簡易回熱器在R290房間空調器上的應用

2020-09-11 07:42:10張立智

應用能源技術 2020年7期

張龍，張立智，王飛

(青島海爾空調器有限總公司，青島 266000)

0 引言

近幾年來，全球氣候發生著重大的變化，氣候變暖、極端惡劣天氣及災害性氣候頻繁的出現、冰川加速融化等均顯示我們賴以生存的地球環境變糟糕，但慶幸的是人類已經普遍意識到環境保護的重要性。2016年10月在盧旺達基加利召開了蒙特利爾議定書第28次締約方會議，來自142個國家和國際組織與非政府組織近800名代表與會，會議以協商一致的方式達成了歷史性的限控溫室氣體氫氟碳化物(HFCs)協議，與會各國政府及機構也簽訂了《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》修正案，議定書中明確規定了各協約國CFCS、HCFC、HFC的基線值及未來的消減比例。

近幾年來，國內外學者也一直加緊研究與推進HCFC、HFC制冷劑的替代物，其中自然工質R290被認為是優先的選擇方案之一。R290屬于自然界物質，且ODP值為0、GWP值為11(100y)、易生產制造且熱力學性能優越，是種較為理想的替代工質，但R290安全分類屬于易燃易爆A3類[1]，如何在低充注量情況下提升R290系統循環制冷量及制冷效率成為當前研究的重要課題。

1 R290制冷循環中有效過熱的分析

在制冷循環中制冷劑相變潛熱全部釋放后，干度為1的氣態制冷劑在被冷卻空間內繼續吸熱會產生過熱，這種過熱會使循環的制冷量有所增加，被稱為有效過熱，但由于過熱氣態制冷劑進入壓縮機吸入口的比容也會增大，故此過熱循環的單位容積制冷量可以增加也可以減少，這與制冷劑本身的特性有關[2]。吳業正等[2]研究指出，在冷凝溫度tk=30 ℃、蒸發溫度to=-15 ℃條件下，有效過熱對R290制冷循環是有利的。郭航等[3]研究指出，以熱力學計算分析的方法，多組運行工況下對R290的有效過熱循環性能的影響進行了研究，結果表明有效過熱總是正向有利的，且性能提升率隨著冷凝溫度的升高而升高，隨蒸發溫度的升高而下降，其中冷凝溫度的影響大于

蒸發溫度的影響。

以上文獻所研究的蒸發溫度都在零度以下，并不符合房間空調器的運行參數。根據普通房間空調器制冷時運行的參數計算理論循環下的有效過熱對性能的影響，如圖1所示，12341表示制冷理論循環，1”2”341”表示有效過熱的制冷理論循環，相應的計算公式見表1，其中無量綱參數φ是有效過熱制冷循環與理論制冷循環的單位容積制冷量之比，ε是有效過熱制冷循環與理論制冷循環的制冷效率之比。

圖1 制冷循環壓焓圖

表1 制冷循環相關計算

在不同條件下Φ隨過熱度的變化及不同條件(蒸發溫度to、冷凝溫度tk)下ε隨過熱度的變化，理論計算結果如圖2-3所示，單位容積制冷量會隨過熱度增加而提升，但制冷效率隨過熱度增加有升有降。由于計算忽略了實際系統中管路壓降、壓縮機容積效率等因素，因此需要進一步進行實際的測試驗證。

圖3 不同條件(蒸發溫度to、冷凝溫度tk)下ε隨過熱度的變化

2 一種簡易回熱器

回熱器又稱氣液熱交換器，在蒸發壓縮式制冷循環系統中利用從蒸發器出來的蒸汽去冷卻冷凝器中高壓中溫的液態制冷劑，使液態過冷、蒸汽過熱的一種熱交換設備。回熱器可使得進入壓縮機的制冷劑為過熱氣體，防止壓縮機產生液擊，同時可以降低蒸發器入口干度，增加循環系統制冷量，但也會帶來壓縮機吸入的制冷劑比容增大、單位容積制冷量減少及增加循環比功。

圖4 簡易回熱裝置

針對小型制冷裝置可將節流用的毛細管前段纏繞在壓縮機吸氣管，即可構成簡易的回熱循環(如圖4所示)，這種方式工藝簡單成本低，有利于應用和推廣。蒸發壓縮式普通制冷循環為，壓縮機排出高溫高壓的制冷劑，進入冷凝器與室外空氣側進行熱交換，中溫高壓液態制冷劑進入節流裝置-毛細管，經過節流后低溫低壓的氣液兩相態進入蒸發器與室內空氣側進行熱交換，換熱后低溫低壓氣態制冷劑回流至壓縮機完成制冷循環(如圖5所示)。在上述循環中增加一簡易回熱裝置-毛細管前段與壓縮機回氣管，使得毛細管前端液態冷媒吸取回氣管的冷量進行冷卻，構成簡易回熱循環(如圖6所示)。