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1、制冷劑灌注量確定及其對性能的影響 內(nèi)容摘要 通過分析冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)系統(tǒng)中影響制冷劑量變化的因素，以及制冷劑量的變化對性能的影響，并同時(shí)分析如何確定最合適的制冷劑量 關(guān)鍵詞 制冷劑 壓力 溫度 性能 Confirm The Fittest Quantity Of Refrigerator System And The Quantity Affect The Performance Of Refrigerator Abstract Analyzing the factor that affect quantity of refrigerant in Refrigerator sys

2、tem, affecting Refrigerator performance by changing the quantity of refrigerant, and analyzing how to confirm the fittest quantity Key Words refrigerant pressure temperature performance 冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)是一種全封閉式制冷系統(tǒng)，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求較為緊湊，各個(gè)制冷配件的匹配要求合理，也就是說在整個(gè)制冷系統(tǒng)中，壓縮機(jī)的排氣量，蒸發(fā)器的蒸發(fā)能力、冷凝器的散熱效果、毛細(xì)管的節(jié)流狀態(tài)都要求匹配合理，否則都會(huì)出現(xiàn)制

3、冷效率低、生產(chǎn)成本高、制冷能力不足。既是這些關(guān)鍵零部件匹配好以后，對于制冷系統(tǒng)來說，系統(tǒng)中制冷劑的量的多少對系統(tǒng)的制冷效果也有較大的影響。這些影響會(huì)體現(xiàn)在制冷劑偏多或偏少的情況中，制冷劑偏多或偏少都會(huì)造成冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)制冷效果不好，耗電量大，因此合理的制冷劑充注量對于冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)的制冷性能也有較為嚴(yán)格的要求。對于影響冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)制冷劑量的因素，以及制冷劑量的變化對系統(tǒng)的影響，需要對系統(tǒng)進(jìn)行分析，才能確定。 一.基本原理 1.1制冷系統(tǒng)原理 在壓縮機(jī)消耗電能的條件下，壓縮機(jī)將從蒸發(fā)器來的低壓蒸氣進(jìn)行壓縮，變成高溫高壓蒸氣后進(jìn)入冷凝器受到空氣的冷卻而凝結(jié)成高壓高溫液體，

4、再經(jīng)毛細(xì)管節(jié)流后變成低壓低溫液體（或部分液體已蒸發(fā)成氣體），在蒸發(fā)器中利用制冷劑蒸發(fā)吸收熱量，使冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)內(nèi)溫度降低，吸收汽化熱后的低壓蒸氣重返壓縮機(jī)，再進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，其制冷原理如圖1： 1—壓縮機(jī) 2—冷凝器 3—干燥過濾器 4—毛細(xì)管 5—集液管 6—蒸發(fā)器 圖1 1.2實(shí)際制冷循環(huán) 冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)的制冷循環(huán)實(shí)際上為蒸汽過熱循環(huán)。冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，在毛細(xì)管和回氣管之間設(shè)計(jì)成簡單的換熱器，增加了系統(tǒng)過冷度，這使得部分過熱為有效過熱。從能量學(xué)角度而言，相當(dāng)于單位質(zhì)量的制冷劑提供了更多的制冷量。參見圖1：冰箱制冷系統(tǒng)的實(shí)際循環(huán)

5、與理論循環(huán)。A→B→C→D→A為理論循環(huán)，→1→2→3→4→C→5→6→A為實(shí)際循環(huán)。 圖2 二.制冷系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)的變化 在系統(tǒng)匹配過程中，主要是它的本身結(jié)構(gòu)也在變化，如蒸發(fā)器的面積和結(jié)構(gòu)的變化、冷凝器的面積和結(jié)構(gòu)的變化、毛細(xì)管尺寸的變化、壓縮機(jī)型號(hào)的變化，這些變化對冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)的性能都有一定的影響。 2.1蒸發(fā)器的變化 對于同一冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)，當(dāng)它的蒸發(fā)器面積增大時(shí)，換熱效果增強(qiáng)，如蒸發(fā)管加粗。如果制冷劑的量沒有變化，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)器的出口端溫度偏高，沒有制冷劑液體，或者說制冷劑在蒸發(fā)器的前部已經(jīng)全部蒸發(fā)完，會(huì)造成蒸發(fā)器后面部分的蒸發(fā)溫度偏高，影響溫度場的

