淺析R407C在客車(chē)空調中的應用技術(shù)論文
隨著(zhù)城鄉一體化進(jìn)程的加快，帶動(dòng)了客車(chē)行業(yè)的持續發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)了客車(chē)空調產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。但是，近年來(lái)全球氣候變暖問(wèn)題日益嚴重，引起了各國的高度重視。普遍認為，客車(chē)空調系統在提供舒適性小環(huán)境的同時(shí)也破壞了人類(lèi)生存的大環(huán)境。
R407C 是一種安全、無(wú)毒、不破壞臭氧層的新型環(huán)保制冷劑，具有單位質(zhì)量/ 單位容積制冷量大、能效比高、換熱效率好等優(yōu)點(diǎn)。西方發(fā)達國家有部分客車(chē)空調產(chǎn)品使用了R407C，其中冷王的R407C 制冷系統應用于客車(chē)已經(jīng)量產(chǎn)商業(yè)化。在我國R407C 客車(chē)空調系統已從研究日漸走向應用，某些公司在客車(chē)空調系統中作過(guò)一些R407C 嘗試應用，并有一定的成效[1- 2]。目前由于人們對這種非共沸工質(zhì)的溫度滑移、制冷劑成分變化后對系統的換熱性能的影響不夠了解，影響了R407C 在客車(chē)空調上的應用和推廣。本文將客觀(guān)地探討客車(chē)空調系統應用國際社會(huì )倡導的環(huán)保工質(zhì)R407C 的優(yōu)越性，為R407C 客車(chē)空調器的研發(fā)設計提供參考。
1 R407C 與R134a 對比
1.1 制冷運行工況的確定
汽車(chē)空調系統與一般的空調系統的結構和使用條件均不同�？蛙�(chē)空調90% 以上為非獨立式空調系統。由于發(fā)動(dòng)機轉速變化很大，一般在700 ~2 300 r/min 之間，空調壓縮機轉速隨汽車(chē)發(fā)動(dòng)機轉速的變化而相應變化;特別是城市客車(chē)運行于城市紅綠燈區和�？空局g，平均行駛車(chē)速約30 km/h，并且頻繁停起和開(kāi)關(guān)門(mén)，加之乘員變化很大，所以客車(chē)空調配置要求冷量大、制冷快。
根據客車(chē)空調系統隨環(huán)境和車(chē)速而變工況的特點(diǎn)和實(shí)際情況，客車(chē)空調標準設計工況參數確定如下：冷凝溫度50℃～60℃，蒸發(fā)溫度0℃～5℃，過(guò)冷度5℃，過(guò)熱度10℃，室外溫度35℃，室內溫度27℃，室內相對濕度50%，壓縮機正常轉速1 800 r/min。
1.2 綜合性能分析
R134a 和R407C 都屬于中溫制冷劑，其中R134a 屬于純質(zhì)制冷劑，R407C 屬于多組分非共沸制冷劑。汽車(chē)空調中常用的制冷劑有R134a，但是R134a 有很多的缺點(diǎn)。它不但具有較高的、非常令人擔憂(yōu)的溫室效應指數，而且R134a 親油性差，還對銅有腐蝕性，但和鐵、鋁共存穩定性較好。另外，根據新的報道，R134a 在大氣中分解會(huì )產(chǎn)生一種吸濕力較強的具有腐蝕性的液體，可在不同地方聚集，對人體的健康有一定的危害。而R407C 為非共沸混合工質(zhì)，它是R32/R125/R134a 三種冷媒以混合質(zhì)量比為23∶25∶52 而成的非共沸混合物。R407C 作為新型制冷劑正逐步被世人所認知，它具有清潔、低毒、不燃、制冷效果好、節能、環(huán)保等特點(diǎn)，已經(jīng)大量用于空調行業(yè)。R407C單位容積制冷量大，熱力性質(zhì)優(yōu)異，與酯類(lèi)潤滑油相溶;與鐵、銅、鋁共存，穩定性較好;但是具有較高的冷凝壓力，在車(chē)載空調上使用有待進(jìn)一步研究。
