制冷劑R32在變頻空調(diào)系統(tǒng)中的回油控制策略

梁 青( 珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海 519070 )

制冷劑R32在變頻空調(diào)系統(tǒng)中的回油控制策略

梁 青
( 珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海 519070 )

R32冷媒因具有良好的熱物性及低GWP值，成為替代R410A冷媒的首選。但由于制冷循環(huán)系統(tǒng)管道管徑和潤滑油選型發(fā)生變化，存在啟動缺油、放置下出現(xiàn)真空等問題，影響到壓縮機的可靠性。本文從R32冷媒的物理特性及制冷系統(tǒng)冷凍油的物理特性出發(fā)，分析R32冷媒在變頻空調(diào)系統(tǒng)的回油特性，并通過大量的試驗驗證其回油的可靠性，得出R32冷媒冷凍油的選型及其控制方法。

R32冷媒；冷凍油；回油

0 前言

節(jié)能和環(huán)保是空調(diào)發(fā)展的主要方向，其中制冷劑特性對這兩方面起到了決定性的作用。

制冷劑作為制冷循環(huán)的“血液”，其物性參數(shù)的好壞對于系統(tǒng)的能效有重要貢獻，目前國內(nèi)家用變頻空調(diào)系統(tǒng)常用的制冷劑為R410a，其被看好的替代工質(zhì)有日本大金主推的制冷劑R32、美國杜邦主推的制冷劑R1234yf，以及歐洲主推的碳氫制冷劑等，而我國更傾向于制冷劑R32的研究及應用。

如表1所示，制冷劑R410a由于GWP值較高(導致全球氣候變暖)，只能作為過渡制冷劑；替代制冷劑R290的GWP值雖然很低，但其具有高可燃可爆性，從而限制了R290的使用；而制冷劑R32的GWP值低且屬于微燃制冷劑，已經(jīng)進入R410a替代制冷劑的研究范圍之列。

1 制冷劑R32的物性分析

R32是HFC類制冷劑，分子式為CH2F2，其ODP值為0，GWP值為580，臨界溫度為78.25℃，臨界壓力為5.808MPa[1]。在常溫常壓下，R32是無色氣體，儲存在鋼瓶內(nèi)是被壓縮的液化氣。

由表2數(shù)據(jù)可知，R32的臨界壓力比R410a大18.3%，其蒸汽壓力比R410a大3%～5%，且R32具有一定的可燃性，在空氣中的燃燒極限為13.6%～32.2%，所以R32系統(tǒng)必須有更好的密封性能，使用合適的接口技術，以防泄漏。

表1 各種制冷劑GWP值和ODP值對比

GWP值ODP值危險性R410A19750一般R325800微燃制冷劑(2L)R29030可燃可爆制冷劑

表2 R32冷媒與R410a冷媒的物理性能對比

物理性質(zhì)單位R32R410a分子式CH2F2R32/R125分子量g/mol52.0272.5825℃下的蒸氣壓力MPa1.7021.653沸點℃-53.15-51.53臨界溫度℃78.2572.13臨界壓力MPa5.8084.926臨界密度kg/m3430488.925℃下的液體密度kg/m39601062.4可燃性燃燒不燃燒

由表2數(shù)據(jù)可知，R32的臨界壓力比R410a大18.3%，其蒸汽壓力比R410a的大3%～5%，且R32具有一定的可燃性，在空氣中的燃燒極限為13.6%～32.2%，所以R32系統(tǒng)必須有更好的密封性能，使用合適的接口技術，以防泄漏。

2 制冷劑R32與潤滑油的相容特性

由圖2中可以看出，R32的互溶區(qū)間比R410A的區(qū)間要寬。即從理論上看，潤滑油排出壓縮機后更容易被制冷劑帶回壓縮機，但同理在啟動時潤滑油也容易帶出壓縮機。

圖1 制冷劑R32與R410a二層分離曲線

因此，如果在制冷劑溶合較多潤滑油時啟動壓縮機，則有可能導致壓縮機缺油，這將會是對整個制冷循環(huán)系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生直接的影響。

另外，在互溶區(qū)間中，由于低溫臨界點降低了，在低溫制冷下冷媒蒸發(fā)不完全時，潤滑油溶合制冷劑的比例就會升高，這對于回液方面是有負面影響的。

3 制冷劑R32回油可靠性對策分析

由以上分析可知，制冷劑R32在回油方面有一些需要特殊處理的方式，如壓縮機啟動時刻的處理，以及在低溫下回液時需要對壓縮機儲液罐進行特殊設計等?；谥评鋭㏑32是制冷劑R410a的組成成份之一，且國內(nèi)大部分變頻空調(diào)系統(tǒng)都已經(jīng)使用了R410a，所以筆者擬采用R410a制冷循環(huán)系統(tǒng)的試驗驗證方法，對R32進行回油回液試驗驗證，指出R32制冷循環(huán)系統(tǒng)回油回液中存在的問題，并對這些問題提出解決對策和優(yōu)化建議。

