R32渦旋壓縮機兩相噴射制冷系統的設計與控制

楊明洪　王寶龍　石文星　李先庭（清華大學建筑學院建筑技術科學系　北京　100084）

R32渦旋壓縮機兩相噴射制冷系統的設計與控制

楊明洪王寶龍石文星李先庭
（清華大學建筑學院建筑技術科學系北京100084）

R32渦旋壓縮機存在排氣溫度過高的問題，利用兩相制冷劑噴射可降低排氣溫度同時提升性能。基于經濟器系統，提出了R32渦旋壓縮機的兩相噴射制冷系統，利用模擬仿真對其設計和控制方法進行了研究。從壓縮機的角度，分析了噴射口等效直徑對兩相噴射壓縮機性能的影響，并指出了兩相噴射時噴射壓力和噴射干度的優化方向。通過對兩相噴射系統的模擬分析，在系統層面上對中間換熱器的換熱能力進行了優化配置和對中間噴射壓力進行了優化控制，并提出根據排氣溫度來確定最優中間壓力的方法，即將排氣溫度控制為135℃對應的中間壓力為最優中間壓力。經過優化后的兩相噴射系統，不僅解決了排氣溫度過高的問題，而且能夠提升制冷量7.1％～11.4％，提升COP 2.6％～6.2％。

兩相噴射；R32；渦旋壓縮機；中間壓力；噴射干度

隨著HCFCs制冷劑淘汰進程的加速，尋找和發展其替代制冷劑成為了當前制冷空調行業的重要任務［1］。制冷劑 R32雖然具有輕微的可燃性（A2L類），但是GWP值適中（675）、ODP為0，而且具有工作壓力與R410A相近、充注量小、熱工性能良好和價格便宜等優點［2］。此外，從全生命周期氣候性能評價的角度來看，R32的當量碳排放量甚至低于GWP接近1的制冷劑R1234yf和R290［3］。因而，在制冷空調和熱泵領域，R32已經被視為一種重要的中長期潛在替代制冷劑。

然而，R32系統的壓縮機排氣溫度比R410A系統通常高出10～20℃［4］。排氣溫度過高會加速壓縮機中潤滑油的裂化，降低系統的可靠性。在壓縮比較高的工況下，如較高環境溫度下制冷和較低環境溫度下制熱，由于排氣溫度過高，壓縮機無法正常工作，由此導致R32壓縮機的運行范圍較R410A壓縮機顯著縮小。降低R32壓縮機的排氣溫度同時提高R32系統在較高壓縮比工況下的性能，對于推廣和促進R32制冷劑的應用具有重要意義。

除去兩相吸氣技術［5］外，向壓縮機的壓縮中段噴入冷卻介質，包括潤滑油、水（空壓機）和制冷劑（制冷壓縮機）等，是解決大型壓縮機排氣溫度過高的常用技術手段［6-7］。補氣和噴液技術是近些年在渦旋壓縮機中得以較快發展的性能調節技術手段。補氣和噴液分別指將氣體或液體制冷劑噴入壓縮機中間壓縮腔的技術。大量的研究已經表明，補氣能夠顯著提高系統在惡劣工況下的容量和COP，同時能夠一定程度降低排氣溫度，但降低效果有限［8-9］。液體制冷劑的比焓較低，因此噴液能夠為壓縮機提供更好的冷卻效果，從而顯著降低排氣溫度［10-11］，但噴液對系統性能的影響很小［12］。

兩相制冷劑噴射能夠兼有補氣和噴液的優點，在有效降低排氣溫度的同時提升系統在惡劣工況下的性能。Park Y C等［13］通過實驗對比研究了采用兩相噴射和無噴射的R22壓縮機性能，結果表明噴射干度為0.9的兩相噴射能夠將壓縮機排氣溫度降低10～20℃，同時提升COP達到5％～13％。Lee H等［14］從理論上分析了通過多級兩相噴射實現氣態制冷劑沿飽和線壓縮循環的特性，結果表明單級兩相噴射可以使得系統的制冷COP提升10.56％～15.42％，而三級兩相噴射則可以將制冷 COP提升15.36％～22.42％，而且壓縮比越大的工況性能提升越多。Wang B L等［15］通過模擬分析了噴射比焓對壓縮機性能的影響，結果表明噴射比焓的降低有助于降低壓縮機的排氣溫度和功耗。Wang B L等［16］還對比研究了兩相吸氣、噴液和兩相噴射對提升R32渦旋壓縮機運行范圍的影響，結果表明，相較于兩相吸氣和噴液，兩相噴射除了能夠有效提升壓縮機運行范圍外，同時能明顯提升系統的制冷量和COP。