1.3 理論熱力循環(huán)計算
1)純工質(zhì)R134a 熱力性能計算。對于純工質(zhì)R134a，飽和溫度和飽和壓力是一一對應的。蒸發(fā)壓力Pe 和冷凝壓力Pc 可根據蒸發(fā)溫度te 和冷凝溫度tc 確定。
2)混合工質(zhì)R407C 熱力性能計算。由于R407C 為非共沸制冷劑，在相同壓力條件下，相變時(shí)存在溫度滑移現象，氣相飽和溫度(露點(diǎn)溫度)和液相飽和溫度(泡點(diǎn)溫度)是不同的。本文選擇露點(diǎn)溫度和泡點(diǎn)溫度的算術(shù)平均值作為確定工況點(diǎn)的等效平均溫度。用線(xiàn)性插值方法計算出給定的蒸發(fā)(氣相臨界點(diǎn))溫度te和冷凝(液相臨界點(diǎn))溫度tc相對應的蒸發(fā)壓力Pe 和冷凝壓力Pc。
3)熱力性能計算方法和計算程序。根據上述R407C在給定蒸發(fā)溫度te 和冷凝溫度tc 下的蒸發(fā)壓力Pe 和冷凝壓力Pc 的確定方法，Pe 和Pc 及其te 和tc 成為了一一對應的關(guān)系。在確定了制冷循環(huán)的各狀態(tài)點(diǎn)的溫度后，根據過(guò)程特性，可以用NIST 制冷劑和混合制冷劑熱力性質(zhì)計算程序計算出h1、h2、h5、h0、v1 等。利用狀態(tài)方程，根據各點(diǎn)狀態(tài)參數，就可以計算出兩種制冷劑在不同工況下的制冷循環(huán)的各項性能指標，包括單位質(zhì)量制冷量、單位理論功、單位容積制冷量和制冷系數等。有關(guān)狀態(tài)方程如下：?jiǎn)挝恢评淞縬0= h1- h5;單位容積制冷量qv=q0/v1;理論比功w0=h2- h1;制冷系數COP=q0/w0;壓力比π=Pc/Pe。
a. 實(shí)例計算。冷凝溫度56.5℃，蒸發(fā)溫度2℃，過(guò)冷度5℃，過(guò)熱度10℃。特殊工況如表3 所示。冷凝溫度60℃，蒸發(fā)溫度0℃，過(guò)冷度5℃，過(guò)熱度10℃。
實(shí)際工作中，上述方法比較繁瑣，常利用R407C 制冷劑應用程序進(jìn)行模擬計算，和上述方法相比，其計算誤差<5%，在工程上是可以接受的。
b. 混合工質(zhì)R407C 熱力性能分析。由以上理論計算可知，在客車(chē)空調相同的工況下，R407C 的單位理論功比R134a 約高16%，單位容積制冷量比R134a 高43%～50%;R407C 單位制冷量比R134a 高8%～10%，理論制冷系數比R134a 低5%～6%。在相同的工況下，R407C 的吸氣壓力比R134a 高54%～64%，排氣壓力比R134a 高50%～60%;R407C 的壓力比比R134a 低3.5%～4.5%。
2 在客車(chē)空調應用中的技術(shù)探討
2.1 R407C 系統的性能分析
R407C 單位容積制冷量比R134a 高43%～50%，可采用小排量壓縮機達到相同制冷量;能減小客車(chē)空調壓縮機和兩器的體積和重量;能減少客車(chē)空調系統的安裝空間，增加汽車(chē)的機動(dòng)性和降低油耗。
