车空调重点企业的 CFC 12 淘汰 项目 1998 年中国制定了汽车空调行业整体淘汰计划并得到多边基金执委会的批 准 1999 年开始实施该计划 通过汽车空调行业整体淘汰计划中投资项目 引进了大量国外先进技术和设备 使汽车空调系统及零部件企业提高了技术水平和生产能力 生产了大量以 HFC 134a 为制冷剂的汽车空调系统零部件产品 为我国汽车空调行业 CFC 12 整体淘汰 奠定了坚实的物质基础 2001 年中国汽车空调行业全部完成了替代 CFC 12 的改造工作 2002 年 1 月 1 日新生产汽车全部停止装配 CFC 12 的空调器 1 3 41 3 4 汽车空调汽车空调 CFC 12CFC 12 淘汰技术援助项目淘汰技术援助项目 开展了以下一系列技术援助项目 1 制订和修订了 12 项 HFC 134a 汽车空调器及其零部件标准 2 制订了 7 项汽车空调系统及其零部件产品认证实施规则 已先后认证 HFC 6 134a 汽车空调产品生产企业 81 家 3 建立了汽车和汽车空调生产企业数据统计和监控系统 4 广泛利用各种媒体进行保护臭氧层的宣传活动 5 编制出版了 中国汽车空调行业 CFCs 替代行动 1 3 51 3 5 汽车空调维修拆解过程汽车空调维修拆解过程 CFC 12CFC 12 回收回收 2004 年中国制定了制冷维修行业计划并被多边基金执委会批准 该项目以汽 车空调行业为主要内容 2005 年开始了计划实施 在汽车空调维修和车辆报废时 禁止将系统中 CFC 12 制冷剂直接向大气中排放 应该对制冷剂进行回收 以便循 环利用 这样即可以防止破坏臭氧层 危害大气环境 又能有效地利用资源 实现 可持续发展 2005 2007 年是计划的主要执行期 通过项目实施 在汽车维修和报废拆解过 程中回收 CFC 12 实现我国对 CFC 12 消费的控制目标 1 41 4 本教材编写目的和主要内容本教材编写目的和主要内容 1 4 11 4 1 编写目的编写目的 为了可以顺利实施中国制冷维修行业 CFCs 整体淘汰计划 保证汽车维修和报 废汽车拆解过程中很好地进行 CFC 12 回收工作 需要对汽车维修人员和报废汽车 拆解人员进行汽车空调良好维修操作程序培训 该培训教材就是为此而编写 1 4 21 4 2 主要内容主要内容 该培训教材主要包括汽车空调用制冷剂 汽车空调制冷系统 汽车空调制冷系 统维修 CFC 12 制冷剂回收 CFC 12 制冷剂处理 制冷剂储存与运输和常见故障 及其检修 7 第第 2 章章 汽车空调用制冷剂汽车空调用制冷剂 2 12 1 制冷剂概述制冷剂概述 制冷剂 又称制冷工质 它是制冷系统中完成制冷循环的工作介质 制冷剂在 蒸发器内吸取被冷却对象的热量蒸发成低压蒸气后 被压缩机压缩为高压蒸气 在 冷凝器内将热量传递给冷却介质 如空气或水 而被冷凝成液体 然后被节流降压 后重新回到蒸发器 进行连续制冷 所以制冷剂是制冷装置完成能量交换的重要载 体 制冷剂的特性对汽车空调系统的性能起着非常重要的作用 2 1 1 常用制冷工质的分类常用制冷工质的分类 2 1 1 1 按制冷剂化学结构分类 1 无机化合物 如水 氨 二氧化碳等 2 氯氟烃 即饱和碳氢化合物的氟 氯衍生物 如 R11 R12 R22 等 3 碳氢化合物 如丙烷 异丁烷等 2 1 1 2 按制冷剂组成分类 1 单一制冷工质 2 混合制冷工质 是由两种或多种化合物组成的 按其特性分为共沸混合制冷工 质和非共沸混合制冷工质 2 1 1 3 CFC HCFC HFC HC 及 FC 制冷剂 近年来 人们发现大气臭氧层破坏作用的主要由卤代烃分子中的氯和溴原子引 起 其中的氢原子和氟原子对臭氧层没有破坏作用 为了能从代号上直接反映出制 冷剂对臭氧层的破坏 将氯氟烃分成 CFC HCFC HFC 及 PFC 等五类 CFC 是不含氢的氯氟烃 称作全氯氟烃 Chloro fluoro carbon 