基于此，本文研究R32渦旋壓縮機兩相制冷劑噴射系統的實現方法，并基于各項參數對性能的影響，提出壓縮機和系統的優化設計和運行控制方法。

1　研究方法

1.1兩相噴射系統

本研究提出的兩相制冷劑噴射循環示意圖如圖1所示。該噴射系統與換熱式經濟器系統相似，在傳統制冷系統的基礎上增加了一個中間換熱器作為經濟器。冷凝器出口的部分液體通過經濟器膨脹閥節流后，在中間換熱器與主回路制冷劑換熱，然后通過噴射進入壓縮機中間壓縮腔。

但該系統經濟器膨脹閥的控制與經濟器系統則有所不同：對于中低壓縮比的工況，排氣溫度相對較低，運行普通補氣模式，可以根據噴射制冷劑過熱度來調節經濟器膨脹閥來控制中間壓力，即采用氣體噴射提高系統性能；對于高壓縮比的工況，排氣溫度超出安全值，以排氣溫度為控制目標，采用兩相噴射降低排氣溫度。

圖1　兩相制冷劑噴射循環示意圖Fig.1 Schematics of two-phase refrigerant cycle

1.2兩相噴射壓縮機動態仿真模型

為研究兩相制冷劑噴射對渦旋壓縮機內部參數的影響，必須建立可應用于兩相噴射的動態分布參數渦旋壓縮機模型。本文采用筆者建立且經過驗證的數學模型［16-17］，該模型包含了從吸氣、壓縮到排氣的全過程，同時考慮了壓縮機內部傳熱和內部泄漏的影響。模型示意圖如圖2所示，模型能夠較高精度地模擬R32渦旋壓縮機的性能，其中制冷量的誤差在5％以內，功耗的誤差在7％以內。

1.3兩相噴射系統穩態仿真算法

由于壓縮機動態特性的時間常數比制冷系統動態響應的時間常數要低2～3個數量級，在壓縮機的一個工作周期內，其質量和能量的動態特性不能在系統中得以反映。因此，兩相噴射系統的仿真可采用穩態模型。對于動態壓縮機模型，將輸出的動態參數時均化之后，便可與兩相噴射系統模型對接。兩相噴射系統的穩態仿真算法流程圖如圖3所示。

圖2　動態分布參數渦旋壓縮機模型示意圖Fig.2 Schematic of dynamic distributed parametermodel of scroll compressor

1.4評價指標

為描述制冷劑噴射量minj和中間壓力pint等控制指標對R32制冷系統性能的影響，以及系統采用兩相噴射后的性能（制冷量和COP）相對于未采用噴射時的性能差異，特給出如表1所示定義。

1.5模擬對象

在本研究中，采用圖1所示的兩相制冷劑噴射系統的系統形式，其壓縮機為低壓腔渦旋壓縮機，其主要參數如表2所示。

圖3　兩相噴射系統穩態仿真算法示意圖Fig.3 Flow chart of two-phase injection system simulation

表1　評價指標的定義Tab.1 Definitions of evaluating parameters

兩相噴射系統的模擬中，冷凝器和蒸發器的大小用換熱面積與換熱系數之積UA值來表征，分別為2.4 kW/℃和2.0 kW/℃。冷凝器側采用空氣冷卻，其質量流量為2.8 kg/s；蒸發器側的載冷劑為30％體積濃度的乙二醇溶液，其質量流量為1.1 kg/s。在系統模擬中，認為冷凝器出口過冷度保持在3℃，蒸發器出口過熱度保持在5℃。模擬分析的三個系統工況是，冷凝器入口空氣溫度為40℃，蒸發器入口的載冷劑溫度分別為5℃、0℃和-5℃的工況。

