一种汽车空调用环保制冷剂-CO2

　　近几年来气候的变化对人类生存环境的影响越来越大,给世界很多国家都造成过了巨大的经济损失,为保护臭氧层并减缓温室效应对气候变化的影响,对汽车空调用环保制冷剂又有了新的要求。HFCS是当前最具环境隐患的含氟温室气体,面对HFCS的影响,国际社会已形成对其进行法律或政策规范的趋势,国际绿色和平组织呼吁国际各国逐步淘汰氢氟碳化物(HFCS) R-134a;欧盟于2006年7月4日起正式实施出台了关于汽车空调系统排放物的法规DIRECTIVE 2006/40/EC,该法规要求,自2011年1月1日起,在欧盟境内生产和销售的所有新的设计车型,不允许使用GWP值大于150的制冷剂;自2017年1月1日起,在欧盟境内生产和销售的所有新车,禁止使用GWP值大于150的制冷剂;并要求其成员国自2007年7月4日起出台一系列措施限制HFCS、PFCS和SF6的使用。由于目前行业内广泛使用的R134a制冷剂的GWP值为1300,因此制冷剂R134a的逐步淘汰、新的低GWP值的制冷剂的使用将成为必然趋势,目前各国都在积极寻找一种新的并且能一劳永逸的环保制冷剂。在新型环保制冷剂方面,介绍一种无污染的自然制冷剂)CO2(R744)。

　　1 CO2热力学参数

　　二氧化碳(CO2)的临界温度30412K,临界压力7139MPa,蒸发热57315kJ/kg (沸点),由于CO2的临界温度很低,因此CO2的放热过程不是在两相区冷凝,而是在接近或超过临界点的区域的气体冷却器中放热。在CO2跨临界制冷循环中,其放热过程为变温过程,有较大的温度滑移。这种温度滑移正好与所需的变温热源相匹配,是一种特殊的劳伦兹循环,图1是该制冷剂的热力学参数(T-P)。

　　2 CO2自然制冷剂优点

　　自然制冷剂环境参数良好, GWP值为零, ODP值也为零,无毒性,不可燃,存在于空气中,植物光合作用的产物,资源丰富,良好的自然制冷剂,由于其良好的自然性,不用考虑像HCFCS、和HFCS等化学制冷剂因泄漏造成污染环境问题。

　　自然制冷剂具有与制冷循环和设备相适应的热力学性质。蒸发潜热较大,单位容积制冷量相当高。具有良好的输运和传热性质。导热系数较高,黏度较低,比热容较大。液体密度和蒸气密度值比较小,在低压下两相流动较为均匀,有利于节流后各回路间制冷剂的均匀分配,较小的表面张力能够提高沸腾区的蒸发换热系数。优良的流动和传热特性,可显著减小压缩机与系统地尺寸,使整个系统非常紧凑[1]。

　　3 CO2制冷剂制冷性能特性

　　图2是各制冷剂温度和压力对比曲线图。由于CO2跨临界循环的工作压力较高,高压可达10MPa,约为传统工质CFCs或HCFCs系统压力的6~8倍,所以系统中工质流经的管路系统要通过安全性检验。但是由于CO2的容积制冷量为R134a的8倍,系统所需CO2的容积流量很小,而爆炸能为压力和容积的函数,因此系统的工质压力P虽高,但是容积V较小,所以爆炸能增加并不大,以可靠性理论为依据,根据CO2跨临界制冷系统管路可靠性的不同影响因素及其变化规律,对不同管材情况下的可靠性进行深入地研究与分析,得到如下结论:当管路系统的管外径给定时,只要合理地选择管材和管壁厚度,就能保证系统在给定压力下运行的可靠性及安全性, CO2跨临界循环较高的运行压力是可以得到合理解决的;现有钢管基本可以直接应用,而现有铜管则需根据外径和壁厚经安全性分析后选用[2]。因此安全性问题不是阻碍CO2临界循环应用的关键问题。