【技術】汽車空調采暖（熱泵系統）
采暖系統是汽車空調的熱源，利用汽車發動機冷卻液或廢氣的餘熱等，在加熱器芯内進行熱交換，加熱進入車内的空氣，提高車内的溫度。汽車上應用最廣泛的是非獨立式水暖系統，利用發動機冷卻液通過加熱器時的熱交換加熱空氣， 再通過鼓風機将暖氣吹入車内。
汽車采暖系統的主要有3類
1、水暖式采暖系統
水暖式采暖系統主要由加熱器、鼓風機、熱水閥、通風道等組成。
發動機起動後，溫度未達到正常工作溫度以前，節溫器會關閉水泵與散熱器的通道，水泵和發動機冷卻液出口通道相連，冷卻液處于小循環狀态，發動機溫度迅速升高。當發動機溫度達到工作溫度（約為80-90℃）時，節溫器接通水泵和散熱器的通道，同時關閉水泵與發動機冷卻液出口通道，冷卻液通過散熱器形成大循環。同時，部分高溫冷卻液進入加熱器，并通過熱傳導和熱對流将熱量傳遞給周圍的空氣，再由鼓風機将加熱後的空氣吹入車内。在加熱器中已釋放了熱量後的中文冷卻液由水泵抽回發動機，如此反複循環。
2、PTC采暖系統
由于電動汽車空調系統沒有可利用的發動機餘熱，其制熱可通過PTC加熱器實現。PTC加熱器包括PTC空氣加熱器和PTC液體加熱器兩種。
1）PTC液體加熱器
采用PTC水加熱器間接加熱空氣。保留傳統空調的暖風芯體，外接一套PTC加熱循環回路。PTC先把水加熱，熱水流入暖風芯體與冷空氣換熱，冷空氣被加熱後送入乘員艙内。整套回路布置與前艙内，避免了高壓接入乘員艙内的安全隐患；加熱後的水溫不會烤熱塑料而發出異味。但這套系統增加了PTC、水泵、管路等零部件，成本較高。
此方案的缺點在于加熱模式對蓄電池的消耗較大，在寒冷氣候條件下，PTC 加熱器的使用可使電動汽車的續駛裡程縮短約 30% 到 45%，極大地影響電動汽車的續駛裡程，增加電動汽車的生産成本。
2）PTC空氣加熱器
采用PTC空氣加熱器直接加熱空氣，取代傳統車上的暖風芯體。冷空氣直接流經加熱器表面，加熱後送入車内。這種方案成本比較低，但由于PTC接入乘員艙内，存在一定的安全風險。此外，加熱器表面溫度比較高，容易将周邊塑料烤熱發出異味，在設計加熱器的安裝位置時需要留意。
3、熱泵系統
電動汽車因其節能和環保的優勢受到了越來越多的關注，代表了未來汽車的發展方向。純電動汽車空調系統制冷、供暖和除霜所需能量均來自整車動力電池，是電動汽車功耗的最大輔助子系統。電動汽車沒有發動機餘熱作為供暖熱源，需自身具有供暖功能，能夠制冷制熱雙向運行的熱泵型空調系統為汽車空調系統的設計提供了新的技術思路。
熱泵系統1、熱泵系統的原理
熱泵系統原理我們已經很熟悉，這裡不作介紹，用兩張圖來說明下問題。
2、熱泵系統的結構（以寶馬i3為例）
熱泵系統的主要元件有熱泵控制器、制冷劑溫度傳感器和壓力-溫度傳感器、制冷劑截止閥、電控膨脹閥（EXV）、儲液幹燥器、熱泵換熱器等組成。
A. 熱泵控制器
熱泵控制器根據傳感器數值執行指令，模拟通道評估制冷劑溫度傳感器和制冷劑壓力-溫度傳感器信号，控制制冷劑截止閥和制冷劑電控膨脹閥（EXV）等執行器。
B.制冷劑溫度傳感器和壓力-溫度傳感器
熱泵的空調制冷劑管路上有三個溫度傳感器，兩個壓力-溫度傳感器，用于把制冷劑溫度和壓力值傳遞給熱泵控制器。安裝位置如下圖所示。
C. 制冷劑截止閥
管路上的四個制冷劑截止閥用于控制制冷劑回路，開關閥門可以引起制冷劑在冷凝器和蒸發器中的不同流向，導緻熱泵有制冷、加熱和混合三種不同的運轉模式。制冷劑截止閥隻能全開或全關，其中三個閥門在斷電時打開，另一個閥門在斷電時關閉。在熱泵的加熱模式，關閉的閥門打開，使制冷劑從冷凝器通過儲液幹燥器流回電動壓縮機。
D. 電控膨脹閥（EXV）
由于使用了熱泵，高電壓蓄電池冷卻回路中的熱控膨脹閥(TXV)和組合的膨脹截止閥(ETXV)被三個電控膨脹閥(EXV)取代。這三個閥使用步進電機在0~100%之間控制制冷劑管路。
