《r290变频热泵节流特性实验研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《r290变频热泵节流特性实验研究（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、R290 变频热泵节流特性实验研究 黎辉玲 刘旭 李廷勋 中山大学 广东美的制冷设备有限公司 摘 要： 随着新型制冷剂 R290 逐渐进入家用房间空调器行业, 研究表明由于其极低充注量和较高压缩机排量特点, 制热模式下融霜结束重新制热可能出现节流异常现象。本文分析了 R290 热泵低温制热出现节流异常现象的机理, 提出了 R290 变频空调在低温工况下节流异常解决方法并进行验证, 表明通过设定电子膨胀阀开启曲线可以有效解决。关键词： 新型制冷剂; 节流特性; 低温油堵; 节流异常; Experimental Study on Throttle Characteristics of R290 V
2、ariable Frequency Heat PumpLI Huiling Liu Xu Li Tingxun Sun Yat-sen University; GD Midea Refrigeration Equipment Co., Ltd; Abstract： With the new refrigerant R290 gradually into the home room air conditioner industry, the research shows that because of its extremely low charge and high compressor di
3、splacement characteristics, under heating mode, defrosting end of the heat operation may be appear throttle abnormal phenomenon. In this paper, the mechanism of throttling anomaly in low temperature heating of R290 heat pump is analyzed, and the method to solve the abnormal throttling of R290 invert
4、er air conditioner under low temperature condition is presented, which shows that the opening curve of electronic expansion valve can be solved effectively.Keyword： New refrigerants; Throttle characteristics; Low temperature oil block; Throttle abnormality; 1、前言2016 年 10 月, 国际社会在蒙特利尔议定书的框架下围绕温室气体 HF
5、Cs 的削减达成了新的基加利修正案, 具有高 GWP (全球变暖潜值) 的制冷剂在部分地区已开始限制使用。制冷行业对于制冷剂的环保特性的要求逐渐转化为相关的政策法规和市场需求。碳氢制冷剂 R290, 以其优秀的环境友好性 (ODP=0, GWP=3) 被行业誉为最有潜力环保制冷剂之一;而 R290 最大的缺点是具有可燃性和爆炸性, 其燃点为468, 在空气中的燃烧极限为 2.2%-9.5% (体积分数) 1, 因此 R290 在家用空调系统中充注量受到极大限制, 为了得到较高的制热量, 通常采用的办法是增加压缩机排量, 极低的充注量和较高的压缩机排量容易导致在低温工况下启动初始阶段发生节流异常
