直流变频并联模块机组的均油平衡及冷媒分配技术

直流变频并联模块机组的油平衡及冷媒分配技术

许永锋，张镜清

(广东美的商用空调有限公司顺德 528311)

摘要：在商用空调领域，并联压缩机间、并联模块间的油平衡及冷媒分配技术是商用空调企业发展R410A 直流变频多联机的技术门槛。掌握油平衡、冷媒分配技术与直流变频技术是发展真正节能型直流变频多联空调的关键。

关键词：直流变频多联机油平衡冷媒分配

Technology of oil balance& refrigerant distribution in DC Inverter Multi

Module System

Xu Yongfeng, Zhang Jingqing

(GD Midea Commercial Air-conditioning Equipment Co,Ltd. Shunde 528311)

Abstract: In the field of commercial air conditioner, for the enterprises researching and developing the DC inverter Multi Module Air Conditioner System with R410A, there is a technical threshold on the oil balance technology and refrigerant distribution technology. It is the key to master the Oil balance technology、Refrigerant distribution technology and DC Inverter technology for developing the true high-efficiency air conditioner system. Keywords: DC inverter Multi module system Oil balance Refrigerant distribution

0 引言

变容量多联空调系统具备较高的季节能效比，精确的温度控制，使用安装灵活，市场认可度高等优点。在商用空调领域，变频技术和数码涡旋技术是主导市场的两种变容量压缩机控制技术。《蒙特利尔协议》的实施促使空调行业生产厂家在追求产品节能的同时必须着力考虑一次冷媒的环保性问题。 R410A以其突出的环保性及热物理特性获得了众多空调厂商的青睐。在此背景下，开发R410A 新冷媒直流变频多联空调系统成为各空调厂家竞逐市场、抢占分额的首选利器。

本文基于直流变频并联模块机组实际开发测

项目来源：企业重点攻关项目37021

作者简介：许永锋，（1975.09—），男，主任工程师试数据，说明油平衡技术及冷媒分配技术是机组实现安全稳定、节能、舒适运行的关键所在。

1直流变频压缩机工作原理及性能

直流变频压缩机一般指压缩机动力采用直流无刷电机即BLDC电机。工作时，定子通入脉冲直流电产生的旋转磁场与转子永久磁铁磁场相互作用，产生所需的转矩使压缩机达到一定转速[1]。

直流调速压缩机不存在定子旋转磁场对转子

的电磁感应作用，克服了交流变频压缩机的电磁噪音与转子损耗，具有比交流变频压缩机效率高和噪音低的特点。一般来说，直流变频压缩机效率比交流变频压缩机高10%～20%，噪音低5分贝-10分贝[2]。如果转子的磁体排列更科学，磁力线集中度更高，再加上采用含稀土钕的磁体，则可较交流变频省电

高达18%～30％。直流调速系统具备交流变频系统的一切优点，如启动电流低，电网电压适应性强，低温运行性能好，控温速度快，控温波动小等；但在节能、除湿性能、电磁干扰、系统稳定可靠性等方面又大大优于交流变频系统。

当然，直流变频压缩机厂家提供的压缩机运行频率是有一定范围的(Running Frequency Range)：f 1≦F≦f 2.笔者按国标GB/T 18837-2002对采用单台直流变频压缩机多联机组进行频率运行与能效关系实验。测试结果表明，在该频率范围内压缩机运转的能效比与运行频率的关系如图1

所示：

图1 运行频率与能效比的关系

从图1我们知道，直流变频压缩机以额定频率F 0运转时将达到最高的能效比。在超高频及超低频运转时，能效比均明显下降。其原因分析如下：在室内外换热器及工况皆保持不变的情况下，当压缩

机频率上升时，制冷循环的冷凝温度明显提高，蒸发温度降低，压比增大，容积效率有一定程度下降。但由于转速对系统冷媒循环量的影响大于由压比造成的负面影响，此时空调系统制冷量、耗功及能效比随频率上升而上升，但随着频率及转速的持续增加，上述两种影响将此消彼长，能效比转而下降。当机组室内负荷较小，压缩机理论输出运转频率低于f 1，而压缩机以下限频率f 1运转时，系统必须以能量旁通的方式浪费多余能量来满足室内小负荷要求。实验室实测结果还表明，当运行频率低至f 1a 时，压缩机运转将出现振动大、能效低、回油困难等问题。

如何解决上述采用单台直流变频压缩机的空调机组所遇到的问题呢？考虑到定频压缩机以固定频率运转，具备相对恒定的能效比，笔者所在的研发团队对大容量变频空调多联机组设计了由单台直流变频压缩机与一台（或多台）定频压缩机并联的室外机组。并对采用单台大功率直流变频压缩机的多联模块机组与采用变频+定频压缩机的同容量多联模块机组分别进行能效比EER 和综合性能系数IPLV [3]

实验测试，测试结果[4]

表明采用变频压缩

机与定频压缩机并联的多联空调机组，其EER 提高16%，IPLV 提高14.5%。

表1为上述两种机组在不同负荷下压缩机运行的能效比数据。

表1 各种负荷需求下压缩机运行和能效比情况

当然这种压缩机并联并不是简单的并行连接，各压缩机间的油平衡和冷媒平衡等重要核心技术的掌握与否事关压缩机并联、模块并联的成败。业内，目前掌握压缩机并联核心技术的企业仅大金、美的等少数厂家。遗憾的是，目前国内尚无企业完全掌握拥有自主知识产权的直流变频压缩机技术。国内企业开发直流变频多联机所需的直流变频压缩机只能依靠外购，这从一定程度上制约了民族企业赶超业界先进的步伐。 2 油平衡技术

跟其它运动机械一样，润滑油对空调压缩机来

说是极其重要的。在空调系统中，压缩机工作时，必定会有一少部分油会连续不断地从气缸中与制冷剂一起被压出，进入冷媒循环系统管路中。当润滑油不能连续地返回压缩机时，会造成压缩机油面下降，直至润滑油枯竭，出现压缩机缺油烧毁现象。

如图2，直流变频压缩机运转过程中，冷媒由吸气管③进入压缩机压缩工作腔，经压缩排出到全封闭压缩机腔体⑤，经由排气管①进入循环系统。由于压缩机腔体下部油池中油平衡管②处液态流体的流速远小于压缩机排气管①处气态流体流速。根据泊努利方程：