在大气中存在 时间长 对臭氧层的破坏和引起的地球温室效应最大 属于最先被限制和禁止使用 的物质 HCFC 是含氢的氯氟烃 称作氢氯氟烃 Hydro chloro fluoro carbon 对大气臭 氧仍有一定破坏作用 温室效应也很强 属于稍后要淘汰的物质 HFC 是不含氯的氯氟烃 称作氢氟烃 Hydro fluoro carbon 对大气臭氧层无破 坏 但部分 HFC 制冷剂如 HFC 134a 仍有一定的温室效应 PFC 表示全氟烃 Pure fluoro carbon 不含氯和氢原子 按上述表示方法 汽车空调中常用的制冷剂 R12 CCl2F2 可写成 CFC 12 R134a CF3CH2F 可写成 HFC 134a 8 2 1 2 对制冷剂的要求对制冷剂的要求 2 1 2 1 对制冷剂热力性质的要求 1 制冷效率高 用制冷效率较高的制冷剂可提高制冷系统的经济性 2 压力适中 制冷剂蒸发压力不应低于大气压力 防止空气渗入系统 从而保证 制冷系统的正常运行 同时 希望常温下制冷剂的冷凝压力也不应过高 这样 可以减少制冷装置承受的压力 降低制造成本 也可以减少制冷剂向外泄漏的 可能性 3 单位容积制冷能力要大 可以减小制冷剂循环量和压缩机尺寸 4 绝热指数要小 以减小压缩机功耗 且使得压缩终了制冷剂气体温度不至过高 2 1 2 2 对制冷剂物理性质的要求 1 制冷剂凝固点低 能在较低蒸发温度下工作 2 制冷剂临界温度高 有利于采用一般环境温度的空气和冷却水进行冷凝 3 制冷剂的密度和粘度要小 有利于减小制冷剂在制冷系统中的流动阻力 4 制冷剂的导热系数和对流换热系数大 可减小换热器的尺寸 2 1 2 3 对制冷剂化学性质的要求 1 制冷剂应无毒 无刺激性 应对人体健康无损害 2 制冷剂应不易燃烧 不易爆炸 3 制冷剂对金属和其他材料的腐蚀作用要小 4 制冷剂在高温下应不易分解 化学性质稳定 5 制冷剂与润滑油应互溶 并且不起化学反应 2 1 2 4 对制冷剂的环保要求 制冷剂应对臭氧层无破坏作用 不产生温室效应 2 1 2 5 对制冷剂经济性的要求 制冷剂应价格便宜 容易得到 2 22 2 CFC 12CFC 12 和和 HFC 134aHFC 134a 性质的对比性质的对比 在臭氧层破坏问题发现之前 CFC 12 由于具有很好的热力学 物理化学和安 全性质 被广泛应用于汽车空调中 目前在中国一些在用车辆和维修中仍有使用 HFC 134a 是作为 CFC 12 的替代工质而提出的 它的许多特性与 CFC 12 很接近 本节将 CFC 12 和 HFC 134a 的主要特性作一比较 表 2 1 CFC 12 和 HFC 134a 的热物理性质对比 项目CFC 12HFC 134a 分子式CCl2F2CF3CH2F 分子量120 93102 03 沸点 29 8 26 16 凝固点 155 96 6 临界温度 112101 1 临界压力 MPa 4 124 067 30 饱和液体 kg m3 1187 21294 密 度 0 饱和蒸气 kg m3 14 419618 054 9 30 液体 kJ kg 1 4471 017 比 热 0 饱和蒸气 kJ kg 0 8830 65 饱和气绝热指数 大气压 30 1 1361 178 大气压下比潜热 kJ kg 167 3198 68 0 饱和蒸气 W m 0 01179 0 0145 导热 系数 0 饱和液体 W m 0 0783 0 08 30 液体 Pa s 0 2874 0 251粘度 10 3 大气压下 30 气体 Pa s 0 01094 0 0127 0 时的容积制冷量 kJ m3 27402860 理论循环 COP 0 40 5 625 49 与 CFC 12 相比 HFC 134a 具有优良的迁移性质 其液体及气体的导热系数显 著高于 CFC 12 2 2 1 饱和压力表压力对比饱和压力表压力对比 