【word】 制冷剂充注量对新型换热器汽车空调的影响

【 word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 】 制冷剂充注量对新型换热器汽车空调的影响 制冷剂充注量对新型换热器汽车空调的影 响 第32卷第1期 2011年2月 制冷 JournalofRefrigeration Yo1.32.No.1 Februarv.2011 文章编号l0253—4339(2011)O1—0012—04 ooItll码:10.39698.issn.0253—4339.2011.01.012 制冷剂充注量对新型换热器汽车空调的影响 刘杰赵宇祁照岗陈江平 (上海交通大学制冷与低温工程研究所上海200240) 摘要为了减少R134a的直接排放,各厂商积极采用新型高效换热器来减少汽车空调系统的充注量.在焓差试验台研究传 统汽车空调和采用微通道蒸发器和过冷式冷凝器的汽车空调系统的充注量情况,结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明新型换热器能够显着降低系统的 制冷剂充注量,并且在最佳充注量下,蒸发器能够保证一定的过热度,冷凝器出口有足够的过冷度,使系统运行性能最优. 采用新型换热器系统的制冷量提高了18%左右,COP提升了约5%, 最佳充注量反而比传统系统小100g,. 关键词热工学;制冷剂最佳充注量;焓差试验;汽车空调;过冷式冷凝 器;微通道蒸发器 中田分类号:TB612;U270.383文献标识码:A ImpactofRefrigerantChargeonMobileAirConditioningSystemwith NewHeatExchanger LiuJieZhaoYuQiZhaogangChenJiangping (InstituteofRefrigerationandCryogenics,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai,200240,China) AbstractTheindustryisalwaysmakingeffortstoreducetheR134achargewithnewheatexchanger.whichresultsinthedecrease ofdirectemissionsofR134atotheenvironment.Therefrigerantchargeinconventionalmobileairconditioningsystemandthe mobileairconditioningsystemwithmicro-channelevaporatorandthesub— coolcondenserisinvestigated.Theexperimentresults showthatthenewheatexchangershavereducedchargequantityofR134aobviously.Andthereisanoptimumrefrigerantcharge quantitythatcouldprovideenoughsubcoolingattheoutletofthecondenserandapropersuperheatingattheevaporatoroutlet,and makethesystemworkingatahighestCOP.Itisalsofoundthatthecoolingcapacityofnewsystemisincreasedabout18%,andthe COPis5%higher.whiletheoptimumrefrigerantchargequantityforthenewsy stemis100glessthantheconventionalmobileair conditioningsystem. KeywordsPyrology;Optimalrefrigerantcharge;Enthalpypotentialmethod; Mobileairconditioningsystem;Sub-coolcondenser; Micro.channelevaporator 汽车在现代社会中的地位越来越重要,而90% 以上的汽车都安装有空调系统.随着人们对汽车空 调系统节能与环保的要求越来越高,对汽车空调系 统的研究也得到越来越多的关注.各种各样新型 的汽车空调压缩机,换热器以及节流机构被不断 提出并得到应用,以及对汽车空调系统控制策略的 改进,都使得汽车空调系统的性能不断提高.与此 同时,减少制冷剂的充注量也成为研究中的一个重 点,汽车空调中制冷剂R134a的GWP值为1300,温 室效应潜能比较高,充注量的减少意味着最终直接 排放到环境中的制冷剂也就越少. 