CN106828032A - 一种蒸汽压缩辅助过冷的二氧化碳汽车空调系统 - Google Patents

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刘圣春
王海丹
李正
王洁冰
刘坤
王秀磊
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Abstract

本发明公开了一种蒸汽压缩辅助过冷的CO2汽车空调系统。本发明包括非共沸混合制冷剂蒸汽压缩辅助制冷系统和CO2跨临界制冷系统；非共沸混合制冷剂蒸汽压缩辅助制冷系统由依次连接的辅助系统压缩机、过冷器、节流阀和冷凝器组成；CO2制冷系统由依次连接的主循环压缩机、气体冷却器、过冷器、节流阀和蒸发器组成。本发明采用辅助循环对气体冷却器出口的制冷剂进行过冷，通过小容量的辅助循环即可将气体冷却器出口的CO2冷却，易于实现，并且可将其温度降至环境温度以下，能显著减小高压CO2节流过程中的不可逆损失。

Description

一种蒸汽压缩辅助过冷的二氧化碳汽车空调系统
技术领域
本发明涉及环保制冷剂技术，制冷空调领域，尤其涉及一种非共沸混合制冷剂蒸汽压缩辅助过冷的CO2跨临界制冷循环汽车空调制冷系统。
背景技术
随着我国经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，我国汽车数量日益增加。现在汽车空调制冷系统以整齐压缩制冷循环为主，一般均采用蒸汽压缩式制冷机组，由制冷压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器组成。
在当前环保和节能双重压力下，发展绿色制冷剂是大势所趋。现如今能源与环境问题成为限制我国经济和社会发展的重要因素。随着汽车数量的增多，汽车尾气对环境造成很大破坏，其导致温室效应与破坏臭氧层的问题，引起人们的普遍关注，成为限制汽车空调发展的制约因素。
对于目前市场上应用的绝大多数汽车空调，充注的制冷剂大多为R134a，其全球暖化潜势（GWP）高达1300，其亲油性差，与现用冷冻润滑油不相容，还对铜管具有腐蚀作用；汽车在行驶过程中的震动不可避免会导致制冷系统中制冷剂的泄漏，加剧了温室效应。2014年4月欧盟推出了更严格的F-gas条例限制高GWP制冷剂在制冷空调设备的使用，减少温室气体排放、减缓全球变暖已成为现阶段全球环境保护工作面临的首要问题，全球各国也加速推进环保制冷剂替代高GWP的HFC类制冷剂的进程。其中，CO2由于其环境友好的特性被再次受到了人们的普遍关注。挪威科技大学的Lorentzen教授认为CO2是最具潜力的自然工质。CO2有诸多优点：1）环境友好，ODP = 0、GWP = 1；2）安全无毒不可燃，化学性质稳定；3）廉价易获取；4）与润滑油的相容性；5）粘度低、导热系数高，具有良好的热物性以及流动和传热特性；6）单位容积制冷/热量较高，与普通工质相比，CO2设备体积更加小巧紧凑。然而，由于CO2的临界温度仅为31.1℃，而临界压力高达7.38MPa，其运行压力较高、节流损失大，造成CO2跨临界循环效率低于常规制冷剂系统，这是限制其推广应用的最主要原因。
因此，迫切需要新的技术来降低汽车空调的能耗，充注零臭氧消耗潜值（ODP）、低GWP的制冷剂保证制冷系统的环境友好。
发明内容
本发明目的在于提供一种非共沸混合制冷剂蒸汽压缩辅助过冷的CO2跨临界制冷循环汽车空调制冷系统，通过非共沸混合制冷剂蒸汽压缩辅助制冷系统实现对气体冷却器出口的制冷剂进行过冷，提高制冷系统的性能和整车的能效；使用自然工质CO2，保证制冷系统的环境友好。
