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电动汽车热泵空调制冷剂充注量试验研究

2021-07-24 科学松鼠会 【 字体:

作者 |赵家伟、张浩、史俊业、陆冰清

来源|上海交通大学加热与高温工程研究院吉利汽车研究院

摘要:R134a的充量直接影响热泵空调的系统能效系数(COP)等性能,降低其排放值仍是环保的重要目标。本文研制了一种电动汽车用两级压缩射流热泵空调,并对其制冷剂充注量进行了深入的实验研究。结果表明,随着环境温度的升高,制冷剂充注量逐渐减少,为电动汽车空调系统的研究提供参考。

关键词:电动汽车;热泵空调;喷射阀;制冷剂充注量

0 简介

电动汽车使用电板作为驱动动力。其空调系统采用电力驱动代替机械驱动[1]。空调系统的煤耗占电池容量的15%。空调系统的性能直接影响电动汽车的续航里程。影响 [2] 因此,探索和研究节能高效的空调系统对于电动汽车节能减排和扩大电动汽车市场具有现实意义。

热泵系统是一种热能装置,可以通过电力工作将其他低品位能源转化为可供人们使用的高品位能源。与其他系统相比,其送风效率高,成本可控,可实现电动汽车空调系统的冷暖一体化,达到节能环保的目的。是当前学术界和工业界的研究热点之一。 [3-4]。

电动汽车的热泵空调系统在实际运行过程中受到很多激励因素的影响,例如工作流体的物理性质[5-6]、压缩机的怠速和排量[7],以及环境参数 [8-9] 、换热器性能 [10-13] 和制冷剂充注量 [14] 等。

其中,制冷剂充注量对电动汽车热泵空调系统的循环性能影响较大。陈江平[14]、周光辉[15]的研究均表明,制冷剂充注量不足会导致压缩机吸气温度低,导致过热过度,排气体温度低;充气过多会导致排气压力过低,甚至损坏系统。因此,研究合适的制冷剂充注量对系统高效稳定运行具有重要意义。

本文设计并开发了一种两级压缩喷射热泵系统,并通过加热实验研究了制冷剂充注量对所开发的两级压缩喷射热泵系统性能的影响。

1 热泵系统的设计与研究

本文测试样机为两级压缩喷射热泵空调系统,如图1所示。喷射热泵系统通过喷射器实现二次增压,改变氟利昂工作的压力和流量压缩机中的流体,并增加压缩机出口处的氟利昂排放。风量和压力;提高压缩机排气体温度,提高热泵系统效率。两级压缩注射压力焓图如图2所示。

热泵系统制热能力:

Q k = m k( h 3– h 4)(1)

压缩力:

W = W1-2 + W2-2’ + W2’-3 (2)

加热性能系数:

COP = Q k/W (3)

在公式中:

W1-2——压气机在注射压缩过程中所做的功1-2,kJ;

W 2-2——压气机在注射压缩过程中所做的功2-2’,kJ;

W 2’-3——2’-3在压气机喷射压缩过程中所做的功,kJ;

h 3、h 4——制冷剂进出散热器的焓值,kJ/kg。

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图1 电动汽车两级压缩射流热泵空调系统示意图

图2 两级压缩射流热泵系统压力焓图

2 电空调系统测试

2.1 实验装置及测试条件

本文基于理论开发了一种电动汽车热泵空调系统,并安装在电动汽车上进行测试。空调实验室按国际标准建设,低温实验室可完成-25℃低温加热试验。试验方法和数据处理符合中国汽车行业标准QC/T 656-2000《汽车空调加热装置性能要求》和QC/T 657-2000《汽车空调加热装置试验方法》。测试仪器符合QC/T 657-2000的规定。测试环境条件:环境温度-15℃±0.5℃,-12℃±0.5℃,-5℃±0.5℃,车速60km/h(热泵压缩机怠速5000r /分钟)。空调方式:全热吹腿;最大鼓风机,外循环。将测试结果整理成性能曲线。

2.2 测试结果及分析

制冷剂充注量对车载热泵空调的高温制热性能影响较大。测试除了验证氟利昂充量的设计参数外,更重要的是找到最佳氟利昂充量,这样热泵空调才能更有效、更节能地获得最佳能效比。在汽车空调系统中,适当的制冷剂充注可以保证适当的蒸发器和适当的出口过热度和冷凝器出口过冷度在膨胀阀和储液罐的作用下。

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