变径毛细管代替毛细管组件在冷暖空调器上的应用研究

中图分类号： TH2；THI38.7 文献标识码： A doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2013.04.015Experimental Investigation on Thermal Properties of Heat pump Air-conditionerwith Variable Diameter Capillary Instead of Capillary M oduleXU Yan-sheng，HE Qin-bo，LI Mian-chang，ZOU Shi-zhi，JIN Bo(Heat Pump Engineering and Technology Development Center of Guangdong Universities，Shunde Polytechnic，Foshan 528333，China)Abstract： The refrigerant flow charaeteristies of variable diameter capilary in forward flow and reverse flow are diferent.It canbe used as a throttle device instead of the capillary module in heat pump air-conditioner.To achieve this goal，the refrigerant flowcharacteristic of the original capilary module for refrigerating and heating circulation Was performed in the refrigerant flow experi-mental facility.The size of variable diameter capillary was adjusted to make its refrigerant flow performance is accordance withthat of capillary module.The capability of air conditioner with variable diameter capilary and capillary module were tested re-spectively in the standard condition.Th e experimental results show that the perform ance of air-conditioner with variable diametercapillary compared to that of air conditioner with capilary module，the refrigerating capacity decreased by 0.5% ，the energy ef-ficiency ratio(EER)increased by 0.3%，the heating capacity reduced by 1.1%，the coeficient of performance(COP)in-creased by 1.4% .Hence.the higher flow perform ances of variable diameter capilary indicate that it can completely used as athrottle device instead of the capilary module in the heat pump air-conditioner after it matched exactly。

Key words： variable diam eter capilary；capilary module；heat pump air-conditioner；n0w characteristic1 前言定频空调器-般采用毛细管节流。对冷暖型空调器来说，由于制冷系统在进行制冷和制热运行时其制冷剂流量不同，这就要求制冷、制热时毛细管节流能力不同，目前的做法是使制冷系统在制冷、制热 时制冷剂 流过的毛细管不 同来实现。因-般空调器制热时的制冷剂流量比制冷时小，其毛细管节流阻力需要大-些，通常采用的是如图1所示的毛细管组件来实现的。在图 1收稿日期： 2012-10-17基金项 目： 广东高校热泵工程技术开发中心建设项目(GCZX-B0906)；顺德区科技计划项目(20120202087)2013年第41卷第4期 流 体 机 械 63中，空调器在制冷运行时，制冷剂从主毛细管的A端进入，经过主毛细管节流后直接经过单向阀的E端流出。在制热运行时，制冷剂从单向阀的E端进人，因单向阀的阻断作用，制冷剂经辅助毛细管的D端进入，经过辅助毛细管-次节流后到达C端，再经过主毛细管二次节流后从主毛细管的 A端流出。采用这-结构较好的解决了制冷、制热时对毛细管节流能力要求不同的问题，并且结构简单、可靠。但这-结构也存在-些问题，主要是在毛细管组件中必须有单向阀，而单向阀的设置不仅增加了材料成本，同时也会产生间断I生噪声。

主毛细管 单向阀制热辅助毛细管图 1 带单向阀的毛细管节流组件由于制冷剂在毛细管中的流动为气液两相流，在流动过程中，其气液两相的比例在不断变化，其流速也在不断变化，因流速的变化对流动阻力的影响较大 j，因此可以利用这-特性，通过改变制冷系统制冷剂在制冷、制热时的流速来改变其流动阻力，以满足制冷系统在制冷、制热运行的不同流量要求。为此，提出在冷暖空调器中用两段内径不同的毛细管组成变径毛细管代替现有带单向阀的毛细管组件节流的理论并进行相关试验研究。

2 试验方案及试验设备2.1 试验 方 案要实现用变径毛细管代替毛细管组件进行节流，必须保证空调器制冷量、制热量以及制冷能效比和制热性能系数等性能指标不降低。而整个试验工作的难度在于，冷暖空调器毛细管长度的确定方法-般是先确定制冷运行时主毛细管的管径和长度，再确定制热运行时辅助毛细管的内径和长度，因毛细管组件中有单向阀，辅助毛细管的内径和长度改变对制冷运行无任何影响。由于毛细管内径规格较容易确定，因此主要的试验工作是确定毛细管的长度，整个试验较为简单，但变径毛细管由于两段管径和长度都不同，在确定毛细管规格尺寸时，上述任-参数发生变化，制冷、制热时的制冷剂流量都将发生变化，要使变径毛细管的制冷剂流量特性与原毛细管组件基本-致，其试验工作量较大，如每次都装在空调器整机上进行试验，整个试验工作量将很大。为此，采取如下的试验方案：(1)通过空调器整机试验测定影响毛细管制冷剂流量的运行参数，如冷凝压力、过冷度、蒸发压力、过热度、制冷量、制热量、制冷能效比、制热性能系数等参数。

