基于制冷剂泄出的涡旋压缩机容量调节技术

　　近年来，涡旋压缩机以其效率高、噪音低、可靠性高等突出优点[1]在制冷空调领域，尤其是小型系统中得到了广泛的应用。然而，与其他具有固定容积比的压缩机一样，涡旋压缩机的容积比也是一固定参数，所以，在偏离设计工况时，涡旋压缩机会出现过压缩或欠压缩现象[2]，导致压缩机效率下降。而实际的制冷空调系统大部分时间内都运行于非设计工况，从而造成了涡旋压缩机的全年运行效率并不如预期的高。同时，对于一般的制冷(热泵)系统，在非额定工况下，其系统容量也往往与需求值不相匹配，以热泵采暖为例，在室外温度较低时，热泵运行于大压比工况，此时热泵的制热量将出现衰减，而此时房间供热需求往往较大;相反的，室外温度较高时，热泵运行于小压比工况，制热量则会增大，而此时房间供热需求却较小。以上这两个问题在很大程度上影响了涡旋压缩机的实际性能，制约了其进一步发展。

　　已有研究提出的制冷剂喷射技术较好地解决了涡旋压缩机在大压比工况下容积比效率下降和系统容量不足的问题[3]，为解决小压比工况下涡旋压缩机效率降低和系统容量过大的问题，提出了一种基于制冷剂泄出的涡旋压缩机调节技术，并采用模拟和实验的手段研究了该技术在小压比工况下的调节性能，以期初步验证该技术在工程实际应用中可行性。

　　1 制冷剂泄出技术

　　涡旋压缩机制冷剂泄出技术，是指在涡旋压缩机压缩中段的适当位置与制冷系统低压侧之间设置可控的旁通通道。当压缩机需要减容时，打开该旁通道，压缩腔中的部分制冷剂将在压差作用下返回低压侧，而不再被涡旋盘压缩。制冷剂泄出技术不但能够降低压缩机的排量，减小系统的制冷/制热量，还能够减小涡旋压缩机的有效压缩圈数，降低压比和过压缩损失。同时，也可防止压缩机的过电流，能够很好地解决涡旋压缩机制冷系统向小容量和低压比工况的调节问题。需要说明的是，由于该技术中的制冷剂泄出是在制冷剂被压缩之前，所以泄出的制冷剂并不耗费压缩功，这是该泄出技术与普通热气旁通技术的显著不同。

　　图1所示为一种具有制冷剂泄出功能的涡旋压缩机制冷系统示意图。系统包含制冷剂主回路和制冷剂泄出回路。主制冷剂回路由带制冷剂泄出孔的涡旋压缩机、冷凝器、系统膨胀装置和蒸发器依次相连而成。制冷剂泄出回路主要包含单向阀和调节阀，一端设置于压缩机泄出孔，另一端设置于压缩机入口管路上。这一泄出系统的主要优点是由于压缩机入口的压力较低，泄出压差较大，所以制冷剂的泄出流量较大，相应的容量调节范围较宽，但这种制冷剂泄出方式可能导致压缩机吸气温度和排气温度的升高。另外，也可以将泄出管路连接到蒸发器的入口管路上，由于蒸发器入口压力高于压缩机入口，泄出压差相对较小，所以泄出制冷剂流量较小，调节范围相对较窄。当蒸发器及吸气管路压降过大时，可能导致在泄出过程中，压缩腔的压力始终低于蒸发器入口的压力，使得泄出功能不能实现。但向蒸发器入口泄出可有效改善蒸发器的换热性能[4]和带油能力，同时，还能够保证压缩机吸气的过热度，提高系统的控制性能。