【正文】 潤滑油所需具備的重要性能。一般的 潤滑油絕緣性能是良好的，但當(dāng)油中含有水分、灰塵等雜質(zhì)時(shí)， 其絕緣性能就會(huì)降低。 2．與 R134a相溶的潤滑油種類 目前能與 R134a相溶的潤滑油有 PAG和 POE（ ester）兩類，但 這兩種潤滑油都不是最理想的。 69 國內(nèi)也正在研制 POE 油。 PAG是早就作為高級(jí)齒輪潤滑用的合 成油。一般制冷系統(tǒng)對(duì)溶于 R134a制冷劑的潤滑油有基本要 求，見表 26。 項(xiàng) 目 汽車空調(diào) 家用電冰箱 粘 度 活塞式壓縮機(jī) 10cSt(100)℃ （ 15～ 32)cSt(40℃ ) 回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī) 20cSt(100)℃ (32～ 56)cSt(40℃ ) 與制冷劑的互溶性 溫度上限 ＞ 80℃ ＞ 80℃ 溫度下限 ＜ 20℃ ＜ 40℃ 抗磨損性 與 R12/礦物油相同 與 R12/礦物油相同 吸水性 低 低 酸值 ＜ ＜ 抗鍍銅能力 ＜ l ＜ 1 與系統(tǒng)材料的相溶性 與 R12/礦物油相同 與 R12/礦物油相同 電阻率 () _ ＞ 1012 70 PAG是一種合成多元醇，由于有不同的分子結(jié)構(gòu)而分成許多 種類，分別呈現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)。 PAG的吸水性很強(qiáng)。 PAG與礦物油、 R12及清洗用的 R11不兼容。在汽車空調(diào)使 用時(shí)，必須徹底清洗干凈，否則將縮短壓縮機(jī)壽命。 PAG與較多的彈性材料不相容，會(huì)造成壓縮機(jī)或系統(tǒng)密封性不良，需要新設(shè)計(jì)零件。 PAG的絕緣性能不好，用在全封閉壓縮機(jī)中要慎重。另外價(jià)格比礦物油貴 4～ 5倍。 POE（ ester）是一種合成多元醇酯，又稱為酯類油，由精 選的多元醇酯基礎(chǔ)油和添加劑配制而成。主要成分是季戊四 醇、三甲基丙酮和各種直鏈或支鏈型酯酸。 71 POE與 R134a 、 R11及 R12等制冷劑互溶，具有較好的抗磨 性、潤滑性、穩(wěn)定性和防腐性。由于添加劑不同，各種 POE的性 能略有不同。 POE與 R134a互溶性很好，即使蒸發(fā)器溫度低至 30℃ 也不會(huì) 出現(xiàn)沉積現(xiàn)象。臨界溶解溫度見表 27，表中的 SW油是 POE油。 制冷劑種類 潤滑油牌號(hào) POE 與制冷劑的臨界溶解溫度 R12 R502 R22 R134a IcematicSW10 ＜ 50 ＜ 50 ＜ 50 ＜ 50 SW22 ＜ 50 ＜ 50 ＜ 50 ＜ 39 SW32 ＜ 50 ＜ 50 ＜ 50 ＜ 50 SW68 ＜ 50 ＜ 50 ＜ 50 ＜ 40 SW100 ＜ 50 ＜ 50 ＜ 50 ＜ 33 SW150 ＜ 50 ＜ 50 ＜ 50 ＜ 28 SW220 ＜ 50 ＜ 50 ＜ 50 ＜ 50 72 POE吸水性比礦物油強(qiáng) ,從大氣中吸收水分的飽和量可超過 %。但水分與油結(jié)合緊密，不會(huì)在系統(tǒng)中結(jié)冰。 POE對(duì) R1礦物油較不敏感，當(dāng)制冷系統(tǒng)中礦物油等殘留 物總量占潤滑油總重量 5%以下時(shí)，對(duì) POE性能影響不明顯。 POE是合成油，由于生產(chǎn)工藝、水分及添加劑造成合成油的 酸度比礦物油高，水分的增加將使酸度進(jìn)一步增高，所以處理 POE時(shí)應(yīng)特別注意使它與空氣接觸的機(jī)會(huì)減至最小，儲(chǔ)存 POE的 容器應(yīng)密閉或用氮封。 POE在高溫下會(huì)分解成水、二氧化碳和足以腐蝕金屬的酸。 但這種分解必須要以鐵為催化劑，所以需要在 POE中加一種金屬 鈍化劑保護(hù) POE不分解。 POE中加了極限壓力添加劑后耐磨性良 好。 73 R134a中不含氯，而且具有很好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，但不能幫助潤滑，因而潤滑的重?fù)?dān)全部由潤滑油承擔(dān)。所以適用的冷凍機(jī)油的潤滑性能，即抗磨性能顯得格外重要，需要加入極限壓力添加劑。 極限壓力添加劑能與運(yùn)動(dòng)件表面反應(yīng)或粘附于運(yùn)動(dòng)件表面，形成潤滑性強(qiáng)的化合物，可有效地提高整個(gè)油膜厚度，所以又稱為膜型成劑。 POE 是高度極化的化合物，容易粘附于金屬表面，不能用一般的添加劑，而需要一種能大大提高 POE 承壓能力的添加劑。用磷酸酯添加劑能得到相當(dāng)于或優(yōu)于 R12/礦物油的抗磨潤滑性能。 