風(fēng)冷冷熱水機(jī)組的制冷劑充注量試驗(yàn)研究

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何如余曉明李廷永王文斌摘要：通過(guò)風(fēng)冷冷熱水機(jī)組實(shí)驗(yàn)測(cè)試，研究風(fēng)冷冷熱水機(jī)組儲(chǔ)液器及充注量匹配對(duì)測(cè)試機(jī)組系統(tǒng)性能的影響，提出了機(jī)組性能改進(jìn)措施及方法。

  關(guān)鍵詞：最佳充注量?jī)?chǔ)液器實(shí)驗(yàn)研究   0前言風(fēng)冷冷熱水機(jī)組的水側(cè)換熱器大多選用板式換熱器，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、傳熱系數(shù)高等特點(diǎn)。但當(dāng)機(jī)組處于熱泵運(yùn)行時(shí)（板式換熱器作冷凝器），由于其內(nèi)容積很小，制冷劑蒸氣在其中冷凝后必須及時(shí)排出，否則冷凝液會(huì)淹沒(méi)一部分換熱面，使換熱量減少，影響機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性和性能。所以在使用板式換熱器時(shí)大都需要配置儲(chǔ)液器，用來(lái)平衡機(jī)組由于工況變化或進(jìn)行能量調(diào)整時(shí)相應(yīng)產(chǎn)生的制冷劑變化量，起到質(zhì)量流量平衡器的作用。本文主要研究?jī)?chǔ)液器“逆向法”配置，通過(guò)理論計(jì)算和試驗(yàn)研究來(lái)探討采用該方法的儲(chǔ)液器配置問(wèn)題及制冷劑充注量對(duì)系統(tǒng)性能的影響。1儲(chǔ)液器的配置作者收集了國(guó)內(nèi)外同類機(jī)型所采用的各種解決方案，從儲(chǔ)液器在制冷和制熱運(yùn)行工況時(shí)所處的壓力狀態(tài)來(lái)分主要有兩種類型，一種是壓力恒定的高壓儲(chǔ)液器，通過(guò)采用傳統(tǒng)的“四個(gè)單向閥法”來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一種是壓力交替變化的，在制冷時(shí)是低壓儲(chǔ)液器，在制熱時(shí)又變成高壓儲(chǔ)液器，主要有“冷熱法”（圖1）和“逆向法”（圖2）兩種實(shí)現(xiàn)方法。采用四個(gè)單向閥后，可以確保在制冷和制熱兩種工況時(shí)，冷凝液體始終從同一方向進(jìn)出儲(chǔ)液器，然后進(jìn)膨脹閥節(jié)流。這種方法在膨脹閥尚不能實(shí)現(xiàn)雙向流通的時(shí)代，對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行起到了很大的作用。如今隨著雙向膨脹閥技術(shù)的成熟與推廣，“冷熱法”和“逆向法”得到了愈來(lái)愈多的應(yīng)用。這兩種方法的不同之處在于，前者的儲(chǔ)液器是波動(dòng)型的，用于儲(chǔ)存工況變化時(shí)的那部分制冷劑變化量，結(jié)構(gòu)為只有單管進(jìn)出罐體，同時(shí)引入四通閥至風(fēng)冷換熱器之間的管路，通過(guò)其冷、熱變化來(lái)保證罐內(nèi)制冷時(shí)不儲(chǔ)存制冷劑而儲(chǔ)存制熱時(shí)多余的那部分制冷劑，故稱之為“冷熱法”。后者的儲(chǔ)液器則是通過(guò)型的，結(jié)構(gòu)為雙管進(jìn)出罐體，只是制冷和制熱時(shí)制冷劑的流向相反，故稱之為“逆向法”。   圖1冷熱法方案示意圖圖2逆向法方案示意圖2實(shí)驗(yàn)裝置與測(cè)試測(cè)試機(jī)組工況環(huán)境通過(guò)焓差法實(shí)驗(yàn)臺(tái)外室（配有工況機(jī)、電加熱器和加濕器）來(lái)模擬。