回热循环在汽车空调系统中的应用.pdf

制冷学报 2 0 0 2 年第2 期 回热循环在R 1 3 4 a 汽车空调系统中的应用 李国强袁秀玲徐洪涛李蒙沂 西安交通大学镧冷与低温工程系西安7 1 0 0 4 9 摘要本文通过试验方法对回热循环在R 1 3 4 a 汽车空调系统中的应用进行了试验研究 试验结果表明具有回热 器的空词系统其c 0 P 和制冷量都能得到一定程度的提高 同时指出 低压侧压降是设计回热器时的一个关键参数 应注意减少低压侧压力损失 关键词R L 3 4 a 汽车空调系统回热器 A p p c a t i o no fs u c t 啪l i n eh 8 a t g e rf o rR 1 3 4 aa u t o l 似 ea 汁一 n d m o n i n gs y s t e m A b s I m dT h es u c t i o n n eh t 戳d 怕n g e rf o rR 1 3 4 aa u 删 撕一c n d h i o n i n gs y 蜘mI ss t u d l e di nt h I sp a p e rt h 姒j g h e 4 e r i m e n t a Im 吼 o d s T h er e s u h so f 廿1 e p e n m e ms h a wt h 乱t h eC O Pa n dt h ec a p a c 时o f 廿eaH 一o o n d m n l n gg y S t e mW t hs u c t i o nI I n eh te c h a n g e rc a n t hi n c 黼t 03 I ee x l e n ta n di n d i c a 怡廿1 a tt h eI a ws p r e c 搏u r ed r pl sa c r l t I c a lD a r a m e l e rW 1 e nd e s i g n 旧as u c t l o nl i n er 嘲te x c h a n g e ra n dm u 吼b ed e c r e a s e d K e n 帕I d sR 1 3 4 a A L 帕懈 打一 o n d n 哟s y s t e m S u c I l o nl I n er 嘲e x c h a n g e r l 引言 随着全球对环境问题的关注 汽车空调系统中所 使用的R 1 2 由于其对臭氧层的破坏作用 已被国际上 列为禁用c F c 物质 R 1 3 4 a 是R 1 2 众多替代物中最理 想的一种 它在汽车空调系统中的应用越来越广泛 人 们也在不断改进R 1 3 4 a 汽车空调系统 提高其性能 然而现有文献很少涉及到回热循环在R 1 3 4 8 汽车空调 系统中的应用 回热器是安装在吸气管道上的一个换 热器 使单位质量制冷量增加 压缩机耗功增加和制冷 剂质量流量降低 本文对带与不带回热器的R 1 3 汽 车空调系统的性能进行了试验对比 得出了一些有益 的结论 2 试验装置殛部件 R 1 3 4 a 汽车空调系统试验装置示意图如图1 所示 该试验装置中 蒸发器安装在一个封闭的回路中 进入 蒸发器气流的温度和湿度由另一台空调设备来控制 进出口空气湿度由布置在蒸发器空气进出口处的热电 偶来测量 进出口空气温度通过露点仪来测定 此外为 了制冷量i 十算的准确性 把凝结在盘管上的水也收集 起来 合并在计算中 空气流速可由变速风机来调节 它可以通过安装在回路中的喷管的压降来计算 这 5 6 样 通过蒸发器进出口空气的温湿度变化和空气流速 就可以很方便地求出制冷量 最后把由试验测试区域 传递给环境的漏热 并合在制冷量的计算中 冷凝器布置在一个开放的管道中 管道置于一个 大气环境模拟室中 空气流速 迸出口空气温度和冷凝 负荷仿照蒸发器以同样的方式来进行测量和计算 压缩机与冷凝器置于同一环境下 周围温度与冷 凝器人口处空气淘度 样 这种情况与汽车空调实际 布局一致 在汽车空调中压缩机要受到汽车发动机周 围较高温度的影响 压缩机由一台变频电机驱动 其 输入功率由安装在电机和压缩机之间的转矩计与压缩 机转速计算确定 系统中制冷剂流程如下 压缩机排出的高压气体 进入冷凝器 通过一个质量流量计 然后经过或绕过回 热器 经过时 回热器把热量从高压制冷剂传给压缩机 吸气 以增加制冷量并提高循环G