换热器试验台用制冷剂循环供应系统的研究

　　空调器品质要进一步提高,除了继续开发高性能压缩机以外,必须加强对空调换热器的研究,因为它们的不可逆损失要占总能量损失的30%~50%,体积和重量一般要占空调器的一半以上[1].因此,研究更加高效紧凑的空调换热器已是当务之急.

　　这里的空调器用换热器指的是管内工质为制冷剂,管外工质为空气的冷凝器或蒸发器.试验台将在规定的工况下,对换热器的传热性能(传热系数K和空气换热系数α等)和流体力学性能(制冷剂和空气的流动阻力,空气的流速等)进行测试.该课题的技术关键可以分为制冷剂循环供应系统、空气循环系统(空气温度-10~60℃)和自动测量控制系统三部分.由于要求供应制冷剂的状态参数等,超出了目前制冷压缩机的适用范围,因此,制冷剂循环供应系统的研制成为技术关键的重点与难点.本文将就制冷剂循环供应系统进行详细介绍.

　　1　试验工况与技术要求

　　为了对空调换热器进行超前的充分研究,所以制冷循环试验工况范围之大和要求之高都超过了标准(QB/T2098-95)房间空气调节器用热交换器的规定[2],具体数据如下(括号内为标准规定值):冷凝器的冷凝温度35~65℃(54.4℃),精度±0.5℃(±1.0℃);冷凝器入口温度50~130℃(90.0℃),精度±0.5℃(±1.0℃);冷凝器出口过冷度3~10℃(8.3℃),精度±1℃(±1.0℃);蒸发器的蒸发温度-15~15℃(5.0℃),精度±0.5℃(±1.0℃);蒸发器出口过热度3~30℃(5.0℃),精度±1℃(±2.0℃).

　　制冷工质为R22,设计时,也要考虑可改用R134a.换热器负荷测定范围为1.2~7.0 kW.由于试验工况是在上述范围内随机设定的,所以制冷压缩机的输气量必须连续可调.为了研究含油量对传热的影响,要求输入被测换热器的制冷剂的含油量,在0~10%(质量含量)范围内可随意设定和人为控制(精度为±1%),这也是相关标准中所没有的.

　　2　技术方案的分析与研究

　　根据上述试验工况和技术要求,如果采用普通制冷压缩机循环作为换热器试验台的制冷剂供应系统,是无法胜任的.主要存在三大问题:

　　1)现有国内外市场上的制冷压缩机都达不到试验工况的要求.五家进口压缩机的情况如表1所示.

　　由表可见,额定最高冷凝温度均小于65℃,额定最高蒸发温度均小于15℃.此外,为试验台专门设计制冷压缩机,也是不现实的.

　　2)输气量的连续调节难以实现.通过各种试验工况和最大、最小换热负荷下的热力计算,可算出最大制冷剂流量为206.6 kg/h,最小流量为16.6 kg/h,最大流量是最小流量的12.4倍.在这样大的范围内连续调节输气量,无论采用能量调节机构或节流旁通回路都是困难的.若采用变频调速的方法,在理论上是可行的.实际上,它也超出了目前变频空调压缩机的可调范围.