汽车空调回热交换器匹配分析

孙强，陈博，陈昌瑞

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

汽车空调回热交换器匹配分析

孙强，陈博，陈昌瑞

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

文章分析了回热器的基本原理，使用回热器可显著提升空调系统性能，近年得到逐步应用及推广。但在试验过程中也发现，使用回热器后空调排气温度较高，会对系统可靠性带来不利影响。针对此问题，文章从膨胀阀的开度，回热器的长度两个重要参数着手调整，试验结果表明，调整后，制冷效果良好，排气温度降低明显。对汽车空调回热器推广具有参考意义。

汽车空调；回热器；膨胀阀

引言

汽车空调回热器也称内部热交换器（IHX）,同轴管, 最早被提出应用于二氧化碳汽车空调系统中，其具有降低冷凝器过冷度，提升散热量，改善系统效能等优点。严诗杰[1]对装有回热器的 R134a 系统进行台架和整车环模试验研究，结果表明，系统制冷量平均提高 5%，COP 提高 16%。出风温度降低 1.5℃。钱锐[2]对带回热器的整车空调系统开展性能试验研究，试验结果表明带回热器的汽车空调系统出风口温度降低＞1.5℃，相同制冷性能条件下，压缩机功耗下降10%左右。对带回热器的汽车空调系统匹配需要关注的要点如系统冲注量，膨胀阀设定，压缩机出口温度进行了说明性阐述。

原有空调系统加入回热器以后，带来的压缩机排气温度高的问题，本文针对此问题开展匹配、试验研究，为后续工程开发提供参考案例。

1 汽车空调回热器原理及分析

汽车空调系统中的回热器，如图 1所示，可以使节流阀前的高温制冷剂与来自蒸发器的低温蒸汽进行内部热交换，其结果是制冷剂液体过冷，低温蒸汽有效过热。可以提高系统制冷量和 COP。

图1 汽车空调回热器

回热循环，如图2所示，原传统系统制冷循环：1-4-5-8，增加回热器后制冷循环2-3-6-7，过热度增加1-2，过冷度增加5-6。

图2 回热循环p-h图

在单位质量下，回热循环单位制冷量增量为：

根据研究，R134a制冷剂采用回热有利于制冷系数提升[3]，当Δq /q>Δw/w时，

采用回热循环会带来制冷量及制冷系数（COP）的增加，但也有可能带来一些不利因素：

1）采用回热后，自蒸发器出来的气体流过会热器时压力有所降低，因而增加了压缩比，引起压缩功的增加；

2）压缩机制冷量Qe=ηvVhΔhe/Vs。式中Qe---制冷量，W；Δhe---蒸发器出口比焓与压缩机入口焓差，J/kg；Vs ---压缩机吸气比容，m³/kg；ηv ---压缩机容积效率；Vh---压缩机容积 m³；经回热器后的过热度增加，导致吸气比容Vs增加，导致压缩机的制冷量降低；

3）压缩机吸气过热度增加导致压缩机排气温度的上升，影响压缩机的寿命及可靠性。

以上不利因素，是需要在匹配设计时需要注意及克服的问题。

2 膨胀阀参数影响分析

某系统增加回热器后，开展降温性能验证，环境温度43℃，光照条件1000 W/ m2，驾驶室温升至60℃，按照《QC/T 658 汽车空调整车降温性能试验方法》工况进行对比验证，验证结果见表1：

表1 增加回热器系统参数对比

上表中Pd排气压力，Ps吸气压力，Td排气温度。

从测试数据上看，增加回热器后，驾驶室平均温度降低约2℃，出风口平均温度降低（2~3）℃，但压缩机排气温度增加＞10℃，特别是100km/h工况，压缩机排气温度高达110℃。需要调整。

增加同轴管后，通过膨胀阀开度调整，增加膨胀阀开度，通过降低吸气管过热度来降低压缩机排气温度。带回热器系统原膨胀阀参数 1.5T/1.4K，分别调整膨胀阀 1.5T/1.6K，1.5T/1.8K开展验证（1.5T/1.4K数据见表1）。

表2 带回热器系统膨胀阀参数调整对比

从压缩机排气温度角度，膨胀阀开度增加，排气温度呈下降趋势，从制冷量（驾驶室平均温度）角度膨胀阀 1.4K与1.6K系统性能相当，1.8K系统制冷性能略差，排气压力明显升高。综合以上因素，系统选择膨胀阀参数1.5T/1.6K。

匹配回热气器系统，膨胀阀参数相对原系统要增加，具体参数选择需根据压缩机排气温度，系统制冷量，系统压力等因素判断选择。

3 回热器长度影响分析

回热器长度对系统过热度，过冷度有影响，理论上回热器管路约长过冷度越大，同事压缩机的过热度也约大，对压缩机的排气温度影响约大，因此，有必要对回热器长度开展匹配，测试。

某系统匹配回热器，回热器长度 450mm，膨胀阀参数1.5T/1.6K，降温性能试验数据见表3。

表3 某带回热器系统降温试验数据

从表中看出，压缩机排气温度存在较高的问题。因此，从回热器长度的角度对系统开展匹配，调整。

建立仿真模型，对不同长度同轴管开展仿真分析。仿真见表4。

表4 回热器长度参数调整仿真对比

表5 回热器长度参数调整试验对比

从仿真数据上看，COP在回热器400mm时达最大值，随管路长度增加吸气温度，排气温度有增加的趋势。

分别对回热器长度400mm，350mm的管路系统开展对比验证，测试数据见表5。

从表压回热器长度在400mm时，缩机排气温度，出风口温度，驾驶室平均温度均是最优。

4 总结

本文对带回热器的汽车空调系统开展匹配分析析：

（1）普通系统增加回热器后尽管会提升制冷性能，同时也会导致压缩机排气温度高的问题，需要开展系统匹配；

（2）从膨胀阀的角度，可以适当提升膨胀阀的开度，增加系统制冷剂流量，降低吸气过热度，达到降低排气温度的目的；

（3）原则上回热器长度越长越好，但也会带来压缩机过热度增加的问题，回热器长度需要与膨胀阀开度匹配调整，在开度不变的条件下，可以缩短回热器的长度来降低压缩机排气温度。

[1] 严诗杰.利用回热器提高HFC134a汽车空调系统性能的试验研究[J].汽车技术 2010,第 11 期 （44-47）.

[2] 钱锐.带回热器的整车空调系统性能实验研究及系统匹配法则.[J]制冷技术.2014年12月第34卷第6期（9-12）.

[3] 郑贤德.制冷原理与装置.[M]机械工业出版社.

Matching analysis Automotive air conditioning Internal Heat Exchanger

Sun Qiang, Chen Bo, Chen Changrui
( Technical Center, Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

In this paper, the basic principle of the Internal heat exchanger is analyzed. The performance of the air conditioning system can be significantly improved by using the regenerator, and it has been gradually applied and popularized in recent years. But in the test process, it is also found that the high exhaust temperature of the air conditioner after the use of the Internal heat exchanger will adversely affect the reliability of the system. To solve this problem, this paper starts from the opening of the expansion valve, the length of the Internal heat exchanger two important parameters to adjust, the test results show that, after adjustment, the cooling effect is good, the exhaust temperature is reduced significantly. It has reference significance for the promotion of automobile air conditioner Internal heat exchanger.

Air-conditioning system; Internal heat exchanger; expansion valve

U467.1

A

1671-7988 (2017)21-163-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.056

CLC NO.: U467.1

A

1671-7988 (2017)21-163-03

孙强，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。