市場(chǎng)上大客車(chē)空調主要使用的BOCK、Thermo King壓縮機都有使用R407C 的產(chǎn)品[7- 8]，制冷劑軟管的爆破壓力均高于12 500 kPa，已滿(mǎn)足爆破壓力是運行壓力的5 倍以上的標準要求。因此，現有的汽車(chē)空調制冷系統的耐壓性能夠適應R407C 的要求。
空調壓縮機作為空調系統的心臟，其安全保護一直是控制的重點(diǎn)。為防止損壞，需要有高壓控制及防液擊的措施。另外，由于汽車(chē)大多時(shí)間在外面行駛，受天氣的影響，其壓力變化較大。為防止系統高壓過(guò)高，最好有安全泄壓閥。
采用R407C 作為制冷劑時(shí)，在相同的工況下，R407C 的吸氣壓力比R134a 高54%～64%，排氣壓力比R134a 高50%～60%;系統的高、低、中壓壓力開(kāi)關(guān)的動(dòng)作壓力值需要調整。同時(shí)為保證制冷系統的回油，設計管路時(shí)要考慮氣體制冷劑的流速，水平管內為不小于3.8 m/s，豎直管內為不小于7.6 m/s。
2.2 R407C 系統的有關(guān)要求
1)R407C 系統對兩器的要求。利用R407C 溫度滑移的優(yōu)勢，城市客車(chē)空調換熱器設計時(shí)可將兩器設計成都是按逆流狀態(tài)換熱，以改善換熱性能，并采取相應的強化換熱措施，彌補采用R407C熱傳導性能較差的不足。
由于系統運行時(shí)壓力比R134a 高，故對兩器的要求也高。不光要考慮壓力的因素，還要考慮汽車(chē)行駛過(guò)程中振動(dòng)所帶來(lái)的強度影響，最好有減振措施。
R407C 與空氣的混合氣體不得用于壓力和檢漏試驗，因為可能會(huì )引起爆炸。推薦系統檢漏壓力為3.2～3.5 MPa，在滿(mǎn)足換熱要求的情況下，管壁的厚度最好大一些。例如，客車(chē)空調頂置蒸發(fā)器是銅管鋁片式，建議銅管為φ9.525×0.41，翅片厚0.15，翅片距2.2 mm，翅片為親水鋁箔;流路按性能設計，但R407C 制冷劑在蒸發(fā)器內的流路長(cháng)建議6～10 m，同時(shí)在冷凝器內的流路長(cháng)建議14～18 m。
2)R407C 系統對膨脹閥和其它零部件的要求。
�、倥蛎涢y。要選擇R407C 專(zhuān)用膨脹閥;膨脹閥并不直接控制系統制冷量。針對城市客車(chē)在不同行駛速度下空調的變化性，膨脹閥在滿(mǎn)足最大制冷量的同時(shí)，要求可調節范圍大，性能良好。以丹佛斯公司的膨脹閥產(chǎn)品為例，制冷劑采用R407C，當制冷量為28 kW，選擇型號為T(mén)DEZ8 熱力膨脹閥;制冷量為21 kW，選擇型號為T(mén)DEZ6 膨脹閥。
�、诠苈�。作為系統中的連接管路，泄漏一直是汽車(chē)空調最頭痛的問(wèn)題。R407C 系統排氣壓力很高，需要增加系統管路壁厚。又因其是非共沸混合物，如果系統泄漏，對性能的影響是很明顯的，這就要求管路系統中盡量少接頭，除干燥器需要經(jīng)常更換、用可拆卸接頭外，不推薦用可拆卸接頭，盡量采用焊接，減少泄漏點(diǎn)，保證系統的密封。
�、鄹稍镞^(guò)濾器。一般選用分子篩作干燥劑。分子篩是硅酸鹽晶體，其晶體結構中有許多孔徑均勻的孔道和內表面很大的孔穴，能吸附分子直徑比孔徑小的分子。