6、均勻性。若將此時(shí)系統(tǒng)的制冷劑的量增加，蒸發(fā)器的整個(gè)蒸發(fā)溫度一致，保證制冷劑在蒸發(fā)器的出口部全部蒸發(fā)完。對于整個(gè)系統(tǒng)來說，加大蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積，可以抬高一些蒸發(fā)溫度，增加的蒸發(fā)面積和降低了蒸發(fā)環(huán)境的傳熱溫差，增加它的制冷能力。但抬高蒸發(fā)溫度，增加壓縮機(jī)的排氣量（由于壓差減小），造成在毛細(xì)管中的流動(dòng)阻力更大，從而來降低蒸發(fā)溫度，同時(shí)冷凝器的散熱能力也限制了系統(tǒng)的制冷能力，對冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)的制冷能力進(jìn)行了相互制約。 2.2改變壓縮機(jī)的型號(hào) 選用不同的壓縮機(jī)，也會(huì)出現(xiàn)制冷系統(tǒng)中制冷劑量的匹配問題。不同的壓縮機(jī)的排氣量不同，制冷能力不同（見圖1）。圖3中的兩臺(tái)壓縮機(jī)為恩布拉格的NBM1114Y和

7、NBM1116Y，它的制冷劑為R600a，冷凝溫度為45℃，吸氣溫度為32℃的情況下的兩組曲線。如果選用排氣量大的壓縮機(jī)，由于排氣量大，系統(tǒng)中的制冷劑流速加快，系統(tǒng)阻力大，蒸發(fā)器的蒸發(fā)壓力降低，蒸發(fā)溫度也降低，單位面積的制冷能力加大，同時(shí)冷凝壓力高， 圖3 壓縮機(jī)的排氣溫度高，從而制冷劑也蒸發(fā)快，出現(xiàn)制冷劑量不足，也必須對系統(tǒng)進(jìn)行重新匹配。因此選用排氣量大的壓縮機(jī)可以提高制冷量，但不能提高效率，也不能節(jié)能。 2.3冷凝器的變化 增大冷凝器的換熱面積，也需要對系統(tǒng)中制冷劑的量進(jìn)行匹配。由于增大冷凝器的冷凝面積，會(huì)出現(xiàn)降低冷凝器溫度，增大壓縮機(jī)的排氣量，從而出現(xiàn)制冷系統(tǒng)的制冷能力

8、增加，制冷劑的出現(xiàn)偏少。如果是冷凝器管道面積的變化引起散熱效果的增強(qiáng)，要考慮到有較多的制冷劑會(huì)蒸發(fā)在這些空間中，造成系統(tǒng)中的制冷劑量需要更多。但對于只增加散熱面積，而未增加內(nèi)部管道面積的情況，系統(tǒng)的制冷劑量的變化不大。 2.4毛細(xì)管的變化 毛細(xì)管利用制冷劑在細(xì)長管中的流動(dòng)阻力起節(jié)流降壓作用，它不象熱力膨脹閥那樣能在較寬的工況范圍有效工作，只在給予定的工作條件下發(fā)揮預(yù)期在效果。制冷劑在毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)可分為純液體流動(dòng)區(qū)和兩相流動(dòng)區(qū)，進(jìn)口過冷度越大，液相流動(dòng)段越長；進(jìn)口無過冷或含有氣體進(jìn)，整個(gè)毛細(xì)管中全部呈兩相流動(dòng)且流量減少。毛細(xì)管對制冷劑的量也有影響，如果毛細(xì)管的長度變長或管徑變小，都會(huì)造節(jié)流時(shí)

9、產(chǎn)生較大的壓差，制冷劑流量小，蒸發(fā)溫度低，壓縮機(jī)的排氣量也小，使制冷系統(tǒng)的制冷能力減小，需要的制冷劑量也少。反之則會(huì)出現(xiàn)制冷劑的量要求多。毛細(xì)管的陰力能足以在其進(jìn)口側(cè)保持一段液封，又不至有過多液體積存在冷凝器時(shí)，制冷系統(tǒng)可以在容量平衡的條件下工作。 2.5集液管 集液管的作用主要有：（1）氣液分離：流體在通過突然擴(kuò)大的端面時(shí)，流速會(huì)減小，從而制冷劑氣體和液體分離。（2）儲(chǔ)液：儲(chǔ)存調(diào)劑制冷系統(tǒng)中液態(tài)的制冷劑量。當(dāng)冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)有集液管時(shí)，制冷劑的量可以適當(dāng)加大，保持一定的充灌裕度以 2.6干燥過濾器的傾斜角度 一般干燥過濾器應(yīng)向插接毛細(xì)管一端傾斜15-45度角。干燥過濾器的傾斜角度

