濕壓縮—吸收式二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)特性研究.pdf

1、目前，在眾多CFC／HCFC制冷劑的替代物中，天然制冷劑二氧化碳(CO<,2>，R744)的應用受到廣泛重視，特別是在汽車空調(diào)系統(tǒng)這一特殊的應用領域。但是由于CO<,2>獨特的熱物理性質(zhì)，目前國內(nèi)外CO<,2>汽車空調(diào)系統(tǒng)的研究開發(fā)主要以跨臨界循環(huán)為主，該制冷循環(huán)系統(tǒng)的運行壓力遠遠高于傳統(tǒng)的氟利昂汽車空調(diào)系統(tǒng)。在此高壓下，系統(tǒng)的零部件、系統(tǒng)的安全性都需要進行重新設計和評估，替代成本比較高，這也是目前跨臨界CO<,2>汽車空調(diào)系統(tǒng)工程應用

2、所面臨的最主要的困難和挑戰(zhàn)。 借鑒有關(guān)吸收式制冷循環(huán)的特點，在跨臨界循環(huán)中加入對CO<,2>吸收性能良好的高沸點的吸收劑，組成全新的濕壓縮．吸收循環(huán)(WCA Cycle，wet-compression absorption cycle)。WCA循環(huán)結(jié)合了蒸汽壓縮式循環(huán)與吸收式循環(huán)的特點，由于吸收劑對CO<,2>的吸收作用，在相同溫度水平的高低溫熱源環(huán)境下，可大幅度降低系統(tǒng)的工作壓力，從而有可能規(guī)避跨臨界循環(huán)所面臨的高壓問題，本文

3、對此類空調(diào)系統(tǒng)特性進行了探索和研究。 本文首先采用經(jīng)典的熱力學理論，對純制冷劑的濕壓縮制冷循環(huán)進行了分析。結(jié)果表明：對大部分制冷劑，制冷循環(huán)中采用濕壓縮時，性能有所下降。而對CO<,2>來講，濕壓縮制冷循環(huán)隨壓縮機吸入CO<,2>的干度下降而急劇下降。只有NH<,3>工質(zhì)采用濕壓縮是有利的，但是該益處難以補償濕壓縮對壓縮機可靠性帶來的技術(shù)上的挑戰(zhàn)。對混合制冷劑，常規(guī)的如R407C，也不適宜采用濕壓縮循環(huán)。而唯有CO<,2>／吸

4、收劑系統(tǒng)，相比跨臨界循環(huán)，采用濕壓縮吸收技術(shù)具有相對的競爭力。 針對WCA CO<,2>制冷循環(huán)，本文首先建立了基于狀態(tài)方程的CO<,2>／吸收劑物系的熱力參數(shù)計算模型，該模型只需要每一個組分的臨界參數(shù)等很少的輸入?yún)?shù)，就可以估算混合物系的熱力參數(shù)，為系統(tǒng)模擬打下基礎。利用該方法可以快捷的評估新的制冷劑／吸收劑混合物的特性，從而加快了吸收劑的篩選進程。本文以N-甲基吡咯烷酮(C<,5>H<,9>NO)為具體的吸收劑，計算了有關(guān)的

5、熱力性質(zhì)圖表。在此基礎上，建立了WCA CO<,2>制冷循環(huán)模型，并對循環(huán)進行了敏感性分析。分析表明中間換熱器效率對循環(huán)的性能有比較大的影響；當吸收器出口溫度和節(jié)流閥入口溫度一定時，系統(tǒng)的最優(yōu)循環(huán)比在13％左右；而當壓縮機的吸氣壓力保持不變時，系統(tǒng)的最優(yōu)循環(huán)比在17％～27％之間。 本文在現(xiàn)有部件的基礎上搭建了國內(nèi)第一套WCA CO<,2>汽車空調(diào)樣機及配套實驗臺架，該樣機與R134a系統(tǒng)完全兼容。著重對循環(huán)比以及回熱器對系統(tǒng)

6、性能的影響進行了研究。通過實驗，驗證了理論預測的最優(yōu)循環(huán)比。針對汽車空調(diào)有代表性的8個工況，對WCA CO<,2>系統(tǒng)和R134a系統(tǒng)進行了對比實驗，實驗結(jié)果表明，總體上該系統(tǒng)的制冷量和COP都比R134a系統(tǒng)低。若考慮運行時間進行加權(quán)分析，則制冷量到目前R134a的80％，COP約為50％。與結(jié)構(gòu)尺寸相近的跨臨界CO<,2>制冷系統(tǒng)相比，COP基本相當，而制冷量約為55％?？紤]到該系統(tǒng)完全在現(xiàn)存部件的基礎上搭建，硬件系統(tǒng)性能還有進一步