R417A热泵空调换热器的温度分布特性
摘要:对一台以R417A为工质的热泵型房间空调换热器在不同室外干、湿球温度工况下的温度分布情况进行了试验研究和分析。通过对管翅式换热器温度分布规律的研究，找出其换热特性，在对试验结果进行综合分析的基础上，提出了优化设计建议。
1·前言
由于CFC和HCFCs的大量使用，造成臭氧层破坏的环境问题日益严重。R417A作为一种ODP为零的制冷剂，它与R22的操作压力和效能非常接近，是近期被认为有希望替代R22的环保工质之一［1～10］。文献［11］对R417A在热泵热水系统中替代R22进行实验研究，在冷凝温度为50℃和45℃时，分别在不同蒸发温度下，测量系统的温度、压力、流量、湿度、风速和耗功量。得出R417A的排气温度比R22系统低，可以改善压缩机和润滑油的工作条件。R417A系统的吸、排气压力比R22系统的稍高或接近。但在同一温度下R417A饱和压力比R22系统小，有利于装置的运行。与R22相比，R417A耗功小、制冷量较小但COP值高。
本文对一台R417A热泵空调器的室外侧管翅式换热器在不同室外干、湿球温度下的温度分布情况进行试验研究，同时测定了压缩机进、排气温度的变化规律。本文的研究结果可为热泵型房间空调器的工质替代及其换热器设计和性能优化提供参考。
2· R417A的基本热物理性质
R417A是一种三元非共沸混合制冷剂，其物理性质见表1。R417A兼容传统和新型的润滑油，包括矿物油(MO)、烷基苯冷冻润滑油(AB)及酯类冷冻润滑油(POE)。对使用传统润滑油的R22系统来说，采用R417A不需要更换润滑油，且适合典型的R22直接膨胀(DX)系统使用。
3 ·R417A热泵空调换热器的温度分布试验
3．1试验装置
在多功能环境室内，对热泵空调器室外侧换热器的温度分布情况进行测试［12～16］。设备布置如图1所示。表2示出室外侧换热器的结构参数。
3．2试验内容
试验以R417A为工质，在换热器盘管两侧端点外侧各布置了5个热电偶(由于布置压力测量装置会大大增加换热阻力，故而没有布置压力测量装置)，也即5个测点布置在风的进口，5个布置在风的出口。换热器如图2所示，各测点布置如图3所示。
3．3试验结果与分析
不同室外干湿球温度下各排测点温度如图4～13所示。
由图4、5可以看出，室外干球温度2℃湿球温度1℃时(以下简称工况1)和室外干球温度7℃湿球温度为6℃时(以下简称工况3)为结霜工况，不管1排左测点还是1排右测点，都是工况2(室外干球温度4℃，湿球温度3℃)的温度最高，工况1次之，工况3最低。在工况1下，1排左测点温度逐渐下降，而1排右测点逐渐上升，两点温度相差为1℃左右。工况2下，1排左测点温度先迅速下降，然后几乎保持不变，而1排右测点温度也迅速下降，然后有所上升，两点温度相差1℃左右。工况3下，1排左测点温度一开始上升，然后逐渐下降，1排右测点温度也一开始上升，然后下降。两点温度相差在0．5℃左右，且工况3的温度变化幅度最低，工况2温度变化幅度最大。
由图6、7可以看出，无论是3排左测点还是3排右测点，都是工况2下的温度最高，工况1下的温度次之，工况3最低。在工况 1下，3排左测点的温度逐渐下降，而3排右测点的温度先下降后有所上升，两点温度相差1℃。工况2下，3排左测点温度先迅速下降，然后慢慢上升，基本稳定在1．5℃左右，而3排右测点温度也迅速下降，然后在1～2℃间变动，两点温度相差在0．1℃左右，可以说是很微小。工况3下，3排左测点温度先上升然后逐渐下降，3排右测点温度先逐渐上升，然后下降，两点相差0．5℃左右。工况1下温度变化幅度最小，工况2温度变化幅度最大。
