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1、设计研究 制冷剔 迁移舟气 液 分 离器 对 热泵 性能 的 影 响 西安交通大擎制 冷教研 室黄束惕晓光李攀迅袁秀玲 摘 要 : 本 文对影响热 泵性能的因素 : 停机时 系统压力平衡导致的制 冷剂迁移 和 气液分 离 器进行了实验研究 , 并分析了机理 , 与制冷剂不迁移 相比得出启动时制冷剂迁移和气液 分离器 分别导致 c o 尸 降低 5%和4% : 关键词 : 制冷剂迁移气液分离器热泵性能 一 、 系统介绍 R 50 2 。 压缩机为往复式 , 功率 为 1 . k I w . 所 如图 l 所示 , 系统 为一个只供热载冷剂有的实验均在 8 , 相对湿度为 印% , 蒸发器 为水的
2、热泵机组 , 节流装置用的是外平衡热无霜 。 在每个实验前 , 先稳态 运行4 0分钟 , 力膨胀阀 。 冷凝器为套管式水冷冷凝器 , 水然后紧跟两个开机o r分钟 , 关机2 0分钟 的 在内 管的内侧和制冷剂 逆 流制 冷 剂 为循环 - 1 1 1 1 1 1 1 咬咬 P P P P P I I I I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 丁丁丁丁丁丁丁 P P P P P 压压缩机机机 I I I I I I I 认认认认认认认认认认认 I I I I I I I I I) ) ) ) ) WWWT T T T T T T T T T T T T 图 1 热泵系统和测点位
3、置布置 设计研究 本文主 要研究制冷剂迁 移和气液分离器 对热泵性能的影响 , 一种控制 系统是停机时阻 止制冷剂从冷凝器迁移到蒸发器 , 系统压力不 达到平 衡 , 另一种控制系统系统压力达到平 衡 。 前者的好处为启动时间短和可靠性强 , 后 者好处为启动转矩小和压缩机配较小的电机 。 24 二二 22 一 _ 20 一 尸 .、卜 , 心, , 只, 一, 一一一 比 下 “ 一 14 排气压力 液体压力 ; a 一 一一- 一 -rs e se s e ,e s 一 - -r 燕发压力 - 一吸气压 力 , 曰、 一 一一一一 启动时间 。 本文主要通过研究以下三 种情况 来研究制冷剂
4、迁移和气液分离器对系统的 系 统性能的影响 : ( 1 )C As E I 停机时无制冷剂迁 移(这通过使用一种关死的膨胀 阀实现)(2 ) C45 E 2停机时整个系统的压力平 衡(这是通 过关机时给电磁阀通电实现) (3 ) C月SE3使用 一个19 (X) cm3 的气液分离器 。 二 、 结果分析和讨论 从图 2显示为在 C A SE I 情形下热泵启动 后系统压力温度的变化情况 , 可以看出启动后 大概 5 0秒排气压力达到最大值 , 但在此之前 , 排气压力有一个平缓阶段 , 大概 在O 4秒时 。 这是因为此时在冷凝器中已经有足够的液态 制冷剂产生并开始流人冷凝器出口处的液管 内
5、 , 从图 3看出 , 此时的过热度很大 , 迫使热力 膨胀阀打开 , 有少量的制冷剂流入蒸发器 , 这 从蒸发压力变化同时出现平缓得到证实 , 但 由 于膨胀阀前液封不足 , 制冷剂流量并不大 , 所 以蒸发压力仍在降低 , 冷凝器也由于流出的制 冷剂少 , 而使排气压力升高 。 当排气压力达到 最大值时 , 蒸发压力达到最小值 , 不到2分钟 系统达到稳 态 石 一 二尼 二 幻 盗一 , 一 、 一 口砂一 - ,、, . 月 | 了 门 七 比 七 0 0 0嘴z 2 -, L 4 知 卜 4U十 一 - 一 一 , 一 一 丫一一一一尸一一一, 一一一一, 一- 一- r . 气 -
6、 - - -、 - - . - 一 _ ) ( 二止止二二 贷竺 1 性 今 竺 弓 仁月之 砍二 , 仪 侧 压 一 ,07 护、,0 和侧 侧咬r哪霉块 田 _ _ _ 吸气退度 一一蒸发沮度 C -下一一一州尸 810 一 一 r 一 . 、 、 二 r 尸 侧妈 启动 后 的时 间(m : n ) 图 2 在 CASE I 下启动后压力 温度的变化情况 气液分离器在启动时保护了压缩机但延长了 启动后的 时 间 (m ln ) 图3启动后吸气过热度的变化 从 图 3 看 出 , C AS E I , C 45 E2 , 4 CS E 3三 设计研究 种情况过热度变化差别很大 。 C冷5E
