趙愛國，賀宇辰，王頂東，楊弋，林崇衛(wèi)，李維槽

（1-合肥通用機械研究院，安徽合肥 230031；2-浙江盾安人工環(huán)境股份有限公司，浙江諸暨 311835）

四通換向閥容量測算方法研究

趙愛國*1，賀宇辰2，王頂東1，楊弋1，林崇衛(wèi)2，李維槽2

（1-合肥通用機械研究院，安徽合肥 230031；2-浙江盾安人工環(huán)境股份有限公司，浙江諸暨 311835）

電磁四通換向閥的容量是與熱泵型制冷設備匹配的主要依據(jù)，直接影響制冷量和系統(tǒng)能效比。通過測試流經(jīng)四通閥的空氣流量，利用相似原理推算流經(jīng)四通閥的制冷劑流量，并與容量實驗數(shù)據(jù)對比，結(jié)果表明流量測算值與實驗值平均偏差為4.4%，空氣流量法可以快速并較準確地測算四通閥的容量。

四通換向閥；制冷劑流量；容量

0 引言

電磁四通閥在熱泵型空調(diào)系統(tǒng)中主要起制冷、制熱模式切換的作用[1-2]，其與系統(tǒng)的匹配直接影響壓縮機制冷量和系統(tǒng)能效比的發(fā)揮[3]。目前，關于四通閥的性能研究主要集中在內(nèi)泄漏特性[4-5]、傳熱損失[6-7]以及壓降[8]對熱泵系統(tǒng)性能的影響。然而，四通閥與系統(tǒng)的匹配也至關重要，目前主要考察其容量性能，而容量則主要由容量實驗臺測得。但是，由于一般容量實驗臺的測試較為復雜且范圍有限[9]，且隨熱泵型制冷設備的大型化和定制化，無法實現(xiàn)大型四通閥容量的準確測定和系統(tǒng)的最優(yōu)化匹配。同時為優(yōu)化電磁四通閥的設計和系統(tǒng)的快速選型，需要采取能快速測算四通閥容量的方法。

ARI標準（制冷用電磁閥）[10]中提出，利用水（空氣）密度和壓差的乘積與水（空氣）流量間的關系，反推得到液態(tài)（氣態(tài)）制冷劑的流量，進而通過制冷系統(tǒng)運行工況下的焓差，推算電磁閥的容量。從流體經(jīng)過電磁閥時的狀態(tài)變化角度考慮，由于電磁閥不產(chǎn)生節(jié)流作用，只控制回路的通與斷，與流經(jīng)四通閥的流體狀態(tài)變化相似，因此本文提出了一種快速推算四通閥容量的新方法，主要采用水和空氣測算DSF4型、DSF9型和DSF11型四通閥的容量，并與容量實驗臺的測試數(shù)據(jù)對比，驗證此方法的可行性。

1 實驗原理

1.1 實驗設備

依據(jù)熱泵型四通閥標準[11]，四通閥的容量主要由低壓側(cè)流經(jīng)低壓側(cè)接管E-S的低壓過熱制冷劑的流量推算得出，考慮到氣態(tài)物質(zhì)的相似性，本文采用空氣測量來推算四通閥的容量。實驗設備的原理圖及照片如圖1所示。

圖1 四通閥流量測量示意圖及照片

空氣流量測試臺各部件測試精度如下：進出口壓差為±0.5%FS；溫度為±0.1 ℃；空氣流量精度為0.5級。采用不同的實驗臺分段測量。由于流量是通過流量計直接測得，且不經(jīng)過換算，因此各四通閥流量測定的不確定度可以通過式(1)計算得出：

式中：

Δm——儀器的測試的偏差；

m——四通閥的測試流量。

DSF9型四通閥空氣流量的測試相對不確定度為2.13%。

容量實驗臺系統(tǒng)如圖2所示。系統(tǒng)制冷量為1 kW～15 kW（標況），采用制冷劑為R410A，低壓側(cè)接管壓差可控在0.005 MPa ～0.035 MPa內(nèi)，流量測試精度為±0.2%，壓差測試精度為±0.25%，壓力測試精度為±0.25%，溫度測試精度為±0.1 ℃，溫度控制精度為±0.1 ℃。制冷容量計算方程為：

圖2 容量實驗臺測試系統(tǒng)示意圖

則容量測試的相對不確定度為：

式中：

ω——質(zhì)量流量，kg/S；

h1——蒸發(fā)器入口比焓，kJ/kg；

h2——蒸發(fā)器出口比焓，kJ/kg；

ΔQ——容量誤差，kJ；

Δω——質(zhì)量流量誤差，kg/S；

Δh1——入口比焓誤差，kJ/kg；

Δh2——出口比焓誤差，kJ/kg。

其中h1和h2通過NIST REFPROP 8.0計算得出，當溫度精度為±0.1 ℃，壓力精度為±0.25%時，表中R410A比焓的不確定度為0.1 kJ/kg，那么DSF9型四通閥容量的測試相對不確定度為0.617%。