POE與高丁腈橡膠、氯丁橡膠等彈性材料有較好的相溶性。POE與絕緣材料 PET有比較好的相溶性，與在礦物油中相似。 74 潤滑油性能 PAG 改性 PAG POE 礦物油 互 溶 性 與 R134a 較好 較好 很好 不溶 與 R12 不溶 不溶 很好 很好 與 礦物油 不兼容 不兼容 少量兼容 很好 熱穩(wěn)定性 差 略差 好 吸濕性 差 差 較差 較好 潤滑性（抗磨損性） 差 一般 較好 較好 與彈性材料相溶性 差 差 差 較好 抗鍍銅能力 差 差 較好 好 電絕緣性 差 一般 較好 好 表 28不同潤滑油的性質(zhì)對(duì)比 表 28是不同潤滑油的性質(zhì)對(duì)比 。 75 潤 滑 油 項(xiàng) 目 PAG1 PAG2 改性 PAG POE 要求值 粘度（ cSt） 40℃ 100℃ 10℃ 以上 粘度指數(shù) 187 201 179 95 二相分離時(shí)的溫度（ ℃ ） （油 / R134a = 2/8） 高溫 46 69 80 80以上 80以上 低溫 50以下 50以下 50以下 23 20以下 飽和水分量 t（ 25℃ ）（％） 表 29是適用 R134a制冷劑的潤滑油特性 。 從表 29和表 210可以看出， POE對(duì) R134a的相溶性好于 PAG 對(duì) R134a的相溶性。 表 29適用 R134a制冷劑的潤滑油特性 76 第五節(jié) 跨臨界 CO2壓縮式制冷循環(huán) 一、 CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)原理簡介 現(xiàn)在的 CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)是采用跨臨界制冷循環(huán)，所謂跨臨界循環(huán)，就是循環(huán)中制冷劑的放熱過程在臨界點(diǎn)以上，為非凝結(jié)相變的放熱；制冷劑的吸熱過程在臨界點(diǎn)以下，為有相變的蒸發(fā)吸熱過程，整個(gè)循環(huán)跨越臨界點(diǎn)。 由于 CO2臨界溫度低 (℃ )、臨界壓力高 ,無法實(shí)現(xiàn)通常的壓縮 — 冷凝一節(jié)流膨脹 — 蒸發(fā)的循環(huán)過程。 77 跨臨界系統(tǒng)如圖所示，由壓縮機(jī) C、氣體冷卻器 G,內(nèi)部熱交換器I,膨脹閥 V,蒸發(fā)器 E及儲(chǔ)液器 A組成。 圖 28a跨臨界系統(tǒng) 78 氣態(tài)制冷劑在壓縮機(jī)中由 P1被升壓至 P2,在壓焓圖上為過程 fa，然后進(jìn)入氣體冷卻器中被冷卻為過程 a b。為了提高制冷系數(shù) ,從氣體冷卻器出來的高壓氣體在內(nèi)部熱交換器中進(jìn)一步冷卻，這是利用壓縮機(jī)吸氣管前面的低溫 低壓蒸氣過熱的回?zé)嵩韺?shí) 現(xiàn)的，為過程 bc。經(jīng)膨脹 閥減壓后的氣體被冷卻，且 部分氣體液化，為過程 cd。 濕蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器 E內(nèi)吸熱氣 化，產(chǎn)生制冷作用為過程 d e。 79 蒸發(fā)器中的液體并不全部氣化，而是設(shè)計(jì)成有少量液體盈余，這對(duì)充分利用蒸發(fā)器有效容積、提高換熱效率是十分有利的，因此在蒸發(fā)器出口須配置儲(chǔ)液干燥器，以防止壓縮機(jī)液擊和便于壓縮機(jī)回油，回油管路如圖 28a中虛線所示，該儲(chǔ)液干燥器與 CCOT系統(tǒng)中的氣液分離器相似。 從儲(chǔ)液器出來的低壓飽和蒸氣進(jìn)入內(nèi)部熱交換器的低壓側(cè)通道，吸收從壓縮機(jī)排出的高溫高壓的超臨界氣體的熱量后，成為過熱蒸氣進(jìn)入壓縮機(jī)，為過程 ef。 80 二、 CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)部件實(shí)現(xiàn) CO2跨臨界系統(tǒng)的工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般制冷系統(tǒng)，蒸發(fā)壓力為 3～ 4MPa,冷卻壓力為 10～ 11MPa,這給壓縮機(jī)及管路的設(shè)計(jì)和密封造成一定難度。 但 CO2具有相當(dāng)大的單位容積制冷量，為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、效率高的制冷部件提供了可能性。 CO2跨臨界系統(tǒng)對(duì)壓縮機(jī)的影響最大，需重新設(shè)計(jì)。 氣體冷卻器采用逆流式，多管數(shù)、小管徑的管片式結(jié)構(gòu)或平行流式結(jié)構(gòu)都可能適用。 