徐偉堂

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司 佛山 528311）

引言

空調(diào)用四通閥屬于方向控制閥的一種，是用于熱泵型空調(diào)中改變制冷劑的流向，，以實(shí)現(xiàn)制冷模式和制熱模式的轉(zhuǎn)換位目的的產(chǎn)品，適用于中央、單元式和房間空調(diào)等熱泵型空調(diào)系統(tǒng)。它被用來(lái)切換冷媒流通路徑，從而使空調(diào)實(shí)現(xiàn)夏天制冷和冬天制熱一機(jī)兩用的目的。四通閥主要由先導(dǎo)閥和四通氣動(dòng)換向閥（主閥）和電磁線圈三部分組成（圖1）。先導(dǎo)閥主要由電磁線圈、閥體、滑碗以及毛細(xì)管a、b、c、d等組成；主閥主要由滑塊、閥體、閥碗、連桿、接管D、E、S、C等組成。四通閥在使用過(guò)程中，通過(guò)對(duì)電磁線圈通斷電實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)閥滑碗的左右移動(dòng)，并控制主閥內(nèi)滑塊的移動(dòng)，進(jìn)而切換壓縮機(jī)、室內(nèi)換熱器、室外換熱器、節(jié)流元件等的鏈接，實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷和制熱功能切換。

圖1 四通閥結(jié)構(gòu)（制熱模式）

造成四通閥換向不良的原因有很多，主要包括：四通閥在冷媒流量小或者環(huán)境溫度比較低時(shí)，此時(shí)四通閥的換向壓差小，不足以推動(dòng)活塞換向[1]；當(dāng)環(huán)境溫度低，冷媒流量小時(shí)，四通閥的主滑塊可能會(huì)停滯在中間狀態(tài)，進(jìn)而出現(xiàn)換向不良，因此變頻系統(tǒng)中流量較小時(shí)需要升高壓縮機(jī)的頻率來(lái)保證四通閥的換向[2]；以及四通閥毛細(xì)管斷裂即冷媒的泄漏也會(huì)導(dǎo)致四通閥換向不良[3]。本文對(duì)售后市場(chǎng)反饋的空調(diào)制冷不制熱投訴的故障四通閥進(jìn)行分析，找出四通閥換向不良的根本原因，并提出對(duì)應(yīng)改善和預(yù)防措施。

1 換向不良原因分析

1.1 故障件分析

本文選取市場(chǎng)投訴制冷正常但是不制熱的空調(diào)進(jìn)行分析，通過(guò)系統(tǒng)各部件分析最終確認(rèn)為四通閥不換向所致。拆解四通閥本體和先導(dǎo)閥，四通閥本體未發(fā)現(xiàn)明顯異常。拆解和剖開先導(dǎo)閥時(shí)，發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)閥小孔內(nèi)存在堵塞物。堵塞物呈現(xiàn)糊狀白色物質(zhì)（圖2），且完全堵住了毛細(xì)管孔。取出堵塞物質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行成分分析，借助掃描電鏡下觀察其形貌為層片狀的顆粒結(jié)晶（圖3）。

圖2 先導(dǎo)閥毛細(xì)管孔堵塞

圖3 堵塞物質(zhì)掃描電鏡形貌圖

1.2 堵塞物質(zhì)成分分析

采用傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)堵塞物質(zhì)進(jìn)行成分分析，確認(rèn)堵塞物質(zhì)酯類物質(zhì)，與PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）材質(zhì)有較強(qiáng)的相關(guān)性，如圖4所示。

圖4 堵塞物質(zhì)的傅里葉變換紅外光譜圖

對(duì)該四通閥所在的空調(diào)系統(tǒng)排查涉及冷媒流路的零部件，PET材料僅用在壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子的綁扎帶、絕緣紙，由此確認(rèn)堵塞物質(zhì)來(lái)源于壓縮機(jī)電機(jī)內(nèi)部。

