gigeil讲稿中英文

通知 已去和准备去马里兰大学培训的冰箱厂工程师们，由于你们要做冰 箱制冷系统的优化工作，希望认真学习领会下面的讲课材料。 此讲课是 项目聘请的国际制冷专家、英国的 Andrew Gigiel 先生在 2001。12。4-21 到海尔、科 龙等六个厂去作技术援助时的讲稿，他是英国布里斯托大学 食品冷冻、制冷中心副主任，从事制冷系统优化工作 30 多年，富有实际 工作经验，听了他的讲课，各冰箱厂的工程师们都感到很有收获。因此 希望你们也能在冰箱制冷系统优化中用上他的经验。其主要观点有以下 几点： 1要做节能冰箱首先要优化制冷系统，但制冷系统优化的测试必须用 “开发测试”，这种测试的条件与“ 国标能耗测试” 的条件完全不同。即不 能加 M 包，温控器要短路。环境温度为标准规定的该种“N”型 或“ST” 型冰箱对应的最高工作温度。要走稳态，看各点的温度稳定值。一般三 四小时就能到稳态，读数据。原因是因为这是针对系统本身的优化，而 加上 M 包和压缩机开停，反而把其他因素混淆在一起，即花费了大量时 间，又不能真正看清制冷系统的匹配情况。因此一定不能按“ 国标能耗测 试”的条件来做制冷系统优化的工作。 只有在完成了“开发测试” 、 制冷 系统进行优化后，最后用“国标能耗测试”来校核一下达到的能耗值。 2。一般系统设计都是模仿或粗略计算，所以制冷系统的优化工作必须 通过实际测量来调整灌液量、毛细管长度并正确选择冷凝器和蒸发器。 而测量中最基本最方便的是温度测量。在进行制冷系统优化时做的“开 发测试“中，至少要测量十处的温度值。 它们是冷凝器末端 T1、毛细管入 口 T2、吸气热交换器冷凝器管出口 T3、蒸发器的入口 T4、蒸发器的末端 T4a、 储液器之后 T5、吸气热交换器蒸发器管出口 T6、压缩机吸气 T7、压缩机排气 T8、冷凝器 T9、 （见讲稿中的附图） 应该注意的是的冷凝温度 T9 是测量冷凝器中部一点的温度、因为 冷凝器的入口一点的温度实际是过热的、不是真正的冷凝温度。为了提 高蒸发器的制冷量，一般的制冷系统都加一个吸气热交换器，它实际上 是用毛细管若干圈绕在蒸发器出口管道上构成的。绕的位置、先后应该 保证毛细管的出口温度尽可能低。干燥过滤器入口即冷凝器的出口 T1， 干燥过滤器出口即毛细管的入口 T2。毛细管通过吸气热交换器后出口 T3、蒸 发器入口 T4，但此 T4 应该测量蒸发器入口 处后面 200 毫米处这 一点的温度，这才是真正的蒸发温度。之所以要延后 200，是因为蒸发器 入口处的制冷剂气体流速很快，温度比真实蒸发温度要低 8-9 度。储液 器前后二点温度及吸气管热交换器前后二点温度。蒸发器出口 T5，经热 交换器后 T6，压缩机吸汽端 T7，压缩机排汽端 T8。 测温度时热电偶应该先用薄电绝缘胶带包一下。这样就可与被测管 道金属壁绝缘，避免数据采集系统输入端接收到共模干扰。再应把热电 偶用胶带紧紧绑在管道上，以保持良好的热接触。最后用绝热胶皮管包 在外面。如干燥过滤器是埋在发泡层里的，就需把发泡层剥开再布上测 温点，再用手工发泡把它补好。 一般为了布温度点方便，总是在做冰箱新的开发样机时在发泡前就 把这些测温热电偶布置上，这样就不用再把发好泡的冰箱挖开布点了。 把这些测量得到的温度值标在压-焓图上，就能看出冷凝器是否有 过 冷，蒸发器是否有过热，过热度多少。一个 优化的制冷系统应该是冷凝 器和蒸发器都工作在二相相变区，即只有冷凝器末端少量过冷，干燥过 滤器后进毛细管的一点应该有全液相的制冷剂盖没。也就是冷凝器中点 到末点温度应该不变，蒸发器入口后 200 毫米到蒸发器末端温度也应该 不变。假如测出来温度有变化，那么这一段就不处于相变区，是处于过 冷区或过热区，也就是全部是液态制冷剂或全部是汽态制冷剂，热交换 就都不会好。就需要调整灌液量或毛细管。 3系统的灌液量先大概计算一下，工作时压缩机温度高，制冷剂只有 3%在 压缩机油里，可忽略。毛细管里也很少，主要计算冷凝器和蒸发器的体 积，按里面充满液体制冷剂算出需要多少克。以这个数的 20%为首次灌 液量，测量各点温度，再 5%为一步逐渐向上加，每次都要 测量温度，因 为两器中制冷剂不是全部液体。一般 30%左右达到最佳。 不能笼统地说灌液量多了还是少了，必须根据测量得到的温度值对冷凝 器和蒸发器做出分别判断。要判断冷凝器中的制冷剂是多了还是少了， 蒸发器中的制冷剂是多了还是少了。例如若冷凝器后段温度逐渐变化， 就说明里面已经全部是液体制冷剂了，说明灌液量对这样的冷凝器是多 了，而此时若测量得到的蒸发器后段温度没变，到终点还没过热，说明 蒸发器还缺少制冷剂，说明灌液量对这样的蒸发器是少了。 毛细管的一个重要作用在于建立压力差，而另一个重要作用就是分配 灌液量在冷凝器和蒸发器里的比例。象上面的例子冷凝器制冷剂多，而 蒸发器制冷剂少，这时就应该剪短毛细管，减少对制冷剂的阻力，使部 分多的制冷剂能流到蒸发器里来。反之亦然。毛细管一般一次剪短 300 毫米。 只有当冷凝器和蒸发器都显示缺少制冷剂，才要增加灌液量。或当冷凝 器和蒸发器都显示制冷剂过多，才要减少制冷剂灌液量。 一般系统都有微小泄漏，检漏仪也有最小灵敏度的限制，不能测出微 小泄漏，但长年累月下来制冷剂就会减少。为了弥补这部分，系统中有 的加一个储液器（有的蒸发器出口做粗一点也起此作用）。 系统正确的 灌液量应该使在天热时（如 38 度）这部分多余的制冷剂集中在干燥过滤 器中，在天冷时因蒸发器热负荷小了，这部分多余的制冷剂就会集中在 储液器内。 4冰箱的节能措施：提高蒸发温度，因为蒸发温度越低，根据热力学第 二定律，把热能从愈低温物体移到高温物体所需做的功大。 另外蒸发温 度越低，进入冰箱的热量也加大了。而标准规定负 18 度就够了。有的厂 的冰箱蒸发温度负 27 度到 30 多度，耗能都较高。