E. 儲液幹燥器
帶熱泵的儲液幹燥器要滿足空調壓縮機的進氣要求，同時儲存潤滑用冷凍機油。作為儲存罐，儲液幹燥器能夠補償壓縮機長期運轉緩慢減少的制冷劑，保證熱泵回路的正常工作。
F. 熱泵換熱器
熱泵換熱器将高溫高壓制冷劑的熱量傳遞給暖風加熱管路流動的冷卻液。
3、熱泵系統的應用
當前适用于純電動汽車的空調系統主要有：電動壓縮機驅動制冷與PTC電加熱結合的空氣調節系統、熱電空調系統及熱泵空調系統等。因為能效比高、環保等優點，熱泵空調技術已經成為未來純電動汽車乃至新能源汽車的主要研究方向和發展趨勢。對于車用熱泵空調系統，采用的技術路線主要包括R134a熱泵空調系統、CO2熱泵空調系統、太陽能輔助熱泵空調系統和電加熱器混合空調系統。其中比較成熟的技術是R134a熱泵空調技術和CO2熱泵空調系統。
A.R134a熱泵空調系統
下圖是獨立式電動壓縮機驅動形式的熱泵空調系統，壓縮機由單獨電機驅動，電池組分别向動力系統驅動電機和電動壓縮機供電。該系統以自然空氣為熱源，在車内同時安裝有冷凝器和蒸發器，通過四通閥等部件進行控制以實現制冷器在車艙内外的雙向循環，從而達到制冷、供暖、除霜等功能。新鮮空氣從上部進入經加熱後從擋風玻璃内部表面吹出除霜，内部循環空氣則由下部風道導入經加熱向乘客腳部吹出。此種方式不僅比傳統的全新鮮空氣流動方案節省能耗，而且解決了當外界環境溫度較低且車内濕度較大時由車内空氣再循環引起的結霜問題。
上述熱泵空調系統性能參數如下表所示，其在-10℃到40℃時間均有良好的工作性能。
B. CO2熱泵空調系統
CO2作為一種自然工質，其GWP（全球變暖潛能值）僅為1，且由于來源廣泛、環保等優勢，引起很多研究者的關注。國外許多企業均已研制出CO2汽車空調樣機，系統示意圖如下圖所示。室溫的水作為氣體換熱器和蒸發器的換熱流體，通過控制水的流量，可将氣體冷卻器和蒸發器出口的水溫分别保持在73℃和4℃。
有學者研究了用于燃料電池餘熱回收的CO2熱泵型汽車空調，實驗用熱水供給系統模拟從燃料電池中回收的餘熱。制冷/制熱循環包括一個半密閉式壓縮機，超臨界壓力下的微通道換熱器（氣體冷卻器和車内換熱器），微通道蒸發器，内部換熱器，膨脹閥和一個集熱器。具體的制/制熱循環如下圖所示：
但CO2熱泵型汽車空調壓力較高，對系統的控制提出了更高的要求，同時成本也較高。目前熱泵的發展方向有：
1. 開發更高效的直流渦旋壓縮機
2. 開發控制更精準，更節能的電子膨脹閥
3. 采用高效過冷式平行流冷凝器
4. 改善微通道蒸發結構，使制冷劑蒸發更均勻
版權聲明：本文作者：瞿曉華，張振宇， 施駿業，版權歸屬原作者，由HETA小編編輯整理，轉載請注明來源。最新文章
-
“豫西中醫界之泰鬥喬保均”治療疑難病60年經驗賞析
5小時前 -
回憶、健忘和灑脫
6小時前 -
弘一法師：“真的不忍心告訴你，這個世界隻是一個夢。你一輩子執
6小時前 -
心理學，準的讓你驚叫
6小時前 -
人生，成大器者有四識，知識、見識、膽識、遠識
6小時前 -
俞和：被遺忘的書法家，以古為師，創新在手！
6小時前 -
2024屆新高考II卷語文真題答案及解析
7小時前 -
生前隻是小人物，死後震驚史學界
7小時前
熱門文章
-
每日一誦傷寒論第241條
1周前 -
老張老李侃門球之140篇
1天前 -
這個穴位可以治療多種胃痛腹痛，還可以減肥
5天前 -
為什麼五點鐘要起床答案讓人吃驚！（現在知道還不晚）
1周前 -
治療坐骨神經痛藥酒５方
1周前 -
美麗中國-2870：中國最大的内陸河，塔裡木河
2天前 -
二十四山開門放水作竈真訣開門放水作竈直訣——子山
1天前 -
門球技巧 隻需五個字讓你打好門球
1天前
有話要說...