CFC 12 和 HFC 134a 的饱和蒸气压相近 在低温时 HFC 134a 略低 大约在 17 时相等 高于 17 时 HFC 134a 略高 图 2 1 CFC 12 和 HFC 134a 不同温 度下对应的饱和压力分别见表 2 2 和表 2 3 10 压力 bar 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 40 30 20 100102030405060708090100 CFC12 HFC134a CFC 12 HFC 134a 温度 C 图 2 1 CFC 12 和 HFC 134a 的饱和压力 温度曲线 表 2 2 CFC 12 的饱和压力表 温 度 t 绝对压 力 p kPa 温 度 t 绝对压 力 p kPa 温 度 t 绝对压 力 p kPa 温 度 t 绝对压 力 p kPa 温 度 t 绝对压 力 p kPa 7012 268 3484 3822329 4038914 23752087 5 6913 084 3388 1873340 1939937 23762129 6 6813 943 3292 1254351 2440960 66772172 4 6714 848 3196 1995362 5541984 51782215 8 6615 801 30100 416374 14421008 8792259 9 6516 803 29104 777386 01431033 5802304 6 6417 857 28109 278398 15441058 7812350 0 6318 963 27113 929410 58451084 3822396 0 6220 125 26118 7210423 30461110 4832442 7 6121 344 25123 6811436 31471136 9842490 0 6022 622 24128 8012449 62481163 9852538 0 5923 962 23134 0813463 23491191 4862586 7 5825 365 22139 5314477 14501219 3872636 1 5726 834 21145 1515491 37511247 7882686 2 5628 371 20150 9316505 91521276 6892737 0 5529 978 19156 9017520 76541335 9902788 5 5431 657 18163 0518535 94551366 3912840 7 5333 412 17169 3719551 45561397 2922893 7 5235 244 16175 8920567 29571428 6932947 3 11 5137 155 15182 6021583 47581460 5943001 7 5039 148 14189 5022599 98591493 0953056 9 4941 227 13196 6023616 84601525 9963112 8 4843 392 12203 9024634 05611559 4973169 5 4745 647 11211 4025671 62621593 5983226 9 4647 995 10219 1226669 54631628 0993285 1 4550 438 9227 0527687 82641663 21003344 1 4452 978 8235 1928706 48651698 81013403 8 4355 978 7243 5529725 50661735 11023464 4 4258 363 6252 1430744 90671771 91033525 8 4161 214 5260 9631764 68681809 31043587 