2　各項參數對兩相噴射壓縮機的影響

兩相噴射壓縮機噴射參數的設計是兩相噴射系統的設計關鍵。從壓縮機的角度來看，噴射口的大小和噴射壓力影響著噴入的制冷劑的流量，而噴入的制冷劑干度代表了噴入制冷劑的狀態。研究兩相噴射時噴射口大小、噴射壓力和噴射干度對壓縮機性能的影響，有利于指導兩相噴射系統的設計和控制。

表2　壓縮機主要參數Tab.2 Key parameters of the scroll compressor

2.1噴射孔直徑

在噴射系統中，噴射孔的位置和直徑對系統的性能都有直接影響。前期的研究已經表明，噴射口的最佳位置位于壓縮腔開始處［15］。本研究中，在噴射口位于最佳位置的前提下，研究噴射口大小對兩相噴射系統性能的影響。

圖4　噴射孔當量直徑對壓縮機性能的影響（β=1.0，xinj=0.7）Fig.4 Effects of equivalent diameter of injection port on compressor performance

圖4所示為冷凝溫度為55℃、蒸發溫度分別為-5℃/-10℃/-15℃的三個工況下，保持相對噴射壓力為1.0、噴射干度為0.7時，系統的壓縮機排氣溫度、噴射比、相對制冷量和相對COP隨噴射孔當量直徑的變化。可以看出，噴射比隨著噴射孔當量直徑的增加而增加，即噴射進入壓縮腔的兩相制冷劑流量增加。噴射的制冷劑在中間換熱器的換熱可以增大蒸發器進出口焓差，從而提高制冷量。噴入壓縮腔內的兩相噴射冷劑能夠迅速降低腔內制冷劑的溫度，從而有效降低排氣溫度。當噴射孔當量直徑小于6 mm時，隨著當量直徑的增大，噴射比快速增加，同時排氣溫度快速下降且制冷量和COP明顯提高。當噴射孔當量直徑大于6 mm時，隨著當量直徑的增大，噴射比的增加明顯趨緩，在進一步降低排氣溫度和提升性能方面的效果有限。從排氣溫度來看，噴射孔當量直徑大于等于6 mm時，噴射干度為0.7可以滿足三個蒸發溫度工況下的排氣溫度都低于135℃。

對于噴液型壓縮機，為避免過量液體意外進入壓縮腔并保持較高的壓縮機效率，噴射孔一般設置較小，與本研究壓縮機相近容量的噴液壓縮機噴液孔直徑一般不超過3 mm；對于補氣壓縮機，為了減少流動阻力和增加噴射量，噴射孔應盡量大［15］。通過前述分析可知，兩相噴射壓縮機的噴射孔也應盡量大，噴液型壓縮機噴射孔的大小不能滿足兩相噴射型壓縮機的要求，會造成性能大大降低。但為了避免兩相噴射時過多液體制冷劑意外進入壓縮腔，同時考慮到噴射孔的大小受到渦旋體壁厚的限制，噴射孔徑存在合理取值范圍。

對于本例采用的壓縮機，噴射孔當量直徑為6 mm時，此時蒸發溫度為-5℃、-10℃和-15℃的三個工況排氣溫度均低于135℃，且系統COP提升分別達到6.9％、10.4％和14.4％，可以將優化后的噴射孔直徑定為6 mm。