蒸發(fā)器則適宜采用管片式或平行流式結(jié)構(gòu)，層疊式結(jié)構(gòu)不適宜高壓的 CO2系統(tǒng)。 CO2空調(diào)系統(tǒng)還有一些難題尚待解決，例如耐高壓的密封材料、 CO2與潤滑油的互溶性問題，當(dāng)壓力升高時(shí)，互溶性提高，反之，互溶性下降會(huì)造成蒸發(fā)器內(nèi)油沉積而影響傳熱。 81 1．壓縮機(jī) CO2等熵指數(shù) k值高、低壓高 ,壓縮比小，可減小壓縮機(jī)余隙容積的再膨脹損失，使壓縮機(jī)的容積效率較高。吸排氣壓力均比 R134a壓縮機(jī)大得多，因而選擇壓縮機(jī)類型及合理的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和理論研究， 設(shè)計(jì)家認(rèn)為柱塞和軸塞式的往復(fù)式壓縮機(jī)，可以憑借油潤滑，在氣缸壁和活塞之間存在良好的油膜滑動(dòng)密封，是 CO2制冷系統(tǒng)的首選。 因此，汽車空調(diào)系統(tǒng)中使用的二氧化碳?jí)嚎s機(jī)采用往復(fù)式結(jié)構(gòu)， DANFOSS公司研制了三缸斜盤式壓縮機(jī)、 Bock公司研制了兩缸立式活塞式客車空調(diào)壓縮機(jī)。 由于應(yīng)用于汽車空調(diào)系統(tǒng)的 CO2壓縮機(jī)氣缸體積小，以及存在潛在的高沖擊速度，必須采用更為先進(jìn)的閥門。 82 2．熱交換器 CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)熱交換器包括蒸發(fā)器、氣體冷卻器和內(nèi)部氣體換熱器。 CO2制冷循環(huán)中散熱由氣體冷卻器完成。在氣體冷卻器中，二氧化碳工作在超臨界狀態(tài)下，始終處于氣態(tài)，并不發(fā)生一般冷凝器中的冷凝液化過程。 受二氧化碳熱物性的制約，氣體冷卻器制冷劑側(cè)壓力很高，達(dá) 10～ 11MPa，另外，由于二氧化碳處于超臨界狀態(tài)，出口溫度獨(dú)立于出口壓力，使它可以有較大的壓降。因此，制冷劑側(cè)往往設(shè)計(jì)成較大的流量密度 600～ 1200kg/s.㎡ 和較小的管徑。同時(shí)，小管徑也有助于承受較高的壓力。 CO2采用小迎風(fēng)面積、長空氣流道、低空氣流速逆流式換熱器。采用逆流式的氣體冷卻器接近方形，緊湊的結(jié)構(gòu)和較小的 83 空氣流量可以使汽車空調(diào)中的氣體冷卻器不一定放在散熱器前，也可不放在汽車前部，有利于汽車設(shè)計(jì)整體優(yōu)化，也避免了增加散熱器的負(fù)荷以及車底熱空氣進(jìn)入冷卻器中。 “ 平行流 ” 氣體冷卻器 ,一組平行的小直徑換熱管構(gòu)成一個(gè)整體以便于制造。 3．其它部件 CO2跨臨界制冷循環(huán)，節(jié)流前的高壓制冷劑不是冷凝液體，環(huán)境溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響大為減小，系統(tǒng)性能基本上由高壓側(cè)壓力所決定，可以通過控制膨脹閥的大小調(diào)節(jié)高壓側(cè)壓力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)冷量的控制。 CO2跨臨界制冷循環(huán)具有在一定范圍內(nèi)可連續(xù)調(diào)節(jié)冷量的優(yōu)點(diǎn)，受環(huán)境影響不大，適用汽車空調(diào)系統(tǒng)。 節(jié)流控制元件一般采用自動(dòng)控制閥。在系統(tǒng)中還采用了 84 貯液器，用以防止壓縮機(jī)液擊和便于壓縮機(jī)回油。 貯液器容量設(shè)計(jì)比實(shí)際的大，以適應(yīng)不同工況要求，為防止水與 CO2反應(yīng)產(chǎn)生腐蝕，應(yīng)在貯液器中設(shè)置干燥器。 此外，出于 CO2系統(tǒng)高工作壓力和汽車空調(diào)具體特點(diǎn)考慮，管路應(yīng)采用小口徑銅管及采用性能良好的接口，以減少泄漏。 出于安全考慮，系統(tǒng)需要設(shè)高低壓保護(hù)裝置，壓縮機(jī)需設(shè)安全閥等裝置。 CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)換熱器及安全裝置設(shè)計(jì)參數(shù)如表210所示。 設(shè)計(jì)參數(shù) 氣體冷卻器 蒸發(fā)器 運(yùn)行時(shí)最大壓力 15 停止運(yùn)行時(shí)最大壓力 12 12 壓縮機(jī)高壓開關(guān) 16 — 高壓安全設(shè)定值 17 12 最小爆破壓力 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