6、现象。陈光明团队在对混合工质单级节流制冷机和混合工质自复叠制冷机实验研究中, 发现这两种混合工质制冷系统在-60制冷温度时存在不同程度的节流油堵情况2-3, 而从公开发表的文献4-5来看, 鲜有关于 R290 热泵低温节流特性的研究。本文基于 R290 变频空调开发过程中遇到的低温制热化霜启动后出现堵塞的现象, 通过系统分析发现堵塞现象为油堵, 并提出了低温油堵的解决方法。2、实验设置本次研究选取 KFR-26GW/BP3DN7Y 变频分体机作为研究对象, 机型配置见表 1 所示。R290 充注量按照 GB4706.32-2012 中的可燃制冷剂最大充注量限制6, 计算公式:Mmax房间容许充
7、注的最大制冷剂质量 (千克) A房间面积 (m) LFL最低可燃浓度 (Mpa/m) , R290 取 0.038Mpa/mh0空气调节器所在的安装高度 (m) , 挂壁式取 1.8m。本次实验室面积为 13m, 充注量为 272g。试验在标准焓差室中进行, 测试工况如表 2 所示。表 1 实验机组规格 下载原表 表 2 实验测试工况 () 下载原表 3、R290 变频空调节流异常特性3.1 节流异常特性R290 变频空调系统在室内温度 20, 室外温度-20制热运行的功率曲线如图1 所示, 其中 A-B 点为正常制热曲线功率曲线, 当进入化霜模式后, 压缩机先升频化霜, 霜层融化完后, 压缩
8、机降频同时四通阀换向, 因此功率是先升再下降, 如 B-C 所示, C-D 为化霜完成后系统再次启动制热的功率曲线, 可以看出空调从 C 点化霜结束转制热模式, 随着频率的提升功率逐渐升高, 后逐渐降到D 点, A、D 两个时刻压缩机频率保持一致, 系统其它运行参数也一致, 正常运行时理论上 D 点功率应该和 A 点接近, 因此可以判断图 1 中空调系统出现了异常情况。图 1 节流异常曲线 下载原图A、D 两点运行时刻系统参数如表 3 所示, 可以看出此次实验中 A 点功率为 890W, D 点功率为 293W, 后者比前者低了 67%, 另外 D 点时, 虽然压缩机还在运转, 但蒸发器中部温
9、度接近室内温度且冷凝器中部温度接近室外温度, 初步判断系统无冷媒流动。同时 D 点时刻, 电子膨胀阀前的压力 0.736Mpa, 阀后压力为-0.046Mpa, 说明经过节流后, 系统内几乎无制冷剂而出现负压, 因此可以判定节流过程出现堵塞或近似堵塞的异常。电子膨胀阀堵塞一般分为:异物堵塞、冰堵塞、制冷剂堵塞以及润滑油堵塞, 由于该空调在测试制冷和其它不涉及化霜的制热能力时未出现类似堵塞情况, 且此现象仅在低温制热压缩机化霜后启动的初始阶段, 可以排除异物堵塞;对换热器等进行干燥及重新抽真空。表 3 A、D 时刻系统参数 下载原表 灌注制冷剂后, 实验再次复现了堵塞现象因此可以排除冰堵。另外
10、R290 冷媒的凝固温度为-170, 而 D 时刻阀后温度为-51.9, 排除了制冷剂因低温导致的堵塞, 因此该节流异常可能是压缩机油析出并结晶所导致的电子膨胀阀堵塞现象。3.2 节流异常机理分析与验证空调系统压缩机润滑油的物性, 主要包括溶解度、倾点和粘度, 当温度一定时, 溶解度随着压力的升高而增大, 而当压力一定时, 溶解度会随着温度的上升而降低7;倾点是指油品在规定条件下冷却时能够流动的最低温度8, 倾点越高, 油品的低温流动性就越差, 在温度降低到一定程度时油品中原来呈液态的石蜡会以固体的结晶形式出现。比如目前家用空调转子式压缩机所采用的油品为POE 油倾点在-30左右。如图 2 所
11、示, 空调系统制热启动初始阶段压缩机瞬间把室外换热器中制冷剂抽回压缩机内, 节流后温度急速降低, 然后随着系统压力逐渐稳定后温度缓慢回升, 一般三分钟左右达到最低值 (T1) 。制冷剂中润滑油溶解曲线如图 3 所示, 若节流前后温差过大, 制冷剂中含油量会减小, 而析出纯油, 例如:节流前温度为 0时制冷剂含油量为 9%, 节流后温度降低到-40时含油量为 3.9%, 此时如果温度低于油的倾点温度, 则会析出固体石蜡, 且润滑油粘度随着温度的降低而指数式的增大, 很容易造成空调系统在低温部件如毛细管、蒸发管路处积油, 降低换热特性和压缩机可靠性。图 2 R290 和 R410A 制热节流后温度
