简易回热器在R290房间空调器上的应用

张 龙，张立智，王 飞

(青岛海尔空调器有限总公司，青岛 266000)

0 引 言

近几年来，全球气候发生着重大的变化，气候变暖、极端恶劣天气及灾害性气候频繁的出现、冰川加速融化等均显示我们赖以生存的地球环境变糟糕，但庆幸的是人类已经普遍意识到环境保护的重要性。2016年10月在卢旺达基加利召开了蒙特利尔议定书第28次缔约方会议，来自142个国家和国际组织与非政府组织近800名代表与会，会议以协商一致的方式达成了历史性的限控温室气体氢氟碳化物(HFCs)协议，与会各国政府及机构也签订了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》修正案，议定书中明确规定了各协约国CFCS、HCFC、HFC的基线值及未来的消减比例。

近几年来，国内外学者也一直加紧研究与推进HCFC、HFC制冷剂的替代物，其中自然工质R290被认为是优先的选择方案之一。R290属于自然界物质，且ODP值为0、GWP值为11(100y)、易生产制造且热力学性能优越，是种较为理想的替代工质，但R290安全分类属于易燃易爆A3类[1]，如何在低充注量情况下提升R290系统循环制冷量及制冷效率成为当前研究的重要课题。

1 R290制冷循环中有效过热的分析

在制冷循环中制冷剂相变潜热全部释放后，干度为1的气态制冷剂在被冷却空间内继续吸热会产生过热，这种过热会使循环的制冷量有所增加，被称为有效过热，但由于过热气态制冷剂进入压缩机吸入口的比容也会增大，故此过热循环的单位容积制冷量可以增加也可以减少，这与制冷剂本身的特性有关[2]。吴业正等[2]研究指出，在冷凝温度tk=30 ℃、蒸发温度to=-15 ℃条件下，有效过热对R290制冷循环是有利的。郭航等[3]研究指出，以热力学计算分析的方法，多组运行工况下对R290的有效过热循环性能的影响进行了研究，结果表明有效过热总是正向有利的，且性能提升率随着冷凝温度的升高而升高，随蒸发温度的升高而下降， 其中冷凝温度的影响大于

蒸发温度的影响。

以上文献所研究的蒸发温度都在零度以下，并不符合房间空调器的运行参数。根据普通房间空调器制冷时运行的参数计算理论循环下的有效过热对性能的影响，如图1所示，12341表示制冷理论循环，1”2”341”表示有效过热的制冷理论循环，相应的计算公式见表1，其中无量纲参数φ是有效过热制冷循环与理论制冷循环的单位容积制冷量之比，ε是有效过热制冷循环与理论制冷循环的制冷效率之比。

图1 制冷循环压焓图

表1 制冷循环相关计算

在不同条件下Φ随过热度的变化及不同条件(蒸发温度to、冷凝温度tk)下ε随过热度的变化，理论计算结果如图2-3所示，单位容积制冷量会随过热度增加而提升，但制冷效率随过热度增加有升有降。由于计算忽略了实际系统中管路压降、压缩机容积效率等因素，因此需要进一步进行实际的测试验证。

图3 不同条件(蒸发温度to、冷凝温度tk)下ε随过热度的变化

2 一种简易回热器

回热器又称气液热交换器，在蒸发压缩式制冷循环系统中利用从蒸发器出来的蒸汽去冷却冷凝器中高压中温的液态制冷剂，使液态过冷、蒸汽过热的一种热交换设备。回热器可使得进入压缩机的制冷剂为过热气体，防止压缩机产生液击，同时可以降低蒸发器入口干度，增加循环系统制冷量，但也会带来压缩机吸入的制冷剂比容增大、单位容积制冷量减少及增加循环比功。

图4 简易回热装置

针对小型制冷装置可将节流用的毛细管前段缠绕在压缩机吸气管，即可构成简易的回热循环(如图4所示)，这种方式工艺简单成本低，有利于应用和推广。蒸发压缩式普通制冷循环为，压缩机排出高温高压的制冷剂，进入冷凝器与室外空气侧进行热交换，中温高压液态制冷剂进入节流装置-毛细管，经过节流后低温低压的气液两相态进入蒸发器与室内空气侧进行热交换，换热后低温低压气态制冷剂回流至压缩机完成制冷循环(如图5所示)。在上述循环中增加一简易回热装置-毛细管前段与压缩机回气管，使得毛细管前端液态冷媒吸取回气管的冷量进行冷却，构成简易回热循环(如图6所示)。

图5 普通循环示意图

图6 过热循环示意图

3 实验测试

选取单冷型1P定频充注R290制冷剂的分体壁挂式房间空调器，使用空气焓值法进行测试，测试工况按GB/T 7725-2004《房间空气调节器》的额定制冷工况-室内侧27/19 ℃(干/湿球)，室外侧35/24 ℃(干/湿球)。

表2为测试数据，其中方案1为将毛细管的前端100 mm长度缠绕在回气管上，方案2为将毛细管的前端200 mm长度缠绕在回气管上，方案3为将毛细管的前端400 mm长度缠绕在回气管上，其他部件不发生变化。测试结果显示方案2制冷能力、制冷系数提升最高。

表2 空调器整机测试数据

4 结束语

文中针对R290制冷剂的蒸发压缩式制冷循环和过热循环进行理论计算，得出：

(1)在蒸发温度为5、10、15 ℃，冷凝温度为45、50 ℃下，单位容积制冷量会随过热度增加而提升；

(2)在蒸发温度为5、10、15 ℃，冷凝温度为45、50 ℃下，制冷效率随过热度增加有升有降。

针对房间空调器的制冷系统零部件的改动，设计出简易回热装置，并对单冷型1P定频充注R290制冷剂的分体壁挂式房间空调器进行改造，最后进行了制冷性能测试，得出：

(1)制冷量能提升1.97%，制冷效率能提升1.36%；

(2)随着毛细管缠绕回气管的长度加长，制冷循环的制冷量、制冷效率会发生波动，存在最优点。