采用R1234yf制冷劑的汽車超低溫強(qiáng)化補(bǔ)氣熱泵空調(diào)性能

劉雨聲， 李萬勇， 張 立， 施駿業(yè)， 陳江平

(1. 上海交通大學(xué) 制冷與低溫工程研究所， 上海 200240；2. 江蘇中關(guān)村科技產(chǎn)業(yè)園節(jié)能環(huán)保研究有限公司， 江蘇 常州 213300)

發(fā)展新能源汽車代表世界汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，是推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要引擎[1-3].自《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》的正式出臺(tái)與“十二五”進(jìn)入七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)以來，新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展[4]，2018年產(chǎn)銷量已超過125萬輛.在新能源汽車銷量的組成中，純電動(dòng)乘用車和純電動(dòng)客車的占比分別為67.9%和22.8%[5]，純電動(dòng)汽車是新能源汽車產(chǎn)銷的主力軍，而空調(diào)系統(tǒng)是純電動(dòng)汽車的耗電大戶.

在冬季，傳統(tǒng)汽車空調(diào)制熱由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水余熱提供熱量，而電動(dòng)汽車沒有充足的發(fā)動(dòng)機(jī)余熱來滿足乘員艙的制熱需求[6].采用正溫度系數(shù)(PTC)材料電加熱器的電動(dòng)空調(diào)會(huì)導(dǎo)致續(xù)航里程衰減高達(dá)50%～60%，極大地阻礙了電動(dòng)汽車在全國范圍內(nèi)的應(yīng)用與推廣.為進(jìn)一步提升電動(dòng)汽車空調(diào)的能效與續(xù)航里程，高效節(jié)能的熱泵技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，但熱泵技術(shù)在汽車上的應(yīng)用并無過多先例.寶馬、奧迪、豐田、日產(chǎn)等國際汽車領(lǐng)軍品牌近年來都逐漸開始研發(fā)R134a低溫?zé)岜?，但市場反饋表明，其制熱性能難以滿足車輛的運(yùn)行需求，即使在近年量產(chǎn)的寶馬i3車型上，其熱泵空調(diào)的最低工作環(huán)境溫度也只能達(dá)到-5 ℃.

目前，針對(duì)用于低溫環(huán)境的車用熱泵研究較少.Zhang等[7]對(duì)低溫下R134a車用熱泵系統(tǒng)進(jìn)行了測試，結(jié)果顯示在-10 ℃環(huán)境中通過強(qiáng)化補(bǔ)氣(EVI)技術(shù)可使制熱量提升44.1%.許樹學(xué)等[8]搭建了閃蒸罐式強(qiáng)化補(bǔ)氣熱泵系統(tǒng)，在-25 ℃環(huán)境測試中的補(bǔ)氣可使制熱量與制熱能效比(COP)分別提升17.4%與12.9%.彭慶豐等[9]設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車新型熱泵空調(diào)系統(tǒng)相比PTC采暖能夠節(jié)能15%，續(xù)航里程提升15 km以上，但最低工作溫度也僅到 -10 ℃.同時(shí)，與家用熱泵相比，汽車熱泵系統(tǒng)具有布局空間有限、振動(dòng)程度大、運(yùn)行工況多變惡劣等技術(shù)難題[10].此外，日益嚴(yán)苛的環(huán)保法規(guī)對(duì)制冷劑選擇的環(huán)保性也是一大挑戰(zhàn).因此，研發(fā)適用于北方低溫氣候區(qū)(-20～-10 ℃)高能效比的車用超低溫?zé)岜每照{(diào)成為全面提升我國新能源汽車整車節(jié)能與競爭力的關(guān)鍵和迫切需求.

本文以汽車超低溫?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用新型低全球變暖潛能值(GWP)的R1234yf制冷劑作為運(yùn)行工質(zhì)，通過經(jīng)濟(jì)器式的強(qiáng)化補(bǔ)氣(EVI)技術(shù)提升系統(tǒng)的低溫性能，基于-20 ℃～0 ℃ 低溫性能測試的結(jié)果，分析制熱量、制熱能效化、排氣溫度、補(bǔ)氣壓力等核心評(píng)價(jià)指標(biāo)，并提出系統(tǒng)零部件優(yōu)化方法.