2.2噴射壓力和噴射干度

圖5所示為蒸發、冷凝溫度和分別為-10℃和55℃的工況下，噴射壓力和干度對壓縮機排氣溫度、噴射比、相對制冷量和相對COP的影響。由于系統中主路和噴射支路的換熱能力存在極限值（此時經濟器出口主回路制冷劑溫度已趨近噴射回路制冷劑飽和溫度），圖中右上角噴射壓力和干度都較大區域，無法在系統中實現。由此可以看出，隨著噴射壓力的升高和噴射干度的降低，壓縮機的排氣溫度下降且噴射比上升。噴射壓力的上升導致噴射制冷劑流量增加，而噴射干度的降低意味著噴入的液體制冷劑流量增加，兩者均有利于壓縮腔內制冷劑的冷卻。但需要注意的是，制冷量受噴射壓力的影響較大，受噴射干度的影響很小，這一點較難理解。其實制冷量的上升主要是由中間換熱器中主路和支路的換熱造成的，換熱量的大小反映在氣體制冷劑的流量上，與液體制冷劑流量關系很小。當噴射壓力一定時，雖然噴射液體和氣體制冷劑的質量流量比相差不大，但氣體和液體數百倍的密度差導致氣體的體積流量要比液體的體積流量大很多，由此導致噴射壓降主要由氣體制冷劑消耗。因此在相同噴射壓力而不同噴射干度時，噴射回路的氣體制冷劑流量相差不大而液體制冷劑顯著不同，由此導致制冷量相差不大而冷卻效果（排氣溫度）相差顯著。此外，在噴射壓力大且噴射干度低的區域，噴入壓縮腔的液體制冷劑較多，導致壓縮腔內制冷劑溫度和渦旋壁溫度下降明顯，能夠在一定程度上降低壓縮腔內制冷劑的泄漏量，從而略微提升制冷量。噴射壓力上升有利于提升系統制冷量，而噴射干度下降有利于降低壓縮機的壓縮功，因而噴射系統COP朝著噴射壓力增大且噴射干度降低的方向增加。

圖5　噴射壓力和干度對壓縮機性能的影響（Te=-10℃，Tc=55℃）Fig.5 Effects of injection pressure and refrigerant quality on compressor performance

從壓縮機的角度來看，在冷凝溫度和蒸發溫度一定的情況下，兩相噴射系統的控制優化應該朝著噴射壓力高且噴射干度低的方向。但從系統層面來看，高噴射壓力、低噴射干度的工況下噴射比非常大，壓縮機排氣流量大大增加，從而導致系統的冷凝溫度升高，實際性能可能降低。實際在系統層次上，壓縮機中多噴入的液體制冷劑對系統COP的提升非常有限，甚至會造成一定程度下降［19］。此外，過量的液體制冷劑進入壓縮腔內，還會造成潤滑油泡沫化和增大液擊風險，降低了壓縮機的可靠性。因此，實際系統的設計和控制應該朝著噴射壓力和噴射干度都盡量高的方向。在該工況下，為了使得排氣溫度不超過135℃，噴射壓力和干度應該控制在圖5中所示的排氣溫度為135℃的等高線以內的右下角范圍。結合噴射干度盡量高且系統COP最優的原則，兩相噴射壓縮機的理想噴射點應為排氣溫度135℃等高線和由中間換熱能力極限造成的噴射區域邊界線的交點，如圖5（d）中所示。

3　各項參數對兩相噴射系統性能的影響

在兩相噴射系統中，噴射壓力為系統的中間壓力，而噴射干度受中間換熱器的大小和中間壓力的高低共同影響，兩個參數的控制并非獨立的，而是耦合的。對于不同的工況點，其理想噴射點是不同的。為了使得兩相噴射系統的性能盡可能優化，不同工況點下兩相噴射系統的實際噴射點都應盡可能趨近其理想噴射點，而其關鍵便在于中間換熱器換熱能力的配置和中間壓力的控制。

圖6　中間換熱器換熱能力對系統性能的影響（β=1.0，Dinj=6 mm）Fig.6 Effects of heat transfer capability of internal heat exchanger on system performance

3.1中間換熱器換熱能力

中間換熱器的換熱能力可以用綜合換熱系數與換熱面積之積UA來表征。換熱能力優化的目的是使得系統在某一確定的換熱能力下，不同工況的噴射點都盡量接近于其理想噴射點。許多前人的實驗研究成果［18，20］已經表明，噴射系統的最優相對中間壓力在1.0附近。本節在此基礎上，開展對中間換熱器換熱能力的優化配置研究。

圖6所示為在蒸發器入口載冷劑溫度分別為5℃、0℃和-5℃的三個工況下，系統性能隨中間換熱器換熱能力的變化。可以看出，隨著中間換熱器換熱能力的增強，噴射制冷劑干度上升，噴射比下降，排氣溫度上升。換熱能力超過0.3 kW/℃后，噴射制冷劑在中間換熱器中經過充分換熱后已經完全汽化為氣體，排氣溫度的控制非常有限。對于系統的蒸發、冷凝溫度，隨著中間換熱器換熱能力的增強，蒸發器入口焓值降低，因此蒸發溫度略微下降；系統的冷凝溫度則受噴射比的影響較大，噴射比越大，排氣流量也越大，冷凝溫度則越高。從系統的性能來看，中間換熱器換熱能力的增強有利于制冷量和COP的提高，但換熱能力超過0.15 kW/℃后，由于換熱器的換熱端溫差已經非常小，制冷量和COP趨近于一個穩定值。