对于制冷剂充注量早期的研究大多集中于家 用空调和商用空调【lq】,而汽车空调系统中制冷剂 泄露的问题更加突出,对环境的影响也更为严重. EricB.Ratts和J.StevenBrown【4曾对汽车空调系统 制冷剂的充注量进行相关研究,他们主要研究制冷 收稿日期:2010年9月21日 一 12一 剂泄露对汽车空调系统性能的影响,并分析了各个 部件的泄露比例.刘洪胜等I曾对CO,轿车空调系 统制冷剂充注量对系统性能的影响进行实验研究. 然而目前国际上对于是否使用CO,作为新型的汽车 空调制冷剂还存在争议,目前主要使用的汽车空调 制冷剂仍然为R134a.业内许多研究人员也都把重 点放在R134a系统性能的提升方面,因此R134a系 统制冷剂充注量对性能的影响是亟需解决的研究课 题.中国市场上2006年汽车的平均制冷剂充注量 为536g,与1995年的700g相比减少了23%【6】,正是 在这样的背景下对比研究了过冷式冷凝器等新型 换热器的汽车空调系统与传统空调系统的充注量, 以及不同充注量对各个部件以及系统整体性能的影 响,并且在确定汽车空调系统制冷剂的最佳充注量 的基础上揭示了系统性能提高的根本原因. 第32卷第1期2011年2月制冷剂充注量对新型换热器汽车空调的 影响VoL32,No.1 February.2011 1实验设备及样件 1.1实验设备与条件 实验在汽车空调焓差实验台上进行.实验台 结构如图l,由冷凝器室,蒸发器室,压缩机箱及 控制柜等部分组成.在蒸发器室和冷凝器室内分别 有制冷系统和加热加湿系统来控制环境状态,并 且安装有风洞为样件送风,在系统的各个测点安装 有温度压力传感器采集数据并传递给计算机进行处 理.实验台中各个主要数据测量的误差见表1,各 个测量值相对不确定度[8】见表2. 图1汽车空调综合性能试验台 Fig.1Calorimeterroomformobileairconditioning 表1实验台主要参数测量精度 Tab.1Measuredparametersandtheprecision 表2实验主要测量结果的相对不确定度 Tab.2Uncertaintiesinexperimentalresults 对系统充注量的研究只需对样件工作的环境 状态,样件的风量以及压缩机的转速进行设置, 对样件进出口制冷剂状态不进行设定,这样不同制 冷剂充注量对系统性能的影响更加真实,更容易对 比.由于试验台与实际汽车的管路相差比较大,为 了使实验数据更加可信,做出如下假设:对于同一 套空调系统,相同运行状态下,焓差台与实际汽车 上的制冷剂充注量相差恒定,并以试验数据验证. 实验工况采用一般车辆运行的城市工况(表3).为 了保护压缩机和保证实验顺利进行,在实验开始之 前系统预先充注了800g~q冷剂,然后逐次增~N50g 制冷剂,系统运行稳定后记录数据.实验过程中测 量制冷剂充注量的电子秤量程为30kg,测量精度为 ?0.1g. 表3实验工况 Tab.3Thetestcondition 1.2实验样件 现今的汽车空调系统中主要采用的是层叠式 蒸发器和平行流冷凝器,而随着技术的进步,微通 道蒸发器和过冷式冷凝器将成为今后汽车空调换 热器的发展方向.针对传统的汽车空调系统及新型 汽车空调系统分别进行实验研究,两系统的不同之 处主要在于新型系统中采用了更优化的换热器,试 验过程中膨胀阀,压缩机和管路均没有任何改变. 如图2所示,经过改进的系统制冷性能上与之前相 比有了很大提高,制冷量提高了18%左右. ? \ 佥 甘} O 空气体积流量/(mm) 图2城市工况下系统制冷量对比 F.2Comparisonofcoolingcapacityundercityconditions 2实验结果及分析 制冷剂充注量对汽车空调系统性能的影响, 主要看膨胀阀和贮液罐是否能够正常发挥作用.在 汽车空调系统中,膨胀阀根据蒸发器出口过热度来 调节开度,从而调节系统的制冷剂流量.储液罐中 也可以储存一定量液态制冷剂,达到控制系统制冷 剂流量的目的.合适的制冷剂充注量可以在膨胀阀 的作用下保证蒸发器出口有合适的过热度,并在储 液罐的作用下保证冷凝器出口具有足够的过冷度. 2.1最佳充注量的确定 冷凝器出口过冷度是判断汽车空调系统中制 冷剂充注量是否合适的最重要的依据.实验中传统 一 13— 第32卷第1期 2011年2月 制冷 JournalofRefrigeration VoL32,No.1 Februarv.2011 系统与新型系统冷凝器出口过冷度随制冷剂充注量 的变化曲线如图3.可以看到在实验的起始阶段, 由于制冷剂充注量较少,冷凝器出口几乎没有任何 过冷度,这对整个制冷系统的性能都是很不利的. 