汽车空调一些关键技术发展的展望概要.doc

文章编号:ISS N1005-9180(200702-0062-03汽车空调一些关键技术发展的展望萨比特,梁荣光,罗胜平(华南理工大学汽车工程学院,广东广州510640摘要本文主要就汽车空调制冷剂、汽车空调压缩机的发展进行了研究分析,并对其发展前景进行了展望。关键词汽车空调,制冷剂,压缩机中图分类号T U831;文献标识码ASome key technical development prospects in automobile Air ConditioningNadhem Abdulalem Al -s owaid ,lI ANG R ongguang ,lUO Shengping(S outh china University of technology school of autom otive engineering ,G uangdong ,G uangzhou 510640Abstract :This paper is mainly about autom obile air -conditioner refrigerants ,autom obile com press or development analy 2sis ,and future development prospects 1K eyw ords :Autom obile air conditioning ,Refrigerants ,C om press ors1前言汽车空调系统是随着汽车整体技术的发展而不断发展的。汽车空调的压缩机目前仍以斜板式(斜盘式,摇板式压缩机为主。汽车空调的制冷剂在20世纪90年代初,几乎都是使用R121。根据关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书,现全球已经禁止使用R12。R134a 不破坏臭氧层,有良好热力性能,化学性稳定,随着CFCs 的加速淘汰,在新车中改用R134a 的进程也相应加速,工业发达国家已完成了对R12的全部替换工作,我国2002年元月以后生产的大部分汽车空调系统也以R134a 代替了R12。本文主要针对汽车空调的替代制冷剂及其压缩机的发展进行分析,并对其发展趋势进行展望。2汽车空调制冷剂的发展趋势19世纪的制冷剂主要是氨和C O 2,20世纪30年代后主要是CFC 与HCFC 类制冷剂,21世纪强制推行使用绿色环保制冷剂。211汽车空调制冷剂现状理想的制冷剂应是臭氧层破坏潜能(ODP 为0、全球变暖潜能(G WP 为0、物理、化学性质稳定,不可燃、无毒性,热力学性能优越1。20世纪90年代以后发展了具有环保特性的HFCs 制冷剂(如HFC134a 和天然制冷剂(如HC600a ,HC290。对于HFC134a ,除全球变暖潜能G WP 较大(如CFC 211的G WP 为110时,其为0126,其他的缺点已在克服,在国外被广泛应用于汽车空调、离心式冷水机组、冰箱冷柜中替代CFC 212,也是目前公认的用以替代HCFC 222的R407C 的主要组分以及用以替代R502的R404A 的组分。但是,虽然HFC134a 、HC600a 、HC290等已成为新阶段制冷剂的主流,然而离“理想”制冷剂的要求仍很远。它们各自都存在一些问题,只能是一种过渡型的替代物。如R134a 存在着如下的缺点:26REFRIGERATION N o .2,2007,JuneV ol.26(T otal N o .99收稿日期:2007-2-8;修回日期:2007-4-5基金项目:广东省科技计划项目(2002c1020501作者简介:萨比特(1979-,男,阿拉伯也门共和国留学生,主要从事制冷与空调的研究。Email :n-alswidi yahoo 1com1有较高的温室效应(G WP100=1300,能耗较高;2需要专用酯类润滑油;3价格很高;4据报道,R134a在大气中分解后会产生一种吸湿力较强的具有腐蚀性的液体,可在不同地方聚集,该液体对人体的健康有一定的危害。所以R134a仍要改进,否则也只能是一种过渡型的替代物2。212三元近共沸混合物C MR-05广东佛山某集团与华南理工大学联合研究开发的C MR-05(R152a/R227a/R125=0170/0115/0115是一种三元近共沸混合物,臭氧层破坏潜能(ODP为0,全球变暖潜能(G WP比R134a低,仅是R134a的一半,无色,无味,无毒,具有良好的热物理性能,其良好的变温相变特性,在相同的蒸发温度、冷凝温度下,制冷系数相对于R134a可提高1%8%;制冷剂分子极性类似于R12,同矿物油、烷基苯油、环烷基油、POE(酯类油具有良好的低温互溶性和高温润滑性,和金属、非金属材料良好的相溶性。价格也比R134a低,具有自主知识产权,环保节能,是一种较好的过渡型替代物。213汽车空调最具前景的制冷剂-C O2C O2作为最早采用的制冷剂之一,随着CFCs 的出现而被弃用,主要原因是C O2的临界温度很低(只有3111,在热带地区采用传统Perkin蒸汽压缩制冷循环时冷量损失较大,且饱和压力过高,压缩机功耗过大(当然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,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,C O2因其超临界循环系统具有优良的环保特性、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,重新在制冷空调领域特别是汽车空调得到了青睐,从1994年起BMW、DAI M LERE NZ、VO LVO、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47。