從壓縮機的排氣溫度來看，為使三個蒸發溫度的工況下排氣溫度都低于135℃，中間換熱器的換熱能力UA應不超過0.2 kW/℃。因此，合理的換熱器面積應介于0.15～0.2 kW/℃。中間換熱器UA為0.2 kW/℃時，噴射的制冷劑干度約為0.7，噴射比約為30％，同時系統的性能也處于較高的水平，因此可將該系統優化后的中間換熱器換熱能力定為0.2 kW/℃。

圖7　相對中間壓力換熱能力對系統性能的影響（UA=0.2 kW/℃，Dinj=6 mm）Fig.7 Effects of relative intermediate pressure on system performance

3.2中間壓力

中間壓力是兩相噴射系統中最重要的控制參數。本節在優化的中間換熱器換熱能力的基礎上，研究中間壓力對兩相制冷劑噴射系統性能的影響。在中間壓力的控制優化中，應當在滿足排氣溫度低于135℃的前提下，盡量提升系統的能效。

圖7所示為在蒸發器入口載冷劑溫度分別為5℃、0℃和-5℃的三個工況下，系統性能隨相對中間壓力的變化。圖中可以看出，隨著相對中間壓力的上升，噴射干度下降而噴射比上升，這兩者都強化了對壓縮腔的冷卻，因此壓縮機的排氣溫度降低。但是，當相對中間壓力低于0.96時，噴射制冷劑流量較小，經過中間換熱器換熱后已經完全汽化成氣體制冷劑，因此對排氣溫度的降低效果很有限。相對中間壓力對蒸發溫度的影響非常小，但對冷凝溫度影響比較明顯。在相對中間壓力高于0.96后，噴射比的上升比較明顯，造成冷凝溫度上升了1～3℃。

從系統的性能來看，制冷量隨著噴射壓力的升高先增加而后趨于平緩。壓縮機功耗受冷凝溫度的影響，導致系統COP的變化隨工況而異。載冷劑入口溫度為5℃和0℃的工況，隨著中間壓力的上升，冷凝溫度明顯升高，而此時制冷量略微增加或者下降，因此系統COP下降。對于載冷劑入口溫度為-5℃的工況，壓縮機功耗上升幅度較制冷量增加幅度小，因此導致COP略微增加。此外，三種工況下，噴射對壓縮機效率影響不同也是導致COP差異的一個主要原因。該R32渦旋壓縮機的內壓縮比為4.61，載冷劑入口溫度為5℃、0℃和-5℃的三個工況對應的外壓縮比分別約為4.96、5.45和6.07，壓縮比越大，其欠壓縮損失越大，噴入更多的制冷劑有助于減小欠壓縮損失。

為了使得排氣溫度低于135℃，在載冷劑入口溫度分別為5℃、0℃和-5℃的三個工況下，其相對中間壓力應分別不低于0.97、0.99和1.00。以系統COP最優為目標，前兩個工況的COP隨著噴射壓力上升而降低，最優相對中間壓力可分別取0.97和0.99，即將排氣溫度控制為135℃對應的壓力；對于載冷劑入口溫度為-5℃的工況，提升中間壓力有助于減小欠壓縮損失，但其對COP的提升非常有限，最優相對中間壓力也可以取對應排氣溫度為135℃的1.00，該結果與前述兩相噴射壓縮機理想噴射點的分析也是相符的。基于此，最優中間壓力可以根據排氣溫度來確定，即將排氣溫度控制為135℃對應的中間壓力為最優中間壓力。

經過中間換熱器大小和中間壓力的優化后，在載冷劑入口溫度分別為5℃、0℃和-5℃的三個工況下，兩相制冷劑噴射系統不僅解決了無噴射系統排氣溫度過高的問題，而且三個工況制冷量的提升分別達到7.1％、9.3％和11.4％，而系統COP的提升則分別達到2.6％、3.8％和6.2％。