1 EVI試驗(yàn)技術(shù)

1.1 EVI原理

EVI技術(shù)可以通過提升蒸發(fā)器中的焓差改善熱泵空調(diào)系統(tǒng)(下文簡稱熱泵系統(tǒng))的循環(huán)穩(wěn)定性和工作性能，分為閃蒸罐式與經(jīng)濟(jì)器式.目前，市場采用EVI熱泵空調(diào)技術(shù)的汽車較少且均為閃蒸罐式，存在補(bǔ)氣流量較小且不可控等技術(shù)難點(diǎn).本研究中車用熱泵采用經(jīng)濟(jì)器式EVI技術(shù)，通過準(zhǔn)二級(jí)壓縮增焓與大流量補(bǔ)氣技術(shù)提升能效，其熱泵系統(tǒng)技術(shù)原理如圖1所示.從冷凝器出來的制冷劑先經(jīng)過經(jīng)濟(jì)器過冷后一分為二，其中一部分經(jīng)過大開度獨(dú)立電子膨脹閥的流量控制后，再從經(jīng)濟(jì)器中吸熱進(jìn)入壓縮機(jī)的中壓補(bǔ)氣口，與一級(jí)壓縮的制冷劑混合并進(jìn)行二級(jí)壓縮后排出，以提升熱泵系統(tǒng)整體循環(huán)流量與節(jié)流前的過冷度.與傳統(tǒng)強(qiáng)化補(bǔ)氣技術(shù)不同的是，熱泵系統(tǒng)將補(bǔ)氣流路置于經(jīng)濟(jì)器出口而非入口，可以使全部的制冷劑在經(jīng)濟(jì)器中放熱，且制熱電子膨脹閥前制冷劑的過冷度較大，當(dāng)工作條件改變時(shí)，可以保證熱泵系統(tǒng)中兩個(gè)膨脹閥的過冷度，進(jìn)一步提升補(bǔ)氣效果.

整個(gè)EVI循環(huán)的壓力-焓值(p-H)關(guān)系如圖2所示.熱泵系統(tǒng)的流量計(jì)算公式為

圖1 熱泵強(qiáng)化補(bǔ)氣技術(shù)系統(tǒng)原理圖Fig.1 System schematic diagram of heat pump EVI technology

圖2 EVI熱泵系統(tǒng)循環(huán)p-H 圖Fig.2 p-H diagram of EVI system circulation

(1)

1.2 制冷劑的選擇

目前市場量產(chǎn)的絕大部分汽車空調(diào)采用的制冷劑為R134a，但由于其高達(dá)1 300的全球變暖潛能值(GWP)[11]無法滿足日益嚴(yán)苛的環(huán)保法規(guī)，所以不日必將被其他制冷劑所替代.而R1234yf制冷劑的GWP值小于1[11]，其與R134a制冷劑十分相似的物性與工作性能、卓越的環(huán)保特性[12-13]都使R1234yf制冷劑成為大多數(shù)國家下一代汽車空調(diào)制冷劑的選擇.由于R1234yf制冷劑的物性、運(yùn)行特點(diǎn)與工作性能均與R134a制冷劑十分相似，所以可以避免汽車空調(diào)部件重新進(jìn)行大范圍的設(shè)計(jì)與更改，這也是汽車行業(yè)對(duì)替代制冷劑的一致訴求.雖然R1234yf制冷劑的熱泵系統(tǒng)制熱性能略低，但相關(guān)研究[14-15]表明該性能能夠通過優(yōu)化措施超越現(xiàn)有的R134a制冷劑.

從管內(nèi)冷凝與蒸發(fā)傳熱數(shù)值計(jì)算分析，由Nusselt方程可知光滑管的內(nèi)部冷凝關(guān)聯(lián)式為

(2)

式中：hc為冷凝換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；ρf與ρg分別為制冷劑液相密度與液氣相密度；g=9.8 m/s2為重力加速度；ΔHfg為液相與氣相的焓差；λf為液相導(dǎo)熱系數(shù)；μf為液相黏度；Ts與Tw分別為飽和溫度與扁管溫度；do為管外徑.

再由Shah關(guān)聯(lián)式[16]進(jìn)行計(jì)算，則有：

式中：x為干度，無量綱；p*為制冷劑的工作壓力與其臨界壓力之比；G為質(zhì)量流速；di為管內(nèi)徑；Prf為液相普朗特?cái)?shù)，無量綱.