10、對于小型制冷系統(tǒng)影響尤大，因小型制冷系統(tǒng)的制冷劑充注量較小，冷凝后的液量也較小，當(dāng)干燥過濾器的傾斜角度小時(shí)，制冷劑液體積存于干燥過濾器內(nèi)，其液面無法達(dá)到毛細(xì)管入口，致使毛細(xì)管入口就是兩相流動(dòng)，實(shí)際流量減少，蒸發(fā)器液量不足，蒸發(fā)量不足，相應(yīng)制冷能力不足，出現(xiàn)制冷弱現(xiàn)象。 三.冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)產(chǎn)品由于本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中的影響 對于單一部件的變化，制冷劑的量可以匹配。由于在理論上與實(shí)際的產(chǎn)品中有較大的區(qū)別，在理論上來說，壓縮機(jī)的入口溫度都可以看作在特殊點(diǎn)的情況下來分析。如在制冷劑剛好全部蒸發(fā)完的位置。但在實(shí)際的產(chǎn)品中，由于管道的連接，從蒸發(fā)器到壓縮機(jī)的入口端必須有一管道連接，這一連接

11、管我們稱為回氣管。由于蒸發(fā)器的溫度總低于環(huán)境溫度，因此在制冷劑在回氣管的流動(dòng)過程中，它的溫度會(huì)一直上升。這一回升過程，會(huì)與毛細(xì)管進(jìn)行一部分的熱交換，也會(huì)從保溫層中吸收一部分熱量，如果流到箱體外部的制冷劑溫度仍低于環(huán)境溫度，就會(huì)從環(huán)境中吸收熱量。因此這部分熱量應(yīng)盡量少從環(huán)境中直接吸收，使壓縮機(jī)的入口溫度與環(huán)境溫度相差不大為好，從而會(huì)使壓縮機(jī)避免液擊現(xiàn)象。 對于壓縮機(jī)，如果系統(tǒng)中的制冷劑量偏多，會(huì)使壓縮機(jī)的進(jìn)口溫度偏低，空氣密度加大，這樣壓縮機(jī)在壓縮的過程中會(huì)有液體出現(xiàn)，這種液體一方面會(huì)出現(xiàn)液擊排氣閥片，另一方面因?yàn)樗鼤?huì)滯留在余隙容積中，造成吸氣時(shí)的進(jìn)氣量減小，同時(shí)因排氣壓力高，排氣效率低（余隙

12、容積始終存在），使制冷效果下降。另外從回氣管到壓縮機(jī)的進(jìn)口的流動(dòng)過程中，制冷劑會(huì)從環(huán)境中吸收大量的熱量，從而使蒸發(fā)器的相對使用面積減小，使壓縮機(jī)發(fā)出較多的功耗，也表現(xiàn)為過多的制冷劑使系統(tǒng)的效率低。 對于較少的制冷劑量，會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)能力不足，壓縮機(jī)長時(shí)間工作，也會(huì)出現(xiàn)制冷系統(tǒng)效率低。 因此對于系統(tǒng)的性能在其結(jié)構(gòu)決定后，要對它的制冷劑量進(jìn)行匹配試驗(yàn)。 四. 環(huán)境溫度對冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)系統(tǒng)制冷劑量的影響 由于冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)總是工作在不同的環(huán)境中，因此制冷系統(tǒng)在不同的環(huán)境溫度下所要求的制冷劑的量也不同。一般來說，在高溫的情況下所要求的制冷劑量多，這是因?yàn)槔淠鞯膲毫Ω?，氣體密度大，需要

13、較多的制冷劑的量。而低溫情況下則相反。因此對于一個(gè)單一的系統(tǒng)所確定的制冷劑量是難以適應(yīng)變化的環(huán)境，設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮到它的適應(yīng)性，需要在系統(tǒng)中增加貯液器來調(diào)節(jié)它對環(huán)境溫度的適應(yīng)性。 對于不同的制冷劑種類，所需要的調(diào)節(jié)能力不同。對于R600a制冷劑，由于它的容積制冷量大于R134a，因此它的貯液器要小，較小的液體蒸發(fā)變化會(huì)引起較大的制冷能力變化。因此對于R600 a制冷劑，它的制冷劑量的準(zhǔn)確性要求更高，對環(huán)境溫度的適應(yīng)能力強(qiáng)。 五. 冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)系統(tǒng)中制冷劑量的確定 制冷劑的量的準(zhǔn)確性在制冷系統(tǒng)中非常重要，因此對于每種冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)在正式生產(chǎn)之前都要進(jìn)行性能匹配調(diào)試，這種調(diào)試包