4　總結

R32系統中存在壓縮機排氣溫度過高的問題，利用兩相制冷劑噴射能降低排氣溫度同時提升系統性能。本文研究了R32渦旋壓縮機兩相制冷劑噴射系統的實現方法，并基于各項參數對性能的影響，提出壓縮機和系統的優化設計和運行控制方法。研究結論如下：

1）噴射孔當量直徑過小會對兩相制冷劑噴射系統性能有較大限制，噴液型壓縮機噴射孔的大小不能滿足兩相噴射型壓縮機的要求。本文采用的壓縮機優化后的噴射孔當量直徑為6 mm。

2）從壓縮機的角度來看，高噴射壓力、低噴射干度有利于提升制冷量，但從系統層面來看，低噴射干度會造成冷凝溫度上升，并且降低了壓縮機的可靠性。因此兩相噴射系統應該朝著高噴射壓力且高噴射干度的方向進行，其理想噴射點應為排氣溫度135℃等高線和由中間換熱能力極限造成的噴射區域邊界線的交點。

3）與經濟器系統中間換熱器面積應越大越好不同，兩相制冷劑噴射系統存在換熱器面積合理范圍。本研究中中間換熱器的最優UA值為0.2 kW/℃。

4）優化設計的兩相制冷劑噴射系統，將排氣溫度控制為最高限值（135℃）的中間壓力即為能效最優中間壓力。

5）采用經過優化的兩相噴射系統，不僅可有效控制R32渦旋壓縮機排氣溫度，而且能夠提升制冷量7.1％～11.4％，提升COP 2.6％～6.2％。

［1］史琳，朱明善.家用/商用空調用R32替代R22的再分析［J］.制冷學報，2010，31（1）：1-5.（Shi Lin，Zhu Mingshan.Re-analysis on using R32 to substitute for R22 in household/commercial air-conditioning［J］.Journal of Refrigeration，2010，31（1）：1-5.）

［2］楊申音，王勤，唐黎明，等.常規空調熱泵系統的R32替代研究述評［J］.制冷學報，2013，34（6）：59-68. （Yang Shenyin，Wang Qin，Tang Liming，et al.A review of the application of R32 on air conditioners and heat pump systems［J］.Journal of Refrigeration，2013，34（6）：59-68.）

［3］Yan C，Xu H，Watts S，et al.R32 scroll compressors technology［C］//International Compressor Engineering Conference.Purdue，2012.

［4］矢島龍三郎，吉見敦史，樸春成，等.降低R32壓縮機排氣溫度的方法［J］.制冷與空調 （北京），2011，11 （2）：60-64.（Yajima Ruzaburo，Yoshimi Atsushi，Piao Chuncheng，et al.Measures to reduce the discharge temperature of R32 compressor［J］.Refrigeration and Airconditioning，2011，11（2）：60-64.）

［5］Dutta A K，Yanagisawa T，Fukuta M.A study on compression characteristic of wet vapor refrigerant［C］//International CompressorEngineeringConference.Purdue，1996：1112.

［6］Bell I，Lemort V，Braun J，et al.Development of liquidflooded scroll compressor and expander models［C］//International CompressorEngineeringConference.Purdue，2008：1872.

［7］Zhao Y，Li L，Wu H，et al.Theoretical and experimental studies of water injection scroll compressor in automotive fuel cell systems［J］.Energy Conversion and Management，2005，46（9）：1379-1392.

［8］秦妍，張劍飛.R32制冷系統降低排氣溫度的方法研究［J］.制冷學報，2012，33（1）：14-17.（Qin Yan，Zhang Jianfei.Study on the method of reducing discharge temperature of refrigerant system with R32［J］.Journal of Refrigeration，2012，33（1）：14-17.）

［9］Xu X，Hwang Y，Radermacher R.Performance comparison of R410A and R32 in vapor injection cycles［J］.International Journal of Refrigeration，2013，36（3）：892-903.

［10］Cho H，Chung J T，Kim Y.Influence of liquid refrigerant injection on the performance of an inverter-driven scroll compressor［J］.International Journal of Refrigeration，2003，26（1）：87-94.