(2)在制冷剂流量试验台上测定原毛细管组件在上述工况下制冷、制热时的制冷剂流量。

(3)在制冷剂流量试验台上测定变径毛细管在相同工况下制冷、制热时的制冷剂流量，通过调整两段毛细管的内径和长度，使变径毛细管的制冷剂流量与原毛细管组件的流量基本-致。

(4)将变径毛细管安装在空调器整机上进行整机性能对比测试。

2.2 试验设备空调器整机性能试验采用广东省产品质量监督检验中心家用空调器检测站的 12000W 空调焓差室，变径毛细管的制冷剂流量在 自行设计的节流元件制冷剂流量试验台上进行。该试验台由压缩机、变频器、油分离器、水冷冷凝器、冷却水箱、储液器、过冷器、节流短管测试段、量热器、针阀、电加热器、控制系统、测量系统等几部分组成，其系统示意如图2所示。

球 阀图2 节流元件制冷剂流量测试台示意在图2中，毛细管入口压力(也即冷凝压力)主要通过调整流过冷凝器中水量的大型温度来调整，人口温度通过调整过冷器中冷水的水温和FLUID MACHINERY Vo1.41，No.4，2013流量来控制，出口压力(也即蒸发压力)主要通过调整压缩机的转速来调节，而压缩机的转速主要是通过调节变频器的输出频率来改变，测试台温度测量精度为±0.2C，压力测量精度为±0.2%，流量测试精度为 ±l% ]。

3 试验3.1 毛细管组件空调器整机性能试验及毛细管流量测试选用 KFR-32GW空调器(制冷剂 R22)在空调焓差室进行性能实验，实验在标准工况下进行 。试验主要性能指标及运行参数如表 1。

表1 毛细管组件空调器主要性能指标及运行参数环境工况(℃) 冷凝 过冷 蒸发 吸气运行 能力 EER 状态 室内温度 室外温度 (W) coP 温度 温度 温度 温度干球/湿球 干球/湿球 (℃) (℃) (℃) (℃)制冷 27/19 35/24 3192 3.2l 46 41 7 l1制热 2O/15 1，6 3610 3.44 47 43 4 10原毛细管规格尺寸为主毛细管 1.7 mm(内径)x750 mm(长度)，辅毛细管 1.4 mm(内径)x300 mm(长度)。在制冷剂流量实验台上进行流量测试，其运行参数如表2。

表2 毛细管组件空调器主要性能指标及运行参数运行 冷凝温度 过冷温度 蒸发温度 吸气温度 流量状态 (℃) (℃) (oC) (℃) (kg/h)制冷 46 41 7 l1 82.5制热 47 43 4 1O 71.43.2 新空调器整机性能实验及毛细管流量测试变径毛细管由两段内径、长度不同的毛细管组成，两段毛细管通过套管进行连接，其结构示意图如图3所示。当空调器进行制冷运行时，制冷剂从变径毛细管的A端进入、B端流出，制热时从B端进入、A端流出。

小管径毛细管 大管径毛细管图 3 变径毛细管在制冷剂流量试验台上进行流量测试，测试工况与原毛细管组件相同，通过调整两段毛细管内径、长度，使之制冷剂流量与原毛细管组件相同。变径毛细管运行参数如表3。

表3 变径毛细管空调器主要性能指标及运行参数运行 冷凝温度 过冷温度 蒸发温度 吸气温度 流量状态 (℃) (℃) (℃) (℃) (kg/b)制冷 46 41 7 1l 83.2制热 47 43 4 10 72.5原空调器安装变径毛细管进行性能试验，试验主要性能指标及运行参数如表4。

表4 变径毛细管空调器主要性能指标及运行参数环境工况(℃) 冷凝 过冷 蒸发 吸气运行 能力 EER状态 室内温度 室外温度 (W) CoP 温度 温度 温度 温度干球/湿球 干球/湿球 (℃) (℃) (℃) (℃)制冷 27/19 35/24 3176 3.22 46 41 7 11制热 20/l5 7/6 3570 3.49 47 43 4 104 试验结果与分析从上述试验可以得出，采用变径毛细管节流的空调器相对采用毛细管组件节流的空调器 比较，其制冷量减少0.5%，制冷能效比增加0.3%，制热量减少 1.1%，制热性能系数增加 1.4%。根据上述比较结果可以看出，在制冷运行时，其制冷量和制冷能效比基本保持不变，而制热量稍有降低，但制热性能系数有所增加。分析其主要原因在于制热运行时，变径毛细管的流量值与原毛细管组件的流量值有-定的偏差，尚未调节到最佳状态。

5 结语通过空调器整机性能对比试验可以得出，通过合理的匹配，变径毛细管完全可以代替带单向阀的毛细管组件。但由于确定变径毛细管规格尺寸的实验工作量较大，有必要建立变径毛细管节流计算模型，以减少试验工作量。