9 4064 173 4270 0132784 85691847 21053650 9 3967 245 3279 3033805 41701885 81063714 8 3870 431 2288 8234826 36711924 91073779 4 3773 735 1298 5935847 72721964 61083844 9 3677 1590308 6136869 48732005 01093911 3 3580 7071318 8837891 64742045 91103978 5 表 2 3 HFC 134a 饱和压力表 温 度 t 绝对压 力 p kPa 温 度 t 绝对压 力 p kPa 温 度 t 绝对压 力 p kPa 温 度 t 绝对压 力 p kPa 温 度 t 绝对压 力 p kPa 6016 317 3084 7390292 8230770 06601681 3 5917 386 2988 8151303 5731792 43611721 5 5818 513 2893 0452314 6232815 28621762 3 5719 700 2797 4353325 9833838 63631803 9 5620 949 26101 994337 6534862 47641846 2 5522 263 25106 715349 6335886 82651889 3 5423 645 24111 606361 9536911 68661933 1 5325 097 23116 677374 5937937 07671977 7 5226 621 22121 928387 5638962 98682023 1 5128 221 21127 369400 8839989 42692069 2 5029 899 20132 9910414 55401016 4702116 2 4931 658 19138 8111428 57411043 9712164 0 4833 501 18144 8312442 94421072 0722212 6 4735 431 17151 0513457 68431100 7732262 0 4637 451 16157 4814472 80441129 9742312 3 4539 564 15164 1315488 29451159 7752363 4 4441 774 14170 9916504 16461190 1762415 4 4344 083 13178 0817520 42471221 1772468 3 12 4246 495 12185 4018537 08481252 6782522 1 4149 013 11192 9519554 14491284 8792576 8 4051 641 10200 7320571 60501317 6802632 4 3954 382 9208 7621589 48511351 0812689 0 3857 239 8217 0422607 78521385 1822746 5 3760 217 7225 5723626 50531419 8832805 0 3663 318 6234 3624645 66541455 2842864 5 3566 547 5243 4125665 26551491 2852925 0 3469 907 4252 7326685 30561527 8862986 6 3373 403 3262 3327705 80571565 2873049 1 3277 037 2272 2128726 75581603 2883112 8 3180 815 1282 3729748 17591641 9893177 6 2 2 2 化学性质化学性质 1 热稳定性 CFC 12 和 HFC 134a 热稳定性都很好 CFC 