［11］Winandy E L，Lebrun J.Scroll compressors using gas and liquid injection：experimental analysis and modelling［J］. International Journal of Refrigeration，2002，25（8）：1143-1156.

［12］Wang B L，Li X T，Shi W X，et al.Design of experimental bench and internal pressure measurement of scroll compressor with refrigerant injection［J］.International Journal of Refrigeration，2007，30（1）：179-186.

［13］Park Y C，Kim Y，Cho H.Thermodynamic analysis on the performance of a variable speed scroll compressor with refrigerant injection［J］.International Journal of Refrigeration，2002，25（8）：1072-1082.

［14］Lee H，Hwang Y，Radermacher R，et al.Potential benefits of saturation cycle with two-phase refrigerant injection ［J］.Applied Thermal Engineering，2013，56（1）：27-37.

［15］Wang B L，Shi W X，Li X T.Numerical analysis on the effects of refrigerant injection on the scroll compressor［J］. Applied Thermal Engineering，2009，29（1）：37-46.

［16］Wang B L，Yang M H.Evaluation of methods to decrease the discharge temperature of R32 scroll compressor［C］// International Compressor Engineering Conference.Purdue，2014：2371.

［17］Wang B L，Li X T，Shi W X.A general geometrical model of scroll compressors based on discretional initial angles of involute［J］.International Journal of Refrigeration，2005，28（6）：958-966.

［18］Ma G，Chai Q.Characteristics of an improved heat-pump cycle for cold regions［J］.Applied Energy，2004，77（3）：235-247.

［19］Dutta A K，Yanagisawa T，Fukuta M.An investigation of the performance of a scroll compressor under liquid refrigerant injection［J］.International Journal of Refrigeration，2001，24（6）：577-587.

［20］王寶龍，彥啟森，石文星，等.制冷劑噴射對渦旋壓縮機制冷系統的影響［J］.化工學報，2006，57（Suppl.）：40-44.（Wang Baolong，Yan Qisen，Shi Wenxing，et al. Influence of refrigerant injection on refrigeration system with scroll compressor［J］.Journal of Chemical Industry and Engineering，2006，57（（Suppl.）：577-587.）

About the corresponding author

Wang Baolong，male，Ph.D.，associate professor，Department of Building Science，Tsinghua University，+86 10-62786571，E-mail：wangbl@tsinghua.edu.cn.Research fields：air conditioners and heat pump systems with high seasonal energy efficiency，numerical simulation of air conditioner，refrigeration and heat pump equipment oriented to performance optimization，optimal design and control of the thermal storage system used in HVAC.

Design and Control of R32 Two-phase Refrigerant Injection System Utilizing Scroll Compressor

Yang Minghong Wang Baolong Shi Wenxing Li Xianting
（Department of Building and Science，Tsinghua University，Beijing，100084，China）

To overcome the disadvantage of high discharge temperature in R32 compressor，two-phase refrigerant injection was proposed to decrease discharge temperature as well as improve system performance in severe conditions，and an improved injection system with economizer was proposed to realize two-phase injection.Based on the validated dynamic distributed parameter model of R32 scroll compressor，the optimization of heat transfer capability of internal heat exchanger and intermediate pressure according to system performance and discharge temperature were discussed.Through the optimized design and control of the two-phase injection system，the cooling capacity was enhanced by 7.1％-11.4％and COP was improved by 2.6％-6.2％.

two-phase injection；R32；scroll compressor；intermediate pressure；injection quality

TB652；TB61+2

A

0253-4339（2015）05-0001-09

10.3969/j.issn.0253-4339.2015.05.001

國家自然科學基金（51006059）和國家杰出青年基金（51125030）資助項目。（The project was supported by the National Natural Science Foundation of China（No.51006059）and the National Science Foundation for Distinguished Young Scholar of China（No.51125030）.）

2015年12月23日

簡介

王寶龍，男，博士，副教授，清華大學建筑學院建筑技術科學系，（010）62786571，E-mail：wangbl@tsinghua.edu.cn。研究方向：高季節能效的空調熱泵技術研究，性能優化的空調制冷熱泵裝置模擬，空調用冰、水蓄能系統的優化設計與控制。