1.3 堵塞原因分析

PET是一種芳香族聚酯，其含內(nèi)部含有大量活性較高的酯基，在高溫下會(huì)發(fā)生斷鏈的熱降解反應(yīng)（圖5），形成小分子的低聚物[4]。研究表明冰箱的壓縮機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生了類似本研究的顆粒狀物質(zhì)，系PET材料在130 ℃長(zhǎng)時(shí)間的熱降解導(dǎo)致，降解的低聚物會(huì)溶解在130 ℃的冷凍油中，并在溫度相對(duì)較低的部件如消音器表面、活塞表面以及低壓閥片上緩慢析出，形成結(jié)晶狀物質(zhì)[5]。熱降解產(chǎn)物的溶解和析出都是動(dòng)力學(xué)過(guò)程，均與溫度有關(guān)，溫度越高溶解越快，溫度越低析出越快。PET材料在120 ℃下可以長(zhǎng)期使用，短期可耐150 ℃高溫。在低于120 ℃的情況下，PET可以溶解但速度緩慢，同時(shí)溫度低于80 ℃時(shí)，PET可以析出[5]。

圖5 PET熱降解反應(yīng)

圖6 外置保護(hù)器和內(nèi)置保護(hù)器示意圖

圖7 排期感溫包包扎保溫棉改善

將壓縮機(jī)電機(jī)使用到的PET材料（電機(jī)絕緣紙和幫扎繩）放入一個(gè)全新的壓縮機(jī)儲(chǔ)液器重，同時(shí)沖入R22冷媒和壓縮機(jī)冷凍油。兩端用截止閥進(jìn)行密封后整體放置于不同溫度下的高溫箱進(jìn)行高溫存儲(chǔ)試驗(yàn)，試驗(yàn)后，將絕緣紙和幫扎繩取出，觀察絕緣紙和綁扎繩的變化，試驗(yàn)結(jié)果如表 1。

通過(guò)上述試驗(yàn)結(jié)果表明：電機(jī)絕緣紙?jiān)?30 ℃高溫環(huán)境存儲(chǔ)360 h后，已經(jīng)開始變薄，在160 ℃已出現(xiàn)脆化，此時(shí)表明絕緣紙材料已經(jīng)存在高溫老化分解。分解產(chǎn)生的低聚物溶解于壓縮機(jī)冷凍油中，隨著冷媒（攜帶冷凍油）在系統(tǒng)中不斷循環(huán)。長(zhǎng)此以往，在四通閥先導(dǎo)閥小孔內(nèi)凝聚，進(jìn)而堵塞先導(dǎo)閥，導(dǎo)致四通閥無(wú)法形成換向壓差。

本研究中堵塞位于先導(dǎo)閥的毛細(xì)管孔a（圖1）。當(dāng)空調(diào)開啟制熱模式時(shí)，電磁線圈上電，先導(dǎo)閥的滑碗會(huì)右移，使壓縮機(jī)高溫高壓的排氣通過(guò)毛細(xì)管孔a。此時(shí)，如果空調(diào)制冷系統(tǒng)中的冷媒減少或存在低電壓運(yùn)行等情況時(shí)，壓縮機(jī)的電機(jī)會(huì)處于過(guò)熱運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)重過(guò)熱時(shí)溫度會(huì)達(dá)到150 ℃以上。此時(shí)壓縮機(jī)電機(jī)定子的PET會(huì)高溫降解成低聚物，隨著高溫高壓氣體沿著壓縮機(jī)排氣管流入先導(dǎo)閥毛細(xì)管d孔。由于先導(dǎo)閥中的氣流量較低，空間狹小且內(nèi)部的溫度較低，導(dǎo)致低聚物在通過(guò)小孔徑的毛細(xì)管孔a時(shí)，逐漸析出。隨著制熱時(shí)間的延長(zhǎng)，低聚物聚集量增多，并最終完全堵住毛細(xì)管孔a。

2 整改措施

通過(guò)上述分析可知，造成四通閥先導(dǎo)閥堵塞的根本原因是由于壓縮機(jī)在異常工況下持續(xù)超高溫運(yùn)行，造成內(nèi)部PET材質(zhì)高溫降解析出低聚物。為此，可以采取以下改善措施：

2.1 將壓縮機(jī)外置保護(hù)器更改為內(nèi)置，提升溫度感應(yīng)靈敏性

外置式過(guò)載保護(hù)器一般都安裝在制冷壓縮機(jī)外殼的密封接線柱上，要保持緊貼上蓋，從而保證靈敏的感知到制冷壓縮機(jī)外殼上的溫度異常。但是由于從電機(jī)的發(fā)熱傳輸?shù)街评鋲嚎s機(jī)的外殼有一個(gè)傳導(dǎo)和對(duì)流的過(guò)程，從外殼發(fā)熱到被過(guò)載保護(hù)器感知到還有一個(gè)過(guò)程，因此這種方式的準(zhǔn)確性和可靠性并不是特別好。