原因是冷冻室内蒸发 器布置不合理，造成温度分布很不均匀。 一般靠近冷冻室门上面一点温 度最高。有的这一点温度已经接近负 18 度了。而箱体内已负 30 多度。 浪费了大量的制冷量。因此应该想办法在最热点处多布置蒸发管或加翅 片。使冷冻室温度均匀，这样就能提高蒸发温度。 要提高蒸发温度，影响变化大的是选小一号压缩机，毛细管长短对蒸发 温度的影响不是太大。 5压缩机开停造成的耗能： 压缩机停机时，冷凝器高温高压制冷剂汽体流向蒸发器，并在蒸发器 里冷凝，此时蒸发器成了冷凝器，因此停机完了所有系统内的制冷剂都 以液态出现在蒸发器终端和储液器内。 压缩机开机时，所有制冷剂以液体进入压缩机，此时蒸发温度下降， 但不一会儿，蒸发器内制冷剂抽光后，没有制冷剂可蒸发了，因此蒸发 温度反而会有一个小的回升。 因此要想降低压缩机开停造成的耗能，就要在蒸发器管路设计时，注意 让停机时制冷剂液体能靠自己的重量流到蒸发器的末端。蒸发器管要水 平方向布置，不要有 U 型积液处。 为了使开机时制冷剂能通过冷凝器而尽快回到蒸发器，因此冷凝器最好 是水平布管，因为垂直布置在弯管的底部老有液态的制冷剂，形成水封。 使制冷剂流动困难，而且流量出现波动。至少在后部要水平布管。好多 厂是考虑生产工艺垂直布置方便，但可能会增加 5%的耗电量。干燥过 滤器应垂直布置，以便制冷剂快速通过。 6作为国家标准的能耗测试的条件是不开门，又不加入热的食品，因此 只要设计一个很小热负荷的制冷系统就行。选小压缩机容易达到 A 级。 但这样的冰箱消费者不满意。因为食品放进去很长时间也冷不下来。冰 箱设计工程师要兼顾这二方面的不同要求。 The Development of Energy Efficient Refrigerators节能冰箱的开发 Andrew Gigiel The Food Refrigeration and Process Engineering Research Centre University of Bristol 布里斯托大学的食物冷冻和加工工程研究中心 Whats changed in the design of refrigerator circuits? 在冰箱制冷回路的设计方面已有哪些变化？ Basic technology developed in 1930s基本的技术是在三十年代开发的 Single tube connecting the inlet to the outlet用一根管子把入口连接到出口 Insulated box round part of the tube部分的管子由一个绝热的箱体环绕 Tube pinched at entrance to box管子在箱体入口处被夹紧 Development has concentrated on market demand 开发已集中于市场要求 Cost费用 Functionality*功能 The simple design process简单设计过程 Refrigerator load冰箱热负荷 Insulation绝热 Infiltration past closed door seals从关闭的门密封渗透过去的热 Fans风扇 Chilled compartments empty, frozen compartments full冷藏室是空的， 冷冻室是充满的 Select evaporator选择蒸发器 Mixed flow, asymmetrical boiling inside tube, natural convection outside在管子的内部的混合双相流，管内不对称的沸腾，管外面自然的对流 Select Condenser选择冷凝器 Mixed flow, condensation inside tube, natural convection outside混合 的流，在管子的内部冷凝，在管子的外面自然对流 Select Compressor选择压缩机 Test Refrigerator测试冰箱 Development Method 开发方法 See inside components看见部件的内部 Understand why phenomena occur理解现象为什么会发生 Measure测量 Temperature温度 Pressure压力 Deduce what is happening推论发生了什么 Measurements测量 Entrance to evaporator 4蒸发器的入口4 End of evaporator 4a蒸发器的末端 4a After accumulator 5在储液器之后5 Compressor suction 7压缩机吸气7 Compressor discharge 8压缩机排气8 Condenser 9冷凝器9 End condenser 1冷凝器末端1 Entrance to capillary tube 2毛细管入口2 Measurement Positions测量位置 入口 干燥过滤器 出口 91 8 7 CONDENSATE EVAPORATING OR DISCHARGE LINE TEMPERATURE DROP TEMPERATURE INCREASES IN SUCTION LINE 654 3 2 CONDENSER EVAPORATOR 4a 毛细管出热交换器 毛细管进热交换器 Measurement Method测量方法 Measure temperature of outside of pipe在管子的外面测量温度 Thermocouple on pipe在管子上的热电偶 Insulation绝热 Conduction along pipe沿管子的传热 Thermal equilibrium热的平衡 Roll