空调冰堵的诊断与分析

冰堵一般指制冷系统工作时,在节流装置处发生结冰而造成的堵塞现象。故障原因是制冷系统中混入了水分,水结冰造成了冰堵。制冷系统中的水分超标如不及时处理,不仅会影响系统性能,还将导致压缩机缸体镀铜及铜管的蚁巢腐蚀等问题,从而影响系统的可靠性,使得系统寿命缩短[1-3]。

空调冰堵

一、冰堵现象分析

以某款机型(r22)为例,室外机采用毛细管作为节流装置,在室内20℃/—,室外-10℃/—工况
条件(企业标准)测试化霜时,在运行过程中出现冰堵异常,监控到的各项数据随时间的变化趋势见图1。

图1

图1

由图1可以看出:

  1. 冰堵发生后,机组运行功率下降。化霜结束后重新制热运行时,空调器输入功率从4750W 降低到3000W 左右。这是因为系统发生冰堵后,制冷剂无法循环,没有足够的制冷剂流过压缩机,造成压缩机空转,压缩机负荷降低,导致空调器输入功率降低。
  2. 冰堵发生后,压缩机底部温度急剧升高。压缩机底部温度在冰堵发生后的20min内,由8℃升高到140℃,说明系统已经完全堵塞,最终压缩机机体温度过高,导致压缩机过载保护停机。这是因为没有足够的制冷剂流过带走压缩机本身的发热量,导致压缩机机体温度急剧升高。
  3. 发生冰堵后,系统高压侧维持不变,低压侧为负压。发生冰堵后,系统中的制冷剂无法流通。压缩机运行会将系统中的大部分制冷剂压缩在室内(高压)侧,这就是发生冰堵后系统中的高压基本维持不变并且很低的原因。而在室外(低压)侧,大部分制冷剂已经被压缩机压缩至室内侧,压缩机运行相当于对室外(低压)侧进行抽真空,所以会出现负压的异常现象。
  4. 发生冰堵后,系统的排气温度降低、吸气温度升高。发生冰堵后,压缩机空载,没有制冷剂被压缩,导致系统排气温度降低。另外,由于压缩机底部温度急剧升高,吸气管温度升高,吸气温度高于0℃。而正常情况下,室外温度在-10℃时,压缩机的吸气温度都会在-15℃以下。当发生压缩机过载保护停机时,压缩机排气温度急剧降低,吸气温度急剧升高。这是由于压缩机停机后,室内侧高压制冷剂通过压缩机“窜入”室外机,冷却了排气管并带走压缩机本身的热量,从而使得吸气温度升高。

二、空调器易出现冰堵的部位及原因

2.1 空调器易出现冰堵的部位

为防止制冷系统中的碎屑杂质堵塞节流装置,在节流装置的前后各增加一个过滤器,过滤器钢网的过流面积是系统运行中过流面积最小的,过滤器位于毛细管节流之后(制热运行时),化霜结束后,开始制热运行时,过滤器处制冷剂的压力和流速都会突然下降:压力下降导致温降,流速降低使制冷剂中的水分更容易凝结,所以这里最容易发生冰堵。针对本文案例出现的冰堵,笔者提出了一个破坏性方案:即在制冷系统发生堵塞后,用钳子夹住毛细管组件的前后,并将其取出,在低温环境下解剖毛细管组件的过滤器(见图2),以此验证系统是否是冰堵和冰堵发生的位置是否符合推论。

图2

图2

由图2可见,制冷系统确实是发生了冰堵,且冰堵发生的部位符合推论:冰堵最易发生在过滤器处。过滤器出现冰堵前后的对比见图3和图4。

图3和图4

图3、图4

2.2 出现冰堵的原因分析及时段

制热状态下出现冰堵,主要是四通阀换向后,系统运行进入化霜状态时,室外机的低温制冷剂会“窜入”相对低压的室内机,制冷剂膨胀降温,导致毛细管前后的过滤器堵塞。另外,化霜结束后,压缩机停机,四通阀再次换向,此时,室内机仍然存在大量的低温液态制冷剂,压缩机开启后,室内机压力升高,使得低温液态制冷剂经过毛细管节流降温后再次经过毛细管前的过滤器,而此时的制冷剂流速并不是很高,更是给液态水在过滤网上凝固创造了条件。而正常制热运行时,液态制冷剂虽然节流后温度很低,但是制冷剂流速快,不易冰堵。所以,冰堵最容易发生在化霜之后。

