淺析汽車空調(diào)結(jié)霜原因

平永亮

（保定長(zhǎng)城博翔汽車零部件制造有限公司，河北 保定 071000）

淺析汽車空調(diào)結(jié)霜原因

平永亮

（保定長(zhǎng)城博翔汽車零部件制造有限公司，河北 保定 071000）

1 汽車空調(diào)系統(tǒng)控制原理

汽車空調(diào)四大部件壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器如圖1所示。壓縮機(jī)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，給空調(diào)系統(tǒng)中制冷劑循環(huán)帶來(lái)動(dòng)力，低溫低壓的氣態(tài)制冷劑通過(guò)壓縮機(jī)壓縮成為高溫高壓的氣態(tài)制冷劑進(jìn)入冷凝器，高溫高壓的氣態(tài)制冷劑在冷凝器中冷凝成高溫高壓的液態(tài)制冷劑，然后通過(guò)膨脹閥節(jié)流成為低溫低壓的液態(tài)制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器，低溫低壓的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱成為低溫低壓的氣態(tài)制冷劑，進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮進(jìn)入冷凝器，從而完成整個(gè)制冷循環(huán)系統(tǒng)。

常見(jiàn)的壓縮機(jī)啟?？刂品绞绞峭ㄟ^(guò)溫控器感受蒸發(fā)器的溫度，控制蒸發(fā)器在一定溫度范圍內(nèi)工作，從而使空調(diào)系統(tǒng)始終處于一個(gè)穩(wěn)定的溫度范圍工作。例如設(shè)定蒸發(fā)器溫度在1℃停機(jī)、5℃開(kāi)機(jī)，即當(dāng)蒸發(fā)器的溫度達(dá)到1℃時(shí)，溫控器輸出信號(hào)使壓縮機(jī)的離合器斷開(kāi)，從而壓縮機(jī)停止工作，空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)制冷劑不再循環(huán)，空調(diào)不再制冷，蒸發(fā)器的溫度會(huì)上升；當(dāng)蒸發(fā)器的溫度上升至5℃時(shí)，溫控器輸出信號(hào)使壓縮機(jī)離合器吸合，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，空調(diào)繼續(xù)制冷。從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)始終在1～5℃的范圍工作。

空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)器表面的溫度低于空氣的機(jī)器露點(diǎn)溫度，蒸發(fā)器表面會(huì)形成冷凝水，當(dāng)蒸發(fā)器表面溫度達(dá)到0℃以下時(shí)，蒸發(fā)器表面的冷凝水就會(huì)結(jié)冰，當(dāng)蒸發(fā)器結(jié)冰后空氣就不再與蒸發(fā)器換熱，空氣通過(guò)蒸發(fā)器表面的冰，這時(shí)蒸發(fā)器的換熱效率會(huì)大大降低；當(dāng)結(jié)冰嚴(yán)重時(shí)，蒸發(fā)器表面被冰覆蓋，通過(guò)蒸發(fā)器的空氣被蒸發(fā)器表面的冰堵住，駕駛室內(nèi)出風(fēng)口風(fēng)量會(huì)減少，且通過(guò)蒸發(fā)器的空氣不再和蒸發(fā)器換熱，駕駛室內(nèi)出風(fēng)口的溫度會(huì)上升，相當(dāng)于駕駛室內(nèi)的空氣通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)在空調(diào)HVAC中循環(huán)了一次而沒(méi)有降溫，空調(diào)制冷效果會(huì)失效。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，我們往往在空調(diào)不制冷時(shí)才發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器已經(jīng)結(jié)霜，而且已經(jīng)形成厚厚的冰層，然而汽車空調(diào)結(jié)霜并不是一個(gè)突發(fā)狀態(tài)，而是一個(gè)過(guò)程，起初是蒸發(fā)器小部分結(jié)霜，一旦蒸發(fā)器表面結(jié)霜面積有逐步擴(kuò)大的趨勢(shì)，然后蒸發(fā)器有效換熱面積逐步減少，蒸發(fā)器已經(jīng)進(jìn)入了結(jié)霜期，霜就會(huì)越結(jié)越多，最后形成冰，空調(diào)失去制冷能力。

空調(diào)系統(tǒng)設(shè)定蒸發(fā)器的工作溫度是1～5℃，蒸發(fā)器表面理應(yīng)不會(huì)結(jié)霜，因?yàn)楫?dāng)蒸發(fā)器的溫度降低至1℃時(shí)溫控器會(huì)斷開(kāi)壓縮機(jī)離合器，空調(diào)系統(tǒng)不再工作，所以空調(diào)系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)結(jié)霜。但實(shí)際汽車空調(diào)的結(jié)霜問(wèn)題是一直以來(lái)困擾空調(diào)廠和整車廠的問(wèn)題，在這里簡(jiǎn)單介紹一下汽車空調(diào)的結(jié)霜原理和對(duì)解決結(jié)霜問(wèn)題的一些看法。