bonded evaporator涨管式蒸发器 Temperature measurement温度测量 Refrigerant Charge制冷剂灌液量 98% of charge is liquid in98% 的灌液量是液态 Evaporator蒸发器 Condenser冷凝器 Oil油 If charge too small如果灌液量太少 Vapour enters capillary tube蒸气进入毛细管 Superheated vapour at end of evaporator蒸发器末端出现过热蒸气 If charge too big如果灌液量太大 Liquid reduces size of condenser液体会减少冷凝器的大小 Power consumption goes up耗电量上升 -40-20020 40608010 5.70.90.10.130.150.170.190.Refrigrant Charge Tem prature C 2040608010120140 160 Compresor Iinput Power W Evaporatrvaporatr endAcumlator endCopresr suctionompersr discharge CondesrFilter ntryFrezr temperatureCompresr inputpw Measurement of charge对灌液量的测量 Undercharge灌液量不够 Condenser outlet 1C colder than condenser冷凝器出口1C比冷凝器还冷 Superheat at end of evaporator蒸发器的末端的过热 Overcharge灌液量过多 Condenser outlet 1C colder than condenser冷凝器出口1C比冷凝器还冷 No superheat at end of evaporator蒸发器的末端的没有过热 No superheat at end of accumulator, compressor inlet cold储液器的末 端的没有过热，压缩机入口是冷的 Correct charge灌液量正确 Condenser outlet 1C colder that condenser冷凝器出口1C比冷凝器要冷 No superheat at end of evaporator蒸发器的末端的没有过热 Superheat at end of accumulator储液器的末端的过热 Reserve of refrigerant制冷剂的储备 Effect of charge on temperatures灌液量对温度的影响 Capillary tube毛细管 Function功能 Creates pressure (temperature) difference建立压力(温度)差 Meters refrigerant flow rate计量制冷剂的流速 Capillary flow rate = boiling rate = compressor flow rate = condensing rate 毛细管的流速=沸腾速率= 压缩机流速=冷凝速率 沿毛细管的距离（毫米） 01234 56 501015020Distance long capilry tube mPresur bar How capillary tube works毛细管如何工作 Increase in load - prevents compressor overload在热负荷增加时能-防止压 缩机过载 flow rate reduces on increase in evaporator pressure当蒸发器压力增加 时能使流速减慢 superheat at outlet of evaporator increases在蒸发器的出口的过热增加 Decrease in refrigeration load制冷循环热负荷减少时 Liquid floods evaporator液体淹没蒸发器 Liquid held in accumulator储液器保有液体 Liquid seal broken at entrance to capillary tube在毛细管的入口的液态密 封被打破 Capillary tube size毛细管的尺寸 Must have liquid seal at entrance必须在入口有液态制冷剂的封堵 capillary tube too long (dia too small) 毛细管太长 (太小的直径) evaporator starved of liquid蒸发器缺少液体 superheat at end of evaporator蒸发器的末端有过热 Capillary tube too short (dia too big) 毛细管太短(直径太大) evaporator flooded蒸发器被液体淹没 no superheat at end of evaporator蒸发器的末端没有过热 no superheat at end of accumulator储液器的末端没有过热 If capillary tube size changed, charge must be re-optimised如果毛细管的 尺寸改变了，则灌液量必须再重新优化 Compressor operating point 压缩机运行工作点 012 345 6 -4 -30-20-100 1020Evaporting temprature CRefrigran t mas flow rate kg/h 4c ompresor2m x0.7m dia cpilary tube 