有内热源房间空调器制冷系统热力膨胀阀的匹配研究

　　摘 要 为了保持热源的降温，应用于有内热源房间的空调器一年四季都需要运行。由于热力膨胀阀特性的限制，空调器在低环境温度下，蒸发器供液不足，使得整机制冷量和COP增幅不高。为了改善整机性能，在焓差实验室对空调器进行了性能测试，得到了-5~35℃环境温度下蒸发压力、冷凝压力、制冷量和COP等热工参数变化。结合热力膨胀阀的型号和特性，研究了热力膨胀阀在变工况条件下与系统其它部件的匹配关系，旨在扩大膨胀阀的工作区间，提高低环境温度下房间空调器的效率。研究表明，兼顾较大范围环境温度变化匹配热力膨胀阀，应扩大50%~100%开度工作区间，缩小100%~120%开度工作区间，降低制冷系统设备、部件和管道阻力，避免两个震荡区进入使用范围。

　　热力膨胀阀是制冷系统常用的节流机构，它有较好的调节性能和低廉的价格，到目前为止仍然被广泛应用。热力膨胀阀通过感受蒸发器出口的过热度，比例调节向蒸发器的供液量，以使制冷压缩机在运行工况下发挥最大效能。热力膨胀阀的制冷能力(制冷剂流量)随进、出口压力差的增大而增加，相当于冷凝温度升高、蒸发温度降低、制冷能力增大。制冷压缩机的制冷量随冷凝温度的降低、蒸发温度的升高而增大，与膨胀阀的规律相反。由于制冷系统都在变冷凝温度下工作，如何保证蒸发器在所有的工况下都有充足的供液，充分发挥制冷压缩机的作用，是制冷装置节能降耗的有效手段。

　　有内热源的房间，在需要恒定温、湿度的时候，用于降温、恒湿的制冷装置一年四季都需要工作，由于室外环境温度的大幅度变化，引起冷凝温度随之波动。通过对制冷系统在变工况下检测的热工参数，分析热力膨胀阀与制冷压缩机的匹配状况，再结合热力膨胀阀调节特性和允许工作范围讨论匹配思路。

　　1 热力膨胀阀的匹配状况

　　制冷装置按照设计工况和制冷负荷选配制冷压缩机，之后按照制冷压缩机的性能设计蒸发器、冷凝器，选配热力膨胀阀，以保证这些设备和部件的良好匹配。实际运行中，环境温度在一年之中大幅度变化，制冷系统的冷凝温度也随之变化，引起冷凝压力与蒸发压力之差剧烈波动。由于制冷压缩机的制冷量与热力膨胀阀的冷量变化规律相反，不可避免地产生偏离匹配的现象。利用焓差实验室测试了一套型号为EDA402U，制冷量为40KW，以R22为制冷剂的依米康房间空调器，相关热工参数的变化见图1、2、3。

　　线图的横坐标冷凝压力所对应的室外环境温度为1.76MPa/35℃、1.38MPa/25℃、1.04MPa/15℃、0.75MPa/5℃、0.86MPa/-5℃。曲线表明，在室内侧温度恒定在24℃、相对湿度保持50%条件下，冷凝压力在0.74MPa以上时，制冷系统的制冷量、总耗功和COP的变化规律清晰。随冷凝压力的降低制冷量逐渐增大、总功率减小、COP增大，符合一般规律。当冷凝压力低于1.76MPa，蒸发压力随冷凝压力的变化规律出人意料，蒸发压力在伴有小幅波动状态下一直保持下降趋势，未见基本恒定区间，说明热力膨胀阀不能够良好地调节蒸发压力，冷凝压力低于1.76MPa越多调节偏差越大。当冷凝压力低于0.74MPa时制冷量、总耗功、COP和蒸发压力均出现了较大幅度的波动。证明蒸发器供液量进入某个震荡区，由于蒸发压力的大幅波动，引起了其它热工参数的变化。显然测试结果不够理想，其中重要的原因是由于热力膨胀阀与空调制冷系统不匹配导致蒸发压力下降和波动，如果能够抑制或减小这种降低，驱赶膨胀阀震荡现象到冷凝压力变化区间以外，制冷系统的制冷量和COP的增加幅度可以进一步加大。