在所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置中，制冷量（制熱量）是通過(guò)對(duì)水側(cè)換熱器進(jìn)、出口水溫的測(cè)量以及室外冷卻水系統(tǒng)水流量的測(cè)量，然后將三者的測(cè)量值作計(jì)算得到的（進(jìn)出水焓差乘冷卻水流量）。系統(tǒng)中水側(cè)換熱器的進(jìn)、出口都設(shè)置了溫度傳感器，進(jìn)水管路上設(shè)置了渦輪流量計(jì)，這些測(cè)點(diǎn)的布置為分析系統(tǒng)的熱力性能提供具體的實(shí)測(cè)值。通過(guò)冷卻水系統(tǒng)中冷卻塔和電加熱器調(diào)節(jié)帶走測(cè)試機(jī)組負(fù)荷。按照“逆向法”配置的儲(chǔ)液器主要用于儲(chǔ)存熱泵系統(tǒng)由制冷工況轉(zhuǎn)換為制熱運(yùn)行以后所多出的那部分制冷劑，因而在試驗(yàn)時(shí)首先測(cè)出系統(tǒng)不配置儲(chǔ)液器時(shí)，制冷和制熱運(yùn)行各自的制冷劑最佳充注量，然后根據(jù)這一差值進(jìn)行儲(chǔ)液器的選用和調(diào)整，滿足系統(tǒng)的性能和可靠性的要求。3制冷劑充注量的估算制冷劑在制冷循環(huán)中所起的作用是不言而喻的，對(duì)制冷劑的研究工作也是大量的，但主要是針對(duì)其本身的熱力特性和物理化學(xué)性質(zhì)，而對(duì)其在系統(tǒng)中應(yīng)用的一些問(wèn)題，如對(duì)怎樣精確計(jì)算制冷劑充注量及充注量的變化與系統(tǒng)其他特性之間的定量關(guān)系，則相對(duì)研究較少。目前制冷劑的充注量主要有，空泡系數(shù)法和內(nèi)容積估算法兩種。工程上常用后者，即采用充注量占系統(tǒng)各設(shè)備內(nèi)容積百分比的方法來(lái)估算總的制冷劑充注量。M08H系統(tǒng)內(nèi)容積計(jì)算結(jié)果如表1和表2所示。表1制冷裝置制冷劑充注量設(shè)備名稱充注量占設(shè)備容積（%）設(shè)備名稱充注量占設(shè)備容積（%）冷凝器   儲(chǔ)液器   中間冷卻器   氣液分離器   低壓循環(huán)桶15   70   30   30   30干式蒸發(fā)器   濕式蒸發(fā)器   冷凝管   液體分管   油分離器40   80   50   100   20表2M08H系統(tǒng)內(nèi)容積零部件排氣管路風(fēng)側(cè)換熱器閥前管路閥后管路板式換熱器吸氣管路內(nèi)容機(jī)（L）0.195.560.330.311.444.674試驗(yàn)結(jié)果與分析4.1不設(shè)儲(chǔ)液器時(shí)系統(tǒng)制冷、制熱量與充注量的關(guān)系圖3、圖4分別為不設(shè)儲(chǔ)液器時(shí)機(jī)組的制冷量和能效比隨充注量的變化曲線。試驗(yàn)時(shí)，首先參照估算值以液態(tài)方式充注，然后逐步以氣態(tài)方式添加制冷劑，逐點(diǎn)記錄下各穩(wěn)定點(diǎn)的試驗(yàn)參數(shù)，繪出制冷量、能效比隨充注量變化的兩條主要性能變化曲線，得出共同的最佳點(diǎn)。由圖中可以看出，在制冷標(biāo)準(zhǔn)工況運(yùn)行時(shí)，在充注量大致為5.3kg時(shí)，機(jī)組的制冷量和能效比均處于比較理想的狀態(tài)。   圖3制冷量隨充注量變化曲線   圖4制冷能效比隨充注量變化曲線在測(cè)試制熱性能時(shí)，由于系統(tǒng)內(nèi)制冷劑很難定量減少，因而機(jī)組首先排盡制冷劑，重新抽真空，再以液態(tài)方式充注制冷劑，然后逐步添加氣態(tài)制冷劑，得出圖5、圖6兩條不設(shè)儲(chǔ)液器時(shí)機(jī)組的制熱量和能效比隨充注量的變化曲線。