电动汽车低温热泵型空调系统实验研究与分析_殷海艳

带回热器的汽车空调实验样机介绍 本次实验所用的带回热器的汽车空调系统样机由双级压缩带中压吸气口的汽车热泵用涡旋压缩机、四通换向阀、车内换热器、车外换热器、制冷膨胀阀、制冷膨胀阀、单向阀、喷射器、板式换热器、气液分离器等器件组成，系统流程图如图2.1，系统实物图如图3.1。 样机的具体配置如下： １）压缩机 带回热器的汽车空调系统采用的是双级压缩带中压吸气口的汽车热泵用涡旋压缩机（见本文2.2节），型号：ER28320A-n65H。其基本参数如表3.1，实物如图3.2。 ２）车内、外换热器 此系统车内换热器采用的是汽车厂商提供的蒸发风箱，内置平行流换热器，自带鼓风机，外形实物图见图3.3，由于传统电动空调车外换热器（冷凝器）采用微通道平行流的换热技术较适合单冷模式，在作热泵用时，如果采用传统的平行流换热器作车外换热器（蒸发器）时，低温蒸发温度容易使换热器结霜，除霜后排水也存在困难。因此在本课题的带回热器的汽车空调系统的车外侧换热器采用的是管翅式换热器。车外侧换热器的外形尺寸：386mm（高）*38mm（宽）*597mm（高），翅片厚度为0.12mm，俩翅片之间的间距是2.2mm，沿气流方向的管排数是3排，迎风面积0.2m2，实物图如图3.4。 ３）喷射器经济器组件 喷射经济器組件主要由一个板式换热器，一个喷射膨胀阀和一个干燥瓶组成，其工作由电磁截止阀控制，其实物图如图3.5所示。 3.2实验测试系统介绍 3.2.1实验测试系统 带回热器的汽车空调系统的制冷性能实验在江苏超力电器有限公司提供的汽车空调系统性能焓差实验室中开展（如图3.6）。该汽车空调性能洽差实验室参照ASHRAE51-75，JB/T6914-1993《汽车空调器性能试验方法》，GB/T21361-2008《汽车空调器》，GB/T21360-2008《汽车空调器用制冷压缩机》等行业标准进行设计，该实验室可实现模拟需要空调车外换热器的环境温度，对系统在不同环境工况下进巧性能参数的测试。该汽车空调综合性能焓差实验室满足国家的相应标准，测试指标及范围均达到国家要求的空调设备需要的实验水平，其对模拟的环境温度的控制精度达到0.3℃左右，对环境相对湿度的控制精度达到5%左右。

３带回热器的汽车空调空调 本课题研究的带回热器的汽车空调系统，如图2.3所示。该系统主要组成：双级压缩中间喷射的汽车热泵用涡旋压缩机（见下文第2.3.2节）、四通换向阀、车内换热器、车外换热器、制冷膨胀阀、制冷膨胀阀、单向阀、喷射器、板式换热器、气液分离器。 带回热器的汽车空调系统制冷剂选用的是当前汽车空调普遍采用的R134a，虽然很多专家学者提出以CO2为制冷剂的热系系统的性能要比R134a为制冷剂的系统更优，二氧化碳作为汽车空调重点研究的制冷剂具有良好的低温特性，但CO2为制冷剂的系统压力过高，对系统运行的安全性不利。而且目前管路工艺和部件都很难达到产业化要求，还需要对汽车空调的各个部件重新进行设计，成本过高。而R134a制冷剂作为制冷剂工质，管路、车内空调箱的生产配套及工艺比较成熟，有利于电动汽车热泵空调的产业化。 最后在压焓图上对带回热器的汽车空调系统采用的带喷射经济器的准二级压缩循环原理进行了论述并作了热力计算，同时列出了带回热器的汽车空调系统与普通的热泵系统相比时具有的优势。 该焓差实验室主要装配实验室的外围保温结构、空气处理机组、温湿度的采样装置、空气流量的测试装置、控制系统及测量数据采集系统等组成。其中测试室:蒸发器室(长7米x宽4.8米×3.4米)和冷凝器室(长7米×宽4米×高34米)，两室均设有宽1.1米，高2米的门和在门上有长0.5米，宽0.4米的观察窗。其维护结构采用的是100mm厚的聚氨酯彩钢库板，室内外地面是在100mm厚的聚氨酯彩钢库板上铺设2mm的不锈钢板。焓差测试的本体的蒸发器侧风洞开口尺寸为0.8m×0.5m，风洞测试风量的范围为:200~2500m3/h;冷凝器侧的风洞开口尺寸为09m×0.6m，其能够测试的风量的范围为:400~6000m3/h测试本体包括内装静压测量、空气温湿度测量，其本体的内外材质均为不锈钢，中间保温厚度为100mm。焓差室房间温湿度的实现和控制:室内、外侧环境控制分别配置一台空气处理机，机组内均配备有蒸发盘管、电加热、电加湿和风机;室内侧配有2台型号是MT5OHK4CVE的压缩机，室外侧配有1台型号是MTZ125HIU4VE和1台型号是MTZ80HP4VE的压缩机，可根据不同的温湿度设定要求确定压缩机的开机台数；室内、外侧的干球温度均通过电加热控制，室内侧的湿球温度通过电加湿器控制。送风方式均采用上送下回的方式，由机组出风口送至测试间上方，通过穿孔板均匀的送至测试环境间，以保证房间内温度要求。 焓差实验室测试室外观图 在实验开始之前，通过焓差实验室的控制面板(如图3.8)预先输入实验需要的参数:车内、车外的环境温度，实验开始后，数据传递系统将所设定的温度和湿度传递给冷热机组和加湿机组，从而实现对蒸发器室内和冷凝器室内的环境温度、湿度和风速进行。当环境条件稳定时，开始实验，此时冷热机组和加湿机组根据环境条件的细微变化进行温度和湿度补偿，从而保证在整个实验过程中环境条件保持不变。本试验装置可实现对实验需要的空气侧和制冷剂侧的参数测量，并且其整个数据记录过程都通过具备打印功能的个人电脑控制。

