绪论第一章 空调

汽车空调天津科技大学汽车教研室2013年10月1课程简介：

本课程介绍有关汽车空调的基本理论，包括蒸汽压缩制冷循环的基本原理；压缩机、蒸发器、冷凝器和节流装置等的结构、工作原理。课程安排及考核：

总学时20课时，讲课18学时，实验2学时；考核：100分钟闭卷考试；参考资料：

汽车供暖与空调系统,机械工业出版社,(美)B.H.德威金斯著.2本课程主要学习内容空气调节的发展历史汽车空调的制冷原理汽车空调制冷系统类型和结构组成汽车空调装置分类和布置汽车空调采暖与通风汽车空调控制系统汽车空调技术的发展3空调的应用456绪论重点：1空调的定义2汽车空调的功用一空调（空气调节）的定义通常讲的空调指的是什么？汽车空调具有哪些功能？所谓空调，既是按照人们的使用目的，用人为的方法把一定空间范围内的空气温度、湿度、洁净度和气流速度调节控制在要求的范围内的过程。7二汽车空调的功用提高驾乘的舒适性和安全性。

温度：夏季22℃～28℃，冬季16℃～18℃；

湿度：夏季50％～60％，冬季40％～50％；

空气流速：在0.2m／s以下低速流动最佳。洁净度

主要有四个方面：1）制冷；2）取暖（除霜）；3）空气的更换和净化；4）控制车内空气的湿度（除雾）。绪

论舒适性安全性良好的视线81.前风窗玻璃除霜、除雾2.前车门玻璃除霜除雾3.侧面通风口4.中间通风口5.前排下部通风口6.后排下部通风口9三空气调节及汽车空调的发展历史15世纪末，意大利达·芬奇制造了第一台通风机，为空调工程准备了基本条件；1872年美国波义耳设计制成了第一台氨制冷压缩机，为空调工程的发展奠定了坚实的基础。19世纪后半叶，克勒谋（StuartW.Cramer）设计并在纺织厂安装了空气调节系统，获得了60多项专利权。1906年，克勒谋正式定义了AirConditioning的英语名称。1901年，开利尔（WillisH.Carrier）创建了世界上第一所暖通实验室，在空调发展史上建立了一个重要的里程碑，美国人尊称他为“空气调节之父—FatherofAirConditioning”。绪论101927年，第一台暖风汽车空调在美国出现。1940年，美国通用开始生产制冷空调。1954年，美国通用首先在纳什(NASH)牌轿车上安装了冷暖一体化的空调系统。1964年，美国通用汽车公司将自动控制的汽车空调系统安装在卡迪拉克轿车上。1973年，美国通用和日本五十铃公司联合开发了微机控制的汽车空调。从此，功能完备的汽车空调便在全球得到普及应用。绪论11四我国汽车空调的发展1966年，长春一汽接受为中央首长制造红旗保险车的任务，此前，在外事活动中乘用前苏联制的吉斯--115型无空调装置的保险车，夏季使用时用冰块制冷。1969年工程技术人员成功研制出第一台汽车空调装置，并安装在红旗保险车上。1971年开始，第一机械工业部拨款在一汽建立了压缩机、蒸发器、冷凝器生产车间，开始批量生产汽车空调装置。1980年，一汽为红旗牌高级旅游车设计制造了客车空调装置。绪论121986年，一汽完成了出口的解放牌载重车，援苏丹广播车，援越南冷藏车，中苏边界冲突中血浆贮存车等一系列特种车辆的制冷装置的制造任务。1981年，上海内燃机油泵厂为上海牌轿车研制了轿车空调装置，压缩机采用六缸双向斜盘式结构。

至此，国内主要的两个轿车生产基地都有了自己的汽车空调装置生产厂。

改革开发后，国内掀起了汽车空调热，上百个企业纷纷争上汽车空调项目。绪论13第一章汽车空调制冷原理本章重点：制冷的基本原理制冷剂的特性使用制冷剂应注意的事项制冷剂压焓图理论制冷循环的四个过程本章难点：理论制冷循环的四个过程14