随着制冷剂充注量的增加,冷凝器出口开始有一定 的过冷度并且越来越大,在制冷剂充注量达到一定 程度的时候,冷凝器出口过冷度会有一个相对稳定 的阶段,这是由于储液罐内储存了一定的制冷剂从 而保证系统中制冷剂的流量比较稳定.当系统中制 冷剂充注量继续增大,储液罐被制冷剂充满以后, 冷凝器出口过冷度将迅速增大,过大的冷凝器出口 过冷度可能导致蒸发器入口的制冷剂不是两相的, 从而降低蒸发器能力.根据以上分析,从图3可以 看出,过冷度变化相对平缓的位置即为最佳充注 量.新型换热器汽车空调和传统汽车空调对应的制 冷剂充注量分别约为1200g与1300g.由于传统的空 调系统实车充注量约为600g,则采用新型换热器的 汽车空调实车充注量应该为500g左右. 8009001000llO0l20013001400 R134a充~N_/g 图3冷凝器出口过冷度随制冷剂充注量变化关系 Fig.3Sub—coolatthecondenseroutletwiththeR134a chargequantity 2.2制冷剂充注量对压缩机运行参数的影响 图4和图5显示了压缩机排气压力和排气温度 随制冷剂充注量变化关系曲线.压缩机的排气温度 随着制冷剂充注量增加而降低,排气压力慢慢上 升.这是由于随着制冷剂充注量的增加,压缩机吸 气过热度将逐渐减小,导致排气温度降低,此时系 统运行比较稳定.而随着制冷剂充注量的进一步加 大,将导致蒸发压力提高,使得蒸发器中制冷剂的 饱和温度上升,制冷量减少.这样即使过热度很小 还是会使压缩机吸气温度较高,从而导致排气温度 上升,排气压力上升也非常快.由此可见,制冷剂 充注量过少或过多都会导致压缩机排气温度过高, 高温可能使压缩机内润滑油失效,对汽车空调系统 的稳定运行带来不利影响.而且制冷剂充注量过多 还会使压缩机吸气过热度降低,使压缩机有液击的 危险. 四 羔 \ 晕 姆 R134a充注量/g 图4压缩机排气压力随制冷剂充注量的变化 Fig.4CompressordischargepressurewiththeR134acharge quantity 80090010001lOO120013001400 R134a充注量/g 图5压缩机排气温度随制冷剂充注量变化 Fig.5CompressordischargetemperaturewiththeR134a chargequantity 2.3制冷剂充注量与系统匹配性能分析 图6显示了传统系统和新型系统中COP随充注 量的变化关系.系统COP是由制冷能力和压缩功共 同决定的,随着制冷剂充注量的增加,制冷量和压 缩功都增大,但是在起始阶段传统系统的制冷量 增加的速度比压缩功增加的速度快,所以COP呈上 升的趋势.新型系统的制冷量和COP都比较稳定, 说明制冷量和压缩功增加的速度比较一致.这是 因为过冷式冷凝器的储液干燥器一般会位于最后一 个(或两个)制冷剂流路之前,与冷凝器形成模块化 结构,在系统充注量优化的情况下,该结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 能 够给系统带来更大的制冷剂过冷度,即使系统泄露 较大或工况较恶劣的情况下,仍然能够使得阀前制 冷剂处于饱和或过冷状态.在制冷剂充注量合适的 情况下,新型换热器系统的COP提高了约5%.此 外,对于这两种系统,制冷剂充注量过多都会导致 系统COP的下降. 加???加:3?如Hm???%舛髂%跎? p\暑姆 加m6420之 p\佥捌?弭雉 第32卷第1期2011年2月制冷剂充注?对新型换热器汽车空调的 影响Vo1.32,No.1 February.2011 两种系统最佳充注量时的工作循环logP—H图 如下(图7),可以看到新型系统的最佳充注量较 小,但是由于冷凝压力较高,过冷度较大,仍然可 以获得更大的制冷量,系统的性能更好. 2.10 2.O8 2.O6 2.04 2.O2 2.O0 1.98 1.96 1.88 1.86 1.84 1_82 l-8O 1.78 800900l00011O01200l3001400 R134a充注量 图6COP随制冷剂充注量的变化关系 Fig.6COPwiththeR134achargequantity h/(kJ&g) 图7最佳充注量下系统循环的logP—H图 Fig.7ThesystemlogP—HdiagramattheoptimumR134a chargequantity 3结论 1)采用过冷式冷凝器和微通道蒸发器新型换 热器汽车空调,制冷性能上与传统汽车空调相比, 制冷量提高了18%左右,COP提升了约5%. 2)由于过冷式冷凝器的存在,新系统COP在制 冷剂充注量比较少的时候也保持在一个较高的水 平,新型换热器能够保护系统在有一定制冷剂泄漏 量的情况下运行平稳. 3)无论是传统的汽车空调系统还是采用了微 通道蒸发器和过冷式冷凝器的新型系统中都存在一 个最佳充注量.