代入R1234yf與R134a制冷劑的相關(guān)熱物性與傳遞參數(shù)，可得R1234yf制冷劑在相同質(zhì)量流速下的冷凝傳熱系數(shù)比R134a制冷劑的略低，但其冷凝壓降也低于R134a制冷劑，因此整體性能略優(yōu)于R134a制冷劑.Wang與Del Col等[17-18]也對(duì)此問題進(jìn)行了分析，得出了與上述理論相同的結(jié)論再由Lockhart Martinelli關(guān)聯(lián)式對(duì)蒸發(fā)傳熱效果進(jìn)行計(jì)算，則有：

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(7)

φG=(1+CX+X2)0.5

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式中：z為壓力梯度的方向；C為流動(dòng)狀態(tài)系數(shù)，當(dāng)氣液兩相均為湍流時(shí)，C=20，當(dāng)氣相為湍流液相為層流時(shí)C=12；X為Lockhart Martinelli參數(shù)，定義為假設(shè)液體單獨(dú)流動(dòng)時(shí)與假設(shè)氣體單獨(dú)流動(dòng)時(shí)p*之比的平方根，無量綱.

由式(6)～(8)的計(jì)算結(jié)果可得，R1234yf制冷劑的蒸發(fā)過程壓降較低，故沸騰傳熱性能略好于R134a制冷劑.Saitoh等[19]的試驗(yàn)測量也驗(yàn)證了該結(jié)論.因此，選擇R1234yf作為汽車超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)的制冷劑，同時(shí)與傳統(tǒng)制冷劑R134a進(jìn)行對(duì)比測試.

1.3 熱泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工況選擇

熱泵系統(tǒng)安裝在兩個(gè)氣候室中.氣候室能夠通過比例積分微分(PID)控制器控制空氣溫度和濕度.室外換熱器的風(fēng)速由軸流風(fēng)扇控制，而室內(nèi)蒸發(fā)器和空氣體積流量由供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)(HVAC)的輸入電壓控制.壓力和溫度傳感器安裝在各換熱器的入口和出口處以測量熱泵系統(tǒng)參數(shù)，制冷劑的質(zhì)量流量通過Coriolis質(zhì)量流量計(jì)測量.此外，在測試期間還采集了換熱器的迎風(fēng)速度和空氣體積流量、壓縮機(jī)的輸入電流和電壓以及環(huán)境溫度與相對(duì)濕度.試驗(yàn)臺(tái)架部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示.試驗(yàn)臺(tái)架具體結(jié)構(gòu)如圖3所示.其中：HZ為變頻器；M為電機(jī)；B為風(fēng)機(jī)；DP為差壓；DB為干球溫度；WB為濕球溫度.

表1 試驗(yàn)臺(tái)架部件結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.1 Structural parameters of test bench components

圖3 熱泵系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of system test bench

制熱量Q通過測量風(fēng)洞入口溫度T1和出口溫度T2、制冷劑定壓比熱容γ以及空氣質(zhì)量流量qm計(jì)算，壓縮機(jī)輸入功率W由穩(wěn)壓電源電流I、電壓U計(jì)算得出，則有：

Q=qmγ(T2-T1)

(9)

W=IU

(10)

COP=Q/W

(11)

主要測試低溫環(huán)境(-20～0 ℃)中熱泵系統(tǒng)的工作性能，具體試驗(yàn)工況如表2所示.其中：Tout為室外干球溫度；Tin為室內(nèi)溫度.室內(nèi)空氣流量為300 m3/h，補(bǔ)氣壓力測試范圍為0～0.5 MPa.

表2 試驗(yàn)工況Tab.2 Test conditions

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 EVI最佳補(bǔ)氣壓力

因此，針對(duì)每一個(gè)工況，都將有一個(gè)EVI最佳補(bǔ)氣壓力，此時(shí)熱泵系統(tǒng)具有最佳的加熱性能，下文中試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比與分析也均取各工況下最佳補(bǔ)氣壓力下的數(shù)據(jù)結(jié)果.

