邢 进

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

空调系统制冷剂标定

邢 进

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

为使空调系统获得最大或最优制冷性能，需要对空调系统制冷剂充注量进行标定，使空调系统在最佳充注量下发挥最佳性能。

制冷剂；空调系统；R-134a；标定

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-80-02

前言

考虑到汽车空调运行工况的复杂性，为了使汽车空调发挥最大或最优性能，通常需要对系统最优化充注量进行实验分析。在最优制冷剂充注量下汽车空调能够在大多数工况下保持比较稳定的性能。

选取充注量实验工况十分重要，本文选取中等车速下的典型环境工况作为实验条件：蒸发器进风温度 38℃，相对湿度40%，冷凝器进风温度38℃，鼓风机最大风速，冷凝器迎面风速80km/h，车速80km/h。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大约700g制冷剂，在系统各测量参数稳定10分钟后，逐次增加50g并记录数据。在实验过程中，压缩机吸气压力、排气压力、蒸发器出风温度、蒸发器出口过热度和冷凝器出口过冷度是主要测量参数。实验过程中测量制冷剂充注量的电子称量程为30kg，测量精度+/-0.1g。

由于空调环模仓中各环境室的空间较大，所以系统连接管路要比实际汽车空调系统中的连接管路长很多，这对精确分析系统充注量带来了不便。但制冷剂相变都是发生在换热器中，各连接管路中的制冷剂都是处于单相状态且管路的隔热效果较好，制冷剂物性几乎保持不变，所以只要能够测量各个管路进出口的压力、温度等参数就可以获得制冷剂的热物理参数，从而可以根据实际系统中管路长度和管内直径计算出管路中含有的制冷剂质量，获得比较准确的系统充注量。

1、系统最佳充注量分析

图1显示了在不同充注量下各测量参数的变化曲线。

在系统中，膨胀阀根据蒸发器出口过热度来控制阀口开启程度从而控制流量。刚开始加入制冷剂量较少，此时过热度很大，蒸发器中所有制冷剂都蒸发成气体，且阀的开度全部打开。随着制冷剂量的增加，制冷剂流量也会逐渐增加。这样蒸发器换热量和压缩机功耗也会增加，也会使得冷凝器放热量慢慢增加。为了能够增大换热量，冷凝器中的饱和温度和饱和压力都会上升，因此冷凝器制冷剂侧和空气侧的进口传热温差(Inlet Temperature Difference，ITD)也会增加。随着制冷剂量增加到一定程度，蒸发器出口过热度逐渐减小并且膨胀阀开始有调整开度的可能。这个充注量就是所谓的“最小有效充注量”。从图1中可以看出，对于汽车空调综合性能台架上的基准系统和强化系统来说，他们的最小有效充注量在1000g左右，此时蒸发器出口过热度开始可以保持一定的稳定性，大约为16～18℃之间（根据测量位置不同温度有所不同）。在这之后，系统中多余的制冷剂将贮存在储液干燥器中。如果储液干燥器充满，那么冷凝器会有更多的传热面积用来将饱和液体冷却成过冷液体。

对于蒸发器来说，从起始充注量开始，逐步增加制冷剂充注量，蒸发器的换热量逐步增大，那么蒸发器的出风温度会逐渐降低。当系统充注量达到最小有效充注量时，膨胀阀开始有能力通过蒸发器出口过热度进行流量控制。当储液干燥器也充满的时候，系统的运行压力会升高，也会导致蒸发器的饱和温度升高，从而导致ITD降低，减少换热量，也会使得蒸发器出风温度升高和车室内舒适性降低。

对于冷凝器来说，在系统充注量较少时，冷凝器出口的过冷度一般为0或者很小（根据测量位置不同温度有所不同）。随着充注量的增加，冷凝器出口开始出现过冷度并逐渐增加。在储液干燥器逐渐充满时，冷凝器出口过冷度曲线出现一个比较稳定的平滑阶段，对于不同结构的冷凝器和系统来说，这段冷凝器过冷度值是不一样的。对于基准系统所用的普通平行流冷凝器来说，出口过冷度的稳定值保持在5℃左右。而对于过冷式冷凝器来说，由于储液干燥器在最后两个制冷剂流程之前，这两个流程的进一步冷却制冷剂使得出口过冷度更大，一般能够保持在10℃左右。

对于压缩机来说，在达到最小有效充注量之前，压缩机排气压力不断上升，然后排气压力将保持到储液罐充满。当有更多制冷剂液体出现在冷凝器中时，压缩机排气压力将会进一步上升。在起始阶段，压缩机吸气口过热度非常大，随着充注量的增加，压缩机吸气口温度进一步降低，压缩机排气温度也会进一步降低。需要特别指出的是，在一些极端情况下，如果系统中的充注量非常小，这种状况对压缩机来说非常有害，因为在这种情况下，压缩机润滑油在高温下可能失效。

2、结论

根据上述对系统充注量充注过程的分析，从图1中可以看出，在达到最小有效充注量之后过冷度和其他参数曲线会有一段保持平滑，之后这些参数将会发生明显的波动。对于确定系统充注量来说，这个平滑段就是最佳充注量的有效区间，在实际操作中，充注量通常会取平滑曲线的中点，这样可以防止系统长时间微小泄漏带来的性能下降。根据图1所示曲线，本文所述系统的最佳充注量分别为1100g。

[1] 刘向农.汽车空调冷凝器的匹配设计研究[J].合肥工业大学学报，2002.2(25).

[2 ] 吴宝志.汽车空调[M].北京: 宇航出版社，1991. 96- 120.

[3 ] 黄允东.空调制冷系统优化设计新方法[J].制冷学报，1998, (3) : 12- 20.

Air Conditioning Refrigerant Charge Determination

Xing Jin
（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141）

In order to make the air conditioning system to obtain maximum or optimalre frigeration performance, we need to finish refrigerant charge determination, so that the air conditioning system to play the best performance in theoptimal charge.

refrigerant; air conditioning; r-134a; determination

U463.6

A

1671-7988(2015)06-80-02