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多联式空调机组的回油设计

摘要：多联式空调机组因其配管长度长，室内机与室外机之间落差大，室内机多，整个制冷系统的冷媒充注量大，制冷系统的冷冻油油量多，考虑压缩机的可靠性，回油的设计至关重要，分析当前解决多联机回油问题的相关方法，提出了高效回油设计方案，结合制冷剂与冷冻油的互溶特性，提出多启动方式、快速回油机构，防冷媒迁移机构，保证压缩机回油。本文提出的回油设计方案，有实践使用经验和较强推广应用价值。

关键词：多联式空调机组冷冻油回油设计

随着多联机技术的升级迭代和多联机产品的普及，国内 “一拖多”单组管多联机（以下简称多联机）具有可靠性高、集中安装和内机美观等优势，越来越受到消费者的青睐。多联式空调机组因其配管长度长，室内机与室外机之间落差大，室内机多，整个制冷系统的冷媒充注量大，制冷系统的冷冻油油量多，压缩机作为多联机系统核心的动力部件，内部运动副间的相对运动复杂，压缩机润滑油可以润滑各运动部件，确保压缩机中有足够的润滑油，对压缩机的可靠性至关重要。

如何有效减少压缩机的吐油以及保证多联机系统的回油，是工程技术研究人员研究的重点。何林等[1]提出，系统中润滑油的充注量与冷媒充注量的比值称为油稀释率，油稀释率推荐值在20%-30%之间，当油稀释率偏小时，会影响压缩机的润滑效果。当油稀释率偏大时，有太多油在系统中参与循环，较厚的油膜附着在换热器管壁，影响换热器的换热效率。张华等[2]提出多回油孔气液分离器的设计，可以提高压缩机中的油面高度，特别是在低温制冷和低温制热等恶劣工况下改善明显。王善云等[3]从系统控制逻辑和制冷系统设计两方面出发，对多联机回油进行了有效改善。提出的改善措施包括降低启动阶段压缩机升频频率、调整节流部件的开度、减小气液分离器回油孔径和增大油分离器容积等。邵艳坡等[4]提出R410A冷媒空调系统中回油毛细管的设计与系统主毛细管的设计有可参考的推荐比例，该比例下回油毛细管的长度满足系统回油的前提下，对系统能力衰减影响比较小。

本文针对多联机系统特点，参考相关文献和理论基础知识，提出了有效的回油设计方案。

1.润滑油与冷媒互溶特性分析及压缩机启动方式选择

制冷剂在系统中有液态和汽态两种状态，液态制冷剂与润滑油有互溶特性，当润滑油中含有较多的制冷剂时，润滑油的粘度下降，润滑效果差。同时，如果润滑油中含有大量液态

制冷剂，当压缩机启动时，大量液态制冷剂挥发，导致润滑油中含有大量气泡，加剧了润滑油润滑效果恶化情况。

从图1实线可以看出，R410A制冷剂与润滑油的混合率与温度强相关，当环境温度在7℃到33℃之间时，制冷剂与润滑油是完全互溶的状态，压缩机运行过程，需要利用互溶特性以及不同环境温度下的制冷制热需求，设置不一样的压缩机启动方式，保证压缩机启动过程，压缩机油面高度正常，同时需要满足对应不同温度区间的制冷制热需求。

图1 R410A制冷剂与润滑油的互溶性

2.油分离效率的提升

低温制热启动初期，冷媒与油处于低温液态，油和冷媒溶解度偏大、油分离器的效率极低。而低温下，制热需求大，高频启动运转，吐油率高，导致压缩机缺油。如图2所示，本文提出在油分离器之前增加加热装置的设计，提高压缩机的排气过热度，提升油分离效率，将压缩机吐出的润滑油温度加热到一定温度，减小润滑油中制冷剂含量，结合合适的回油毛细管设计，确保返回压缩机的润滑油润滑效果好。电加热装置的设计，要综合考虑加热温度不能过高破坏润滑油、减少对系统能力损耗以及方便安装等因素。

图2 油分离器前增加电加热装置图

3.快速回油设计

如图2所示，在油分离器后端，除了有常规的回油毛细管油路设计外，还增加设计了快速回油油路。快速回油油路设计有回油电器阀，回油电阀在特定情况下打开，润滑油可以通过该油路快速回到压缩机内部。快速回油电阀打开的控制逻辑主要考虑特殊工况、开机工况以及停机工况下，一般在冷媒沉积启动，化霜，回油期间打开快速回油电磁阀若干时间，保证压缩机油面的可靠性。通过对制冷系统回油主油路回油毛细管的优化以及增加快速回油油路设计，兼顾系统的能力能效以及回油可靠性，压缩机的回油效率得到极大改善。

4.防冷媒迁移设计

当多联机系统制热达温时，内机电阀关闭，压缩机停机后存在压力平衡的过程。压力平衡时，内机蒸发侧的冷媒会逐步迁移到压缩机侧，冷媒在压缩机内与润滑油混合稀释润滑油，当压缩机再启动时润滑效果差。为了减少达温停机或者正常关机状态下，特别是低温下冷媒迁移到压缩机，本项目在压缩机油分离器后设计了单向阀，利用单向阀的作用结合室内机阀体的关闭，将制热时内机侧冷媒封存在内机侧管路中，减少停机后大量冷媒迁移到压缩机侧。如图3所示，当达温停机或者长时间停机时，内机电阀开度关死，单向阀工作，冷媒被封存在单向阀与内机电阀之间的管路中。有效减少冷媒迁移，减少回流到压缩

机内部冷媒量，提升压缩机内部的油浓度，改善低温启动时的压缩机润滑情况，也改善低温启动的吐油率。

图3 单向阀设计和工作原理示意图

结合以上设计的优化，针对某多联机系列产品进行压缩机回油回液可靠性测试时，测试评估回油工况和结论见表1。

表1 可靠性测试工况汇总

序号	室外工况（干/湿球温度 ℃）	升频室内工况（干/湿球温度 ℃）	压缩机油面情况
工况1	-15/-	20/15	合格
工况2	-10/-	20/15	合格
工况3	-5/-	20/15	合格
工况4	10/-	20/15	合格