圖5 R1234yf與R134a汽車熱泵系統(tǒng)測試結(jié)果Fig.5 Test results of automotive heat pump air-conditioning systems of R1234yf and R134a

2.2 制熱量與COP

采用R1234yf制冷劑的EVI熱泵系統(tǒng)制熱量與COP試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示.其中NEVI為無EVI的熱泵系統(tǒng).由圖5(a)與(b)可以看出，采用R1234yf制冷劑的EVI熱泵系統(tǒng)在 -20 ℃超低溫環(huán)境中的制熱量與COP可達(dá)2 kW與2.0以上，能夠滿足各工況下的車內(nèi)制熱需求，制熱量與COP相比不補(bǔ)氣時(shí)分別提升了30%與14%.而圖5(c)與(d)中采用R134a制冷劑的熱泵系統(tǒng)，其EVI僅提升了19%與8%.這是因?yàn)镽1234yf制冷劑的氣相密度比R134a制冷劑高15%～20%，提升了制冷劑的質(zhì)量流量， 所以R1234yf制冷劑比R134a制冷劑更適合用于EVI熱泵系統(tǒng)，性能提升效果更佳.同時(shí)從圖5中的對(duì)比可以看出，環(huán)境溫度越低，補(bǔ)氣使制熱量提升的效果就越好.因此，該強(qiáng)化補(bǔ)氣熱泵空調(diào)技術(shù)能夠較好地滿足北方低溫氣候區(qū)的使用需求.

對(duì)比兩種制冷劑熱泵系統(tǒng)的EVI模式，其結(jié)果如圖6所示.由圖6可知， 采用R1234yf制冷劑的EVI熱泵系統(tǒng)制熱量與COP分別比采用R134a制冷劑的EVI熱泵系統(tǒng)制熱量與COP低6.7%和4.5%.這主要由于在汽車空調(diào)常用的-25～40 ℃工作范圍內(nèi)，相同工作壓力下R1234yf制冷劑的相變潛熱低于R134a制冷劑， 但與此同時(shí)R1234yf制冷劑的氣相密度比R134a制冷劑高，對(duì)增加制熱量又有正向作用.總的來說，采用R1234yf制冷劑的EVI熱泵系統(tǒng)制熱性能比R134a制冷劑略有不足但基本持平，且在個(gè)別工況下優(yōu)于R134a制冷劑.

圖6 R1234yf與R134a制冷劑熱泵系統(tǒng)EVI模式性能對(duì)比Fig.6 Performance comparison between R1234yf and R134a systems of EVI mode

2.3 排氣溫度

排氣溫度是影響汽車空調(diào)工作可靠性和穩(wěn)定性的重要影響因素，相關(guān)研究[20-21]表明，電動(dòng)汽車的壓縮機(jī)Tdis平均比傳統(tǒng)汽車高5～10 ℃，在某些極端條件下甚至更高.過高的排氣溫度會(huì)導(dǎo)致一系列不良后果，例如潤滑劑的密度與黏度變化、熱泵系統(tǒng)堵塞、壓縮機(jī)磨損等，這對(duì)熱泵系統(tǒng)的長期運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生不利的影響.熱泵系統(tǒng)在EVI與NEVI模式下的排氣溫度試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示.由圖7可知，在EVI模式下，R1234yf制冷劑與R134a制冷劑熱泵系統(tǒng)排氣溫度比NEVI模式低5～20 ℃，平均低12 ℃，且環(huán)境溫度越低排氣溫度下降效果越好，保證了該熱泵系統(tǒng)在 -20 ℃環(huán)境中運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性.同時(shí)，通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)在相同的試驗(yàn)條件下，采用R1234yf制冷劑熱泵系統(tǒng)的排氣溫度在EVI模式與NEVI模式下分別比R134a制冷劑熱泵系統(tǒng)平均低4 ℃和5.3 ℃，R1234yf制冷劑熱泵系統(tǒng)更為穩(wěn)定可靠.這是R1234yf制冷劑的一大優(yōu)勢，因此R1234yf制冷劑比R134a制冷劑更適合用于電動(dòng)汽車熱泵系統(tǒng).

