R32制冷剂空调器排气温度控制技术实验研究.pdf

692023中国家电科技年会论文集0 引言R410A制冷剂GWP达2100，属于蒙特利尔议定书 中需要减排的温室气体1，而R32制冷剂GWP只有675，假如采用R32代替R410A将减排达70%左右；另一方面从性能表现上来说R32还是比R410A性能更加优越的制冷剂，如将R410A空调系统直接将制冷剂替换成R32，用量减少至75%的同时其能力和能效均能提高2，因此R32是一种替代R410A制冷剂的理想方案。目前基于R32替代R410的研究较多3-5，但实际应用时由于R32空调系统其排气温度比R410A空调系统高11.525.7左右4，导致其推广受到限制，因此寻找一种有效降低R32制冷系统排气温度的方法显得尤为重要。从制冷系统来看可以从节流装置及压缩机两个方面入手，压缩机方面现行主要方法为创造吸气带液6,7条件，从而实现降低排气温度的目的。本文通过对R32与R410A制冷剂空调器进行对比实验对两者之间性能及排气温度差异进行研究，同时对三种排气温度控制技术在额定工况、高温工况进行实验研究以确定最优的排气控制技术。作者简介：余海兵（1994），男，硕士学位。研究方向：强化换热，高效换热器，制冷系统优化。E-mail：。R32制冷剂空调器排气温度控制技术实验研究余海兵 陈海群 邹海如 李林 谭裕锋海信家电集团股份有限公司 广东佛山 538300摘 要：R32制冷剂由于其ODP值为0，GWP值小的特点逐渐受到制冷行业青睐，目前行业内众多企业都在开展R32替代R410A的相关技术研究。为了对比R410A与R32两种制冷剂空调器的差异，对R32制冷剂空调器和R410A制冷剂空调器进行了实验研究。结果表明：随着环境温度的提高，R32制冷剂空调器排气温度相较R410A制冷剂空调器排气温度显著增大，因此有必要对R32制冷剂空调器排气温度进行控制。为了找到R32制冷剂空调器最佳排气温度控制方法，对三种排气温度抑制技术从性能表现及可靠性方面进行了实验研究，最终实验结果表明采用活塞切割主轴承喷液技术在保证整机能力能效的同时能显著降低R32制冷剂空调排气温度。关键词：空调器；R32；压缩机；排气温度Experimental study on exhaust temperature control technology of R32 refrigerant air-conditionerYU Haibing CHEN Haiqun ZOU Hairu LI Lin TAN YufengHisense Home Appliances Group Co.,Ltd.Foshan 538300Abstract:R32 refrigerant is gradually favored by the refrigeration industry due to its ODP value of 0 and small GWP value.Currently,many enterprises in the industry are conducting research on the technology of R32 replacing R410A.In order to compare the differences between R410A and R32 refrigerant air conditioners,experimental studies were conducted on R32 refrigerant air conditioners and R410A refrigerant air conditioners.The results indicate that as the ambient temperature increases,the exhaust temperature of R32 refrigerant air conditioner significantly increases compared to R410A refrigerant air conditioner.Therefore,it is necessary to control the exhaust temperature of R32 refrigerant air conditioner.In order to find the optimal exhaust temperature control method for R32 refrigerant air conditioners,experimental studies were conducted on three exhaust temperature control methods in terms of performance and reliability.The final experimental results showed that using piston cutting main bearing spraying technology can significantly reduce the exhaust temperature of R32 refrigerant air conditioners while ensuring overall capacity and energy efficiency.Keywords:Air conditioner;R32;Compressor;Exhaust temperature中图分类号：TB6 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.99.01770 2023中国家电科技年会论文集1 R32制冷剂空调器和R410a制冷剂空调器性能对比实验1.1 实验条件本研究采用国内标准的焓差实验室对空调整机进行测试，如图1所示。