12 只有当温度达到 400 以上时 与明火接触才会分解出对人体有害的光气 2 溶水性 水在 CFC 12 中的溶解度很小 且随温度的降低而减小 所以在 CFC 12 系统 中 应该严格限制水的含量 一般规定 CFC 12 中的含水量不得超过 0 0025 制 冷系统在充灌 CFC 12 之前 必须经过严格的干燥处理 且需在充液管路中或系统 中设有干燥器 CFC 12 常用 XH 5 型分子筛作干燥剂 HFC 134a 的溶水性比 CFC 12 要强得多 因此对系统的干燥和清洁性要求更高 HFC 134a 制冷系统中如果存在少量水分 在润滑油等作用下 将会产生酸 CO 和 CO2 会对金属产生腐蚀作用 因此需要高效新型的干燥剂对系统进行干燥 如 XH 7 或 XH 9 型分子筛 CFC 12 中使用的干燥剂不能用于 HFC 134a 3 与润滑油的溶解性 在常温下 CFC 12 能与矿物润滑油以任意比例相互溶解 因此矿物润滑油可 随 CFC 12 进入制冷系统的各个部位 HFC 134a 分子中不含氯原子而含两个氢原子 它与矿物油几乎不相溶 但在 温度较高时 能完全溶解于聚烃基乙二醇 PAG 和聚脂类润滑油 POE 在温度较 低时 只能溶解于 POE 合成润滑油 聚烃基乙二醇润滑油 PAG PAG 润滑油与 HFC 134a 不能完全互溶 低粘度时互溶性较好 高粘度时互溶 性降低 PAG 在高温的情况下可分解成水 酸 一氧化碳和二氧化碳 有可能造 成压缩机镀铜现象 PAG 与矿物油 CFC 12 不相溶 若原系统内存在有少量这些 13 物质时 将使 PAG 润滑性能降低 PAG 吸水性也很强 其饱和吸水量可超过 10 PAG 润滑油主要用在 HFC 134a 制冷剂应用初期 由于 PAG 存在以上一些缺 点 实际应用的 PAG 油都经过了改性处理 聚脂类润滑油 POE 聚酯油与 HFC 134a 互溶性好 与 CFC 12 等制冷剂也互溶 不会出现低温沉 积现象 其吸水性比矿物油强 但水分与油是牢固结合的 在节流装置处不会结冰 原系统内残余的矿物油等物质对其性能影响不明显 由于在聚脂油中加了添加剂 故其耐磨性能良好 它与聚丁腈橡胶 氯丁橡胶等弹性材料相容性较好 与绝缘材 料也有较好的相容性 4 对金属和非金属的作用 CFC 12 对一般金属不起腐蚀作用 但能腐蚀镁及含镁量超过 2 的铝镁合金 CFC 12 对天然橡胶和塑料有膨润作用 故密封材料应采用耐腐蚀的丁氰橡胶 NBR 或氯醇橡胶 HFC 134a 对钢 铁 铜 铝等金属均未发现有相互化学反应 仅对锌有轻微 作用 HFC 134a 与大部分塑料 橡胶等材料不发生化学反应 溶解 溶胀 但是 与氟橡胶不相溶 HFC 134a 系统不能使用丁睛橡胶 NBR 的 O 型密封圈 应使用聚 丁睛橡胶 H NBR 氯丁橡胶或三聚乙丙烯橡胶的 O 型密封圈 2 2 3 安全性安全性 CFC 12 无色 无味 毒性小 不燃烧 不爆炸 是一种很安全的制冷剂 HFC 134a 也是无色 无味 不燃烧 不爆炸 HFC 134a 的毒性非常低 在空 气中不可燃 安全类别与 CFC 12 一样为 A1 是很安全的制冷剂 2 2 4 环境特性环境特性 CFC 12 对大气臭氧层有破坏作用 其臭氧消耗潜能值 ODP Ozone Depletion Potential 为 1 且有温室效应 其全球变暖潜能值 GWP Global Warming Potential 为 8100 左右 因此它是蒙特利尔议定书中的第一批淘汰物质 HFC 134a 分子中不含氯原子 对臭氧层无破坏作用 其 ODP 为 0 但是有温 室效应 其 GWP 为 1300 第第 3 章章 汽车空调制冷系统汽车空调制冷系统 3 13 1 制冷原理制冷原理 制冷系统是由压缩机 冷凝器 蒸发器和节流装置组成 用管道连成的封闭系 14 统 其制冷系统流程和理论制冷循环的在压焓图 