焓差实验台数据采集仪及控制面板外观图 3.2.2测试原理 1) 冷媒侧 ①对于蒸发器:制冷量一蒸发器中制冷剂质量流量×(蒸发器出口焓值-膨胀阀出口焓值) ②对于冷凝器:换热量一冷凝器中的制冷剂质量流量×(冷凝器进口焓值-冷凝器出口焓值) 2) 空气侧 原理:两器(蒸发器或冷凝器)与空气之间的换热量是由测试的经过两器的进、出口空气的干、湿球温度和空气的流量等参数来计算的。该换热量即由空气经过换热器的质量流量乘以其进出口的焓差而得。 3.2.3实验测试仪髅及精度 1) 温度测量 实验系统采用型号为PT100温度测量传感器，传感器精度达到A级，测量精度为±0.1%，布置在压缩机的进出口。实验室标配的测试系统温度、压力的通过管段采样点(图3.9中红色传感线即为温度测试传感器)，通过螺栓固定连接到系统中，这样可以直接测试出管道里冷媒的温度，而不用考虑环境对测量的不利影响，比将热电偶贴在管壁上测量温度要精准很多。 蒸发器室和冷凝器室空气侧的参数如风量、进出口空气的温度通过实验室装置的日本千野PT100温度计进行测量，该温度计测量范围为:-150~150℃，测量精度为±0.1℃。 温度、压力测试管段 湿度测试连接的数据采集器是型号为Agilent34970a数据采集器，并与实验室中的个人电脑相连接，所有的测试数据都在个人电脑里完成实时的记录和储存。

数据采集页面 2) 压力测量 蒸发器和冷凝器进出口的压力测量采用EJA110传感器，该型号测压传感器测量精度为±0.1%，测量范围0-3MPa。如上述所说，压力测试传感器也是同测试温度的传感器一同布置在采样管段里(图3.9中黑色传感线即为压力测试传感器)，从而能够精确测量压缩机进出口等位置的冷媒的压力。 3) 流量测量 该实验室采用的流量测量装置是型号为的 KHRONE的流量测量传感器，该型号流量计量程为0-15kg/min，传感精度为0.2%，该流量计通过四个螺栓固定在系统冷凝器后，制冷膨胀阀前用来测量系统在制冷运行时时系统制冷剂的循环流量(其实物如图3.11)。 KHRONE流量计 在测试中使用的全部的测试设备均能满足实验精度的需要，实验中所使用的测量仪器及精度如下表3.3。

3.3实验方案 3.3.1实验测试相关标准 1) JB/T6914-1993《汽车空调器性能试验方法》 2) GB/T21361-2008《汽车空调器》 3) GB7725-2004《房间空气调节器》等空调行业标准，对于汽车空调制冷装置、性能实验工况的规定，目前行业还未制定明确的相应的标准，所以带回热器的汽车空调系统的制冷性能试验工况主要参照了家用空调制冷性能实验的标准，设置车室内的干球温度:20℃，湿球温度:15℃。 3.3.2带回热器的汽车空调样机系统流程和参数测试点布置 该实验首要目的是测试带回热器的汽车空调系统在低温环境工况下的制冷性能，采用型号为ER28320A-1165H双级压缩带中压吸气口的汽车热泵用涡旋压缩机的带回热器的汽车空调型汽车空调系统，其工作原理见本文2.1节。 为了更好地了解被测系统的性能，将车外换热器和车内换热器被分别安装在两个保温与隔热性能良好焓差室风洞内，带中压吸气口的涡旋压缩机，喷射器经济器、气液分离器、四通换向阀、贮液器安装的台架放置在与车外换热器同一间焓差室内。在所有连接的管道外面包裹上具有保温作用的海绵和锡箔纸。在系统中总共布置的压力测点有5个，温度测点有10个，这些测点的测试数据可以表现出带回热器的汽车空调系统的蒸发压力、冷凝压力、中压吸气口的压力、吸排气口的温度等参数和输入功率等参数。带回热器的汽车空调系统连接及测试点的布置见图3.12。 带回热器的汽车空调系统连接及测点布置 温度测点和压力测点具体说明 系统样机及测点连接实物图 3.3.3带回热器的汽车空调制冷性能测试实验工况 该实验主要研究车室外环境温度对带回热器的汽车空调系统性能的影响，因此其性能台架实验工况如表3.5。

3.4实验结果及分析 汽车空调制冷性能的好坏的指标主要用制冷量、压缩机输入功率、蒸发压力、冷凝压力、