O P 接着制冷剂经过 膨胀机构节流 进入蒸发器 从蒸发器出来的制冷剂流 低压贮液器 未蒸发的液态制冷剂和润滑油就贮存 在其中 小部分油和制冷剂混合物通过位于贮液器 底部的小孔流入吸气管道以确保压缩机的润滑 从低 压贮液器出来的气态制冷剂通过三通阀再相应地经过 或绕过回热器 最后被吸人压缩机 在制冷回路各主 要部件的进出口处都装有热电偶和压力传感器 万方数据 制冷学报 2 0 0 2 年第2 期 图1R 1 3 4 a 汽车空调系统试验装置示意图 该试验所采用的膨胀机构既不是固定节流孔 式 也不是热力膨胀阀 而是电子式膨胀机构 可以 根据需要来调节其开度 蒸发器出口过热度随着制 冷剂的充灌量的多少和膨胀机构开度的大小而不 同 R 1 3 4 a 汽车空凋系统试验模型所用压缩机为活 塞式制冷压缩机 回热器是根据试验要求而特别设 计制造的 其低压侧压降相对同样尺寸的一般换热 器来说要小 3 试验工况 为达到预定试验目的 对试验工况作了特别要 求 试验中蒸发器入口空气温度为2 7 q c 相对湿度 5 0 空气流量5 8 0 矗 h 口压缩机转速为1 0 0 0 舯 时 通过冷凝器的空气流速限制在1 o 耐s 当转速 变为1 8 0 0 r p r n 时 流速增为2 5 I I l s 冷凝器入口空 气温度在2 5 一4 0 q c 之问变化 相对湿度为4 0 试验工况总结在表l 中 表1 试验工况 室内蒸发器室外冷凝器 压缩机 人口温度相对湿度空气流量人口温度相对湿度迎面风速转速 矗m 2 7 5 0 5 踟 2 5 加 1 0 1 0 0 0 4 02 51 8 0 0 4试验结果与分析 试验中可以凋节的参数为制冷剂充灌量和膨胀 机构的开度 当压缩机转速改变时 通过调节膨胀 机构的开度来保持蒸发温度的恒定 当压缩机的转 速为1 0 0 0 r p m 时 试验所采用的蒸发温度分别设定 翳釜蓥莽掣 蠢羹票器鑫笺善鲞羹蠢器 室外温度4 0 i 一 Z 二乏兰 冲凝器出口压力 k P 8 图2 制冷量与吸气管道换热器的关系 由试验可知 当蒸发温度较高时 如8 冷凝 器出口制冷剂处在两相区 没有过冷度 在较低的蒸 为5 8 和1 2 试验结果表明 蒸发温度为8 时 系统性能最优 当压缩机转速时1 8 0 0 唧n 时 蒸 发器的负荷加大 故蒸发温度分别设为2 5 和 8 结果表明2 屯时 系统性能最优 这种情况下蒸 发温度已不可能再调低 因为要防止在蒸发器盘管 上结霜 I 弋 夕枞舭8 一 一蒸发温度5 厶 篙釜藿葬酱o o 坤 蛮拽带吸气管道换热嚣 拎凝器出口压力 k P a 图3c o P 与吸气管道换热器的关系 发温度时 有很小的过冷度 在以上的运行工况下 过热度大约为1 5 K 过热温度接近于蒸发器入口空 5 7 一 譬一 玺亲 万方数据 制冷学报 2 0 0 2 年第2 期 气温度 由试验结果还可以看出 在系统其它部件 不变的情况下 只改变膨胀机构开度 当系统带有吸 气管道换热器时 可以提高其制冷量和c O P 0 压缩 机转速为l o 呷 冷凝器人口空气温度为4 0 时 带与不带吸气管道换热器的系统系统性能如图2 和 图3 所示 横坐标为冷凝器出口压力 在试验工况 下 即反映了制冷剂充灌量的多少 纵坐标分别代表 制冷量和c 0 P 图中曲线左边的点为制冷剂充灌量 不够的情形 试验过程中逐渐增加制冷剂充灌量 直到系统性能不再随充灌量增加而发生明显变化时 为止 随着充灌量的增加 过热度逐渐降低 而过冷 度逐渐增加 在蒸发温度为8 时 不断给系统充 灌制冷剂 直到过热度降为5 K 左右 此时过冷度变 为大约2 0 K 蒸发温度为5 时 充灌量一直增加到 过热度变为1 0 K 左右 过冷度变为大约3 0 K 对带 与不带吸气管道换热器的系统来说 过热度和过冷 度的差别不是很大 差别主要体现在系统制冷量和 c o P 的变化上 例如 蒸发温度为8 时 吸气管道 换热器能使制冷量增加大约8 c 0 P 提高大约 1 0 在非最佳运行工况 如制冷剂充灌量不够或蒸 发温度较低时 吸气管道换热器的效果更明显 压缩机转速为1 8 0 0 r p I n 试验曲线与1 0 0 0 r p r n 的 情况类似 只是吸气管道换热器的效果不如 1 0 0 0 聊时明显 大概只能提高5 左右 试验结果还表明 压缩机转速为1 0 0 0 m n 冷凝 器人口空气温度为2 