1.2 測試方法

四通閥空氣流量測試時，首先安裝在如圖1的裝置上，空氣從E管進，S管出；首先將E管的入口壓力調(diào)至72.1×104Pa，同時維持壓力恒定在±3.43×104Pa，通過調(diào)節(jié)手動閥門和壓力調(diào)節(jié)閥控制經(jīng)過四通閥低壓側(cè)接管E-S的壓降，依次增量為0.343×104Pa、0.686×104Pa、1.372×104Pa、3.43×104Pa和6.86×104Pa，記錄每次試驗時的閥前壓力、閥體壓降，控制流量；為規(guī)避磁環(huán)效應，再次調(diào)節(jié)壓力降，由6.86×104Pa遞減調(diào)節(jié)至0.343×104Pa，取相同壓降下的讀數(shù)平均值為試驗結(jié)果（但同一測點的兩個讀數(shù)之間偏差不超過3%）。

容量臺測試四通閥容量時，首先將四通閥的低壓側(cè)接管和高壓側(cè)接管接入臺位中，并對測試單元抽真空15 min，之后靜置15 min觀察測試單元是否有泄漏，確認無泄漏后再打開閥門將四通閥連入系統(tǒng)中，按表1設定好測試工況，開機待系統(tǒng)穩(wěn)定后（約2 h），記錄制冷劑在低壓側(cè)接管E-S內(nèi)的流量數(shù)據(jù)，取7 min流量的平均值（每15 s記錄一次），之后設定低壓側(cè)接管E-S的壓差進行下一組實驗。

表1 測試工況及對應工況下的熱物性參數(shù)

2 數(shù)據(jù)分析

將升壓和降壓過程中兩次測得同一壓降下的空氣溫度、流量、壓降分別取平均值，記Ti、ωw、Δpi，并按四通閥入口處的空氣壓力和溫度查詢對應的密度ρi，三種四通閥的實驗數(shù)據(jù)列于表2。其中Hw為空氣的密度和壓降的乘積如下式所示：

表2 電磁四通閥空氣流量數(shù)據(jù)

對Hw和ωw進行數(shù)據(jù)耦合，發(fā)現(xiàn)Hw和ωw之間滿足實驗關聯(lián)式：

式中，a值為根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到的擬合參數(shù)；A為四通閥的流通面積，m2；表3列出了由實驗數(shù)據(jù)擬合得到的各四通閥a值以及流通面積A。

表3 實驗關聯(lián)式擬合參數(shù)

由于空氣和氣態(tài)制冷劑的狀態(tài)相同，均為可壓縮氣體，借鑒制冷用電磁閥容量的推算方法[10]，考察流過相同流量的氣體Hw相同時，流量是否也相同，從而驗證該方法能否用于測算電磁四通閥的容量。將表3中的擬合參數(shù)和四通閥容量測試工況下的入口密度和進出口壓差代入式(4)和式(5)，得到結(jié)果與容量臺實測值列于圖3。

圖3 四通閥流量的計算值與實驗值對比

圖3比較了DSF4型、DSF9型和DSF11型四通閥的容量測試實驗數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)。從表中數(shù)據(jù)看出，四通閥流量的計算值與容量臺實驗值相近，兩者最大偏差-10.08%，最小偏差1%，平均偏差4.4%，證明此方法適用于電磁四通閥的容量測算。在工程應用中，采用空氣流量法推算容量，可快速確定四通閥的容量，尤其對于大型定制型四通閥，可快速匹配系統(tǒng)，防止因不匹配引起的系統(tǒng)能效降低。

3 結(jié)論

采用空氣流量測試法推算四通閥的容量，比較了DSF4型、DSF9型和DSF11型四通閥的容量計算值和實驗值，發(fā)現(xiàn)空氣流量測試法可較準確的推算流過四通閥的制冷劑流量，為快速測試四通閥容量和系統(tǒng)定制化匹配提供參考。

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[11] JB/T 7230-1994 熱泵用四通電磁換向閥[S].

Investigation on Capacity Measurement Method for Four-way Reversing Valve

ZHAO Ai-guo*1, HE Yu-chen2, WANG Ding-dong1, YANG Yi1, LIN Chong-Wei, LI Wei-cao2
(1-Hefei General Machinery Research Institute, Hefei, Anhui 230031, China; 2- Zhejiang Dunan Artificial Environmental CO. LTD, Zhuji, Zhejiang 311835, China)

The capacity of electromagnetic four-way reversing valve is the key factor to fit the heat pump type refrigeration equipment, which will influence the refrigerating capacity and energy efficiency ratio (EER) of the system. In this paper, the tested mass flow of air through the four-way valve is used to calculate the flow rate of refrigerant through the four-way valve by using similar principle. Comparing the calculated values with experimental data, the result shows that the average deviation between them is about 4.4%, and the air flow measurement method can calculate the capacity of four-way reversing valve quickly and accurately.

Four-way reversing valve; Refrigerant flow; Capacity

10.3969/j.issn.2095-4468.2015.06.205

*趙愛國（1964-），男，高級工程師，學士。研究方向：制冷空調(diào)技術。聯(lián)系地址：合肥市長江西路888號。聯(lián)系電話：18055112715。E-mail：ahzag@126.com。