制冷剂迁移和气液分离器对热泵性能的影响

    1 系统介绍

    图1所示系统为一个载冷剂为水的单纯供热热泵机组,节流装置用的是外平衡热力膨胀阀。冷凝器为套管式水冷冷凝器,水在内管的内侧和制冷剂逆流。制冷剂为 R502。压缩机为往复式,功率为1.1kW,所有的实验均在8e、相对湿度为60%、蒸发器无霜的情况下进行。在每个实验前,先稳态运行40min,然 后紧跟两个开机10min,关机20min的循环。

    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,另一种控制系统压力达 到平衡。前者好处为启动时间短和可靠性强,后者好处为启动转矩小以及压缩机所配电机较小。气液分离器在启动时保护了压缩机但延长了启动时间。本文主要通过 研究以下三种情况来研究制冷剂迁移和气液分离器的系统性能的影响:(1)停机时无制冷剂迁移(通过使用一种关死的膨胀阀实现)(CASE 1);(2)停机时整个系统的压力平衡(通过关机时给电磁阀通电实现)(CASE 2);(3)使用一个1900cm3的气液分离器(CASE 3)。

    2 结果分析和讨论

    图2为在CASE 1条件下热泵启动后系统压力温度的变化情况,可以看出启动后大约50s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,大约在40s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入冷凝器出口处的液管内,从图3(a)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2min系统达到稳态。

    从图3(a)看出,CASE 1、CASE 2、CASE 3三种情况过热度变化差别很大。CASE 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0e。从图3(b)看出,由于液体制冷剂流入压缩机,导致液击,使排 气压力过高,导致功率很高。CASE 3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入气液分离器,由于压缩机只能将气态制冷剂吸入,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极低利用制冷剂的自蒸发,才能把制冷剂抽出投入运行,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3(e)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值和输入功率比其 它两种情况都小,这从图3(b)、(c)可看出。而CASE 1的过热度只有刚开始较大,很快达到稳态过热度715e,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。