焓差实验室包括室外侧和室内侧，其中室外侧工况由室外侧的换热器进行调节控制，室内侧工况由室内侧的空调柜进行调节控制。焓差室通过测试室内机进出风的流量，温度和湿度来计算室内机换热量，测试仪器的精度如表1所示。待测空调器为国内三级能效1.5匹分体机，整机采用同个压缩机分别充注R32制冷剂和R410A制冷剂进行对比实验，实验过程中空调器开启制冷高风模式，室内工况保持干球温度27湿球温度19不变，通过调整室外测干湿球温度进行测试，直至室外温度达到60，具体工况如表2所示。1-室内侧蒸发器；2-室内侧电加热器；3-室内侧加湿管；4-室内侧循环风机；5-室外侧循环风机；6-室外侧加湿管；7-室外侧电加热器；8-室外侧蒸发器；9-室外侧前加热器；10-被测机室外机；11-被测机室内；12-混合箱；13-风量测量箱；14-静压风机图1 空调整机性能焓差测试实验台表1 空调器整机测试工况环境温度参数室内干湿球温度（）室外干湿球温度（）27/1932/2027/1935/2427/1940/2827/1943/3027/1948/-27/1952/-27/1960/-1.2 实验结果及分析图2所示为不同工况下R32制冷剂空调器与R410A制冷剂空调器制冷能力对比情况，由图2可知在额定工况下，R32相比R410A制冷量提高了6.29%，并且随着室外环境温度的升高，两者间的制冷量差异逐渐增大，在室外环境温度43时达到了7.5%。由图3可知，额定工况下充注R32制冷剂的空调器相比充注R410A制冷剂的空调器能效提高了2%左右，与能力提升情况不同的是，能效提升的比率随室外环境温度的升高逐渐减小，这是由于随着室外环境温度的升高，R32制冷剂空调器功率升高比R410制冷剂空调器更大导致的。由图4可知，在额定工况下R32制冷剂的空调器排气温度R410A制冷剂的空调器排气温度高13，两者之间的差异随着室外环境温度的升高，呈现显著增大的趋势，在室外环境温度52时温差高达23，当室外环境温度提升至60时，R32制冷剂空调器由于排气温度过高使压缩机保护器断开无法记录到其实际排气温度，而R410制冷剂空调器此时排气温度仅为107。2 R32制冷剂空调器排气温度抑制技术应用分析通过对R32制冷剂空调器和R410a空调器进行对比实验研究，图2 R32制冷剂空调器和R410A制冷剂空调器制冷能力对比图3 R32制冷剂空调器和R410A制冷剂空调器制冷能效对比图4 R32制冷剂空调器和R410A制冷剂空调器排气温度对比 712023中国家电科技年会论文集发现R32制冷剂空调器虽然能力能效均优于R410A制冷剂空调器，但其排气温度高的问题极大的限制了R32制冷剂空调器在高温工况下的可靠性及可运行温度范围，因此有效的排气温度抑制技术对R32制冷剂空调器显得尤其重要。本研究通过对减短毛细管、活塞切割主轴承喷液、带液吸入三种能降低R32制冷剂空调器排气温度的技术进行了实验，从而确定了最优的降低排气温度方法。2.1 R32 制冷剂排气温度抑制技术介绍（1）毛细管直接减短抑制排气温度通过适当减短毛细管来增加蒸发器制冷剂流量，可以使蒸发器出口有一小部分液体进入到压缩机用来冷却压缩机，进而达到降低排气温度的目的。（2）活塞切割主轴承喷液技术抑制排气温度如图5所示活塞切割主轴承喷液技术是指通过在转子式压缩机的上下轴承或者隔板上开设喷气口，通过活塞运动来打开和关闭喷射孔从而实现向压缩机气缸喷液的技术，喷射孔的位置设置由两个原则，一个是不向吸气腔喷射，在压缩的前期喷射；二是压缩至中间压力时，喷射空应该被关闭，避免气体回流。在向气缸喷液的过程中能有效对压缩机气缸进行冷却，从而达到降低排气温度的目的。图5 活塞切割主轴承喷液技术压缩机工作示意图（3）带液吸入技术抑制排气温度带液吸入技术是指采用带液吸入技术的压缩机，与普通压缩机相比该压缩机上增加了一个额外的吸气通道，吸入的液体可以在这个区域对压缩机进行冷却，从而达到降低排气温度的目的。2.2 实验条件与前面的实验类似，本实验仍采用国内标准的焓差实验室对空调整机进行测试，如图1所示。待测机是通过加大1.5匹分体机内机蒸发器与外机冷凝器配置实现的，针对三种方案分别通过减短毛细管、搭载活塞切割主轴承喷液技术压缩机、搭载带液吸入技术压缩机来改装待测机，均充注R32制冷剂。对前述几种方案分别在额定工况及高温工况进行了测试，为方便后续描述，将几种测试方案按表2命名。同时为了验证几种方案的可靠性，还对其在最小制冷工况下进了可靠性测试观察压缩机油液面情况。实验过程各工况对应室内外温度如表3所示。