与HFCl34a等相比, C O2作为制冷剂具有下列明显的优点:(1ODP=0,G WP0。(2蒸发潜热r大,单位容积制冷量大(0时单位容积制冷量是NH3的1158倍,是R12和R22的8125倍与5112倍。(3运动粘度低(0时C O2饱和液体的运动粘度只是R12的2318%,流动阻力小。(4绝热指数较高K=1130,压缩机压比= P H/P o约为215310,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。当前环境保护问题越来越受到重视,C O2汽车空调系统产品一旦成熟,必将使其它制冷工质黯然失色7。3汽车空调压缩机的发展态势汽车空调目前仍以斜板式(斜盘式,摇板式压缩机为主。311斜板式(斜盘式,摇板式压缩机斜板式压缩机是一种往复活塞式的压缩机。斜盘式压缩机无连杆结构,结构紧凑,体积小,质量轻,排气脉冲比曲轴连杆式小。由于它是轴向卧式结构,所以能方便地直接安装在发动机机体上而不需要另配机架。但它装配要求高,且只能进行有级变排量,在汽车空调中的发展受到了限制。摇板式压缩机如今在汽车空调中应用越来越多。其工作稳定、结构紧凑、体积小,适合于空间狭小的车厢使用。其材料为铝合金,以减轻汽车自重。变容量摇板式压缩机通过改变摆盘的角度来调整活塞的行程,从而可以使容积随空调工况的需要而在一定范围内无级变化,非常适合汽车空调使用,因此当前在汽车空调的市场占有率非常高。312汽车空调非常有潜力的压缩机数码涡旋式压缩机数码涡旋式压缩机突出的优点是具有“轴向柔性”这一独特的性能,这可使定涡旋盘在轴向上有少量位移,使定涡旋盘与动涡旋盘之间始终用最佳力共同加载,实现无级的能量调节,非常适合汽车空调使用。数码涡旋压缩机工作原理是:压缩机容量是通362007年6月第26卷第2期(总99期制冷过涡旋盘的周期性啮合与脱开来改变的。当外部电磁阀关闭时,数码涡旋象标准型压缩机一样工作,容量达到100%。当外部电磁阀打开时,两个涡旋盘稍微脱离。此时压缩机无制冷剂被压缩,从而无容量输出。所以,在一个10秒钟的循环中,如果涡旋盘加载2秒钟,卸载8秒钟,其平均容量就是20%。加载时间占循环周期的比例可以在10% 100%输出容量的范围内任意改变3。当数码涡旋压缩机在车上的安装工艺及驱动等问题解决后,将是汽车空调最有前途的压缩机。313汽车空调用的C O2压缩机的发展态势和氨一样,C O2绝热指数(K值较高,达1130,这可能会产生压缩机排气温度偏高的顾虑,但由于C O2的低压工作压力P o很高,因而压缩机的压比=P H/P o却比其它制冷剂系统的低得多,因此不会象氨系统那样需要对压缩机本身进行冷却。正因为绝热指数K值高,压比小,可减小压缩机余隙容积的再膨胀损失,压缩机的容积效率较高。同时,因为C O2压缩机的吸排气压力均比R134a压缩机大得多,因而选择压缩机类型及合理的压缩机设计显得尤为重要。经过实验和理论研究,Jurgen S UB和H orst K ruse认为往复式压缩机是C O2系统的首选,主要是柱塞和轴塞式压缩机凭借油润滑,在汽缸壁和活塞之间存在良好的油膜滑动密封。因此迄今为止,汽车空调系统中使用的二氧化碳压缩机采用带活塞环的往复式活塞压缩机6。涡旋压缩机具有容积效率高、压力和机械损失小、运行平稳、噪声和振动小的优点。日本某公司对涡旋压缩机的研究发现其压力损失主要由过压缩造成,而其机械损失主要是各种轴承损失。Hasegawa等人也对涡旋压缩机(制冷量为413kW进行了研究,表明能效不高,仅为47%,但是容积效率高达87%7。4结论与展望(1随着环境问题越来越严重,环保越来越受到关注,汽车空调技术势必朝着更加环保、节能和智能化的方向发展。有理由相信在不久的将来,最具前景的绿色制冷剂C O2及其相应的二氧化碳压缩机势必在汽车空调技术中得到更加深入的发展和应用。(2迄今为止,二氧化碳汽车空调压缩机主要是用带活塞环的往复式活塞压缩机。(3数码涡旋式压缩机会在汽车空调系统中取得重要地位。5参考文献1梁荣光1现代汽车空调技术M1广州:华南理工大学出版社,2004:108-1502魏栋,梁荣光1一种新的环保型汽车空调制冷剂C MR-02J1化工新型材料,2007,35(1:5-83魏栋,梁荣光1先进的数码涡旋制冷压缩机技术J1低温与特气,2006,24,(117:2-54陈立辉,宋年秀1汽车空调M1人民交通出版社,2005:2-35陈江平,穆景阳,陈芝久1二氧化碳汽车空调系统应用研究进展J1低温与特气,2001,19(2:2-3 6张会勇,李俊明,王补宣1跨临界汽车C O2空调系统研究进展J1暖通空调H V&AC12005,35(7:4-7 7陈江平,穆景阳,简晓文,等1二氧化碳汽车空调系统应用研究进展(一系统结构、性能及其优化J1流体机械,2000,28(4:1-58张于峰等1一种R12替代物的性能分析及实验研究J1工程热物理学报,2002,23(5:1-6书讯制冷空调装置节能原理与技术由张建一和李莉编著,机械工业出版社出版。全书62万字(16开392页,定价42元。该书从制冷空调