三、制冷剂不同含水量时的冰堵验证

根据冰堵的原理,向制冷系统中加水并在不同室外环境温度下做制热运行试验,加水方式为用注射器量水、在压力传感器端接毛细管进行吸水,每次加水5mL(每加2mL左右运行几分钟,避免水堆积在管内某一段),运行过程中通过调整注水量和室外环境温度,使机组出现冰堵现象,出现冰堵时即停止试验。测试工况、试验数据及现象见表1。

表1

表1 含水量对冰堵的影响

对表1中数据进行分析,得出以下结论:

  1. 制热节流后毛细管处的温度均低于0℃,所以都有出现冰堵的可能;
  2. 加水量对冰堵出现的几率影响很大,加水10mL条件下,室外环境温度为2℃时也会出现冰堵问题;
  3. 出现冰堵后,增加干燥过滤器确实可以解决冰堵问题。

四、制冷系统中的水分来源及排除办法

4.1 制冷系统中的水分来源

在空调器生产制造和安装维修过程中,导致系统内制冷剂水分含量超标的主要因素如下:

  1. 制冷系统所充注的制冷剂含水量超标,具体表现在充注机中制冷剂水分超标、输送制冷剂的管道存有水分以及厂家所供给的制冷剂水分含量不达标;
  2. 空调器各零部件在生产过程中残留水分,具体表现在冷凝器和蒸发器加工过程中管壁存在翅片油未清除干净而吸附有水分,压缩机在装配过程中配管焊接时间过长以及系统抽真空不良等;
  3. 在空调器生产测试运行过程中,测试系统中混有的水分被带入空调器;
  4. 在空调器安装过程中,无抽真空或排空不良,连接管中的空气排不净,导致空气混入制冷系统,或连接管接头安装密封不好,导致在使用过程中出现了泄漏,低压侧出现负压,空气被吸入[4]。

4.2 制冷系统水分超标的危害

制冷系统中制冷剂水分含量超标,对系统的影响很大,主要可以分为以下2个方面:

  1. 水溶入制冷剂后,温度越低水在制冷剂中的含量越少,在0℃以下有水分析出,发生冰堵。系统冰堵会直接导致系统性能下降,运行时间长,异常开停机甚至烧毁压缩机。
  2. 水与制冷剂接触会产生化学反应,产生强酸,具体化学反应式(1)如下:
化学反应式1

化学反应式(1)

所产生的强酸长时间运行不仅容易导致压缩机电机损坏,同时会与制冷系统中的空气发生镀铜现象,具体化学反应式(2)如下:

化学反应式2

化学反应式(2)

从而破坏气缸或曲轴的配合间隙以及吸排气阀片的密封性,使压缩机的寿命缩短[5],因此必须及时排除系统中的水分。

4.3 制冷系统中水分的排除办法

针对开发过程中出现的冰堵问题,为了证明样机中的制冷剂本身水分含量超标,在系统运行时,笔者在阀门处加入一个干燥过滤器(型号为DML303023Z0049)吸收多余的水分,观察是否还会出现冰堵。试验结果表明没有发生冰堵。可见,样机系统中制冷剂含水量本来就比较多,这也说明,增加干燥过滤器是排除系统中水分的有效办法。

五、结束语

冰堵问题是制冷系统的常见故障,此类问题会导致制热效果变差,而且如果系统在冰堵情况下长期运行时,会导致压缩机机体温度迅速上升,继而引起压缩机润滑油在高温下裂解变质甚至碳化,缩减压缩机寿命,因此必须及时排除。

作者:王喜成(珠海格力电器股份有限公司)。


参考文献

[1] 赵永安.制冷系统中水分的危害机控制方法[J].郑州牧业工程高等专科学校学报,1997,15(8):44-46.

[2] 马宗理,张金利,范震,等.空调器制冷铜管的蚁巢腐蚀(上)[J].制冷与空调,2005,5(1):1-5.

[3] 马宗理,张金利,范震,等.空调器制冷铜管的蚁巢腐蚀(下)[J].制冷与空调,2005,5(2):6-10.

[4] 区振国.谈谈水在制冷系统中的影响与应用———甲醇的危害性[J].家用电器,1999(5):13.

[5] 张浩.空调器制冷剂水分超标处理方法[J].制冷与空调,2014,14(12):89-92.

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