二氧化碳制冷剂性能研究

1、二氧化碳制冷剂CO2制冷剂通常称为R744制冷剂，GWP值最低，仅为1。 R134a的GWP值为1430，比CO2制冷剂的破坏能力强1430倍。 一些CO2会从空调系统中泄漏，但是泄漏的CO2对环境的影响很小。 R152a的GWP值为124，是两者之间的。 使用CO2制冷剂的空调系统比现在市场上流行的使用R134a制冷剂的空调系统最多能节能25%。由于CO2的临界点温度相当低(31.1为88)，我们的环境温度已接近该温度，如果将CO2作为制冷剂进行压缩，其冷凝散热温度将超过临界点温度，处于超临界区域。遗憾的是，CO2的临界点压力相当高(73.8 bar相当于107O psi )，且其冷凝散热在

2、超临界区中进行，因此其工作压力高于临界压力。 根据国际间开发的CO2压缩机的测试数据，压缩机的吸入压力达到354O bar (约50060O psi )，其排出压力高达80llO bar (约12001600 psi )，平均压力约为r-。一、CO2制冷剂的优点如下1 .人体健康和居住环境短，无中长害，无需回收和再处理。2 .无毒，不分解刺激性物质。3 .不燃性(Non-Flammable )和不爆炸(Non-Explosive )。4 .优良的热性质。5、气体密度高，可以降低使用的管路和压缩机的尺寸，减轻系统重量，在紧凑、体积小的同时，压缩机的压缩比降低，压缩过程更接近等熵压缩，可以提高效率

3、。6 .容易获得(可从工业废气中获得)，成本低。7 .不破坏臭氧层(臭氧层破坏电势值ODP=0)。8 .温室效应指数(全球变暖潜力值GWP )为1。适用于汽车空调的实际排列：冷却用的CO2空调系统的基本构造与以往的使用HFC134a制冷剂的汽车空调系统有很大不同。 首先，在新系统中，采用用于冷却从压缩机排出的CO2制冷剂的气体冷却器，该气体冷却器相当于以往的冷凝器。 CO2制冷剂通常在高压侧超过临界点，因此不会在气体冷却器中冷凝，取而代之的是，可以采用绝热膨胀方式(采用膨胀阀)使制冷剂的一部分冷凝。 气体冷却器出口和蒸发器间的内部热交换器通过与在系统压力中流动的制冷剂交换热量，进一步冷却制冷剂

4、。 这种内部热交换器增加蒸发器入口的液体制冷剂量，增强冷却功能。 在CO2制冷剂工作系统中，因为制冷剂不能以液体状态存在于高压侧，所以在低压侧相当于HFC 134a制冷系统的高压侧)采用1个陷阱(接收器)，收集流出的制冷剂。 这种总成式的(同时配备热交换器和膨胀阀的)捕集器，可以简化系统结构，便于安装在汽车上。在丰田的燃料电池混合动力汽车中，日本电装公司采用了带热泵的CO2空调系统，该空调系统可以通过切换旁通阀(参照图1 )的开闭来切换加热或冷却模式。 冷却时，旁通阀1打开，旁通阀2关闭，内部气体冷却器的混合空气门完全关闭加热后，旁通阀1关闭，旁通阀2打开，内部气体冷却器的混合空气门完全打开。

5、 空气流入内部气体冷却器时，从压缩机排出的高压高温的CO2制冷剂将热转移到空气中。 该系统通过关闭旁通阀2，控制膨胀阀2的开度，也能够进行除湿动作。 系统的驱动用密封性好的一体型电动机进行。设置修订系统要点：由于CO2具有超越临界点的热特性，在设置修订上有许多值得突破的技术：1.co2工作压力比以往多，吸排气的压差和温差大，所以压缩机各部件的机械结构、压缩室的防泄漏设定、传动轴上的轴承选型、高压环境下的润滑油和油路设定、排出口部的排气阀设定等，特别需要注意。2 .应用密闭型压缩机时，耐高压的电动机结构、高起动负荷的电动机选型、低电动机转子惯性、小体积高扭矩和高效率的电动机性能等的设定修改不容忽

