熱泵型純電動(dòng)汽車空調(diào)融霜特性探討

崔厚明

豫新汽車熱管理科技有限公司 河南 新鄉(xiāng) 453049

前言

汽車發(fā)展的歷史已經(jīng)有著150年了，現(xiàn)今的汽車大部分以燃燒石油等其他不可在生能源為提供動(dòng)力，對(duì)環(huán)境的影響也造成較為惡劣的影響，對(duì)人的身心健康也帶來嚴(yán)重的損傷。純電動(dòng)的汽車發(fā)行，因?yàn)槟茉刺峁┹^為低廉，行駛中的舒適度較高，對(duì)環(huán)境的影響較低的特點(diǎn)，在市場(chǎng)上廣受期待。與傳統(tǒng)的汽車相比，純電動(dòng)汽車的車內(nèi)環(huán)境也十分重要。在冬季的空調(diào)使用上由于車內(nèi)的純電動(dòng)的機(jī)器沒有制熱的效果[1]。常規(guī)電動(dòng)汽車基本采用PTC的加電供暖，但是由于汽車的能量提供較低，供暖必將影響汽車的行駛路程。對(duì)于熱泵汽車空調(diào)系統(tǒng)，在汽車結(jié)霜的情況下會(huì)影響到汽車的空調(diào)制熱效果。如何優(yōu)化汽車空調(diào)的除霜，是提升汽車空調(diào)性能的重要因素。

1 熱泵電動(dòng)汽車空調(diào)實(shí)驗(yàn)方案確定

目前的電動(dòng)汽車的空調(diào)基本采用了準(zhǔn)雙級(jí)循環(huán)熱泵技術(shù)開發(fā)的帶混氣的熱泵電動(dòng)汽車空調(diào)，具有壓縮機(jī)、車外風(fēng)冷換熱器、單向閥、主膨脹閥、車內(nèi)風(fēng)冷換熱器、四通閥等。熱泵型汽車空調(diào)的外側(cè)微通道換熱器與翅片外側(cè)微通道分布在換熱器的翅片到汽車架的底部，翅片通過釬焊連接與扁管連接在一起。熱泵型汽車空調(diào)需要注入制冷劑，通過設(shè)計(jì)方案的要求，注入適當(dāng)壓力的制冷劑。在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室中對(duì)試驗(yàn)樣機(jī)開始測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室可以對(duì)室內(nèi)室外的溫度進(jìn)行控制，對(duì)出現(xiàn)的誤差需要在合理可控的范圍內(nèi)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著可靠性[2]。

2 結(jié)霜實(shí)驗(yàn)

當(dāng)汽車空調(diào)轉(zhuǎn)換器的溫度低于0度時(shí)，車內(nèi)外的空氣濕度較高，環(huán)境中的溫差就會(huì)對(duì)空氣中的水分等產(chǎn)生較高的析出現(xiàn)象。在汽車換熱器上出現(xiàn)結(jié)霜，當(dāng)霜層增厚時(shí)就會(huì)影響到換熱器的氣體流通，導(dǎo)致?lián)Q熱器的進(jìn)出氣變小，同時(shí)對(duì)換熱器的能量損耗也會(huì)加大，對(duì)換熱器的中的通風(fēng)效應(yīng)影響也會(huì)加大。不同溫度環(huán)境下的空調(diào)出現(xiàn)的結(jié)霜也不盡相同。在汽車空調(diào)的開啟后車外的換熱器出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象，就需要在每個(gè)溫度對(duì)換熱器進(jìn)行記錄。

在開啟空調(diào)后，熱泵系統(tǒng)開始運(yùn)行，由于車外的換熱器處于溫差環(huán)境較大的地方中，車外第一個(gè)換熱器會(huì)首先出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象。因?yàn)檐囃獾膿Q熱器采用平行流換熱器，其通道面積較小，對(duì)換熱器的運(yùn)行有限制，所以通過觀察換熱器查看結(jié)霜效果。

