制冷剂充注量对新型换热器汽车空调的影响

　　汽车在现代社会中的地位越来越重要，而90%以上的汽车都安装有空调系统。随着人们对汽车空调系统节能与环保的要求越来越高，对汽车空调系统的研究也得到越来越多的关注。各种各样新型的汽车空调压缩机、换热器以及节流机构被不断提出并得到应用，以及对汽车空调系统控制策略的改进，都使得汽车空调系统的性能不断提高。与此同时，减少制冷剂的充注量也成为研究中的一个重点，汽车空调中制冷剂R134a的GWP值为1300，温室效应潜能比较高，充注量的减少意味着最终直接排放到环境中的制冷剂也就越少。

　　对于制冷剂充注量早期的研究大多集中于家用空调和商用空调[1~3]，而汽车空调系统中制冷剂泄露的问题更加突出，对环境的影响也更为严重。Eric B. Ratts 和 J. Steven Brown[4]曾对汽车空调系统制冷剂的充注量进行相关研究，他们主要研究制冷剂泄露对汽车空调系统性能的影响，并分析了各个部件的泄露比例。刘洪胜等[5]曾对CO2轿车空调系统制冷剂充注量对系统性能的影响进行实验研究。然而目前国际上对于是否使用CO2作为新型的汽车空调制冷剂还存在争议，目前主要使用的汽车空调制冷剂仍然为R134a。业内许多研究人员也都把重点放在R134a系统性能的提升方面，因此R134a系统制冷剂充注量对性能的影响是亟需解决的研究课题。中国市场上2006年汽车的平均制冷剂充注量为536g，与1995年的700g相比减少了23%[6]，正是在这样的背景下对比研究了过冷式冷凝器[7]等新型换热器的汽车空调系统与传统空调系统的充注量，以及不同充注量对各个部件以及系统整体性能的影响，并且在确定汽车空调系统制冷剂的最佳充注量的基础上揭示了系统性能提高的根本原因。

　　1 实验设备及样件

　　1.1 实验设备与条件

　　实验在汽车空调焓差实验台上进行。实验台结构如图1，由冷凝器室，蒸发器室，压缩机箱及控制柜等部分组成。在蒸发器室和冷凝器室内分别有制冷系统和加热加湿系统来控制环境状态，并且安装有风洞为样件送风，在系统的各个测点安装有温度压力传感器采集数据并传递给计算机进行处理。实验台中各个主要数据测量的误差见表1，各个测量值相对不确定度[8]见表2。

　　对系统充注量的研究只需对样件工作的环境状态，样件的风量以及压缩机的转速进行设置，对样件进出口制冷剂状态不进行设定，这样不同制冷剂充注量对系统性能的影响更加真实，更容易对比。由于试验台与实际汽车的管路相差比较大，为了使实验数据更加可信，做出如下假设：对于同一套空调系统，相同运行状态下，焓差台与实际汽车上的制冷剂充注量相差恒定，并以试验数据验证。实验工况采用一般车辆运行的城市工况(表3)。为了保护压缩机和保证实验顺利进行，在实验开始之前系统预先充注了800g制冷剂，然后逐次增加50g制冷剂，系统运行稳定后记录数据。实验过程中测量制冷剂充注量的电子秤量程为30kg，测量精度为±0.1g。