熱泵型純電動汽車空調融霜特性探討

崔厚明

豫新汽車熱管理科技有限公司 河南 新鄉 453049

前言

汽車發展的歷史已經有著150年了，現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力，對環境的影響也造成較為惡劣的影響，對人的身心健康也帶來嚴重的損傷。純電動的汽車發行，因為能源提供較為低廉，行駛中的舒適度較高，對環境的影響較低的特點，在市場上廣受期待。與傳統的汽車相比，純電動汽車的車內環境也十分重要。在冬季的空調使用上由于車內的純電動的機器沒有制熱的效果[1]。常規電動汽車基本采用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。對于熱泵汽車空調系統，在汽車結霜的情況下會影響到汽車的空調制熱效果。如何優化汽車空調的除霜，是提升汽車空調性能的重要因素。

1 熱泵電動汽車空調實驗方案確定

目前的電動汽車的空調基本采用了準雙級循環熱泵技術開發的帶混氣的熱泵電動汽車空調，具有壓縮機、車外風冷換熱器、單向閥、主膨脹閥、車內風冷換熱器、四通閥等。熱泵型汽車空調的外側微通道換熱器與翅片外側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。熱泵型汽車空調需要注入制冷劑，通過設計方案的要求，注入適當壓力的制冷劑。在標準試驗室中對試驗樣機開始測試，標準試驗室可以對室內室外的溫度進行控制，對出現的誤差需要在合理可控的范圍內對實驗結果有著可靠性[2]。

2 結霜實驗

當汽車空調轉換器的溫度低于0度時，車內外的空氣濕度較高，環境中的溫差就會對空氣中的水分等產生較高的析出現象。在汽車換熱器上出現結霜，當霜層增厚時就會影響到換熱器的氣體流通，導致換熱器的進出氣變小，同時對換熱器的能量損耗也會加大，對換熱器的中的通風效應影響也會加大。不同溫度環境下的空調出現的結霜也不盡相同。在汽車空調的開啟后車外的換熱器出現結霜現象，就需要在每個溫度對換熱器進行記錄。

在開啟空調后，熱泵系統開始運行，由于車外的換熱器處于溫差環境較大的地方中，車外第一個換熱器會首先出現結霜現象。因為車外的換熱器采用平行流換熱器，其通道面積較小，對換熱器的運行有限制，所以通過觀察換熱器查看結霜效果。

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

工況2：熱泵運行90分鐘左右的結霜現象，車外換熱器的表面通道結霜較多，汽車空調進入除霜功能。

當周圍環境過低時，除霜效果大大降低。實驗中空調的運行基本穩定[3]。

3 不同室外側工況下新型外側微通道換熱器結霜情況

在室外側工況可以調節的情況下，進行溫度的恒定調節(20℃/15℃)恒定，對配置新型外側微通道換熱器的熱泵型汽車空調進行制熱性能試驗。實驗中的不同負荷下對壓縮機的運行頻率進行調節。按照一個完整結霜周期內的平均制熱能力對熱泵型汽車空調的制熱能力進行標定。新型外側微通道換熱器的結霜時間長短與試驗工況、翅片的親水性、空氣流通等因素有關。試驗在空氣流動速度、翅片親水性能、空調通氣窗口開窗角恒定的條件下。外側微通道換熱器結霜溫度區間主要集中在-15與7℃(其中7℃時結霜時間較長)，結霜速度最快在0℃左右，在滿足制熱能力的需求下，外微側通道在30分鐘就會出現結霜現象；在室外側干/濕球溫度-15℃/-20℃工況下，換熱器表面長達五小時未發生結霜現象。在溫度極低的情況下由于空氣中濕度低，結霜就會降低或者形成微小的冰霜，結霜量極少，難以觀察到結霜。在0℃左右的工況下，在試驗中發現，壓縮機的運行頻率高，空調更容易發生結霜現象。主要原因是在這種環境中蒸發的溫度較低，同等條件下外側微通道換熱器中制冷劑的吸氣量提高。因此，對于新型外側微通道換熱器除霜的排水能力在0℃左右的測試尤為重要。從熱泵型空調舒適性考慮，空調產品要求除霜時間一般控制在3分鐘內。換熱器的排水不夠順暢，會導致內部壓力過大對內部的溫度流動造成影響。

4 結論

通過試驗研究了熱泵型汽車空調制熱模式下結霜以及除霜的特性，得出以下結論：1)制熱狀態下最易結霜的工況為室外干/濕球溫度為0℃/0℃附近，此工況下結霜周期在30分鐘左右；2)熱泵型汽車空調出現結霜現象很快,但是隨著溫度降低結霜會出現停止；3)外側微通道換熱器可有效促進除霜水的排出，雖然在制熱狀態下具有一定的優勢，但是制冷具有一定的劣勢，需要努力研究提高其換熱效率的方法。根據結霜的方式結合空氣動力可以對相關空氣中的水分子進行研究。在結霜階段，當溫度處于0℃以下時，水珠會瞬間結冰對于制熱機的運行有著難以消除結霜的現象。