第一节热力学基础常用温度单位描述单位代号一与空调有关的常用名词1温度：用来衡量物质冷热程度的物理量。摄氏度标准大气压下，冰水混合物的温度定为0℃，水沸腾的温度定为100℃，中间平分为100份。℃华氏度0℃--32℉，100℃--212℉，中间平均分成180份。

t2=32+1.8×t1℉t2热力学温度-绝对温度以0℃--273K，100℃--373K。

t3=t1+273K-开尔文t3t1第一章汽车空调制冷原理152.冷和热当触摸的物体温度低于体温时，人们的感觉---冷；当触摸的物体温度高于体温时，人们的感觉---热。

3.显热和潜热显热：能使物质温度发生变化的那部分热；潜热：能使物质状态发生变化而温度不变的那部分热。TQ－50℃100℃0℃冰水+冰水蒸气+水蒸气单相区吸收的热量使物质温度上升属于显热给冰加热两相区吸收的热量没有使物质温度发生变化属于潜热solid2phaseliquid2phasevapour第一章汽车空调制冷原理第一节热力学基础164.热量：当物质有热出入而使温度发生变化时，温度变化的大小与出入热的量有关，这种热的量叫热量。单位：焦耳（J）

热量高温物体低温物体热的传递方式：传导对流辐射5.湿度：一定体积和温度的空气中所含水蒸气的多少叫湿度。需要传热介质不需要传热介质第一章汽车空调制冷原理第一节热力学基础176压力：单位面积上所承受的法向作用力。1Mpa=1*106pa1bar=1*105pa7.送风压力：送风机进、出口之间的压差。8.制冷能力：单位工作时间内制冷机所能转移的热量的多少。（单位：J/h)9.制冷负荷：制冷机需要转移的总热量。第一章汽车空调制冷原理第一节热力学基础18二有关制冷剂状态的术语1饱和蒸气：制冷剂液体和蒸气共存，二者可相互转换而处于动态平衡的状态，叫饱和蒸气。

饱和温度饱和压力饱和压力越高，饱和温度越高。如：氨----饱和温度为30℃时，饱和压力为11.69bar;

饱和温度为40℃时，饱和压力为15.85bar。不同种类的制冷剂饱和温度和饱和压力的变化关系不同。2湿蒸气：含饱和液的饱和蒸气称为湿饱和蒸气，简称湿蒸气。3干度：X=湿蒸气中的蒸气量/湿蒸气总量干饱和蒸气X=1

饱和液X=0第一章汽车空调制冷原理第一节热力学基础194焓与压焓图焓（h）：指制冷剂在各种状态下保有的能量。

包括内能：分子热运动的总能量（平、转、振）---U外能：为保持一定的比容与外压相对抗而具有的能量--pvh=U+pv(KJ/Kg)制冷剂压焓图：用来描述制冷循环中，制冷剂状态变化的曲线。第一章汽车空调制冷原理第一节热力学基础20Cm---饱和液线；Cn---干蒸气线；红色---等温线一个临界点两条饱和线三个状态区一条等温线制冷剂压焓图：第一章汽车空调制冷原理第一节热力学基础21第二节制冷的基本原理及制冷循环TQ－50℃100℃0℃冰冰+水水水+蒸气水蒸发成蒸汽----吸热蒸发可以制冷于水—吸热于环境—散失热，温度降低我们曾经有过的体验？第一章汽车空调制冷原理22一制冷的基本原理

当液体蒸发成气体时，会从周围环境中吸收热量而使周围环境温度降低。二简单的制冷装置第一章汽车空调制冷原理第二节制冷的基本原理及制冷循环液态制冷剂保温容器气态制冷剂控制阀温度降低23第二节制冷的基本原理及制冷循环我们需要连续的制冷，如何实现？冷凝实验将蒸发的制冷剂回收—冷凝--再蒸发……制冷剂不断地将车室内的热量带到车室外散失掉。车内的热量主要由以下几个热源点产生：----外部的空气、阳光、路面、乘员、发动机液态制冷剂保温容器气态制冷剂控制阀液化24连续循环的条件热力学第一定律：能量守衡定律；热力学第二定律：热量只能自发的从高温物体传向低温物体，从低温物体汲取能量必须付出代价（做功、耗能）。第一章汽车空调制冷原理25三蒸气压缩式制冷循环车室内制冷循环

车室外第一章汽车空调制冷原理第二节制冷的基本原理及制冷循环26以压缩机和膨胀阀为界：低压侧：从膨胀阀经蒸发器到压缩机，制冷剂呈低温低压状态，相应的管道称为低压管--L；高压侧：从压缩机经冷凝器膨胀阀到，制冷剂呈高温高压状态，相应的管道称为高压管--H；高压侧低压侧第一章汽车空调制冷原理第二节制冷的基本原理及制冷循环2728第三节制冷剂及冷冻润滑油一制冷剂（Refrigerant)

