汽车空调热泵系统可行性方案说明.doc

.WORD完美.格式编辑. .技术资料.专业整理. 汽车空调热泵系统可行性分析 随着汽车技术的发展，热泵空调系统的开发显得尤其重要。本文通过对国内外热泵空调研究进展进行分析，讨论了各种系统在汽车中实现的可能性以及今后所要重点解决的问题。 关键词： 热泵空调 辅助加热 二氧化碳 三角循环 0 前言 目前汽车中广泛使用的空调系统仅... 随着汽车技术的发展，热泵 HYPERLINK / \t _blank 空调系统的开发显得尤其重要。本文通过对国内外热泵 HYPERLINK / \t _blank 空调研究进展进行分析，讨论了各种系统在汽车中实现的可能性以及今后所要重点解决的问题。 关键词：热泵空调 辅助加热 二氧化碳 三角循环 0 前言 目前汽车中广泛使用的空调系统仅仅能满足夏季工况的制冷要求，冬季工况的采暖是利用温度较高的发动机冷却水加热空气来满足车室内舒适性要求。 随着科学技术的进步和汽车工业的不断发展，汽车发动机的效率越来越高，这就使得发动机在冬季工况下能够用来车室内取暖的余热越来越少。对于安全和舒适性要求，较长升温周期和缓慢除霜效果是不能接受的。目前在汽车市场上的辅助加热手段，如电加热、阻尼加热器等等在制造成本、性能、效率等方面仍然存在不足。同时电动汽车工业的快速发展需要热泵空调。电动车没有传统汽车用来采暖的发动机余热，无法提供采暖热源。因此，电动汽车的空调系统必须自身具有供暖的功能，即热泵型空调系统和（或）电加热供热。目前，研究汽车热泵空调系统仍然是一个全新的课题。本文将对国内外研究较多的汽车空调热泵系统形式进行综述与探讨，以供国内研究者参考。 1 R134a热泵空调系统 1.1 改进的R134a空调系统-辅助加热系统 发动机效率越高，可利用来加热车厢的余热就越少。John Meyer等人改进现有空调的加热系统，提高了余热利用率和系统性能。作者利用乙二醇代替空气作为发动机的冷却剂将加热系统改装成利用乙二醇作为热源的热泵。热泵系统运行图如图1（a）和（b）所示。该系统仍然需要使用发动机余热来加热车室，只能作为加热模式下的辅助加热系统。该系统与普通汽车空调最大区别是使用了电磁线圈驱动的滑块式四通阀来进行模式转换并使用节流短管/气液分离器的系统结构。作者在系统中加入了用于冷却液与制冷剂换热的换热器LTR（Liquid-to-Refrigeration），并且改进原系统的蒸发器结构，使它成为能够承受高压的换热器。 图1（a）制冷模式 图1（b）加热模式 低温风洞中的测试结果与基本加热系统进行了比较，如图2所示。利用热泵作为辅助加热手段的系统性能在总体上要比基本加热系统要好。在第5分钟，热泵足部出风温度比基本模式高出10.4℃，因此在快速取暖要求方面，热泵性能更优越。在20分钟关闭热泵时，车室温度已经较高并且乙二醇的温度也已经足够高，这时可以打开节温阀利用发动机余热来加热车室。在怠速时，热泵辅助加热能够提供更多的热量来加热车室。在怠速阶段，两者足部出风温度相差最大达15℃以上，热泵辅助加热的效果要比基本加热系统的效果好很多。因此，在使用余热不多的新型燃油发动机的汽车中，该热泵空调可以作为加热系统的有益补充。 图2 温升性能对比 1.2 全新的R134a热泵空调系统 以空气为热源的家用热泵空调允许制冷剂反向流动。空调能够在动态制热，夏天制冷。热泵空调通常利用四通阀进行不同工况下的制冷剂换向，同时蒸发器能够承受较高的运行压力。这种利用制冷剂反向流动来达到制热效果的理念也被运用到了汽车空调中。 图3 R134a热泵系统图 Nippondenso公司的Takahisa Suzuki和Katsuya Ishii为电动汽车开发了一种使用R134a作为制冷剂的汽车空调热泵系统，系统如图3所示，该系统能够在制冷、制热和除霜/除雾模式下运行。在汽车仪表盘下部的蒸发箱总成中有两个换热器，在不同循环时成为功能不同的换热器。普通家用热泵空调在室内只需一个换热器的结构不能运行在汽车上，因为在制冷模式转换成制热模式时，换热器上的冷凝水将迅速蒸发，在挡风玻璃上结霜。因此，为了保证安全驾驶，在热泵系统中有图3所示的内部冷凝器和内部蒸发器。 该系统的实验结果如表1所示，环境温度在-10℃到40℃的范围内，系统在稳态条件下，以最大能耗1kw能完成对车室的制冷和制热。它不仅能在制冷和制热模式下满足舒适性，也能通过使用电子膨胀阀来控制出风温度，也能以较小的能耗在很大的湿度范围内完成除湿操作，但该系统需要提供全电动压缩机，该项技