由圖中可以看出，在制熱標(biāo)準(zhǔn)工況運(yùn)行時(shí)，在充注量大致為2.5kg時(shí)，機(jī)組的制熱量和能效比均處于比較理想的狀態(tài)。   圖5制熱量隨充注量變化曲線圖6制熱能效比隨充注量變化曲線4.2加設(shè)儲(chǔ)液器時(shí)系統(tǒng)制冷、制熱量與充注量的關(guān)系   圖7制冷量隨充注量變化關(guān)系圖8能效比隨充注量變化關(guān)   圖9制熱量隨充注量變化關(guān)系圖10能效比隨充注量變化關(guān)圖7、圖8分別為加設(shè)儲(chǔ)液器后機(jī)組的制冷量和能效比隨充注量的變化曲線，本文所列出為比較理想的狀態(tài)。制冷劑充注方法同上,逐點(diǎn)記錄下各穩(wěn)定點(diǎn)的試驗(yàn)參數(shù)，繪出制冷量、能效比隨充注量變化的兩條主要性能變化曲線，得出共同的最佳點(diǎn)。由圖中可以看出，在制冷標(biāo)準(zhǔn)工況運(yùn)行時(shí)，在充注量大致為5.5kg時(shí)，機(jī)組的制冷量和能效比均處于比較理想的狀態(tài)。在測(cè)試制熱性能時(shí)，制冷劑充注方法同上,得出圖9、圖10兩條加設(shè)儲(chǔ)液器后機(jī)組的制熱量和能效比隨充注量的變化曲線。5結(jié)論（1）無(wú)論儲(chǔ)液器匹配與否，制冷劑充注量均對(duì)系統(tǒng)性能影響很大。（2）未設(shè)置儲(chǔ)液器時(shí)，制冷和制熱運(yùn)行達(dá)到理想制冷量和能效比的制冷劑充注量相差很大，制熱運(yùn)行最佳充注量?jī)H為制冷運(yùn)行最佳充注量的47.17％。（2）為解決不同工況運(yùn)行時(shí)，所存在的制冷劑充注量變化的問(wèn)題，采用“逆向法”是完全可行的方法之一。通過(guò)儲(chǔ)液器的調(diào)整，使充注量同樣在5.5kg時(shí)，機(jī)組在標(biāo)準(zhǔn)工況下的制熱量和能效比均處于比較理想的狀態(tài)。改用電子膨脹閥進(jìn)行流量快速精確調(diào)節(jié)，系統(tǒng)性能會(huì)進(jìn)一步提高。（3）按“逆向法”所設(shè)置的儲(chǔ)液器必然會(huì)產(chǎn)生一定的制冷劑潴留問(wèn)題。熱泵運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)液器的儲(chǔ)存量可認(rèn)為是潴留量與原始差值之和。（4）通過(guò)試驗(yàn)與計(jì)算分析證明，采用“逆向法”完全可以得到一個(gè)經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)式來(lái)確定儲(chǔ)液器的容積。參考文獻(xiàn)1.蔣能照,姚國(guó)琦,周啟謹(jǐn),吳兆林編.空調(diào)用熱泵術(shù)及應(yīng)用［M］.機(jī)械工業(yè)出版社,1997.2.王志毅等.風(fēng)冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試中的問(wèn)題三則.制冷與空調(diào)［J］.2002年2月;第2卷第1期.3.王長(zhǎng)慶,龍惟定等.風(fēng)冷熱泵機(jī)組的運(yùn)行與測(cè)試分析.上海,制冷技術(shù)［J］,2002年第2期4.王玉貴.中小型空調(diào)器最佳充注量的確定.暖通空調(diào)［J］,1999年第29卷第1期5.吳業(yè)正.制冷原理及設(shè)備［M］.西安,西安交通大學(xué)出版社,1993.6.JongminChoi.InfluenceoftheexpansiondeviceontheperformanceofaheatpumpusingR407Cunderarangeofchargingconditions［J］.InternationalJournalofRefrigeration27(2004)378-384.