ln p h 图 上的表示见图 3 1 和 图 3 2 工质在蒸发器内吸收被冷却对象的热量而气化 产生的低压蒸汽被压缩机 吸入 经压缩后以高压排出 压缩机排出的高温高压气态工质在冷凝器被常温冷却 介质 水或空气 冷却 冷凝为高压液体 高压液体流经节流装置时节流降压 变 成低压低温湿蒸汽 重新进入蒸发器气化制冷 如此周而复始达到连续制冷目的 压缩机 节流 装置 1 冷凝器 蒸发器 2 3 4 1 2 3 4 h ln p 图 3 1 制冷系统原理图 图 3 2 制冷理论循环在压焓图上表示 3 23 2 汽车空调制冷系统汽车空调制冷系统 按照节流装置分 目前常见的汽车空调制冷系统主要有热力膨胀阀系统和节流 短管系统 3 2 13 2 1 热力膨胀阀系统热力膨胀阀系统 图 3 3 a 为热力膨胀阀系统 该系统由压缩机 冷凝器 储液干燥器 热力膨 胀阀和蒸发器组成 热力膨胀阀以蒸发器出口制冷剂过热度为控制信号 对制冷剂 流量进行调节 当车内空调负荷增大时 蒸发器出口制冷剂过热度就会增加 热力 膨胀阀根据其控制信号就会增加阀开度 提高蒸发器的供液量 当车内空调负荷减 小时 降低蒸发器的供液量 系统在冷凝器后 膨胀阀前设有储液干燥器 除对系 统内制冷剂干燥过滤外 还可储存一定高压液体制冷剂 并保证进入膨胀阀的制冷 剂是液体 由于热力膨胀阀有一定的流量调节能力 故热力膨胀阀系统较适用于车速变化 较大的汽车空调中 15 a 热力膨胀阀系统 16 b 节流短管系统 图 3 3 汽车空调制冷系统示意图 3 2 2 节流短管系统节流短管系统 节流短管系统由压缩机 冷凝器 节流短管 蒸发器和气液分离器组成 见图 3 3 b 与热力膨胀阀系统相比 除了将节流装置由热力膨胀阀改为节流短管 还 取消了冷凝器后的储液罐 在压缩机和蒸发器之间设置了气液分离器 由于节流短 管作为固定孔口节流件 无法调节制冷剂流量 从而无法保证蒸发器出口的制冷剂 在低空调负荷下的完全蒸发 所以在压缩机和蒸发器之间设置了气液分离器 使未 蒸发完的液态制冷剂分离出来 暂存于罐的下部 由于该罐置于高温的发动机舱内 它很快就会蒸发成为气态 从而保证了压缩机的安全运行 由于节流短管流量调节能力小 所以节流短管系统只适用于车速变化不大 运 行工况比较稳定的汽车空调系统 或与变排量压缩机配合使用 由变排量压缩机完 成制冷量调节 17 3 3 汽车空调制冷系统主要部件汽车空调制冷系统主要部件 本节简要介绍汽车空调制冷系统中的主要部件 包括压缩机 冷凝器 蒸发器 和节流装置 3 3 1 压缩机压缩机 汽车空调压缩机是汽车空调制冷系统的心脏 起着压缩和输送制冷剂蒸汽的作 用 汽车空调主要采用容积式压缩机 常见类型有摇板式 涡旋式和旋叶式 另外 根据是否可以改变排量分定排量压缩机和变排量压缩机 1 压缩机型式 图3 4为摇板式压缩机的结构图 当摇板角度改变时 引起气缸的往复运动 将 制冷剂蒸汽吸入到吸气端 开始压缩 将高压蒸气输送到冷凝器 图 3 4 摇板式压缩机 涡旋式压缩机 图3 5 采用了一个独特的设计 使用两个涡盘 一个定子 一个动子 两者内部有轮叶 能够进行沿轨道或无完整旋转的振摆运动 动子通过 一个同心轴承与输入轴相连 当动子在定子中进行振摆时 在两者之间形成数个小 穴 当这些小穴体积收缩时 制冷剂就被压缩以至压力升高 然后通过排气孔弹簧 阀门从压缩机后端排出 18 图 3 5 涡旋式压缩机及其压缩过程 旋叶型压缩机 图3 6 由一个转子 三到四个轮叶 以及尺寸精准的转子外 壳组成 当压缩机轴转动时 轮叶和转子外壳就形成了小腔 制冷剂由吸气孔抽入 这些小腔中 当转子转动时 这些小腔的体积就变小了 制冷剂完全压缩后就到达 了排气孔 轮叶和转子外壳在离心力的作用下被润滑油密封了 油槽和油泵在排气 侧 高压将油通过油泵推到轮叶端部 在转子外壳处起到了密封作用 在怠速时可 能会听到压缩机轮叶的噪音 这是因为润滑油在空调系统里循环需要时间 