12、变化 下载原图图 3 R290 制冷剂含油量随温度变化曲线 下载原图图 4 系统压力随温度变化曲线图 下载原图D 点节流后温度-51.9, 远低于压缩机冷冻机油的倾点温度, 此时压缩机冷冻机油流动性差, 且低温下油的溶解度变大, 导致絮状化的润滑油堵塞在电子膨胀阀出口处, 阻止了冷媒流动, 造成低压侧没有足够的制冷剂回到压缩机进行压缩, 使高压建立不起来, 不能克服油及制冷剂混合物通过膨胀阀的流动阻力。为进一步验证, 实验设定电子膨胀阀初始开度 150 步, 在-20开机出现堵塞的情况后, 把室外环境温度从-20缓慢升高, 如图 4 所示, 当室外温度上升到-8时, 高低压力上升到正常水平,
13、系统工作正常。说明随着温度上升, 冷媒可以重新流动, 其原因可能是油粘度变小, 电子膨胀阀出口处的絮状压缩机油融化从而堵塞消失。对比表 1 中的 R290 空调系统和 R410A 空调系统运行特性如图 5 所示, 在相同的电子膨胀阀初始开度条件下, 不同室外环境温度工况下 R290 空调节流后最低温度远低于 R410A 空调, 此时系统压力如图 6 所示, R290 系统节流后低压 P2 在0Mpa 以下, 而 R410A 系统高于 0.1Mpa, R290 系统高压 P1 比 R410A 低接近1Mpa。由表 1 可以看出, R290 空调压缩机排量是 R410A 空调的 1.84 倍, 而
14、充注量仅为 R410A 空调的 0.28 倍, 是造成 R290 空调制热压缩机启动阶段电子膨胀阀节流后温度过低的主要原因。图 5 R290 和 R410A 节流后最低温度对比 下载原图图 8 低温工况下电子膨胀阀与频率联动控制曲线 下载原图由于油堵现象均出现在制热压缩机启动系统压力未平衡的初始阶段, 对于电子膨胀阀空调系统, 增大电子膨胀阀初始开度可以增加制冷剂流量及制冷剂流通面积, 抑制节流过程制冷剂急速温度下降, 避免压缩机油粘度增大, 制冷剂流动阻力变大, 可以有效解决低温油堵问题。本文设定在室外温度低于 2制热启动初始阶段, 膨胀阀开度以及压缩机运行频率随时间控制曲线如图 7, 02
15、 分钟为固定初始开度阶段, 25 分钟为开度与频率联动调节阶段, 5 分钟后不同温度下控制曲线如图 8 所示, 在此膨胀阀控制规律下, R290 空调系统在不同室外温度下, 改变节流初始开度所带来的阀后温度变化如图 9, 其中初始开度分别为 200 步、350 步和 480 步, 室外温度分别-15、-10、-5、2。可以看出同一节流开度时, 随着室外温度降低, 节流后最低温度呈下降趋势, 而同一温度下, 节流开度越大, 节流后温度越高, 例如室外温度-15时, 电子膨胀阀开度 200 时节流后最低温度达到-48.7, 480 开度时节流后最低温度为-17.3, 高于冷冻机油的倾点温度, 从而
16、有效避免了絮状化的冷冻机油堵塞电子膨胀阀的问题, 使得系统能正常运转, 具体数据如图 10, 图中 480 开度时电子膨胀阀后的压力 P2 在不同室外温度下, 保持在 0.1Mpa 以上, 说明冷媒在正常流动, 系统运转正常, 而 200 和 350 开度时阀后低压基本接近为 0Mpa, 系统有产生堵塞风险。图 6 R290 和 R410A 相同电子膨胀阀同开度时节流前后压力的对比 下载原图图 9 R290 空调不同开度节流后最低温度变化 下载原图4、结论(1) R290 变频空调系统在低温工况下压缩机油溶解度变大, 制冷剂流量不足, 压缩机启动初始阶段节流后温度过低, 油粘度增大, 高压侧制冷剂不能克服电子膨胀阀节流阻力, 会产生油堵现象。(2) 对于电子膨胀阀空调系统, 通过设定膨胀阀开度曲线, 提高制冷剂流量, 可以有效解决低温油堵问题。图 7 压缩机启动阶段频率及电子膨胀阀开度控制曲
