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文档简介
并联冰蓄冷空调在汽车上的应用 济南铁道职业技术学院 张少飞 摘要:本文分析了汽车空调采用冰蓄冷技术的优点:降低油耗并且可以满足制冷负荷增大时的舒适性,并对其与汽车运行工况的匹配控制作了探讨关键词:冰蓄冷空调; 汽车; 应用shunt-wound ice-storage air conditiong application on the carAbstract: analyze the excellence of application of ice-storage air condition on the car: reducing the oil consume and making it more comfortable when the load of air condition increase;discuss the control of ice-storage system which make it more matching to the engine running condition.key words: ice-storage air conditiong; car; application人工制冷的蓄冷空调大约出现在1930年前后,最初用于影剧院、教堂、乳品加工厂等短时间使用降温、负荷集中的场所,采用冰来取冷水或冰蓄冷供冷方式,自七十年代能源危机以来,各国政府都十分重视新能源的利用和节能技术的研发,因其独特的“削峰填谷”作用,在民用建筑领域得到了广泛的应用。所谓的削峰填谷,即在晚上用电低谷期,系统制冰蓄冷,而在白天用电高峰期,系统溶冰释冷,为空调系统提供冷量。通过这种方法,可以提高能源的利用率,缓解用电高峰期的用电紧张。汽车空调对于现代汽车已经成为必备装置,如果汽车内的温度和湿度过高,会引起人的身体的不适和精神的高度紧张,根据交通心理学理论,人处于较高的温度和湿度下,身体的主要反应为心跳频率加快,精神烦躁加重,会使人的视力、看事物的立体感和分辨能力变差,判断汽车和人的运动方向和速度的能力也大大降低,天气热,发生事故的次数明显上升。当人们处于2123之间就感觉特别舒适,工作效率高,在空调下开车,不论遇到什么危险,都能从不重要的信息中把重要的信息区别出来,对信息的处理时间也要比长时间处于高温下且精神烦躁的人短得多。大多数的空调压缩机都是由发动机直接提供动力,对于内燃机来说,在燃油消耗率方面同样也存在燃油消耗率的“峰”和“谷”:在内燃机怠速和频繁起停的工况下,其燃油消耗率会大于正常工况下的燃油消耗率,而且在发动机完全停机时,空调系统也会停止工作,也就是说在停车等候时,为了满足车内空调需要,仍然不能关闭发动机减少油耗。据资料统计,汽车空调能耗约占整个汽车能耗的59%,一般情况下,发动机在怠速工况下的油耗比正常工况下的油耗要高,而汽车在在北京、广州怠速工况要占整个工况的17%左右,在上海高达30%。对于普通的汽车空调来说,其工作情况与发动机的工况无关,只与汽车内的冷负荷变化有关,这样一来,如果发动机处于怠速工况下,而空调的负荷没有什么变化,但压缩机的油耗会随行驶路段的不同而变化。例如在堵车公路上行驶速度为2Km/h,压缩机的油耗换成百公里油耗为17L;而在高速公路上行驶速度为100Km/h,仅为百公里0.31L。另外一种情况是在夏天长时间户外停车后启动,在空调压缩机满负荷工作的情况下,往往也无法在短时间内将车厢内的温度降下来,这个时候也会增大汽车发动机的油耗。考虑到以上因素,设想采用并联冰蓄冷式汽车空调,以更好的适应发动机的工况和车内冷负荷变化,达到降耗节能的目的。其系统如图所示:1、压缩机 2、冷凝器 3、节流阀 4、电子阀 5、冰蓄冷器 6、载冷剂循环泵 7、释冷换热器 8、蒸发器 图1 冰蓄冷空调系统示意图整个汽车空调系统的制冷部分分成I、II并联的两大部分,第一部分的制冷剂流程与工作原理与原系统相同:制冷剂蒸汽由压缩机排出,进入冷凝器冷凝,经节流装置进入蒸发器蒸发制冷。第二部分为冰蓄冷系统,制冷剂从节流阀出来后,经电子分配阀进入冰蓄冷器的蒸发盘管蒸发,吸收热量制冰,蒸发后的制冷剂蒸汽又回到压缩机。考虑到汽车的空间限制,尽量简化蓄冰槽的设计,可采用直接蒸发,并使用金属盘管,金属翅片,蓄冰热阻小,换热效率高。利用冷水做载冷剂,实现低温送风,这样在同样的冷负荷下,可以相应的减少送风量,也降低风机的功耗。如果考虑把蒸发盘管和蓄冰槽做成可分离的,而可分离的蓄冰槽的容积、形状选择的合适,甚至可以考虑直接用家用电冰箱为蓄冰槽制冰,这样一来,如果汽车短途使用的话,就可以把空调系统的压缩机与发动机脱离,让压缩机停转,完全依靠II路系统溶冰满足车内冷负荷的需要。很显然,通过电制冷制冰,要比通过燃烧燃油的发动机带动压缩制冷系统制冰为用户省钱。并联冰蓄冷汽车空调系统的运行可以分为以下几个工况:1、 经济工况制冰过程:在发动机在最佳工作状况(单位公里燃油消耗率最低)时,空调系统压缩机满负荷工作,一方面为I路系统提供制冷剂,满足车内空调冷负荷;另一方面,为II路制冰系统提供制冷剂进行制冰蓄冷。2、 怠速或者停车状况下的溶冰过程:当发动机怠速工作时,发动机燃油消耗率增加,这是可以根据车内冷负荷,关闭I路电子阀,开启载冷剂循环泵,此时汽车内的空调冷负荷完全由蓄冰器内的溶冰来承担,压缩机停止工作。3、 制冷系统与溶冰系统并联工作:在一些特殊情况下,如停车时间过长后启动,或者由于车内人员增多冷负荷加大,可以打开 I路电子阀,关闭II路电子阀,同时开启载冷剂循环泵,由压缩机带动的I路空调系统和溶冰系统同时承担车内的冷负荷,以实现快速降温,或者满足车厢内空调冷负荷增大后的舒适度。发动机是否停机手动指令,开启溶冰系统(车内空调冷负荷由溶冰系统承担)Y是否经济工况I路是否满足车内冷负荷I路II路电子阀开启,制冷、制冰系统同时工作II路电子阀关闭,制冰系统停止工作溶冰系统能否满足车内冷负荷I路电子阀开启,循环泵开,制冷、溶冰系统同时工作循环泵开,溶冰系统工作,压缩机停转NYYYNNN图2 并联冰蓄冷汽车空调控制流程示意图 冰蓄冷空调是否节能还取决于于系统与汽车工况的良好匹配,微电脑在汽车电子控制技术的应用使这个问题在今天容易解决。可以通过增加一些传感器比如温度传感器,再加上原有的确定汽车行驶状态的传感器,采集数据并通过车载电脑(ECU)进行处理实现精确的控制。主要是根据以上所说的三种工况控制相应的电子阀以及循环泵来实现,具体控制流程如图2所示。综上所述,冰蓄冷空调在汽车空调中起的作用,相当于把燃油从消耗率高的工况转移到消耗率低的工况下使用,既适应了车内空调负荷的多变性,又降低了燃油消耗。特别是当发动机出现故障时,依靠冰蓄冷空调仍然可以维持一定时间的车内舒适环境,起到了一个应急的作用。考虑到附加设备以及冰蓄冷器的本身重量,在小型轿车上使用冰蓄冷空调可能受到经济性的限制,但是在大型客车、豪华轿车以及特种车辆上无论从经济效益和舒适性上都应该有良好的发展前景。参
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