图3 6 旋叶型压缩机及其压缩过程 19 图3 7为V5变排量摇板式压缩机结构图 变排量的压缩机可以控制和满足空调 系统在各种不同运行条件下的状况 这种压缩机的特点是在五个气缸的活塞设计中 有 图 3 7 V5 变排量压缩机 一可变角度的摇板 变排量是由在气缸后部的控制阀操纵波纹管来进行控制的 这 种控制阀可以感知压缩机吸气压力来对空调系统的需求作出反应 压缩机曲轴箱的 压力变化引起摇板角度和压缩机排量的变化 通常 压缩机的排气压力比曲轴箱的 压力大得多 曲轴箱的压力相同或高于压缩机吸气压力 在最大排量时 曲轴箱的 压力才等于吸气压力 在降低排量最小排量时 曲轴箱的压力大于吸气压力 2 压缩机支架及驱动 支架和驱动 支架和驱动 包括将一个压缩机固定到发动机上的支架 一个从动轮 压缩机驱动 皮带 可能会有曲柄轴箱的附加从动轮 压缩机支架 压缩机支架 由铸铁 钢或铝制成的型材 特别在活塞式压缩机 这种支架应该表现 出良好的避震效果 从动轮 从动轮 通常在皮带轮的机构中使用从动轮 在皮带跨度太大时为了避震也经常使用 驱动轮 驱动轮 一些车辆上没有附加的滑轮来与空调驱动皮带相匹配 在这种情况下 需要 用螺栓在曲柄轴箱上固定一个附加滑轮 20 双皮带轮驱动 蛇型皮带轮驱动 图3 8 压缩机驱动 3 离合器 压缩机离合器在绕线磁场被激活时连接转子和压缩机输入轴 见图3 9 离 合器用来通过驱动皮带轮传输来自发动机曲柄箱的功率到压缩机 当离合器没有通 电时 压缩机轴不转 制冷剂也不循环 绕线磁场实际上是一个电磁铁 当激活后 吸住压力盘 将转子滑轮和压力盘锁住 压缩机内部运转 产生压力 引起制冷剂 循环 图3 9 压缩机离合器 3 3 2 冷凝器冷凝器 汽车空调冷凝器的作用是把压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气 通过向车外空 气散发热量 从而冷凝成为高压液体 汽车空调冷凝器按照结构型式分管片式 管 带式和平行流三种结构 图 3 10 管片式冷凝器常采用铜 铝 管铝翅片结构 利用涨管法将铝翅片涨紧在圆管 上 管的端部用 U 形弯头焊接起来 管片式冷凝器换热效率较差 但是由于其制 21 造工艺简单 加工成本低 目前仍在大量使用 尤其是在大中型汽车空调系统中 管带式冷凝器是将铝合金多孔扁管弯成蛇形管 在其间放置波形翅片 然后进 行整体钎焊而成 这种冷凝器传热效率比管片式冷凝器提高了 10 左右 平行流冷凝器结构是为了适用替代工质 HFC 134a 排气压力比 CFC 12 高的情 况而研制的新型换热器 由管带式冷凝器演变而来 类似于把管带式冷凝器的蛇形 管每根截断 两端各设置一根集管 将数根多孔扁管隔成一组 形成进口处管道多 随着制冷剂流向逐渐减少每组管道数 从而合理分配制冷剂流道 降低了制冷剂在 冷凝中的压力损失 提高了换热效率 这种冷凝器传热效率比管带式冷凝器提高 20 40 左右 1 进口 2 传热管 1 接头 2 多孔扁管 3 波形翅片 1 集管 2 多孔扁管 3 波形 3 出口 4 翅片翅片 4 连接管 5 接头 a 管片式 b 管带式 c 平行流 图 3 10 汽车空调冷凝器 3 3 3 蒸发器蒸发器 蒸发器的作用是将节流降压后的气液两相制冷剂 通过吸收流经蒸发器空气的 热量 蒸发气化成制冷剂蒸汽使流经蒸发器的空气温度降低 汽车空调蒸发器按照 结构型式分为管片式 管带式和层叠式三种结构 图 3 11 为管片式蒸发器结构 管片式蒸发器与管片式冷凝器结构相似 均是 在圆管上涨套铝翅片组成 只是两者由于安装位置和空间限制 在形状和尺寸上有 所差别 管片式蒸发器制造工艺简单 加工成本低 但是换热效率较差 图 3 11 管片式蒸发器 2 管带式蒸发器 22 管带式蒸发器结构见图 3 12 管带式蒸发器与管带式冷凝器结构相似 是由 多孔扁管与蛇形散热铝带焊接而成 这种蒸发器换热效率比管片式蒸发器提高 