14、括更換設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)部件匹配等，同時(shí)制冷劑量也要進(jìn)行試驗(yàn)，由試驗(yàn)過程中的性能表現(xiàn)確定它的最合適充注量。 4．1通過對蒸發(fā)器溫度的測定 冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器主要是由一套金屬管組成，它的蒸發(fā)溫度會(huì)表現(xiàn)出當(dāng)制冷劑的量不足時(shí)，蒸發(fā)器的出口溫度高，如果制冷劑的量較合適或較多時(shí)，蒸發(fā)器上的進(jìn)口、中間和出口的溫度比較一致，說明制冷劑有液體流出蒸發(fā)器的出口，因此對制冷劑量要求最少必須滿足使蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度都一致。圖4為某型號(hào)冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)在某環(huán)境溫度下、制冷劑為R600 a時(shí)的蒸發(fā)器進(jìn)出口溫度與制冷劑量的變化曲線。 　 圖4 圖5 4．2對回氣管溫度的確定 為測定冰箱冰

15、柜小型制冷系統(tǒng)中制冷劑量最多的情況，可以通過對回氣管的溫度進(jìn)行控制，判斷制冷劑量的最多程度，也能通過這一溫度較好也限制壓縮機(jī)的吸氣溫度，改善壓縮機(jī)的吸氣狀態(tài)，保證壓縮機(jī)的最佳運(yùn)行。圖5為某型號(hào)冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)在某環(huán)境溫度下，制冷劑為R600 a時(shí)的回氣管溫度與制冷劑量的變化曲線。 4．3冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)內(nèi)儲(chǔ)藏溫度的確定 不同的制冷劑量對冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)的表現(xiàn)最終為性能方面，因此可以對冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)的冷藏室和冷凍室進(jìn)行布點(diǎn)測試其內(nèi)的溫度變化，根據(jù)這種變化來判斷冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)中合適的制冷劑量對冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)制冷性能的直接表現(xiàn)。圖6為某型號(hào)冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)在某環(huán)

16、境溫度下，制冷劑為R134 a時(shí)的冷藏室溫度與制冷劑量的變化曲線。 4．4冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)壓縮運(yùn)行電流和功率的確定 不同的制冷劑量對冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)的電流各功率也有影響，這種影響可從圖5中看出。 圖6 　 圖7 六 系統(tǒng)中制冷劑量的準(zhǔn)確的計(jì)量 通過試驗(yàn)確定冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)中所需的最佳充注量后，可以對冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確注入。 6.1采用高精度計(jì)量工具 在試驗(yàn)過程中，由于對冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)本身進(jìn)行模擬性試驗(yàn)，制冷劑量變化小，每次在小量之間變化，從而可以對冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)的性能能較為準(zhǔn)確的反映。由于冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)對

17、制冷劑的量要求高，尤其是R600 a制冷劑的冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)，每相差10克制冷劑對冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)的性能都有非常大的影響，因此如此要求高的測量精度要求，也必須有高精度的計(jì)量工具，目前市場上可以購買到精度達(dá)到較高的電子稱，滿足要求。對于生產(chǎn)過程中，它的充注量是一次性注入，象制冷劑為R600 a在一臺(tái)冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)中的量為60克左右，在自動(dòng)生產(chǎn)線中可以達(dá)到要求。 6.2采用靜態(tài)平衡壓力的方法 對于維修時(shí)的冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)制冷劑量的確定，一般在冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)的銘牌中都有，但是維修人員因?yàn)闂l件的限制比較難達(dá)到如此高的測量精度，而且通過對回氣管的壓力測量來測定制冷劑的量困難較

18、大，這是因?yàn)閷τ赗600A制冷劑在冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器中的蒸發(fā)壓力在冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)真空度。圖8為某型號(hào)的蒸發(fā)壓力在不同環(huán)境溫度下的變化曲線。在一般的壓力儀表中，真空度的測量較為困難，因此可以通過測量冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)在不同環(huán)境中的靜態(tài)壓力來達(dá)到要求，這種壓力在不同的環(huán)境溫度下是不同的，但它可以較大地表現(xiàn)出不同制冷劑量在不同溫度下較大的壓力差。圖9為某型號(hào)冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)在靜態(tài)下，不同制冷劑量在不同溫度下的壓力變化曲線。這種壓力曲線只是對不同型號(hào)的冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)不同，因此生產(chǎn)商可以對每種冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)提供該參數(shù)。 　 圖8 圖9 圖10 補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)決定制冷劑灌注量的方法。