內(nèi)置式過(guò)載保護(hù)器又被細(xì)分為綁扎式和插接式兩種：綁扎式的過(guò)載保護(hù)器顧名思義就是和電機(jī)線圈綁扎在一起，從而起到直接感應(yīng)線圈溫度變化的目的，這種保護(hù)器的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)非常的靈敏和準(zhǔn)確。

因此，將外置式的過(guò)載保護(hù)器改為溫度感知更加靈敏、準(zhǔn)確的內(nèi)置式的保護(hù)器，

表1 不同溫度下PET材質(zhì)存儲(chǔ)結(jié)果變化情況

2.2 將系統(tǒng)排氣溫度保護(hù)值降低5 ℃

排氣溫度保護(hù)屬于系統(tǒng)對(duì)壓縮機(jī)溫度保護(hù)其中的一種類型。壓縮機(jī)運(yùn)行中，由于某些原因，例如系統(tǒng)漏開閥、臟堵和制冷劑缺失等原因會(huì)引起系統(tǒng)排氣溫度超過(guò)正常值，這不僅會(huì)造成壓縮機(jī)功耗增大，而且會(huì)使?jié)櫥徒Y(jié)炭，繞組損壞，絕緣紙高溫融化等，影響壓縮機(jī)正常工作。為了避免排氣溫度過(guò)高，空調(diào)一般在離壓縮機(jī)排氣管（10～15）mm排氣管上設(shè)置排氣感溫包，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)造成保護(hù)。

將系統(tǒng)排氣溫度保護(hù)值降低5 ℃，確保在排氣保護(hù)觸發(fā)時(shí)，壓縮機(jī)內(nèi)部PET材質(zhì)和絕緣紙溫度不至于過(guò)高，造成低聚物析出。

2.3 提高排氣溫度保護(hù)器監(jiān)測(cè)精度

壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)部電機(jī)和泵體為發(fā)熱源，從電機(jī)和泵體的發(fā)熱被冷媒攜帶傳輸?shù)街评鋲嚎s機(jī)的外殼和排氣管有一個(gè)傳導(dǎo)和對(duì)流的過(guò)程，同時(shí)排氣感溫包從銅管感知溫度也收到安裝及熱輻射的影響，造成感知溫度與實(shí)際溫度有較大差異。通過(guò)試驗(yàn)表明，一般采樣溫度值與實(shí)際溫度值差異（5～10）℃左右，鑒于此，將排氣感溫包用保溫棉包住，降低對(duì)外熱輻射，提高排期感溫包感知精度，同時(shí)將排期感溫包增加修正值，便于更加真實(shí)反應(yīng)壓縮機(jī)異常工作下內(nèi)部溫度，反正壓縮機(jī)內(nèi)部超高溫造成損壞。

3 總結(jié)

本文對(duì)四通閥換向不良的市場(chǎng)維修件進(jìn)行分析，確認(rèn)毛細(xì)管堵塞是造成換向不良的主因。通過(guò)分析堵塞物質(zhì)的成分，及排查系統(tǒng)零部件材質(zhì)，確認(rèn)堵塞物系壓縮機(jī)電機(jī)定子PET材質(zhì)在制熱狀態(tài)時(shí)高溫降解后在先導(dǎo)閥的毛細(xì)管孔析出。

針對(duì)該四通閥換線不良問(wèn)題，可采取如下措施進(jìn)行預(yù)防：

1）降低壓縮機(jī)溫度保護(hù)器的保護(hù)溫度，避免PET材質(zhì)在壓縮機(jī)過(guò)熱狀態(tài)發(fā)生熱降解，同時(shí)建議溫度保護(hù)器內(nèi)置，以便使壓縮機(jī)的檢測(cè)溫度更精確。

2）將外置保護(hù)器改為內(nèi)置保護(hù)器，提升溫度感應(yīng)靈敏性

3）將排氣感溫包進(jìn)行保溫棉包裹，降低對(duì)外熱輻射，提高排期感溫包在系統(tǒng)異常工況下的溫度監(jiān)測(cè)精度。