3.1 合理設計定期回油控制

圖2 制冷循環(huán)系統(tǒng)中制冷劑與潤滑油的互溶情況

由圖2可知，制冷劑R32與潤滑油分別會在高壓側和低壓側出現(xiàn)高溫二層分離區(qū)間和低溫二層分離區(qū)間。制冷運行時，從壓縮機到冷凝器這一段管路中流動的是高溫高壓高速的制冷劑氣體(狀態(tài)點①)，此時潤滑油呈霧狀，和制冷劑蒸汽很好地混合在一起，并且流速大，流程短，這一段管路中存儲的潤滑油很少。在空調(diào)室外機中，制冷劑由氣態(tài)冷凝成高溫液體，潤滑油也由氣態(tài)冷凝成液態(tài)(狀態(tài)點②)。由于潤滑油在高溫液態(tài)制冷劑中溶解度較大，因此從室外機到室內(nèi)機這一段管路也不會存油。

液態(tài)制冷劑在室內(nèi)機中逐漸蒸發(fā)，在室內(nèi)機出口，制冷劑變成有一定過熱度的低溫低壓氣體(狀態(tài)點④)。因為溫度較低，所以大部分潤滑油仍是液態(tài)，和制冷劑分離。從室內(nèi)機過熱區(qū)到氣液分離器，這一段管路中制冷劑氣體低速流動，潤滑油流動阻力很大，因此這一段管路中積存大量的潤滑油。

因此，在運行一段(特別壓縮機低頻)后，需要提高壓縮機的運行頻率，提升冷媒在管道內(nèi)的流動速度，將低壓側的潤滑油帶回壓縮機，保證壓縮機的可靠性運行。

3.2 合理設計回油平臺

由上述分析可知，制冷劑R32與潤滑油的互溶區(qū)間比R410A的區(qū)間要寬，所以在壓縮機啟動時刻，容易將大量油排出壓縮機，導致壓縮機缺油運行，所以，在壓縮機啟動時刻合理設計回油平臺，防止出現(xiàn)油蹦現(xiàn)象。

如圖3所示[2]，在壓縮機啟動過程中，多設計幾個壓縮機頻率停留平臺，如當壓縮機運行到36Hz時，停留60s，運行至60Hz時，停留30S等，從而保證壓縮機可靠性運行。

3.3 壓縮機線圈自預熱功能

圖3 壓縮機開機運行過程中頻率與油位關系

在低溫下啟動壓縮機，因潤滑油在低溫下的粘度很大，導致壓縮機曲軸在轉動時阻力力矩很大，有可能會導致啟動失敗。所以，在室外環(huán)境超低溫、壓縮機待機、壓縮機曲軸低溫條件下開啟IPM，采用較小的占空比給壓縮機線圈通入較小的電流，在保證電流不超過壓縮機線圈常規(guī)電流的條件下，使壓縮機線圈電阻發(fā)熱，從而起到預熱壓縮機曲軸箱的作用。其原理如下：

導電體通過一定電流后會發(fā)熱。若通過的是直流電流，導電體電阻為R，則通過導體的電流I產(chǎn)生的熱量發(fā)熱功率P計算公式為：

P=I2·R

壓縮機底部加熱主要通過壓縮機殼體、曲軸傳熱，保證超低溫啟動良好。三相線圈可以循環(huán)兩相加熱；加熱功率必須保證在30W以下(一般在20～30W)，并通過試驗具體確認合適的加熱功率；壓縮機線圈加熱電流必須在壓縮機安全電流(退磁電流38A)值以下。

4 結論

壓縮機的回油對于房間空調(diào)器運行的可靠性、穩(wěn)定性和使用壽命具有重要的影響[2]。筆者通過理論分析和試驗驗證的方法，得出制冷劑R32在變頻空調(diào)系統(tǒng)中回油策略。

合理設計定期回油控制，在運行一段(特別壓縮機低頻)后，需要提高壓縮機的運行頻率，提升冷媒在管道內(nèi)的流動速度，將低壓側的潤滑油帶回壓縮機，保證壓縮機的可靠性運行。

合理設計回油平臺，防止壓縮機啟動時刻出現(xiàn)油蹦現(xiàn)象。

壓縮機線圈自預熱功能，在室外超低溫、壓縮機待機、壓縮機曲軸低溫條件下開啟IPM，采用較小的占空比給壓縮機線圈通入較小的電流，在保證電流不超過壓縮機線圈常規(guī)電流的體條件下，使壓縮機線圈電阻發(fā)熱，從而起到預熱壓縮機曲軸箱的作用。

[1] 莊嶸,涂小蘋,梁祥飛.R32在家用空調(diào)器中的應用研究[J].制冷與空調(diào)，2013，13(5)：35-39

[2]胡浩,孟建軍,梁爽,等.房間空調(diào)器用滾動轉子式壓縮機回油問題的研究[J].制冷技術，2000，(2)：13-16

R32 Superheat Analysis and Solutions for Inverter Air-conditioning System

LIANG Qing

(GREE Electric Appliances, Inc.，Zhuhai Guangdong 519070)

In order to improve the design efficiency of capillary tubes, capillary tube models are developed. The approximate integral model is a promising

Capillary tube；Approximate integral model；Modification

2016-8-8

梁青(1987- )，女。研究方向：空調(diào)系統(tǒng)設計及專利研究。Email：jimphongwu@126.com

ISSN1005-9180(2016)04-082-03

TB61+2文獻標示碼：B

10.3696/J.ISSN.1005-9180.2016.04.015