Φ7mm管内HFC410A蒸发和冷凝性能的实验研究

　　1引言

　　当前，如何应对能源危机和环境保护已经成为全社会日益关注的全球性问题，在家用空调行业，一方面，由于节能减排性能优越，高效的变频空调器越来越受到用户的青睐; 另一方面，为了减少制冷剂对地球大气臭氧层的破坏，家用空调器正在逐步采用HFC410A等新型制冷剂来替代原来普遍使用的HCFC22。 因此，空调器厂商都在竞相开发HFC410A变频空调器，其中，除变频HFC410A压缩机、电子膨胀阀等关键部件的开发外，蒸发器和冷凝器的开发也与采用HCFC22的定频空调器有显著不同: 首先，HFC410A是一种近共沸制冷剂，其在管内的蒸发和冷凝特性不同于纯工质HCFC22; 其次，制冷剂质量流率变化范围比较大(达到1:4); 这明显地影响到蒸发器和冷凝器的设计及控制，因此，空调器的整机开发需要铜管管内HFC410A蒸发和冷凝特性数据作为参考，所以各种不同制冷剂在管内蒸发和冷凝性能测试成为一个实验研究热点^[1]。

　　原先，铜管管内蒸发和冷凝实验装置原理上基本上是基于压缩机驱动制冷剂循环^[5]，当进行不同种类制冷剂的实验时，需要更换不同种类的压缩机，并且即使在压缩机的出口进行油分离处理，也不能保证实验绝对不受润滑油的影响^[6]。近年，有研究机构(如ACRC)和厂商(如WOLVERINE^[10]) 开始采用基于泵驱动制冷剂循环的实验装置，无需更换泵即可以满足多种不同制冷剂的实验要求，同时可以避免油对实验的影响。但是，由于存在下述技术难题，现在应用还比较少。

　　(1) 如何适应各种不同种类的制冷剂;

　　(2) 如何避免泵吸入口的穴蚀而影响泵的正常运行;

　　(3) 如何实现制冷剂质量流量的变化;

　　(4) 如何兼顾蒸发和冷凝性能实验;

　　(5) 如何消除制冷剂循环回路的振荡;

　　(6) 如何有效地控制实验段进出口的过热度或过冷度;

　　(7) 如何平衡宽量程的精确测量。克服上述各种技术难题，上海理工大学成功研制出基于泵驱动制冷剂循环的单管管内蒸发和冷凝特性实验装置，它能够进行多种不同制冷剂、变质量流率的完全不受润滑油影响的管内蒸发实验和冷凝实验。

　　2实验装置

　　2.1实验装置原理

　　如图1所示，实验装置由制冷剂循环系统、冷冻水系统、实验段等组成。

　　图1中，隔膜泵8、板式换热器13、电子膨胀阀2、实验段1、电子膨胀阀3、冷凝储液罐5和板式换热器6组成制冷剂循环回路，制冷剂流量由隔膜泵8的行程调节，由质量流量计12测量; 冷冻水机组15、冷冻水泵16、恒温水箱17和水泵19、电动三通阀20、板式换热器6、板式换热器25、冷凝储液罐5组成冷冻水系统; 实验段由3段逆流套管换热器组成，每段长约217cm，内管是待测试的铜管，外管是保温钢管，制冷剂在内管管内流动，水在套环内流动，由板式换热器25、恒温水箱26和水泵21组成套管式换热器的水循环回路，水流量由体积流量计27测量; 另外，板式换热器13和水泵24、恒温水箱22 组成一个制冷剂预热水回路。蒸发过程: 板式换热器25不工作，制冷剂液体从冷凝储液器中出来经过板式换热器6，过冷后被液压隔膜泵8加压，利用恒温水箱22控制制冷剂的过冷度，液体通过电子膨胀阀2节流后在实验段进行蒸发实验，再回到储液器中冷凝; 而冷凝过程: 制冷剂液体从冷凝储液器中出来经过板式换热器6，过冷后被液压隔膜泵8加压后在板式换热器13中被加热而蒸发，饱和或过热的制冷剂气体在实验段冷凝，再回到储液器中。制冷剂循环采用隔膜泵驱动，隔膜材料选用聚四氟乙烯，因此，可以适应现有的各种不同的制冷剂; 同时由于隔膜的内外隔离效果，可以实现无润滑油影响的纯制冷剂循环。