表2 实验方案命名方案命名方案信息原始方案不抑制排气温度方案1采用活塞切割主轴承喷液技术方案2直接减短毛细管方案3采用带液吸入技术表3 测试过程中实验室内外侧温度工况室内干湿球温度（）室外干湿球温度（）额定工况27/1935/24高温工况32/2343/26最小制冷工况21/1521/152.3 实验结果及分析从表4可以看出，在额定工况下空调器采用3种不同排气温度抑制技术，均能显著降低排气温度和压缩机底部过热度，排气压力无明显变化，但采用活塞切割主轴承喷液技术与采用带液吸入技术及直接减短毛细管相比空调器具有更高的能力和能效，同时降低排气温度和压缩机底部过热度的幅度更大，排气温度和压缩机底部过热度下降幅度达到29，在三种方案中为最优。表4 额定工况下实验结果对比参数原始方案方案1方案2方案3制冷量（W）6568641663196281EER（W/W）2.5862.5262.5242.514排气温度（）105748686排气压力（MPa）3.393.373.313.33压缩机底部过热度（）42132625从表5可以看出，在高温工况下不采用任何排气温度抑制技术的原型机排气温度高达120以上导致压缩机无法正常启动。与此同时采用3种不同排气温度抑制技术，均能降低排气温度和压缩机底部过热度，但采用活塞切割主轴承喷液技术与采用带液吸入技术及直接减短毛细管相比排气温度和压缩机底部过热度最低，在三种方案中为最优，但值得注意的是该方案的排气压力略高另外两种方案，在实际应用时应注意压力不得超过压缩机允许最大压力。表6为原始方案及采用三种排气温度抑制技术在最小制冷工况表5 高温工况下实验结果对比参数原始方案方案1方案2方案3排气温度（）超过120，压缩机无法正常启动111116117排气压力（MPa）/4.634.54.56压缩机底部过热度（）/28383672 2023中国家电科技年会论文集下运行时，压缩机油液面的情况。整机可靠性有三种判定方式一是油面0刻度为气缸下端面时，油面要求在5 mm以上，油面高（油面满）可靠性好；二是液面0刻度为储液罐吸气管吸入端面时，液面要求低于储液罐吸气管吸入端面，液面低（液面空）可靠性好；三是压缩机底部过热度要求大于0，过热度高可靠性好。基于以上判定方式结合表6测试结果可以看出在最小工况下活塞切割主轴承喷液技术、直接减短毛细管、带液吸入技术均能满足压缩机油液面可靠性要求。表6 最小制冷工况下实验结果对比参数原始方案方案1方案2方案3排气温度（）4146303835543348压缩机底部过热度（）1.252.181.372.211.222.181.232.17油面位置满满（增加80 g制冷剂后油面下降到10 mm处）满满（制冷剂增加一倍油面仍为满）液面位置空空（增加80 g制冷剂后液面仍为空）空空（制冷剂增加一倍液面空）压缩机底部过热度421326253 结论本文首先通过对比实验研究了R32制冷剂空调器和R410A制冷剂空调器运行时的排气温度、能力、能效差异，同时对活塞切割主轴承喷液技术、直接减短毛细管、带液吸入技术三种排气温度抑制技术从性能表现及可靠性方面进行了实验研究，确定了最佳排气温度抑制技术，验证了三种方案的可靠性，最终得到如下结论：（1）在额定工况下，R32制冷剂空调器相比R410A制冷剂空调器制冷量提高6.2%、能效提高2%，随着室外环境温度的升高，两者间的制冷量差异逐渐增大，能效提升的比率随室外环境温度的升高逐渐减小。两者之间的排气温度差异随着室外环境温度的升高，呈现显著增大的趋势，在室外环境温度52时温差高达23，室外环境温度提升至60时，R32制冷剂空调器由于排气温度过高使压缩机保护器断开无法记录到其实际排气温度，而R410制冷剂空调器仍能正常运行。（2）在额定工况及高温工况下空调器采用3种不同排气温度抑制技术，均能显著降低排气温度和压缩机底部过热度，但采用活塞切割主轴承喷液技术与采用带液吸入技术及直接减短毛细管相比空调器具有更高的能力和能效，同时降低排气温度和压缩机底部过热度的幅度更大，额定工况下排气温度和压缩机底部过热度下降幅度达到29，在三种方案中为最优。（3）在最小制冷工况下活塞切割主轴承喷液技术、直接减短毛细管、带液吸入技术，均能将排气温度降低8度左右，并且压缩机底部过热度均大于0，基于整机可靠性判定原则，三种方案均能满足压缩机油液面可靠性要求。参考文献1 秦妍,张剑飞.R32制冷系统降低排气温度的方法研究J.制冷学报,2012,33(01):14-17.2 徐志亮,熊军,陈绍林,等.R32与R410A对变频空调器APF影响的对比分析J.家电科技,2018(11):22-23+21.3 史琳,朱明善.家用/商用空调用R32替代R22的再分析J.制冷学报,2010,31(01):1-5.4 庄嵘,涂小苹,梁祥飞.R32在家用空调器中的应用研究J.制冷与空调,2013,13(05):35-39.5 王斯焱,李锡宇,吴治将.R32替代R410A在家用空调器的试验研究J.制冷,2016,35(03):17-22.6 王超,陶乐仁,戴杨洋.R32转子式制冷系统吸气带液方法的应用J.工程热物理学报,2017,38(02):338-344.7 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