風冷冷熱水機組的制冷劑充注量試驗研究

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何如余曉明李廷永王文斌摘要：通過風冷冷熱水機組實驗測試，研究風冷冷熱水機組儲液器及充注量匹配對測試機組系統(tǒng)性能的影響，提出了機組性能改進措施及方法。

  關鍵詞：最佳充注量儲液器實驗研究   0前言風冷冷熱水機組的水側換熱器大多選用板式換熱器，其具有結構緊湊、體積小、傳熱系數高等特點。但當機組處于熱泵運行時（板式換熱器作冷凝器），由于其內容積很小，制冷劑蒸氣在其中冷凝后必須及時排出，否則冷凝液會淹沒一部分換熱面，使換熱量減少，影響機組的運行穩(wěn)定性和性能。所以在使用板式換熱器時大都需要配置儲液器，用來平衡機組由于工況變化或進行能量調整時相應產生的制冷劑變化量，起到質量流量平衡器的作用。本文主要研究儲液器“逆向法”配置，通過理論計算和試驗研究來探討采用該方法的儲液器配置問題及制冷劑充注量對系統(tǒng)性能的影響。1儲液器的配置作者收集了國內外同類機型所采用的各種解決方案，從儲液器在制冷和制熱運行工況時所處的壓力狀態(tài)來分主要有兩種類型，一種是壓力恒定的高壓儲液器，通過采用傳統(tǒng)的“四個單向閥法”來實現。另一種是壓力交替變化的，在制冷時是低壓儲液器，在制熱時又變成高壓儲液器，主要有“冷熱法”（圖1）和“逆向法”（圖2）兩種實現方法。采用四個單向閥后，可以確保在制冷和制熱兩種工況時，冷凝液體始終從同一方向進出儲液器，然后進膨脹閥節(jié)流。這種方法在膨脹閥尚不能實現雙向流通的時代，對機組的穩(wěn)定運行起到了很大的作用。如今隨著雙向膨脹閥技術的成熟與推廣，“冷熱法”和“逆向法”得到了愈來愈多的應用。這兩種方法的不同之處在于，前者的儲液器是波動型的，用于儲存工況變化時的那部分制冷劑變化量，結構為只有單管進出罐體，同時引入四通閥至風冷換熱器之間的管路，通過其冷、熱變化來保證罐內制冷時不儲存制冷劑而儲存制熱時多余的那部分制冷劑，故稱之為“冷熱法”。后者的儲液器則是通過型的，結構為雙管進出罐體，只是制冷和制熱時制冷劑的流向相反，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實驗裝置與測試測試機組工況環(huán)境通過焓差法實驗臺外室（配有工況機、電加熱器和加濕器）來模擬。在所設計的試驗裝置中，制冷量（制熱量）是通過對水側換熱器進、出口水溫的測量以及室外冷卻水系統(tǒng)水流量的測量，然后將三者的測量值作計算得到的（進出水焓差乘冷卻水流量）。系統(tǒng)中水側換熱器的進、出口都設置了溫度傳感器，進水管路上設置了渦輪流量計，這些測點的布置為分析系統(tǒng)的熱力性能提供具體的實測值。通過冷卻水系統(tǒng)中冷卻塔和電加熱器調節(jié)帶走測試機組負荷。按照“逆向法”配置的儲液器主要用于儲存熱泵系統(tǒng)由制冷工況轉換為制熱運行以后所多出的那部分制冷劑，因而在試驗時首先測出系統(tǒng)不配置儲液器時，制冷和制熱運行各自的制冷劑最佳充注量，然后根據這一差值進行儲液器的選用和調整，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，對制冷劑的研究工作也是大量的，但主要是針對其本身的熱力特性和物理化學性質，而對其在系統(tǒng)中應用的一些問題，如對怎樣精確計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系，則相對研究較少。目前制冷劑的充注量主要有，空泡系數法和內容積估算法兩種。工程上常用后者，即采用充注量占系統(tǒng)各設備內容積百分比的方法來估算總的制冷劑充注量。M08H系統(tǒng)內容積計算結果如表1和表2所示。表1制冷裝置制冷劑充注量設備名稱充注量占設備容積（%）設備名稱充注量占設備容積（%）冷凝器   儲液器   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)內容積零部件排氣管路風側換熱器閥前管路閥后管路板式換熱器吸氣管路內容機（L）0.195.560.330.311.444.674試驗結果與分析4.1不設儲液器時系統(tǒng)制冷、制熱量與充注量的關系圖3、圖4分別為不設儲液器時機組的制冷量和能效比隨充注量的變化曲線。試驗時，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，逐點記錄下各穩(wěn)定點的試驗參數，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。由圖中可以看出，在制冷標準工況運行時，在充注量大致為5.3kg時，機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試制熱性能時，由于系統(tǒng)內制冷劑很難定量減少，因而機組首先排盡制冷劑，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6兩條不設儲液器時機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，在制熱標準工況運行時，在充注量大致為2.5kg時，機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加設儲液器時系統(tǒng)制冷、制熱量與充注量的關系   圖7制冷量隨充注量變化關系圖8能效比隨充注量變化關   圖9制熱量隨充注量變化關系圖10能效比隨充注量變化關圖7、圖8分別為加設儲液器后機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,逐點記錄下各穩(wěn)定點的試驗參數，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。由圖中可以看出，在制冷標準工況運行時，在充注量大致為5.5kg時，機組的制冷量和能效比均處于比較理想的狀態(tài)。在測試制熱性能時，制冷劑充注方法同上,得出圖9、圖10兩條加設儲液器后機組的制熱量和能效比隨充注量的變化曲線。5結論（1）無論儲液器匹配與否，制冷劑充注量均對系統(tǒng)性能影響很大。（2）未設置儲液器時，制冷和制熱運行達到理想制冷量和能效比的制冷劑充注量相差很大，制熱運行最佳充注量僅為制冷運行最佳充注量的47.17％。（2）為解決不同工況運行時，所存在的制冷劑充注量變化的問題，采用“逆向法”是完全可行的方法之一。通過儲液器的調整，使充注量同樣在5.5kg時，機組在標準工況下的制熱量和能效比均處于比較理想的狀態(tài)。改用電子膨脹閥進行流量快速精確調節(jié)，系統(tǒng)性能會進一步提高。（3）按“逆向法”所設置的儲液器必然會產生一定的制冷劑潴留問題。熱泵運行時，儲液器的儲存量可認為是潴留量與原始差值之和。（4）通過試驗與計算分析證明，采用“逆向法”完全可以得到一個經驗指導式來確定儲液器的容積。參考文獻1.蔣能照,姚國琦,周啟謹,吳兆林編.空調用熱泵術及應用［M］.機械工業(yè)出版社,1997.2.王志毅等.風冷熱泵空調系統(tǒng)調試中的問題三則.制冷與空調［J］.2002年2月;第2卷第1期.3.王長慶,龍惟定等.風冷熱泵機組的運行與測試分析.上海,制冷技術［J］,2002年第2期4.王玉貴.中小型空調器最佳充注量的確定.暖通空調［J］,1999年第29卷第1期5.吳業(yè)正.制冷原理及設備［M］.西安,西安交通大學出版社,1993.6.JongminChoi.InfluenceoftheexpansiondeviceontheperformanceofaheatpumpusingR407Cunderarangeofchargingconditions［J］.InternationalJournalofRefrigeration27(2004)378-384.