二次回路热泵空调系统的制冷与制冷性能研究

二次回路热泵空调系统的制冷与制冷性能研究

1电动汽车热泵空调的应用技术电力和污染已成为当今社会必须解决的问题。交通领域的能耗在能源结构中占比很大,其能源结构调整和节能减排技术的发展成为全球热点。新能源汽车近些年发展迅猛,相关节能技术的发展引起了人们的广泛关注电动汽车热泵空调系统的性能受诸多因素影响,除环境工况、系统零部件性能、制冷剂种类等固有因素外,实际使用时制冷剂充注量也是不可忽视的因素热泵空调在电动汽车上的典型应用方式有两种,一种是用两个换热器,并使用四通阀切换制冷和制热模式,另一种是用三个换热器,并使用两个三通阀或旁通阀切换工作模式。二次回路热泵空调系统使用板式换热器等作为内部换热器,最小程度改动传统通风加热模块,考虑可靠性的同时兼顾成本2实验条件和数据分析本实验搭建了一个三换热器的二次回路热泵空调系统,系统原理图如图1所示,系统内充注R134a制冷剂。系统分两部分:室外控制单元和空调系统。系统的组成包括:六个三通接头、四个电磁阀、两个截止阀、两个热力膨胀阀、两个风机、室外换热器、空调蒸发器、热泵-芯体、内部换热器、压缩机、油分离器、冷却液泵和冷却液水箱等。对压缩机和换热器布置了多个温度、压力测点。压缩机的吸气和排气分别定义为点1和点2,室外换热器的出入口定义为点3和点4,其他测量点布置在管道的不同位置。制冷剂和空气的测温精度为±0.2℃,制冷剂和冷却液流量由两台流量计测得,测量精度为±0.2%,压力传感器测量精度为±0.5%。制冷模式下,压缩制冷剂先进入室外换热器,然后由热力膨胀阀1节流,由空调蒸发器提供冷量。制热模式有制冷剂回路和冷却液回路,高温高压下的制冷剂气体通过内部换热器将热量传递给冷却液,加热后的冷却液进入热泵-芯体,提供乘员舱所需热量。系统中一些关键零部件的规格参数如表1所示,实验条件如表2所示。实验前对系统进行保压,系统初始制冷剂充注量为400g。实验在不同的制冷剂充注量及压缩机转速下进行,在各工况条件下,记录系统稳定运行时的系统参数。实验过程中,通过监测排气压力和温度来判断系统是否达到稳定状态,制冷剂充注量每次增加25g。3结果与分析3.1不同充注量时排气和排气压力的变化图2是吸气、排气温度随充注量的变化。制冷模式下,相同压缩机转速时吸气温度随充注量的增加而降低,最终维持在11～14℃之间,排气温度随充注量的增加而降低;不同压缩机转速时排气温度变化的幅度不同,压缩机转速为1300r/min时,充注量从800g增到1125g,压缩机的排气温度从69℃降到50℃。制热模式下,不同压缩机转速时的吸气温度变化趋势基本相同,充注量超过600g后,吸气温度略有增加,而排气温度随充注量的增加先降低、后升高,2500r/min时充注量增加到675g后,排气温度开始升高,其它转速下的充注量增加到700g后排气温度有所升高。图3是吸气、排气压力随充注量的变化。制冷模式下,相同充注量时吸气压力随压缩机转速的提高而降低,排气压力随压缩机转速的提高而升高;而在相同压缩机转速下,充注量对吸气和排气压力的影响较小。制热模式下,相同充注量时吸气和排气压力随转速变化的趋势相同,转速越高,吸气压力越低;而排气压力越高,充注量对排气压力的影响越大。相同压缩机转速时,在700g充注量后排气压力急剧增加,对系统性能来说,在系统循环其它条件不变前提下,排气压力高,则制热量提升明显,即使此时压缩机的压比增大,等熵效率和容积效率降低,但系统制热性能的能效比提高。3.2压缩机耗功和压缩机图4是压缩机耗功和3.3不同充注量时对比不同压缩机转速下、不同充注量对应的制冷制热模式中过冷度和过热度的趋势如图5所示。通常取过热度和过冷度相对稳定的充注量区间段作为临界充注量。过冷度和过热度的稳定,提高压缩机运行的安全性和可靠性,换热器换热能力得到保证,系统的制冷和制热性能较好,对于整个系统十分有益。过冷度和过热度在不同压缩机转速下随充注量的变化趋势基本一致。制冷模式和制热模式下,系统的过冷度随着充注量的增加而增加,过热度随着充注量的增加而降低,此时系统中的制冷剂循环流量增加,换热器中的换热量都有所提高,冷凝器出口的过冷度有所增加,蒸发器出口的过热度反而有所降低。制冷模式下,在充注量达到1000g之前,过冷度不随压缩机转速改变而变化,充注量达到1000g后,系统的过冷度随着转速的增加而增加。制冷模式下,相同充注量对应的过热度随着压缩机转速的提高而增大。制热模式下,压缩机的转速改变,过热度和过冷度基本保持不变。制冷模式而言,临界充注量区间为1000～1100g,而制热模式的临界充注量区间为650～700g,在临界充注量范围内,过热度和过冷度较为稳定,保证压缩机吸气和排气温度不过高的情形下,换热器的换热能力得到保证,系统性能良好。4充注量对系统性能的影响本文通过电动汽车二次回路热泵空调系统实验台,进行了制冷剂充注量的实验研究。在设定工况下,研究了不同充注量、不同压缩机转速对系统性能的影响,得出以下结论:制冷模式下,制冷剂充注量对系统性能影响不大。制热模式下,充注量对系统性能影响较大,随着制冷剂充注量的增加,压缩机的排气温度先降后升,当充注量超过一定值后,排气压力迅速上升。制冷模式下,相同转速时充注量增加,耗功基本不变,对制冷