干燥劑：確認兩種適合R407C 冷媒用的干燥劑為XH- 10C 和XH- 11。泄漏要求：在R407C 最高工作壓力3.4 MPa 下，干燥過(guò)濾器的年泄漏量不大于2.8 g/a。結構要求：為防止分子篩磨損，在干燥過(guò)濾器的內部加裝彈簧固定分子篩，使得冷媒在干燥過(guò)濾器內部得到緩沖。安裝位置：POE 油具有水解性，選擇干燥過(guò)濾器安裝在系統液管管路上的蒸發(fā)器入口處。推薦適用于客車(chē)空調干燥過(guò)濾器端面密封接口便于更換和維修。
�、軆σ浩��？照{結構設計時(shí)，避免含有R407C 制冷劑的儲液器過(guò)熱。R407C 熱分解將會(huì )產(chǎn)生具有強烈毒性和強腐蝕性的蒸汽。如果過(guò)熱，儲液器將會(huì )爆炸。
�、� 兼容性。R407C 與R134a 的材料兼容性基本一致;R134a 在汽車(chē)空調系統中已經(jīng)普遍使用，R407C 在工商制冷系統中已廣泛使用;目前的材料技術(shù)已能滿(mǎn)足R407C 的要求。因此，空調系統選用的密封件、軟管、冷凍油等材料與R134a 系統相同。但是在高溫高壓下，一些金屬在催化劑作用下可能發(fā)生化學(xué)反應，從而使制冷劑變質(zhì)。當鎂鋁合金材料中鎂的含量多于2%時(shí)，不能用于R407C 的空調系統。R407C 制冷劑還可能會(huì )與焊接零件的焊接劑發(fā)生反應。
�、奁渌�。R407C 空調系統中的截止閥和四通閥(電動(dòng)客車(chē)熱泵系統用)與其他制冷劑空調系統不同，必須使用專(zhuān)門(mén)R407C 的截止閥和四通閥。
�、� 低溫條件時(shí)，蒸發(fā)器入口處結霜明顯，化霜感溫器位置一般要避免選擇此位置，以防止感溫器頻繁動(dòng)作進(jìn)入化霜程序，影響到制熱效果。
3 結論
1)在客車(chē)空調標準工況下，R407C 系統能大大減小汽車(chē)空調壓縮機和兩器的體積和重量，對提高汽車(chē)的動(dòng)力性能，降低能耗，節約制造成本具有很大的意義。
2)客車(chē)空調R407C 系統有較高的排氣壓力。在相同的工況下，有較大的壓縮機扭矩、單位理論功比R134a 約高16%;制冷劑泄露會(huì )改變組分和熱物性等。
3)通過(guò)提升汽車(chē)空調制冷系統的工藝焊接、加工生產(chǎn)工藝水平，升級氣密性試壓壓力和爆破試驗標準;通過(guò)調整管路和換熱器的壁厚，提高對系統密封件、尤其是冷凝側的氣密性、強度和抗震性的要求;加大壓縮機離合器的扭矩;應該可以彌補客車(chē)空調R407C 系統有較高排氣壓力的缺陷。
4)將R407C 用于客車(chē)空調制冷系統與R134a 相比，可以降低壓縮機的排量和降低成本�？紤]到重量因素和理論循環(huán)的制冷系數等，R407C 系統運行經(jīng)濟指標和安全可靠性方面，與R134a 基本相同。
5)采用R407C 空調制冷系統，體現了安全和環(huán)保新理念，是輕量化、舒適化及節能化的發(fā)展方向。
【淺析R407C在客車(chē)空調中的應用技術(shù)論文】相關(guān)文章：
淺析鋼琴中的切割式教學(xué)論文02-18
論文：淺析數學(xué)教學(xué)中數學(xué)語(yǔ)言研究03-24
淺析廣告傳播中的話(huà)題設置論文12-20
淺析暖通空調系統課程教學(xué)改革與實(shí)踐的論文12-05
淺析農業(yè)建設中的風(fēng)險評估問(wèn)題論文02-26
淺析郭沫若《女神》中的積極浪漫主義論文06-09
虛擬現實(shí)技術(shù)在電視中的應用技術(shù)發(fā)展論文03-17
- 相關(guān)推薦