2 蒸發(fā)器溫控器選點(diǎn)

假定汽車空調(diào)設(shè)定的蒸發(fā)器的工作溫度是1℃停機(jī)、5℃開(kāi)機(jī)，蒸發(fā)器的工作溫度只是靠溫控器感受蒸發(fā)器某一點(diǎn)的溫度，而這一點(diǎn)并不能代表蒸發(fā)器的溫度，這里就提到蒸發(fā)器溫度場(chǎng)的均勻性，如果蒸發(fā)器表面的溫度絕對(duì)均勻，即在空調(diào)系統(tǒng)工作時(shí)，蒸發(fā)器上任意一點(diǎn)的溫度都是相同的，那么蒸發(fā)器在1℃停機(jī)，空調(diào)系統(tǒng)不可能結(jié)霜。實(shí)際上空調(diào)蒸發(fā)器表面溫度在不同位置溫度是不同的，例如蒸發(fā)器表面最高溫度與最低溫度相差5℃。

試驗(yàn)照片如圖2所示，圖3為某車型蒸發(fā)器溫度場(chǎng)分布圖。該產(chǎn)品表面的溫度差為5.57℃，如果溫控器的感溫點(diǎn)選擇蒸發(fā)器溫度較高點(diǎn)“1”點(diǎn)，那么蒸發(fā)器溫度傳感器感受到蒸發(fā)器溫度為1℃的時(shí)候，實(shí)際上蒸發(fā)器其他大部分位置的溫度已經(jīng)達(dá)到0℃以下，其中點(diǎn)“2”所在位置區(qū)域已經(jīng)到達(dá)-4℃左右，蒸發(fā)器就會(huì)大面積結(jié)霜（圖4），結(jié)霜部位的蒸發(fā)器內(nèi)部的制冷劑不再與空氣進(jìn)行熱交換，此時(shí)駕駛室內(nèi)的溫度就會(huì)上升，空調(diào)制冷失效。如果選擇溫度較低點(diǎn)“2”點(diǎn)，那么溫度傳感器感受到蒸發(fā)器表面溫度在1℃時(shí)，蒸發(fā)器其他位置的溫度在5℃以上，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)過(guò)早停機(jī)，蒸發(fā)器不能有效發(fā)揮制冷量，最終導(dǎo)致駕駛室內(nèi)降溫效果差。此時(shí)應(yīng)選擇一點(diǎn)：蒸發(fā)器部分部位結(jié)霜，即蒸發(fā)器結(jié)霜范圍保持在可控范圍，可以選擇圖3中點(diǎn)“3”溫區(qū)，當(dāng)點(diǎn)“3”溫區(qū)到達(dá)1℃時(shí)，1點(diǎn)周圍區(qū)域在-2℃，其他區(qū)域在0℃以上，可以使蒸發(fā)器部分結(jié)霜。一般結(jié)霜范圍控制在蒸發(fā)器面積的20%以內(nèi)，此處結(jié)霜在空調(diào)系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間內(nèi)，蒸發(fā)器結(jié)的霜融化可以吸收空氣的熱量，且停機(jī)時(shí)間內(nèi)霜可以完全融化，蒸發(fā)器可以最大化地發(fā)揮制冷能力。

3 蒸發(fā)器的排水性能

測(cè)試蒸發(fā)器的排水性能，干球溫度27℃，濕球溫度25℃，膨脹閥進(jìn)口壓力1.55MPa，膨脹閥進(jìn)口過(guò)冷度5℃，蒸發(fā)器出口壓力0.2MPa，蒸發(fā)器出口過(guò)熱度5℃，給定風(fēng)量測(cè)試蒸發(fā)器的排水量。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比相同蒸發(fā)器參數(shù)下的兩臺(tái)芯體，有親水處理的比無(wú)親水處理的排水量明顯多；經(jīng)過(guò)親水處理的蒸發(fā)器芯體表面的張力會(huì)減小，蒸發(fā)器表面的冷凝水不會(huì)聚集，會(huì)順著蒸發(fā)器扁管表面迅速流下；而沒(méi)有經(jīng)過(guò)親水處理的蒸發(fā)器在芯體表面的冷凝水會(huì)形成水珠，與蒸發(fā)器翅片形成水橋，導(dǎo)致芯體排水不暢。

