低温热泵用涡旋压缩机性能的试验研究

　由于空气源热泵一机两用的特点、环保高效的优势，因而长期以来许多企业、研究机构一直在致力于解决空气源热泵在低温工况下的制热问题。国内外研究人员现已开发出多种在低温环境下使用的热泵，如开利公司研制出的使用非共沸工质的带精馏塔的空气源热泵;日本KatsujiYamagami在1999年提出利用燃油、燃气燃烧器辅助加热的热泵空调器;Sami S.M.提出利用中央空调系统的排风或者回风中的热量改变空气源热泵蒸发器表面流过的空气的温度，以此改进空气源热泵的低温制热性能等。
　　对于空气源热泵而言，衡量改进方案优劣的重要标准是：系统是否简单可靠、易于实施;系统能否兼顾正常工作情况以及极端工作情况下的系统性能。从这个角度出发，2000年马国远教授提出的利用带辅助进气口的涡旋压缩机实现带经济器的准二级压缩空气源热泵系统来提高空气源热泵在低温工况下的制热性能是一个最为经济合理的方案。但是在这一技术具体工程实施时，还有一系列问题需要解决：如何确定在不同的外界工况条件下最优的涡旋压缩机辅助进气口位置，准二级压缩热泵用涡旋压缩机如何根据实际情况确定合理的运行模式等。
　　一 试验研究
　　1.1 试验目的
　　测试准二级压缩热泵用涡旋压缩机在低温环境工况下的制热性能，并记录和分析机组在不同工况下运行的相关数据。
　　1.2 试验台说明
　　图1所示为试验样机的系统原理图。所采用的压缩机是某厂家所生产的型号为C-SB373H8A 的中间补气涡旋压缩机改造而成的试验机，其主要技术参数为：吸气容积为83.4 cm3/r，额定制冷量为14.5 kW，额定输入功率为4.54kW，转速为2880r/rain，额定工作电流为7.9A，制冷剂为R22。
　　

　　如图1所示，系统工作原理为：带辅助进气口的涡旋压缩机排出的高温、高压制冷剂蒸气，经水冷冷凝器将热量传递给冷却介质后变为高温、高压的液体，升温后的冷却介质可作采暖使用(在本试验中水作为冷凝器的冷却介质，通过调节置于恒温水箱内的电加热器的电压以及冷凝机组冷却水的流量来稳定冷凝温度)。从冷凝器出来的高压制冷剂液体经储液器、过冷器、干燥过滤器以及电加热器(通过调节过冷器中冷却水的流量和电加热器电压可稳定过冷度)后分为2路：主路为普通热泵回路，辅路为补气回路的制冷剂液体直接进入经济器;辅路的制冷剂液体经电子膨胀阀降压后变为低压的气液混合物，也同时进入经济器，二者在经济器中进行热交换后，辅路的制冷剂变为气体后被压缩机的辅助进气口吸入，主路的制冷剂变为过冷液体经电子膨胀阀降压后进入量热器(本试验中为测试系统的制冷量，用量热器代替蒸发器)。在量热器内，主路的制冷剂吸收量热器中电加热器的热量而变为低压气体被压缩机吸气口吸入，主路和辅路的制冷剂在压缩机工作腔内混合，被压缩后排出压缩机，从而形成闭的工作回路。与普通热泵循环相比改造后的热泵系统有以下特点：
　　1)在原有热泵系统的基础上，增设了补气回路。补气回路中制冷剂经膨胀阀节流压力降低到介于冷凝压力和蒸发压力之间的中间压力，而后与主路制冷剂在经济器中进行热交换。
　　2)涡旋压缩机除原有的吸气口和排气口外，增加了补气口，补气回路制冷剂经经济器后变为蒸气，然后从补气口喷入压缩机。
　　3)关闭2个三通阀间的截止阀，同时开启补气回路截止阀，热泵系统按照改进后的补气循环工作，可增强系统低温性能;开启2个三通阀间的截止阀，同时关闭补气回路截止阀，系统将仍按普通制冷系统运行，不影响检测室测试普通制冷压缩机性能的基本功能。
　　1.3 试验测试内容
　　1)在冷凝温度45℃ ，蒸发温度分别为-6.7℃ ，-10℃ ，-15℃ ，-18℃ ，-20℃ 和-22℃ 计6个低温工况下，测试准二级压缩热泵用涡旋压缩机的低温制热性能指标随补气压力的变化;
　　2)对1)结果进行分析，得出准二级压缩热泵用涡旋压缩机低温制热工况下的最佳补气压力，而后将电子膨胀阀的开度设定到最佳值，分别测试在1)工况下普通热泵用涡旋压缩机和准二级压缩热泵用涡旋压缩机低温制热性能的差异。
　　二 试验结果与分析
　　2.1 制热性能测试
　　补气压力的大小是影响准二级压缩热泵用涡旋压缩机制热性能的重要参数，因此在冷凝温度为45℃ ，蒸发温度分别为-6.7℃ ，-10℃ ，-15℃ ，-18℃ ，-20℃ 和-22℃ 计6个低温工况下测试了准二级压缩热泵用涡旋压缩机运行时制热性能参数随补气压力变化的性能曲线。补气压力的变化是通过步进器调节电子膨胀阀的开度来实现的，以期找到准二级压缩热泵用涡旋压缩机运行的最佳补气压力。图2～ 图6为实测准二级压缩热泵用涡旋压缩机运行时的制热性能随补气压力的变化曲线。