Углекислый газ используется в качестве хладагента на протяжении более 150 лет. Обусловленные новым законодательством для сокращения выбросов парниковых газов, а также к улучшению технических возможностей, в автомобильной промышленности начали задумываться об уменьшении числа выбросов углекислого газа в атмосферу при использовании систем кондиционирования. Измерение давления играет главную роль в этом процессе.
Фреонсодержащие газы с потенциалом глобального потепления выше 150 в кондиционере автомобиля были запрещены директивой ЕС с января 2011 года. В качестве замены должен был использоваться тетрафторэтан хладагента – R134a. Однако в CO2 в 1430 раз меньше вредных для климата веществ, чем в R134a. Он предлагается в качестве альтернативы из-за его повышенной эффективности охлаждения и хороших химических характеристик.
Аргументы использования СО2 в качестве хладагента не могут быть оспорены:
- СО2 – это природный газ, и он используется в неограниченном количестве во всем мире и это экономически эффективно для автопроизводителей
- СО2 гораздо менее разрушителен, чем другие охлаждающие жидкости, такие как R134a, R404A, R407C и так далее
- Будучи побочным продуктом промышленных процессов СО2 не нуждается в дорогостоящем производстве
- В отличие от других новых хладагентов СО2 уже хорошо изучен с токсикологической точки зрения
- СО2 не является токсичным, не воспламеняется и, таким образом, его использованиее представляет меньшую опасность
- СО2 совместим со всеми другими обычными материалами, а также показывает очень высокую эффективность охлаждения и подходит для тепловых насосов
Переход от R134a к R744 (аббревиатура CO2 в форме хладагента), однако, не так просто осуществить. Ряд недостатков CO2 уравновешивается многочисленными достоинствами, благодаря которым он применяется только в случае проектирования мобильных кондиционеров для транспортных средств. Среди достоинств стоит отметить очень высокое рабочее давление и низкие критические температуры, около 31°C. Таким образом, переход к R744 должен сопровождаться необходимыми тестами на испытательных стендах у производителей и их поставщиков.
Кондиционер с CO2 – Как это работает
Функционирование общего кондиционера начинается, конечно, с активации выключателя переменного тока внутри транспортного средства. В результате, магнитная муфта компрессора находится под напряжением (хотя новые компрессоры не имеют магнитной связи. Давление регулируется внутренним ходом поршня). Затем устанавливается связь между шкивом и валом компрессора, который теперь движется в газообразном хладагенте. Теперь все конденсируется здесь и затем нагнетается в трубопровод высокого давления. При этом температура охлаждающей жидкости поднимается. Конденсатор, встроенный в переднюю часть автомобиля, отвечает за понижение ее температуры. На этом этапе физическое состояние хладагента переходит из газообразного в жидкое. Затем хладагент отправляется в отсек, где из него удаляется вся влага, а затем он проходит через расширительный клапан. После этого хладагент снова изменяет свое физическое состояние внутри следующего испарителя. Вся необходимая для этого энергия заимствуется из окружающего нас воздуха, что в свою очередь снижает температуру в салоне автомобиля. После этого цикл повторяется.
Данный охлаждающий принцип остается тем же самым для применений, где используется R744. Единственное отличие состоит в том, что техническая база несколько изменяется. Благодаря своим свойствам диоксид углерода предъявляет другие требования к давлению и температуре.
По сравнению с общей мобильной системой охлаждения, дополнительный внутренний теплообменник сильно отличается от нее. Это очень важно, потому что кондиционеры с использованием СО2 работают с теплоотдачей выше 31°С. Цикл охлаждения протекает следующим образом: газ уплотняется до сверхкритического давления внутри компрессора. Оттуда он поступает в охладитель газа, который выполняет роль конденсатора, по сравнению с обычными системами. Здесь газ охлаждается, но конденсация не происходит. Дальнейшее охлаждение происходит в следующем теплообменнике. На следующем этапе СО2 проталкивается через расширительный клапан, преобразуя газ в пар. Этот пар испаряется в следующем испарителе, где и происходит охлаждающий эффект. Помимо внутреннего теплообменника и газового охладителя, заменяющего конденсатор, высокое давление, существенное для этой системы, является самым большим отличием от предыдущих мобильных систем охлаждения. Требования для всех компонентов, используемых в этом процессе, увеличиваются в связи с высоким давлением в системе. Это высокое давление особенно влияет на конструкцию компрессора, который должен отлично выглядеть после всех результатов.
Высокие давления требуют технологии измерения высокой производительности
Главным аспектом при производстве новых компрессоров является малый размер молекул СО2, так как это позволяет ему быстро проникать через обычные уплотнительные материалы. Требуются новые решения для уплотнительных материалов, чтобы предотвратить потерю охлаждения.
Это уплотнение должно соответствовать химическим характеристикам хладагента и быть способным выдерживать высокие давления в компрессоре при непрерывной работе. Чтобы эффективно работать в течение длительного времени, он должен быть способен выдерживать высокие температуры. Сильно колеблющееся давление всасывания, которое оказывает решающее влияние на давление в приводной камере, также представляет собой серьезную проблему. На стороне высокого давления максимальные значения могут потенциально достигать уровня 200 бар. Из-за этих характеристик утечки происходили бы намного быстрее среди обычных компрессоров, чем при работе с R134a. По сравнению с несколькими годами ранее более точное производство этих компонентов стало возможно только сегодня. Поэтому постоянный мониторинг давлений при создании прототипа просто необходим.
Высокие давления, связанные с климатическими системами, использующими CO2, имеют дополнительные преимущества помимо хороших экологических характеристик и более высоких характеристик охлаждения по сравнению с R134a. Из-за более высокой плотности CO2 необходимое пространство для установки уменьшается по сравнению с аналогичными или даже более производительными кулерами, использующими R134a. Для тех же характеристик охлаждения требуется только 13% объемного расхода компрессора хладагента R134a.
Уменьшение размера является одним из главных аргументов в пользу все более компактной технологии измерения давления. Датчики давления Keller идеально покажут себя здесь благодаря своим миниатюрным размерам, высокоточной функции при низких давлениях и их точным результатам в более высоких диапазонах давления – в частности, при длительных испытаниях. Пьезорезистивный тип датчиков давления Keller дополнительно предлагает производителям, разрабатывающим новые модели, решающее преимущество в том, что эти приборы благодаря своей модульной конструкции могут быть быстро адаптированы к новым требованиям.