由图8、9可以看出，无论5排左测点还是5排右测点，都是工况2下温度最高，其次是工况1下的温度，最后是工况3下的温度。工况1下，5排左测点的温度随时间推移逐渐下降，而5排右测点温度随时间推移先逐渐下降，然后有所上升，两点温度相差在0．3℃左右。工况2下，5排左测点温度先以非常快的速度上升，此后上升速度渐趋平缓，5排右测点温度先下降，然后在一个很小的范围波动。两点温差0．3℃左右。工况3下，5排左测点的温度先上升，然后缓慢下降，5排右测点的温度先迅速上升，然后缓慢下降，两点温度相差不大。工况3下温度变化幅度很小，工况2温度变化幅度很大。
由图10、11可以看出，无论7排左测点还是7排右测点，都是工况2下温度最高，工况1下温度次之，工况3下温度最低。在工况1下，7排左测点温度随时间推移逐渐下降，7排右测点温度随之间推移也呈逐渐下降趋势，两点温度相差0．4℃左右。工况2下，7排左测点温度先迅速下降，然后缓慢上升，最后在很小的范围内波动，7排右测点温度先迅速下降，然后渐趋平缓，两点温度相差0．2℃左右。在工况3下，7排左测点温度先迅速上升，然后缓慢下降，7排右测点温度先上升，然后缓慢下降，两点温度相差0．8℃左右。工况1下的温度变化幅度最小，工况2下的温度变化幅度最大。
由图12、13可以看出，在大部分区域，无论是9排左测点还是9排右测点温度，都是工况2下温度最高，工况1次之，工况3最低。工况1下，9排左测点温度随时间变化逐渐下降，9排右测点温度随时间变化先有所下降，最后趋于平缓，两点温度相差1℃左右。工况2下，9排左测点温度先迅速上升，然后渐趋平缓，9排右测点温度在很短时间内飞升，当超过2℃时，渐趋平缓。两点温度相差1℃左右。工况3下，9排左测点温度先上升，然后缓慢下降，9排右测点温度也是先上升，然后缓慢下降，两点温度相差1℃左右。工况1的温度变化幅度最小，工况2的温度变化幅度最大。
不同室外干湿球温度下压缩机进排气温度如图14，15所示。
由图14、15可以看出，在大部分区域，工况2下压缩机进气温度，排气温度都最高，工况1下次之，工况3下最低。在工况1下，压缩机进气温度先下降，然后基本维持在－1．4℃左右，而压缩机排气温度几乎趋近于一条直线，在40．5℃左右，出进口温度相差39℃左右。在工况2下，压缩机进气温度先上升，后虽然时而上升，但总体趋势下降，压缩机排气温度先迅速上升，然后在某一定值边上变动，变动幅度很小。出进口温度相差42℃左右。工况3下，压缩机进气温度呈下降趋势，而排气温度先迅速上升，然后缓慢下降，由图可看出，在第6min开始，排气温度就下降，而且下降趋势接近一条直线，在35．3℃左右，变动幅度很小，出进口温度相差31℃左右。
4·结语
通过对R417A热泵空调换热器在不同室外干湿球温度工况，即工况1(室外干球温度2℃，湿球温度1℃)，工况2(室外干球温度4℃，湿球温度3℃)，工况3(室外干球温度7℃，湿球温度为6℃)，分析得出换热器的温度分布具有一定的规律性，即 换热器无论哪一排盘管左侧还是右侧都出现如下规律，在工况2时的温度最高，工况1次之，工况3最低。且呈现中间高，两头低，且中间部位两头温差小．要处理最终的制冷性能数据，则必须先算出其在任何工况下的物性参数。将所要研究的数据化成图标，以清晰地分析其性能。由以上结论得出将来的研究方向应该是在降低中间温度的同时，强化中间部位的换热。本文对R417A热泵空调器换热器的设计和性能优化提供了一定的参考。
参考文献：略