蒸发温度 Altering compressor size改变压缩机大小 Altering compressor and capillary tube size改变压缩机和毛细管大小 0123 4567 89 -4 -30 -20 -10 0 10 20Evaporating temperature CRefrig erant mas flow rate kg/h 4c ompresor 2m x0.7m dia cpilary tube 6c ompresor 0123 4567 8910 -4-35-30-25-20-15-10-50510Evaporating temprature CRefrig erant mas flow rate k g/h 1m246m2,10C3.85c.7.3c1.5m 蒸发温度 C Evaporator Size蒸发器大小 蒸发器温度 C Increase in evaporator load 蒸发器热负荷增加 蒸发器工作在设计的热负荷 蒸发温度 C 0123456 789 -4-30-20-1001020Evaportr temprature CMas flow rate kg/h 0 1 2 3 4 5 6 -40 -30 -20 -10 0 10 20 Evaporating temperature C Refrigerant mass flow rate kg/h 4cc compressor 2m x 0.7mm dia capillary tube Evaporator at design load Reason for changing evaporator temperature改变蒸发器温度的原因 Warmest point (product) too warm温度最高的点(产品)太热 Condenser冷凝器 Duty = UA (Tcond-Tair) 传热量=UA(T冷凝-T空气) Increasing U fins, wires, fans增加U 可用增加翅片，丝，风扇 Increasing A bigger condenser增加A，可用较大的的冷凝器 Reducing Tair better position减少T空气，可选较好的位置 Prevent frost and condensation on door seals在门密封上防止霜和冷凝 Preventing condensation on skin在表面上防止冷凝 Effect of reduced condensing temperature降低冷凝温度的影响 Compressor power consumption reduced压缩机能耗减少 Compressor capacity increased压缩机能力增加 Evaporator temperature reduced蒸发器温度降低 Accumulator储液器 Function功能 Hold back liquid from compressor从压缩机控制阻止液体 When load reduces当热负荷减少时 When compressor restarts当压缩机重新起动 Suction liquid heat exchanger吸气管液体热交换器 Function功能 Cool liquid to evaporator凉的液体到蒸发器去 Increase refrigeration effect增加制冷效果 Prevent frost and condensation on suction pipe在吸气管上防止霜和冷 凝 Modifies function of capillary tube毛细管的调节功能 Position of suction liquid heat exchanger吸气管液体热交换器的位置 上面一种能充分利用吸气管的冷量，效果好 下面一种吸气管已经较热，不能充分利用冷量，效果不好 Suction liquid heat exchanger 吸气管液体热交换器 Refrigeration efect(no suction liquid Hx)Refrigeration efect(with sucti liquid Hx) A Work done(with sucti liqid Hx)Work done(n sucti liqid Hx) Storage test储藏温度测试 Climate class N气候类别N Ambient 16 and 32C环境16 和32C If temperatures too warm如果温度太高 Reduce evaporator temperature降低蒸发温度 Better to redesign evaporator最好重新设计蒸发 Energy consumption test耗电量测试 Ambient temperature 25C环境的温度25C Compressor cycles压缩机循环 To reduce energy consumption为了减少能量消耗 Increase evaporator temperature (smaller compressor) 增加蒸发器温 度(较小的的压缩机) Increase efficiency of compressor提高压缩机的效率 Reduce evaporator temperature to reduce compressor percentage run time降低蒸发温度以减少压缩机开仃百分比运行时间 Ideal energy consumption理想的能耗值 Carnot efficiency卡诺效率 Minimum heat load最小热负荷 93.51827TluCOP Thickne