圖7 排氣溫度試驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Test results of discharge temperature

2.4 低壓飽和壓力

當(dāng)汽車的熱泵系統(tǒng)在低于-20 ℃的環(huán)境溫度中工作時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)吸氣的蒸發(fā)壓力低于大氣壓即真空負(fù)壓的情況，導(dǎo)致空氣和水分泄漏到非密封部件中嚴(yán)重?fù)p壞熱泵系統(tǒng).因此出于對(duì)壓縮機(jī)的保護(hù)，規(guī)定其不能在最高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，必須降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，以確保吸氣壓力大于外部大氣壓，但壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的降低也會(huì)導(dǎo)致低溫下制熱性能的急劇下降.R1234yf制冷劑與R134a制冷劑的低溫蒸發(fā)壓力對(duì)比如圖8所示.其中：ps為低壓飽和壓力；T為溫度.由圖8可知，R1234yf制冷劑的低壓飽和壓力比R134a制冷劑的高15%左右；與大氣壓力對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，R134a制冷劑在溫度為-25 ℃左右時(shí)，飽和壓力就低至大氣壓，而R1234yf制冷劑在溫度-29 ℃時(shí)才達(dá)到大氣壓.因此，R1234yf制冷劑可適用于更低的蒸發(fā)壓力，即在相同的低溫環(huán)境中，R1234yf制冷劑可以比R134a制冷劑匹配更高的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，提供更高的制熱量，這也成為采用R1234yf制冷劑的車用熱泵在超低溫環(huán)境中高性能工作的有效保證.

圖8 R1234yf與R134a低壓飽和曲線Fig.8 Low pressure saturation curves of R1234yf and R134a

3 熱泵系統(tǒng)零部件優(yōu)化

3.1 增大內(nèi)部冷凝器面積

圖9 R1234yf 熱泵系統(tǒng)EVI模式優(yōu)化測試結(jié)果Fig.9 EVI mode optimization test results of R1234yf system

換熱器的換熱效果是影響熱泵系統(tǒng)性能的重要因素，內(nèi)部冷凝器換熱面積的增加可以顯著提升熱泵系統(tǒng)的制熱量與COP.為此，將R1234yf制冷劑熱泵系統(tǒng)EVI模式下內(nèi)部冷凝器換熱面積增大10%后進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖9所示.其中：S為原系統(tǒng)冷凝器換熱面積；Sinc為增大10%后的冷凝器換熱面積.由圖9可知，R1234yf制冷劑熱泵系統(tǒng)制熱量平均提升15%，特別是在工況14中的-20 ℃超低溫環(huán)境中，熱泵系統(tǒng)制熱量達(dá)到2.51 kW，比原來NEVI模式的2.11 kW提升了19%，也比R134a制冷劑熱泵系統(tǒng)提升了16%.該優(yōu)化方法攻克了-20 ℃環(huán)境下乘員艙制熱的技術(shù)難點(diǎn)，可以滿足乘員艙熱舒適性的制熱需求.

3.2 插片式換熱器開發(fā)

由于在環(huán)境溫度低于0 ℃且小于濕空氣露點(diǎn)溫度時(shí)，室外換熱器表面在短時(shí)間內(nèi)會(huì)被霜層堵塞，導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)嚴(yán)重降低，換熱量減小且結(jié)霜非常不均勻，且化霜后水分不易流出，再次冷卻時(shí)易結(jié)冰，發(fā)生“冰堵”現(xiàn)象，致使汽車熱泵系統(tǒng)無法正常工作.為解決此技術(shù)難點(diǎn)，開發(fā)了新型熱泵插片式微通道換熱器，其結(jié)構(gòu)如圖10所示.特點(diǎn)在于豎直布局的百葉窗翅片與水平微通道扁管焊接，使得濕工況冷凝水能沿突出的縱向翅片順利排出，解決了傳統(tǒng)微通道換熱器水平翅片根部易積水甚至冰堵的難點(diǎn).在 -20 ℃超低溫環(huán)境中進(jìn)行的化霜對(duì)比測試結(jié)果如圖11所示.由圖11可以知道，傳統(tǒng)微通道換熱器在40 min時(shí)霜層已很厚，而新型插片式微通道換熱器在40 min時(shí)則無明顯結(jié)霜，最終使得結(jié)霜運(yùn)行時(shí)間增加了78%以及化霜時(shí)間從12 min縮短到5 min，實(shí)現(xiàn)了除霜頻次降低以及熱泵系統(tǒng)節(jié)能的目標(biāo)，也解決了傳統(tǒng)車用熱泵系統(tǒng)在超低溫環(huán)境中無法使用的難題.