制冷系统中，完成热量传递的工作介质,又称为制冷工质、冷媒。1.制冷剂的作用

制冷剂在制冷系统中沿着一定的顺序经过各个部件循环流动，以实现能量的转换和传递。使制冷剂不停地从低温热源吸热，向高温热源放热，实现连续的制冷。第一章汽车空调制冷原理292.制冷剂的特性

1）物质的状态发生变化时，物质本身的化学性质不发生变化；

2）蒸发温度和蒸发压力低(易于蒸发);凝固点很低(流动性);

液体的蒸发温度随蒸发压力的变化而变化。水的蒸发温度随蒸发压力的变化情况:3）无毒，不易燃，对金属无腐蚀作用。第一章汽车空调制冷原理第三节制冷剂及冷冻润滑油303.制冷剂的发展经历第一阶段:从1830年到1930年，主要采用NH3、CO2、H2O等作为制冷剂，用了约100年的时间。第二阶段:从1930年到1990年，主要采用不含氢的卤代烃-CFC，含氢的卤代烃-HCFC，使用了约60年。第三阶段:从1990年至今，进入了以不含氯的卤代烃-HFC为主的时期。新型制冷剂的研究开发仍未停止，包括对CO2的研究。314.常用制冷剂的种类和编号无机化合物-氨、水、二氧化碳。

编号：R+（700+分子量），如氨为R717，二氧化碳为R744；氟利昂（氯氟烃类）、烷烃（甲烷、乙烷、丙烷）

编号：CmHnFpCLqBrr,,命名为R（m-1)(n+1)pBr,如CF2CL2为R12。

近年来用化学组成表示制冷剂种类：不含氢的卤代烃-CFC，含氢的-HCFC，不含氯的卤代烃-HFC。混合制冷剂-共沸和非共沸。调节沸点和热力性能。第一章汽车空调制冷原理第三节制冷剂及冷冻润滑油325.汽车空调用制冷剂1）氟利昂---氯氟烃类

如：R12（CFC-12）---分子式CCl2F2早期的汽车空调制冷剂都是用R12。优点：作为制冷剂，热力性能好。缺点：过多的进入大气会破坏臭氧层。大气臭氧层损耗潜能值：ODP=1，全球变暖潜值GWP=4500，CO2的为1第一章汽车空调制冷原理第三节制冷剂及冷冻润滑油331-CFCsreleased2-CFCsriseintoozonelayer3-UVreleasesClfromCFCs4-Cldestroysozone5-Depletedozone-moreUV6-MoreUV–moreskincancer第三节制冷剂及冷冻润滑油34历史资料：七十年代发现由于大量使用氟利昂致使大气中的臭氧层被破坏，从而导致地球上的生物遭受紫外线的损坏：使皮肤癌和白内障患者增加，损坏人的免疫力，使传染病的发病率增加。破坏生态系统。过量的紫外线辐射会使植物的生长和光合作用受到抑制，使农作物减产。紫外线辐射也可能导致某些生物物种的突变。引起新的环境问题。过量的紫外线能使塑料等高分子材料更加容易老化和分解，又带来光化学大气污染。。1985年于维也纳制订了《保护臭氧层维也纳公约》。

351987年9月在加拿大的蒙特利尔召开了专门性的国际会议，并签署了《关于消耗臭氧层的蒙特利尔协议书》，于1989年1月1日起生效，对R11、R12、R113、R114、R115、R502及R22等CFC类的生产进行限制。1990年6月在伦敦召开了该议定书缔约国的第二次会议，增加了对全部CFC、四氯化碳（CCL4）和甲基氯仿（C2H3CL3）生产的限制，要求缔约国中的发达国家在2000年完全停止生产以上物质，发展中国家可推迟到2010年。1992年于哥本哈根召开蒙特利尔议定书缔约国第四次会议，并决定逐步削减CFC工质产量、于2030年前完全停止使用HCFC工质。历史资料：362）R134a（HFC-134a)---分子式CH2F-CF3