当系统充注量最佳时,在阀的作用 下保证蒸发器出口过热度稳定,储液罐也可以确保 冷凝器出口过冷度合适,使系统的性能达到最优. 而传统系统制冷剂最佳充注量为600g,新型系统制 冷剂最佳充注量为500g,在连接管路相同的情况 下,新型系统所需的制冷剂量更少,在获得更优性 能的同时节约制冷剂,降低温室气体的排放量,达 到环保的目的. [1] [2】 【3] [4】 [5】 [6】 [7】 [8] [9] 参考文献 DYGoswami,GEk,MLeung,cta1.Effectofrefrigerant chargeontheperformanceofairconditioningsystems[J]. InternationalJournalofEnergyResearch,2001,43(4): 741-750. F.Poggi,H.Macchi—T~eda,D.Leducq,eta1.Refrigerant chargeinrefrigeratingsystemsandstrategiesofcharge reduction[J].InternationalJournalofRefrigeration,2008, 31(3):353-370. Naervjacheslav,AndreyRozhentsev,WangChichuan. Rationallybasedmodelforevaluatingtheoptimal refrigerantmasschargeinrefrigeratingmachines[J]. EnergyConversionandManagement,2001,42: 2083-2095. RattSEB,BrownJS1.Anexperimentalanalysisof theeffectofrefrigerantchargelevelonanautomotive refrigerationsystem[J].Int.J.Therm.Sci,2000,29:592 - 604. 刘洪胜,陈江平,陈芝久.CO:充注量对跨临界轿车空调 系统性能的影响[J]_化工,2005,56(8):1426—1432. (LiuHongsheng,ChenJiangping,ChenZhijiu.Impact ofCO2masschargeontrans—criticalautomotiveair conditioningsystem[J].JournalofChemicalIndustryand Engineering(China),2005,56(8):1426—1432) 陈江平,施骏业,赵宇.国内外汽车空调系统发展动 向【J】_化工,2008,59(s2):9-13(ChenJiangping, ShiJunye,ZhaoYu,Internationallatestdevelopment ofautomotiveair—conditioningsystem[J].Journalof ChemicalIndustryandEngineering(China),2008, 59(S2):1426—1432). 陈江平.国外汽车空调系统技术发展趋势[J].制冷学 报,2002,23(4):30—33(ChenJiangping.Technique developmenttendencyoftheinternationalautomotiveair conditioningsystem[J].JournalofRefrigeration,2002, 23(4):30-33. R.J.Moffat.DescribingtheUncertaintiesinExperimental Results[J].ExperimentalThermalandFluid.Science, 1998.1(1):3—17. 祁照岗.基于部件优化的汽车空调系统性能提升研究 [D].上海:上海交通大学.2005. 作者简介: 刘杰,男,(1984-),硕士,上海市闵行区东川路800号 上海交通大学制冷与低温工程研究所,200240,(021) 34206087,E—mail:liujieaaa@gmail.com.主要研究方向: 汽车空调系统匹配. Abouttheauthor: Liujie(1984一),male,Undergraduates,ShanghaiJiaoTong University,800#,DongchuanRD,Minhangstrict,Shanghai, China,200240.E—mail:liujieaaa@grnail.eomResearchfields: Automotiveairconditionsystem. 一 l5一