7、 2 由于停 机时压力平衡 , 制冷剂从冷凝器迁移到蒸发器 中 , 接触到蒸发器的温度较低的管壁面 , 凝结 成液体 。 当启动后 , 由于没有气液分离器 , 液 态制冷剂被抽吸到压缩机中 , 液态制冷剂连通 了蒸发器 , 吸气管 , 压缩机壳体 , 从而刚开始过 热度很快降低到 O 。 从图 4 看出 , 由于液体 制冷剂流人压缩机 , 导致液击 , 使排气压力过 高 , 导致功率很高 。 C凌S E3使用气液分离器 , 停机时系统压力并不平衡 。 启动后蒸发器中 的液体制冷剂流人气液分离器 , 由于压缩机只 能将气态制冷剂吸人 , 但气液分离器的换热情 况不好 , 压缩机只有将蒸发压力抽得
8、极低利用 制冷剂的 自蒸发 , 才能把制冷 剂抽出投人运 行 , 使启动时间延长 , 启动后较长一段时间系 统一直处于缺液状况 , 这样使过热度一直较 高 , 且降低缓慢 , 制冷剂的自蒸发并没有产生 换热效果 , 这些从图 6可看出 , 但这也可防止 压缩机出现液击和使刚开始 的排气压力的峰 4 , 图 5可看出 。 而 C月5E I 的过热度只有刚开 始较大很快达到稳态过热度 7 . 5 , 这是因为 停机时制冷剂并没有迁移到蒸发器中 , 制冷剂 分布较合理 , 所以启动时间很短 。 在图 5 , 图 6中 , 纵轴用的是瞬时值与稳 态值的比值 。 从图 5可看出启动瞬时即0 秒时 , C
9、月 5 E 2 的功率最小 , 比值不到1 , 而以5召 1和C才 5E2 比较大 , 比值分别为 1 . 3 7和 1 . 4 2 , 但功率先达 到稳态值是 O拐百1 , O拐E3在启动后o r 分钟 仍未达到稳态值 , 可见气液分离器使启动时间 大大延长 。 O巧E l 虽然带负荷启动 , 但启动 时间内 , 功率消耗很快达到稳态 , 除了在 0秒 时较 大外 。 C为5E2 启动时间内功率消 耗最 大 , 是因为压缩机吸入液态制冷剂 。 乙月5E3 消耗功率最小 , 是因为启动时间内系统内的制 冷剂流量很小 , 制冷剂 暂时存在气液 分离器 中 。 冬冬冬 C 气 .| .了 夕。 徽
10、份 奋广 、 乙渗 月 . 月)只田 软丫 一n U l巳匕口 TQn T 七 了 月, , Jl e e .e e 上0R y t 启动后的时间(min ) 圈4 启动后排气压力随时间的变化 值和输人功率比其它两种情况都小 , 这从图 启动后 的时间(min ) 圈S 启动后压编机翰入 功率相对稼态的比值 从图 6可看出不摊SEI最先达到稳态制 设计研究 很小 , 综合结果 C口尸下降了o r% 。 侧5 2使 C口尸下降了11% , 部分由于压缩机吸气也过 载 , 部分由于重新建立压差而消耗了功率 。 表 1启动实验结果的总结 丁1 1:1 . 系系统布置 置 W(;) ) ) 溜溜 C口
11、P(t) ) ) WWWWW撼态 态态态态态态态态 C C C C C C C C C口尸祖 态 态 O O O 招EI I I0 . 9 9 9 9 0 . 93 3 30 . 9 4 4 4 侧侧5召 2 2 2 1 . 傀傀 0 . 91 1 10 . 8 9 9 9 C C C45E3 3 30 . 9 6 6 6 0 . 87 7 70 . 卯卯 三 、结论 本文量化了制冷剂迁移和气液分离器对 系统性能的影响 , 显然热泵的动态特性不仅取 决于系统的部件 , 而且取决于停机时制冷剂是 否迁移 。 C AS E I停机时制冷剂未迁移 , 虽然 0 秒 时启动功率较大 , 但启动时 间短
12、 , 而且不会产 生压缩机吸气带液情况 , 启动可靠性强 , 整个 启动时间内的最节 能 , 即 口尸最高 。 4 Cs E Z 停机时制冷剂迁移 , 但由于没有气液分离器 , 产生压缩机吸气带液 , 使功率仍较大 , C口尸最 低 , 同时也由于液态制冷剂进入压缩机 , 使压 缩机的润滑产生问题 , 降低了热泵的可靠性 。 气液分离器虽然降低了启动过程中的功率 , 但 同时也降低了系统的流量 , 使制热量也降低 了 。 四 、参考 文献 : V o s t i s , P . 尸 . , 不”3。“ , 5 . A . , 19 92 . 场朋爪 - i c 。几“献切廊t沥 o fa n
13、i a 卜 o t 一匆。切r h e at一 p更 u矛, s s y e m t . n t I . J . 五听妙m忿勿 n j心乙 . 巧 . 刀口 . 徽匆 g 乙 启动 后 的时间 (n li动 图6 启动后瞬时供热 t 相对稳态的比值 热量 , 而4 CS E 3在o r 分钟后仍未达到稳态制 热量 , 可见 , 气液分离器对系统的启动时间长 短有很大影响 。 在下面 的表 1 中 , 分析了启动后1 0分钟 内 , 功率 , 制热量 , 口 尸的结果分析 。 C AS E I 使 C口尸下降6% , 这是因为启动时间内功率 比稳态大 , 但制热量却要缓慢增长到稳态值 , 致使 C口尸下降了 。 对于侧5召 3 由于气液分 离使系统较长时间处于 “饥饿”状态 , 制冷剂流 量很小 , 这虽然使输人功率小 , 但也使制热量