工況1：熱泵運(yùn)行10分鐘后，由于溫度繼續(xù)降低，由于霜層的增厚條件下車外換熱器下部霜層增厚，外換熱器的通風(fēng)效果降低。

工況2：熱泵運(yùn)行90分鐘左右的結(jié)霜現(xiàn)象，車外換熱器的表面通道結(jié)霜較多，汽車空調(diào)進(jìn)入除霜功能。

當(dāng)周圍環(huán)境過低時(shí)，除霜效果大大降低。實(shí)驗(yàn)中空調(diào)的運(yùn)行基本穩(wěn)定[3]。

3 不同室外側(cè)工況下新型外側(cè)微通道換熱器結(jié)霜情況

在室外側(cè)工況可以調(diào)節(jié)的情況下，進(jìn)行溫度的恒定調(diào)節(jié)(20℃/15℃)恒定，對(duì)配置新型外側(cè)微通道換熱器的熱泵型汽車空調(diào)進(jìn)行制熱性能試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中的不同負(fù)荷下對(duì)壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。按照一個(gè)完整結(jié)霜周期內(nèi)的平均制熱能力對(duì)熱泵型汽車空調(diào)的制熱能力進(jìn)行標(biāo)定。新型外側(cè)微通道換熱器的結(jié)霜時(shí)間長短與試驗(yàn)工況、翅片的親水性、空氣流通等因素有關(guān)。試驗(yàn)在空氣流動(dòng)速度、翅片親水性能、空調(diào)通氣窗口開窗角恒定的條件下。外側(cè)微通道換熱器結(jié)霜溫度區(qū)間主要集中在-15與7℃(其中7℃時(shí)結(jié)霜時(shí)間較長)，結(jié)霜速度最快在0℃左右，在滿足制熱能力的需求下，外微側(cè)通道在30分鐘就會(huì)出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象；在室外側(cè)干/濕球溫度-15℃/-20℃工況下，換熱器表面長達(dá)五小時(shí)未發(fā)生結(jié)霜現(xiàn)象。在溫度極低的情況下由于空氣中濕度低，結(jié)霜就會(huì)降低或者形成微小的冰霜，結(jié)霜量極少，難以觀察到結(jié)霜。在0℃左右的工況下，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率高，空調(diào)更容易發(fā)生結(jié)霜現(xiàn)象。主要原因是在這種環(huán)境中蒸發(fā)的溫度較低，同等條件下外側(cè)微通道換熱器中制冷劑的吸氣量提高。因此，對(duì)于新型外側(cè)微通道換熱器除霜的排水能力在0℃左右的測(cè)試尤為重要。從熱泵型空調(diào)舒適性考慮，空調(diào)產(chǎn)品要求除霜時(shí)間一般控制在3分鐘內(nèi)。換熱器的排水不夠順暢，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部壓力過大對(duì)內(nèi)部的溫度流動(dòng)造成影響。

4 結(jié)論

通過試驗(yàn)研究了熱泵型汽車空調(diào)制熱模式下結(jié)霜以及除霜的特性，得出以下結(jié)論：1)制熱狀態(tài)下最易結(jié)霜的工況為室外干/濕球溫度為0℃/0℃附近，此工況下結(jié)霜周期在30分鐘左右；2)熱泵型汽車空調(diào)出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象很快,但是隨著溫度降低結(jié)霜會(huì)出現(xiàn)停止；3)外側(cè)微通道換熱器可有效促進(jìn)除霜水的排出，雖然在制熱狀態(tài)下具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是制冷具有一定的劣勢(shì)，需要努力研究提高其換熱效率的方法。根據(jù)結(jié)霜的方式結(jié)合空氣動(dòng)力可以對(duì)相關(guān)空氣中的水分子進(jìn)行研究。在結(jié)霜階段，當(dāng)溫度處于0℃以下時(shí)，水珠會(huì)瞬間結(jié)冰對(duì)于制熱機(jī)的運(yùn)行有著難以消除結(jié)霜的現(xiàn)象。