За последние месяцы в технологии кондиционирования
воздуха сделан большой шаг вперед. Фирмой Daikin представлен принципиально
новый компрессор для сплит-систем малой мощности с постоянным и инверторным
приводом.
Рис. 1
Вначале отметим ряд причин, побуждающих искать новые
решения в конструкции современных компрессоров.
Три основных типа компрессора доминируют в кондиционерах
сплит-систем в настоящее время—ротационный, спиральный и поршневой (рис.
1).
Фактически, из 23 миллионов компрессоров проданных
по всему миру в 1995 году, более чем 20 миллионов были ротационного типа.
В настоящее время кондиционировании воздуха достаточно
серьезно проявляется тенденция к постепенному снижению использования хлорсодержащих
(R22) и возрастающему применению альтернативных холодильных агентов (R134a,
R407c).
Хотя R407c имеет аналогичные теплофизические свойства
как и R22, есть у них и значительные различия в нормальной температуре кипения,
рабочих давлениях, объемной холодопроизводительности и т.п. Наиболее значимое,
тем не менее, – полное отсутствие хлора в R407c. Хотя хлор—первичная причина
разрушения озонового слоя, присутствие хлора в хладагенте создает ферро-хлоридные
пленки на поверхностях трения, что является очень благоприятным для смазки
трущихся элементов ротационного компрессора. Без этой пленки, трение существенно
увеличивается, значительно возрастает температура и снижается надежность, защита
от коррозии и эффективность работы компрессора ухудшаются. К тому же, R407c
имеет более высокую молекулярную полярность, чем R22 и не может растворять
минеральные нефти и органические материалы, которые, следовательно, становятся
потенциальными загрязняющими веществами. R407c имеет меньший молекулярный размер,
что исключает возможность использования обычных марок резины для прокладок
компрессора.
Рис. 2
Указанные факторы существенно ухудшают условия работы
традиционного ротационного компрессора при использовании R407c в качестве хладагента.
Основными компонентами ротационного компрессора (рис.
2) являются подпружиненная лопасть, ротор и цилиндр. Газ сжимается перемещением
ротора.
Рис. 3
Лопасть выступает в качестве барьера между полостью
сжатия и полостью всасывания. Эффективность компрессора зависит от потерь на
трение, потерь давления и потерь в двигателе, из которых первые две наиболее
значимые. Отсутствие ферро-хлоридной пленки и более низкое поверхностное натяжение
синтетического эфирного масла, используемого в ротационных компрессорах R407c,
приводит к увеличению трения между лопастью и вращающимся ротором, способствует
созданию "горячей точки" на кромке лопасти. Если температура этой точки достигает
204°C, эфирное масло разлагается на жировые кислоты и спирт, которые забивают
капиллярные трубки и снижают расход хладагента. Тесты Daikin в сплит-системах
с обычными ротационными компрессорами работающими на R407c показали уменьшение
расхода хладагента до 30% после 2000 часов работы и значительное снижение холодопроизводительности
и эффективности (рис. 3).
Около 30% перетечек в ротационном компрессоре происходит
между торцом лопасти и ротором и 70% между ротором и цилиндром. Эти потери
зависят от эффективности масляного уплотнения в зазорах между ротором и цилиндром.
Поскольку обычные эфирные масла имеют низкое поверхностное натяжение, их уплотняющая
способность уступает обычным минеральным маслам. В совокупности с повышенным
давлением R407c и отсутствием ферро-хлоридной пленки это приводит к возрастанию
перетечек между сторонами высокого и низкого давления. Кроме того, повышенное
трение заставляет увеличивать зазор между лопастью и ротором. Длительные испытания,
выполненные Daikin с ротационным компрессором разработанным для R22, с заменой
хладагента на R407c и эфирным маслом для смазки, показали, что требуется увеличение
мощности на 3% для сохранения исходных характеристик устройства на R22. Кроме
того, после 14 месячных испытаний с 8 часовой наработкой за день, реально на
R407c, после 3400 часов работы обнаружено падение холодопроизводительности
с 3600 до 2606 Вт (-27%), увеличение затрачиваемой мощности с 1480 до 1677
Вт и уменьшения холодильного коэффициента с 2.65 до 1.55 (-41%). Приведенные
научно-исследовательские данные указывают, что снижение в процессе работы характеристик
связаны с "неоптимальностью" конструкции и совместимостью ее с альтернативными
холодильными агентами.
Рис. 4
Поэтому выпускаемые компрессоры ротационного типа
должны быть адаптированы для работы с новыми холодильными агентами, а эффективность
работы компрессора на новых холодильных агентах определит будущее предлагаемых
компрессоров.
Фирмой DAIKIN впервые в мире в 1998 г. предложен новый
компрессор с качающимся ротором (SWING) специально адаптированный для работы
с новыми холодильными агентами. Однако и при работе на R22 этот компрессор
обладает преимуществами по сравнению с традиционными ротационными компрессорами.
Компрессор имеет принципиально новую конструкцию, которая запатентонова фирмой
DAIKIN (рис. 4).
Рис. 5
В Swing компрессоре при повороте кривошипа, лопасть,
жестко связанная с ротором, совершает сложное перемещение (совмещены возвратно-поступательное
и колебательное движения). Поскольку лопасть и ротор – единое целое, снижено
трение и отсутствует зона местного нагрева ("горячая точка"). Потери на трение
уменьшаются на 5%. Кроме того, отсутствие перетечек между лопастью и ротором
сокращает общие перетечки компрессора на 30%. На 18% уменьшены перетечки за
счет улучшения конструкции уплотнения цилиндра по торцевым поверхностям. Устранение
этих основных областей потерь приводит к повышению эффективности. Сравнение
между аналогично измеренными характеристиками R22 и R407c показало улучшенную
холодопроизводительность (с 2350 до 2400 W), уменьшение затрат мощности (с
870 до 835 W) и улучшение СОР (с 2.7 до 2.87) в пользу устройства на R407c.
Добавляя к 6.4% улучшения в холодопроизводительности 3% улучшения по СОР достигнутое
общее увеличение в эффективности нового компрессора составляет около 9%. При
применении технологии инвертора еще более увеличивается различие в эффективности
между новым и ротационными компрессорами. Сравнительные тесты в инверторном
swing компрессоре на R22 с традиционным ротационным компрессором выявили положительный
3% эффект в пользу нового устройства при полной нагрузке и повышение более
чем на 13% при 30 Гц (рис. 5).
Daikin уже устанавливает данный компрессор в свои
стандартные и инверторные сплитовые системы кондиционирования воздуха и ожидает,
что он заменит обычные ротационные устройства в ближайшем будущем.
Статья подготовлена по материалам, предоставленным
фирмой DAIKIN EUROPE NV.
А. С. Штейн, канд. техн. наук, главный специалист
фирмы "Даичи"