圖10 插片式換熱器結(jié)構(gòu)Fig.10 Structure of insert heat exchanger

圖11 -20 ℃時(shí)2種室外換熱器的40 min化霜測試Fig.11 40 min frost tests of two kinds of outdoor heat exchangers at -20 ℃

3.3 電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)補(bǔ)氣流路優(yōu)化

圖12 強(qiáng)化補(bǔ)氣電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)設(shè)計(jì)方案Fig.12 Design of electric scroll compressor for EVI

車用熱泵強(qiáng)化補(bǔ)氣熱泵系統(tǒng)使用了類雙級(jí)壓縮技術(shù)，利用中間不完全冷卻的方式解決普通熱泵低溫下性能不足的問題.由于需要使用強(qiáng)化補(bǔ)氣壓縮機(jī)，其補(bǔ)氣流路的設(shè)計(jì)將直接影響補(bǔ)氣的效果與整個(gè)熱泵系統(tǒng)的性能.在低溫工況下，壓縮機(jī)潤滑油黏度變大且比常溫工況下更容易滯留在熱泵系統(tǒng)中.潤滑油回油困難不僅會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)摩擦損失增加、效率降低，且潤滑油極易停留在蒸發(fā)器中，增加制冷劑和管道之間的熱阻，進(jìn)一步降低熱泵系統(tǒng)的性能.因此，對(duì)強(qiáng)化補(bǔ)氣壓縮機(jī)補(bǔ)氣流路的優(yōu)化和油分離機(jī)構(gòu)控制技術(shù)進(jìn)行了提升，開發(fā)了一種渦旋壓縮機(jī)仿真模型，最終確定的對(duì)稱補(bǔ)氣孔設(shè)計(jì)、位置及孔徑方案如圖12所示.由圖12可以看出，為解決低溫回油問題，開發(fā)了低溫?zé)岜孟到y(tǒng)專用高效油分離器，采用壓縮機(jī)集成式油分離機(jī)構(gòu)，基于制冷劑與油互溶流動(dòng)機(jī)理開發(fā)油分離仿真模型，利用潤滑油重力和離心力作用，在原有壓縮機(jī)排氣管上增加一個(gè)旋流分離錐形油分離管，實(shí)現(xiàn)潤滑油與制冷機(jī)的高效分離.該種優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅可以提升車用熱泵強(qiáng)化補(bǔ)氣的效果，還能使熱泵系統(tǒng)的制熱量平均提升23%，同時(shí)又降低了壓縮機(jī)的吐油量，使得熱泵系統(tǒng)的油循環(huán)率控制在3%以內(nèi).

4 結(jié)論

所提基于強(qiáng)化補(bǔ)氣的汽車超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)，在低溫環(huán)境(-20～0 ℃)性能測試中表現(xiàn)出了良好的制熱性能，可以滿足北方低溫氣候區(qū)的使用需求.

(1) 經(jīng)過強(qiáng)化補(bǔ)氣，采用R1234yf制冷劑的EVI熱泵總體制熱性能比R134a制冷劑略有不足但基本持平，且在個(gè)別點(diǎn)性能超越R134a制冷劑.

(2) R1234yf制冷劑熱泵系統(tǒng)EVI模式在 -20 ℃低溫環(huán)境中制熱量與COP可達(dá)2 kW與2.0以上，比普通熱泵制熱量與COP提升了30%與14%，EVI性能提升的效果優(yōu)于R134a制冷劑，可以滿足超低溫環(huán)境的制熱需求.

(3) R1234yf制冷劑熱泵系統(tǒng)的排氣溫度平均比R134a制冷劑熱泵系統(tǒng)低4 ℃，低溫飽和蒸汽壓力比R134a制冷劑高15%左右，在相同低溫環(huán)境中表現(xiàn)出更高的制熱量和工作可靠性.

(4) 增大內(nèi)部冷凝器面積、使用插片式室外換熱器、優(yōu)化電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)補(bǔ)氣流路與油分離機(jī)構(gòu)可以顯著提升強(qiáng)化補(bǔ)氣效果與能效.

可以預(yù)測，電動(dòng)汽車超低溫EVI熱泵空調(diào)系統(tǒng)將在未來汽車行業(yè)有更為深入的發(fā)展.目前，新能源汽車熱泵空調(diào)行業(yè)在成長初期，整體規(guī)模較小.隨著電動(dòng)汽車市場的全面增長和熱泵技術(shù)的加速滲透，乘用車熱泵空調(diào)市場將快速增長，超低溫強(qiáng)化補(bǔ)氣技術(shù)也將帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益.