5 时 带与不带吸气管道换热 器的系统其性能一样 然而在制冷剂充灌量不够或 蒸发温度不是最佳的情况下 吸气管道换热器还是 能提高O 5 的性能 压缩机转速为1 8 0 0 q 冷凝 器入口空气温度2 5 时 吸气管道换热器不能提高 性能 在设计吸气管道换热器时 压降是需要考虑的 一个主要因素 高压侧压降不是很重要 因为处在 过冷区的高压液体密度大 相对来说压降就小 而且 高压侧小的压降对制冷剂温度的改变不是很明显 只要避免制冷剂进入两相区即可 因为气液两相在 管道中的压降会大大增加 但是在低压侧 压降却 是一个非常重要的因素 压降增大 吸气比容就增 大 结果导致制冷剂质量流量降低 压缩机压比增 大 两者都会使系统性能降低 吸气管道换热器 在整个运行工况下 低压侧的 一5 8 一 压降都低于1 0 k p a 这个数量是允许的 因为它的数 值比测量精度还低 所以低压侧压降也可以忽略 试验中还采用了另一个吸气管道换热器来进行 对比试验 该换热器在同样的质量流量下 其低压侧 压降在4 0 7 0 k p a 之间 对比试验结果表明 由于低 压侧压降太大以致于完全抵消了吸气管道换热器给 系统性能带来的提高 登 竺 低压蔷压降 品 图4 制冷量 c o P 与低压侧压降的关系 为了进一步从数量上来说明吸气管道换热器低 压侧压降对系统性能的影响 从试验数据出发 编制 循环的热力计算程序 在图2 图3 的试验工况下得 出低压侧压降对系统性能的影响如图4 所示 可以 看出 5 0 k p a 的压降使制冷量和c 0 P 下降了约1 0 5 结论 试验结果表明 在某些工况下 吸气管道换热器 能改善汽车空调系统的性能 例如在汽车怠速运转 时 空气温度较高而空气流速相对较低时 如温度为 4 0 流速为1 0 1 1 1 8 吸气管道换热器能提高制冷量 和c 0 P 约5 1 0 若汽车空调系统不是运转在最 佳蒸发温度或制冷剂充灌量不够时 吸气管道换热 器的效果更明显 但是若空气流速加大 或空气温 度降低时 吸气管道换热器的效果就逐渐减少 直至 消失 试验结果同时表明 低压侧压降是设计吸气管 道换热器时的一个重要因素 过大的压力损失会减 少直至抵消吸气管道换热器带来的好处 参考文献 1 周子成 房间空凋器中R 4 1 0 A 和R 2 2 回热循环分析 制 冷学报 1 9 9 8 3 1 7 2 E B R 日t t s J sB I o w n A n 矗I 搬i m e n l a l 蚰a l y s k0 f c 讪n g i r I 5 O 5 O 5 O 4 3 3 2 2 v唰佥辜 万方数据 制冷学报 2 0 0 2 年第2 期 能7 h 4 q B R 瞳剿 中德制冷压缩机组标准研讨会在上海市举行 全国制冷标准化技术委员会于2 0 0 2 年4 月8 日在上海举办了 第三届中德制冷压缩机组标准研讨会 中国商业联合会行业发展部张丽君处长和中国制冷学会潘秋生秘书长代表中方致欢迎词 欧洲制冷压缩机 和控制设备制造协会W i I l k l 盯主席 T n v 制冷空调部s c h n p f 主任和K K 杂志主编w e i s e n h m 先生分别致贺 词 中方出席这次研讨会的分别来自1 0 余个省市柏余家以生产企业为主的印余名代表 德方有9 名代 表到会 本次会议的主要内容是 E c 管理和E N 标准的关系 欧洲9 7 2 3 E c 压力设备 管理标准 欧洲E N 3 7 8 1 2 3 4 制冷系统和热泵一安全和环境要求 欧洲标准 和修订 欧洲压缩机组樯准一安全要求 性能试验 性能数据介绍 欧洲 有关制冷空调 的法规等5 个专题进行交流讨论 最后张丽君处长就欧洲标准E N 3 7 8 转化为中国行业标准 制冷系统和热泵一安全和环境要求 s B T 1 0 3 4 5 1 一1 0 3 4 5 4 2 0 0 l 作了宣贯 并再次 强调 当前制冷空调业需要尽快引进转化国际标准和国外先进标准的重要性和紧迫性 与会代表对这次研讨会的内容表示满意 希望以后加强制冷空凋标准化方面业务与国外的交流 特别 是与国外先进国家的交流 此会得到广东乐华空凋器有限公司和烟台冰轮集团股份有限公司的赞助 在此一并表示衷心感谢 2 0 0 2 年中国制冷展技术交流会总结 2 0 0 2 年4 月l O 日 1 2 日 在 2 0 0 2 年中国制冷展 期间 为更好