空調(diào)系統(tǒng)制冷劑標定

邢 進

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

空調(diào)系統(tǒng)制冷劑標定

邢 進

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

為使空調(diào)系統(tǒng)獲得最大或最優(yōu)制冷性能，需要對空調(diào)系統(tǒng)制冷劑充注量進行標定，使空調(diào)系統(tǒng)在最佳充注量下發(fā)揮最佳性能。

制冷劑；空調(diào)系統(tǒng)；R-134a；標定

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-80-02

前言

考慮到汽車空調(diào)運行工況的復雜性，為了使汽車空調(diào)發(fā)揮最大或最優(yōu)性能，通常需要對系統(tǒng)最優(yōu)化充注量進行實驗分析。在最優(yōu)制冷劑充注量下汽車空調(diào)能夠在大多數(shù)工況下保持比較穩(wěn)定的性能。

選取充注量實驗工況十分重要，本文選取中等車速下的典型環(huán)境工況作為實驗條件：蒸發(fā)器進風溫度 38℃，相對濕度40%，冷凝器進風溫度38℃，鼓風機最大風速，冷凝器迎面風速80km/h，車速80km/h。為了保護壓縮機和保證實驗順利進行，在實驗開始之前系統(tǒng)預先充注了大約700g制冷劑，在系統(tǒng)各測量參數(shù)穩(wěn)定10分鐘后，逐次增加50g并記錄數(shù)據(jù)。在實驗過程中，壓縮機吸氣壓力、排氣壓力、蒸發(fā)器出風溫度、蒸發(fā)器出口過熱度和冷凝器出口過冷度是主要測量參數(shù)。實驗過程中測量制冷劑充注量的電子稱量程為30kg，測量精度+/-0.1g。

由于空調(diào)環(huán)模倉中各環(huán)境室的空間較大，所以系統(tǒng)連接管路要比實際汽車空調(diào)系統(tǒng)中的連接管路長很多，這對精確分析系統(tǒng)充注量帶來了不便。但制冷劑相變都是發(fā)生在換熱器中，各連接管路中的制冷劑都是處于單相狀態(tài)且管路的隔熱效果較好，制冷劑物性幾乎保持不變，所以只要能夠測量各個管路進出口的壓力、溫度等參數(shù)就可以獲得制冷劑的熱物理參數(shù)，從而可以根據(jù)實際系統(tǒng)中管路長度和管內(nèi)直徑計算出管路中含有的制冷劑質(zhì)量，獲得比較準確的系統(tǒng)充注量。

1、系統(tǒng)最佳充注量分析

圖1顯示了在不同充注量下各測量參數(shù)的變化曲線。

在系統(tǒng)中，膨脹閥根據(jù)蒸發(fā)器出口過熱度來控制閥口開啟程度從而控制流量。剛開始加入制冷劑量較少，此時過熱度很大，蒸發(fā)器中所有制冷劑都蒸發(fā)成氣體，且閥的開度全部打開。隨著制冷劑量的增加，制冷劑流量也會逐漸增加。這樣蒸發(fā)器換熱量和壓縮機功耗也會增加，也會使得冷凝器放熱量慢慢增加。為了能夠增大換熱量，冷凝器中的飽和溫度和飽和壓力都會上升，因此冷凝器制冷劑側(cè)和空氣側(cè)的進口傳熱溫差(Inlet Temperature Difference，ITD)也會增加。隨著制冷劑量增加到一定程度，蒸發(fā)器出口過熱度逐漸減小并且膨脹閥開始有調(diào)整開度的可能。這個充注量就是所謂的“最小有效充注量”。從圖1中可以看出，對于汽車空調(diào)綜合性能臺架上的基準系統(tǒng)和強化系統(tǒng)來說，他們的最小有效充注量在1000g左右，此時蒸發(fā)器出口過熱度開始可以保持一定的穩(wěn)定性，大約為16～18℃之間（根據(jù)測量位置不同溫度有所不同）。在這之后，系統(tǒng)中多余的制冷劑將貯存在儲液干燥器中。如果儲液干燥器充滿，那么冷凝器會有更多的傳熱面積用來將飽和液體冷卻成過冷液體。