特点：沸点-26.5℃，冰点：-101.6℃。热力学性能与R12相近。

不含Cl，不会破坏臭氧层。所以是R12的更新换代产品。

无氟冰箱?无色，无味，无毒。腐蚀有色金属如：铜和铅。对某些橡胶有腐蚀。非易燃易爆，但在高温下、遇明火或红热表面时将分解出有毒的刺激性气体。具有很强的吸湿性。属于温室气体。全球变暖潜值GWP=420。

目前与其它制冷剂混合构成新型制冷剂使用。第一章汽车空调制冷原理第三节制冷剂及冷冻润滑油373）新型制冷剂清华绿色制冷剂---清华绿冷：R415A（F22和R152a的混合物）、R415B替代R12和R134a，用于汽车空调。LXR2a替代R12，用于R12离心式制冷机组。技术特点：1、环境性能好。2、安全性能好。3、热工性能好。比CFC类制冷剂节电5%以上；制冷速度快，冷量提高10%以上；能效比（COP值）提高15%以上。4、使用性能好。无需更改原制冷系统。R410AR410A是近共沸混合制冷剂，由R32和R125组成。ODP=0，主要用来替代R22，单位容积制冷量较大，传热性能及流动性能较好，但同温度下压力值比R22高约60%。R407CR407C是非共沸混合制冷剂，是由质量分数为23%的R32、25%的R125和51%的R134a组成，ODP=0，单位容积制冷量大，但传热性能较差。第一章汽车空调制冷原理第三节制冷剂及冷冻润滑油38R12与R134a特性比较394）天然制冷剂CO2优点：对臭氧层无破坏作用；可以从工业废气中提取而认为没有温室效应；无毒性，不可燃；运动粘度低；价格低廉，维修时不用回收。蒸发潜能大，单位容积制冷量是R12的8.25倍，系统可做得轻巧、紧凑。缺点：无法实现正常的制冷压缩循环，是超临界循环，因而通常条件下制冷能力低，功耗大；工作压力高，对系统的结构强度要求高，节流损失大；低压下与润滑油的相容性下降。上海交大在研中。第三节制冷剂及冷冻润滑油406.使用制冷剂的注意事项：1）盛有制冷剂的钢瓶，应放置在阴凉、干燥、通风的库房中；标准大气压下制冷剂的蒸发温度在零下几十度,p52。2）避免直接接触人体；

若溅到皮肤上应如何处理？3）如有泄漏，应避免明火和高热金属；4）制冷剂之间不能混用。第一章汽车空调制冷原理第三节制冷剂及冷冻润滑油41二制冷机油制冷机油又称作冷冻机油或冷冻润滑油。纯净时无味，呈淡黄色，混有杂质时呈棕黑色，并有强烈气味。1制冷机油的作用1）润滑作用：润滑轴承、活塞环、连杆曲轴等，减少磨损延长寿命；2）冷却作用：与制冷剂一起循环，因而能带走摩擦表面的热量；3）密封作用：润滑油渗入各密封面形成油膜，阻止制冷剂的泄漏.第一章汽车空调制冷原理第三节制冷剂及冷冻润滑油422制冷机油在空调系统的状态：大部分的制冷机油存留在压缩机内，一部分存留在冷凝器和蒸发器内：所以要求在更换压缩机、冷凝器或蒸发器时，应适当的补充一部分制冷机油；一部分制冷机油融于制冷剂中，随制冷剂循环流动。在空调系统的制冷剂排空后，融于制冷剂的制冷机油也被排出，所以在重新充注制冷剂前应适当的补充制冷机油；第一章汽车空调制冷原理第三节制冷剂及冷冻润滑油433对制冷机油的要求1）凝固点要低；2）化学性质要稳定；3）粘度适中,且受温度影响要小；4）闪点温度要高，以防燃烧或结炭；5）与制冷剂的互溶性要好；6）挥发性要差；7）不含水分(强吸湿品），以避免运行时产生冰堵；4注意事项

制冷剂不同，使用的冷冻机油也不同，要与相应的制冷剂、压缩机配合使用。第一章汽车空调制冷原理第三节制冷剂及冷冻润滑油44润滑油的种类R12：国产：13、18、25、30号冷冻润滑油进口：日本SUNISO3GS～SUNISO5GSR134a代号为PAG或者ESTER的冷冻润滑油45第四节蒸气压缩式制冷系统的热力循环一制冷系统的理论循环理论循环的简化条件：1压缩过程和节流减压过程是绝热的；2蒸发过程和冷凝过程都是在饱和状态下；3忽略制冷剂在