为了解决以上问题，本发明所采取的技术方案是：提出一种蒸汽压缩辅助过冷的CO2汽车空调系统，包括非共沸混合制冷剂蒸汽压缩辅助制冷系统和CO2跨临界制冷系统；非共沸混合制冷剂蒸汽压缩辅助制冷系统由依次连接的辅助系统压缩机、过冷器、节流阀和冷凝器组成； CO2制冷系统由依次连接的主循环压缩机、气体冷却器、过冷器、节流阀和蒸发器组成。
CO2制冷系统内充注的工质为CO2，低温低压的CO2蒸汽进入压缩机吸气口，由压缩机压缩至高温高压超临界流体，进入气体冷却器放热，此时的制冷剂温度稍高于环境温度。后进入CO2冷却蒸发器与辅助循环的制冷剂进行换热，经过节流阀膨胀节流后变为低温低压的气液两相流体，进入蒸发器吸收车厢内的热量，而后进入压缩机，完成制冷循环。CO2从气体冷却器中流出，出口温度较高，可通过增加辅助制冷循环的蒸发过程将主循环中CO2的过冷过程放出的热量转移到冷却水或大气环境，实现CO2过冷，进而减小节流损失。
本发明具有的优点和积极效果是：
（1）制冷系统的制冷剂为自然工质CO2。CO2的GWP为1，ODP为0，安全无毒不可燃、廉价易获取，是环境友好的制冷剂，与现有汽车空调使用的制冷剂相比，大大缓解了温室效应，环保优势明显。
（2）CO2相对于现在使用的制冷剂，更适用于较低温度的制冷工况，具有较高的单位容积制冷量，压缩机的体积和制冷剂的充注量减小，降低了制冷系统的重量以及整车的车重，从而降低了冷藏车的油耗。
（3）采用辅助循环对气体冷却器出口的制冷剂进行过冷，通过小容量的辅助循环即可将气体冷却器出口的CO2冷却，易于实现，并且可将其温度降至环境温度以下，能显著减小高压CO2节流过程中的不可逆损失。
（4）在辅助循环中采用非共沸混合工质，其在换热器的相变过程中存在温度滑移，饱和温度随蒸发过程的进行逐渐升高，与CO2的温度变化形成良好的温度匹配，减小了冷却蒸发器换热过程中的不可逆损失，提高了循环整体的热力学完善度，改善了循环运行性能。非共沸混合工质的各组元选用低GWP制冷剂，环境友好。
附图说明
图1为本发明的系统示意图；
图中：1、压缩机；2、气体冷却器；3、辅助循环压缩机；4、辅助循环冷凝器；5、辅助循环节流阀、6、CO2冷却蒸发器；7、节流阀；8、蒸发器。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1，本发明核心是非共沸混合制冷剂蒸汽压缩辅助制冷系统。本你是要新型包括非共沸混合制冷剂蒸汽压缩辅助制冷系统和CO2跨临界制冷系统；非共沸混合制冷剂蒸汽压缩辅助制冷系统由依次连接的辅助系统压缩机、过冷器、节流阀和冷凝器组成； CO2制冷系统由依次连接的主循环压缩机、气体冷却器、过冷器、节流阀和蒸发器组成。
本实施例的非共沸混合制冷剂蒸汽压缩辅助过冷的CO2跨临界制冷循环汽车空调制冷系统的工作原理是：
第一步：低温低压的CO2蒸汽进入压缩机1吸气口，由压缩机压缩至高温高压超临界流体，进入气体冷却器2放热，由于气冷器存在换热温差，此时的制冷剂温度稍高于环境温度。
第二步： CO2流体进入CO2冷却蒸发器6，辅助循环中的非共沸混合制冷剂进入压缩机3，在冷凝器4与节流阀5中进行冷凝节流。
第三步：低温高压超临界CO2流体经过节流阀7膨胀节流后为低温低压的气液两相流体状态，进入蒸发器8吸收环境中的热量，而后进入压缩机1，完成制冷循环。

Claims (1)

1.一种蒸汽压缩辅助过冷的二氧化碳汽车空调系统，其特征是，包括非共沸混合制冷剂蒸汽压缩辅助制冷系统和CO2跨临界制冷系统；非共沸混合制冷剂蒸汽压缩辅助制冷系统由依次连接的辅助系统压缩机、过冷器、节流阀和冷凝器组成； CO2制冷系统由依次连接的主循环压缩机、气体冷却器、过冷器、节流阀和蒸发器组成。
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