對于蒸發(fā)器來說，從起始充注量開始，逐步增加制冷劑充注量，蒸發(fā)器的換熱量逐步增大，那么蒸發(fā)器的出風溫度會逐漸降低。當系統(tǒng)充注量達到最小有效充注量時，膨脹閥開始有能力通過蒸發(fā)器出口過熱度進行流量控制。當儲液干燥器也充滿的時候，系統(tǒng)的運行壓力會升高，也會導致蒸發(fā)器的飽和溫度升高，從而導致ITD降低，減少換熱量，也會使得蒸發(fā)器出風溫度升高和車室內(nèi)舒適性降低。

對于冷凝器來說，在系統(tǒng)充注量較少時，冷凝器出口的過冷度一般為0或者很小（根據(jù)測量位置不同溫度有所不同）。隨著充注量的增加，冷凝器出口開始出現(xiàn)過冷度并逐漸增加。在儲液干燥器逐漸充滿時，冷凝器出口過冷度曲線出現(xiàn)一個比較穩(wěn)定的平滑階段，對于不同結(jié)構(gòu)的冷凝器和系統(tǒng)來說，這段冷凝器過冷度值是不一樣的。對于基準系統(tǒng)所用的普通平行流冷凝器來說，出口過冷度的穩(wěn)定值保持在5℃左右。而對于過冷式冷凝器來說，由于儲液干燥器在最后兩個制冷劑流程之前，這兩個流程的進一步冷卻制冷劑使得出口過冷度更大，一般能夠保持在10℃左右。

對于壓縮機來說，在達到最小有效充注量之前，壓縮機排氣壓力不斷上升，然后排氣壓力將保持到儲液罐充滿。當有更多制冷劑液體出現(xiàn)在冷凝器中時，壓縮機排氣壓力將會進一步上升。在起始階段，壓縮機吸氣口過熱度非常大，隨著充注量的增加，壓縮機吸氣口溫度進一步降低，壓縮機排氣溫度也會進一步降低。需要特別指出的是，在一些極端情況下，如果系統(tǒng)中的充注量非常小，這種狀況對壓縮機來說非常有害，因為在這種情況下，壓縮機潤滑油在高溫下可能失效。

2、結(jié)論

根據(jù)上述對系統(tǒng)充注量充注過程的分析，從圖1中可以看出，在達到最小有效充注量之后過冷度和其他參數(shù)曲線會有一段保持平滑，之后這些參數(shù)將會發(fā)生明顯的波動。對于確定系統(tǒng)充注量來說，這個平滑段就是最佳充注量的有效區(qū)間，在實際操作中，充注量通常會取平滑曲線的中點，這樣可以防止系統(tǒng)長時間微小泄漏帶來的性能下降。根據(jù)圖1所示曲線，本文所述系統(tǒng)的最佳充注量分別為1100g。

[1] 劉向農(nóng).汽車空調(diào)冷凝器的匹配設計研究[J].合肥工業(yè)大學學報，2002.2(25).

[2 ] 吳寶志.汽車空調(diào)[M].北京: 宇航出版社，1991. 96- 120.

[3 ] 黃允東.空調(diào)制冷系統(tǒng)優(yōu)化設計新方法[J].制冷學報，1998, (3) : 12- 20.

Air Conditioning Refrigerant Charge Determination

Xing Jin
（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141）

In order to make the air conditioning system to obtain maximum or optimalre frigeration performance, we need to finish refrigerant charge determination, so that the air conditioning system to play the best performance in theoptimal charge.

refrigerant; air conditioning; r-134a; determination

U463.6

A

1671-7988(2015)06-80-02