6、视。3 .在小管径、高质量流量的CO2制冷剂流动时，为了提高热传递效率，例如设定具有高烧传递效果的管道排出型式和空气流路，强化排热吸收风扇的风速和风量等，在热交换器的设定修正时应该注意的事项。4 .由于冷凝出口端和蒸发端的压差大，如何设定、修正有效的膨胀过程是另一个重要点，例如，能够设定、修正多级压缩或膨胀装置以减少压缩功和膨胀损失等，是应该突破的部分。5 .利用高科技的电子传感和控制技术，针对各种环境需求，进行压力和冷暖能力的最佳匹配控制，是控制技术人才发挥的领域。6 .另外，控制高压系统的动能特性、防止高压负荷运行引起的振动噪音等，也是研究C02压缩机所需的重要技术课题。以往利用天然工质C

7、O2制冷剂的可应用领域有以下3个方面。 第一个是CO2超临界循环的汽车空调。 由于其压力比低，所以压缩机效率高，采用高效热交换器(例如冲压单槽管)也有助于提高其能量效率。 由于高压侧的CO2的大的温度变化，能够使入口空气温度和CO2的排气温度非常接近(只差几度)，由此能够减少高压侧的不可逆传热引起的损失。 为了实现轻量化和小型化，也开发了热交换器头部的最佳化设定修正。 同时，CO2系统在热泵方面的特殊优势也可以解决现代汽车冬天无法给车厢提供足够的热量的缺点。 现在，德国有商用的CO2空调系统的总线投入总线运输，空调尺寸相当于HFC-134a。 二是CO2热泵热水加热器，由于CO2在高压侧具有较

8、大的温度变化(约80100)的散热过程，适用于热水的加热。 据报告，在1998年和1999年，试验结果比使用电能和天然气进行燃烧加热节能75%，水温可以从8上升60。 第三，在叠层制冷系统中，CO2用作低压级制冷剂，高压级用作NH3或HFC-134a制冷剂。 日产汽车从2004年开始限定销售燃料电池车“X-TRAIL FCV”，配备了日产和卡利索尼公司共同开发的二氧化碳制冷剂空调。 使用二氧化碳的优点有： (1)与现在使用的氟利昂替代物相比温室效应小；(2)是自然资源；(3)不燃性；(4)低温下的制冷剂密度大，暖气效果高；(5)如果回收利用从工厂排出的二氧化碳，可以减少二氧化碳排放量，制冷剂生

9、产设施另外，两家公司计划在汽油车上安装这台空调。 以二氧化碳为制冷剂时，可以利用二氧化碳的超临界循环对车内进行暖气，所以空调系统只需要一套。 一般来说，由发动机驱动的车辆在采暖时以内燃机为热源，在制冷时并用利用氟利昂替代物的2套空调系统。1MPa=145psi=10bar=10kg公斤1bar (巴)=1kg=10米水柱所有的PSI英语都被称为“Pounds per square inch”。 p是磅，s是平方方，I是英寸英寸。 将所有单位替换为米单位即可算出：1bar14.5psi1psi=6.895kPa=0.06895bar欧美等国家习惯以psi为单位使用在中国，我们一般用“公斤”而不是“斤”来描述气体的压力，身体单位是“kg/cm2”，1公斤的压力是1公斤的力作用于1平方分之一。国外常用的单位是“Psi”，具体的单位是“lb/in2”，也就是“磅/平方英寸”，这个单位就像华氏(f )。此外，还有Pa (帕斯卡、一牛顿作用于一平方米)、KPa、Mpa、Bar、毫米水柱、毫米水银柱等压力单位。一巴(bar )=0. 1毫帕(MPa )=100千帕(kpa )=1. 019