當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)中采用的表面式溫控器（采集吹過(guò)蒸發(fā)器的空氣的溫度）感溫點(diǎn)位置形成水橋，空氣將不從該位置通過(guò)，那么溫控器感受不到吹過(guò)蒸發(fā)器表面的風(fēng)的溫度，就會(huì)出現(xiàn)實(shí)際蒸發(fā)器表面的溫度已經(jīng)達(dá)到1℃，但溫控器感溫點(diǎn)由于沒(méi)有空氣通過(guò)，感受的溫度要高于1℃。此時(shí)溫控器輸出的信號(hào)使壓縮機(jī)繼續(xù)工作，那么蒸發(fā)器感溫點(diǎn)溫度會(huì)降至0℃以下，蒸發(fā)器就會(huì)結(jié)霜，空調(diào)會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，結(jié)果是蒸發(fā)器表面就會(huì)完全結(jié)霜，最終空調(diào)失去制冷效果。

溫控器感溫點(diǎn)位置應(yīng)選取HVAC中蒸發(fā)器通風(fēng)好的位置。如果選擇的位置通風(fēng)較差，蒸發(fā)器表面的冷凝水只靠重力作用向下排，通風(fēng)差的位置就較容易形成水橋，對(duì)溫控器采集蒸發(fā)器溫度極其不利。圖5為試驗(yàn)時(shí)溫控器選擇通風(fēng)位置不佳的蒸發(fā)器出現(xiàn)結(jié)霜。

試驗(yàn)測(cè)試條件：蒸發(fā)器側(cè)空氣干球溫度21℃，濕球溫度18℃，冷凝器側(cè)入口空氣干球溫度21℃，冷凝器進(jìn)口風(fēng)速為9m／s，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為實(shí)車狀態(tài)下車速100km／h，變速器合理檔位時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，風(fēng)機(jī)電壓13.5V（DC）。分別選取在通風(fēng)最大的位置和通風(fēng)較差的位置進(jìn)行試驗(yàn)，然后調(diào)節(jié)各檔位風(fēng)量，每檔位的風(fēng)量運(yùn)行60min，測(cè)試空調(diào)系統(tǒng)是否結(jié)霜。結(jié)果是通風(fēng)最大位置無(wú)結(jié)霜，通風(fēng)較差位置小風(fēng)量時(shí)30min出現(xiàn)結(jié)霜。

實(shí)際在汽車高速行駛時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)中膨脹閥會(huì)調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)中制冷劑的流量，膨脹閥將進(jìn)入蒸發(fā)器的進(jìn)口關(guān)小以減少進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑，從而減少空調(diào)系統(tǒng)中制冷劑的流量。膨脹閥有調(diào)節(jié)流量的作用，還有節(jié)流降壓的作用，這時(shí)膨脹閥功能的矛盾就顯示出來(lái)了，蒸發(fā)器出口一端是壓縮機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)吸收蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑，蒸發(fā)器進(jìn)口一端被膨脹閥關(guān)小以減少空調(diào)系統(tǒng)中制冷劑的流量；膨脹閥將蒸發(fā)器進(jìn)口關(guān)小調(diào)節(jié)流量的同時(shí)，也增加了膨脹閥的降壓功能，這時(shí)蒸發(fā)器內(nèi)的壓力會(huì)迅速降低，而蒸發(fā)器內(nèi)部壓力降低對(duì)應(yīng)制冷劑的飽和溫度也會(huì)降低，這也是在汽車高速行駛時(shí)蒸發(fā)器降溫速率快的原因。如果蒸發(fā)器內(nèi)壓力降低到對(duì)應(yīng)的飽和溫度0℃以下，則此時(shí)空調(diào)系統(tǒng)沒(méi)有停機(jī)就會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)器結(jié)冰了。

4 結(jié)論

在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期就應(yīng)考慮溫控器選點(diǎn)位置，應(yīng)在通風(fēng)較好的位置，且該測(cè)溫點(diǎn)既不能是溫度最低點(diǎn)也不能是溫度最高點(diǎn)，既要保證蒸發(fā)器發(fā)揮最大制冷量，又不能使蒸發(fā)器表面大面積結(jié)霜；在蒸發(fā)器排水性能上，要考慮增強(qiáng)蒸發(fā)器的排水性，避免蒸發(fā)器表面冷凝水形成水橋?qū)е聹乜仄鳒y(cè)溫失真，不能及時(shí)斷開(kāi)壓縮機(jī)導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)結(jié)霜。

試驗(yàn)用蒸發(fā)器為上海雙樺提供，生產(chǎn)年份為2012年，型號(hào)為G08。

（編輯文珍）

U463.851

B

1003－8639（2014）06－0058－03

2014-03-13；

2014-04-08