10 3 层叠式蒸发器 层叠式蒸发器结构见图 3 13 层叠式蒸发器由两片冲成复杂形状的铝板叠在一 起组成制冷剂通道 每两片通道之间夹有蛇形散热铝带 层叠式蒸发器结构经历了 由双贮液室 图 3 13 a 向单贮液室 图 3 13 b 变化 单贮液室蒸发器将具有 分流 集合制冷剂功能的贮液室集中在换热器单侧 可使换热器正面面积中进行换 热的有效比例增加 层叠式蒸发器换热效率一般比管带式蒸发器高 10 35 单贮液室式的性能优于双贮液室式 图 3 12 管带式蒸发器 a 双贮液室 b 单贮液室 图 3 13 层叠式蒸发器 3 3 4 节流装置节流装置 节流装置的作用是对高压制冷剂液体进行节流降压 保证冷凝器和蒸发器的 压力差 使得蒸发器中的液体制冷剂可以在要求的低压下蒸发吸热 冷凝器中的制 冷剂蒸汽可以在给定的高压下冷凝放热 另外一些节流装置还具有调节进入蒸发器 制冷剂流量的作用 目前汽车空调制冷系统中主要采用热力膨胀阀和节流短管作为 23 节流装置 1 热力膨胀阀 热力膨胀阀按照平衡方式不同 分内平衡式和外平衡式 外平衡式热力膨胀 阀分 F 型和 H 型两种结构型式 图 3 14 为外平衡式 F 型热力膨胀阀结构图 感温包放置在蒸发器出口管道上 感温包和膜片上部通过毛细管相连 感受的压力为蒸发器出口制冷剂温度对应的饱 和压力 外平衡接口连接蒸发器出口 则膜片下面感受到的是蒸发器出口压力 如 果空调负荷增加 蒸发器出口制冷剂过热度将增加 则膜片上下压差增大 推动阀 杆使膨胀阀开度增大 进入到蒸发器中的制冷剂流量增加 制冷量增大 蒸发器出 口过热度相应减小 如果空调负荷减小 则蒸发器出口制冷剂过热度减小 以同样 的作用原理使得阀开度减小 从而使得蒸发器出口过热度相应增加 制冷剂进口 制冷剂出口 感温包 测量小孔 球阀 弹簧 膜片 制冷剂 压力补偿管 图 3 14 外平衡式 F 型热力膨胀阀 图 3 15 为 H 型热力膨胀阀结构图 H 型热力膨胀阀有四个接口与制冷系统连 接 其中两个接口与普通热力膨胀阀相同 一个连接储液干燥器 一个连接蒸发器 进口 另外两个接口 一个连接蒸发器出口 一个连接压缩机进口 感温包直接处 在蒸发器出口的制冷剂气流中 该膨胀阀由于取消了 F 型热力膨胀阀中的感温包 毛细管和外平衡接管 提高了调节灵敏度 结构紧凑 抗振可靠 1 自过滤干燥器 2 到蒸发器 3自蒸发器 4 到压缩机 5 测量孔 6 球 7 弹簧 8 活动脚 9 制冷剂 10 薄膜下压力补偿 11 金属薄膜 12 感温元件 24 图 3 15 H 型热力膨胀阀 2 节流短管 节流短管是一种固定孔口的节流装置 其两端都装有过滤网 以防孔口堵塞 图3 16 节流短管直接安装于冷凝器和蒸发器之间管路中 通过节流短管的压 力差决定了制冷剂流量 节流短管对不同的空调系统有不同的规格 这些规格可以 从节流短管出口的塑料件颜色来区分 图 3 16 节流短管 3 3 5 储液干燥器和气液分离器储液干燥器和气液分离器 储液干燥器 图3 17 a 作用象粒子过滤器和制冷剂储液罐 更重要的是在储 液罐中的分子筛能吸收这少量的水蒸汽 以防止酸的形成 储液干燥器通常配合热 力膨胀阀使用 气液分离器 图3 17 b 的作用是储存制冷剂 过滤 以及从制冷剂中吸收水 蒸汽 CCOT 系统通常配气液分离器 蒸发器出口的制冷剂液体进入气液分离器流 入底部 蒸汽上升到顶部回到压缩机 制冷的液体在气液分离器的底部渐渐气化 然后回到压缩机中 25 a 储液干燥器 b 气液分离器 3 17 汽车空调中的储液装置 3 4 CFC 12 和和 HFC 134a 系统的不同系统的不同 HFC 134a 与原 CFC 12 系统不相容 所以 HFC 134a 不是 CFC 12 的 灌注式 替代物 在用 HFC 134a 代替 CFC 12 时必须对 CFC 12 系统进行必要的改造 3 4 1 1 压缩机压缩机 用 HFC 13