系统调试制冷剂充注量与毛细管长度对性能的影响(摘选).doc

2006年第 34卷第 4期流体机械文章编号 :1005 0329 (2006) 04 0067 04制冷剂充注量与毛细管长度对家用空调性能的影响龙建佑 1 ,2 ,朱冬生 1 ,陈礼 2 (11华南理工大学 ,广东广州 510640 ;21顺德职业技术学院 ,广东佛山 528333)摘要 :通过试验的方法研究了空调器制冷剂充注量与毛细管长度对制冷系统的影响 ,得出了相应的试验曲线 ,找出最佳匹配结果 ,并根据试验结果分析毛细管长度与制冷剂充注量影响空调性能的规律。关键词 :空调器 ;制冷剂充注量 ;毛细管 ;最佳匹配中图分类号 :TB61文献标识码 :A Abstract :Trough experiments ,the impacts of refrigerant charge amounts and capillary tube lengths on the refrigeration system was in2 Impact of Refrigeration Charge Amount and Capillary Tube Length on 1 ,2 ,ZHU Dong2sheng1 ,CHEN Li2(11South China University of Technology , Guangzhou 510640 , China ;2 Shunde Polytechnic , Foshan 528333 , China) Household Air2conditioner LONGJian2youvestigated , and a series of corresponding curves was drawn to find the optimal matching relations , and then according to the results of ex2 periments ,the influences of the refrigerant charge amounts and capillary tube lengths upon the performance of air conditioner was ana2 lyzed. Key words :air conditioner ;refrigerant charge ;capillary tube ;optimal matching1引言新颁布的国标 GB12021. 3 2004 (房间空气调节器能效限定值及能源效率等级 )于 05年 3月 1日起实施。与原国标相比 ,空调生产的能效准入门槛有所提高 ,如目前我国主流空调产品 (制冷量为 4500W以内的分体壁挂空调 ),其能效限定值由 2. 3提高到 2.6 ,如表 1所示 1。表 1房间空气调节器能效限定值 ( GB12021. 3 2004)类型额定制冷量 Q(W)能效比 (W/ W)整体式 2. 30分体式 Q 4500 4500 Q 7100 7100 Q 14000 2. 60 2. 50 2. 40能效比是空调的核心技术指标 ,对于能效标准的提高 ,除增加硬件成本投入 ,采用高效压缩机 ,优质铜管散热器外 ,更重要的是要有先进的系收稿日期 :2005 07 26修稿日期 :2006 03 03统匹配技术。只有毛细管参数与充注量相互匹配的情况下才能使系统达到最佳工作状态。国内外有许多关于毛细管通流能力的研究资料 ,用于工程实际的设计计算一般采用由动量方程、能量方程加上必要的假设推导出的公式计算24 ,或用查诺模图的方法。但这些算法得出的结果往往误差较大 ,难以接受。对计算制冷剂充注量的研究资料同样存在误差较大的问题。因此 ,企业研发新产品或进行改型设计无一例外都会运用焓差试验室或热平衡试验室完成匹配试验。关于空调器匹配试验研究方面发表的论文不多、也不够系统。企业从事空调系统匹配的技术人员一般需要在实践过程中长期摸索、不断总结经验才能掌握匹配的一些基本规律和方法。本文通过一系列试验 ,获得了大量试验数据 ,研究了毛细管长度和制冷剂充注量之间的最佳匹配关系 , 基金项目 :教育部优秀青年教师资助计划项目 (20346001);广东省自然科学基金项目 (011584) 有T2 T1 = ( P2 P1 ) 有T2 T1 = ( P2 P1 ) 68 FLUID MACHINERY Vol134 ,No14 ,2006 并根据试验结果分析了毛细管长度与制冷剂充注量影响空调性能的规律 ,供从事空调系统匹配的技术人员参考。 2试验方案 211试验方法采用正交试验法 ,对顺德某空调厂一款 KFR -35 (R22)分体壁挂空调改变 7次制冷剂充注量、 5种毛细管长度 ,进行 35次试验。为了减少每次因充注制冷剂和更换毛细管对试验带来的系统误差和计量误差 ,把原机毛细管取下 ,制成了毛细管组并采用接管螺母联结 ,每根毛细管各由一个截止阀控制 ,如图 1所示。图 1试验机制冷系统示意 2. 2试验装置试验所用的装置是顺德职业技术学院和顺德产品质量监督检验所合建的 5匹空调焓差试验室 (上海华虹制冷测试科技有限公司研制 ),如图 2所示。图 2焓差测试系统原理示意 11室内蒸发器 ;21室内加热器 ;31室内加湿器 ;41室内循环风机 ;51室外循环风机 ;61室外加湿器 ;71室外后加热器 ;81室外蒸发器 ;91室外前加热器 ; 101被测空调室外机 ; 111被测空调室内外 ;121混合箱 ;131风量测量箱 ;141调零风机 ;151空调出风取样与测量 ;161空调内进风取样与测量 ;171空调外进风取样与测量;181空调静压差压计 ;191喷嘴压差差压计。 2. 3试验仪表精度热电偶分辨率 :0. 1 ;功率表和电流表 :0. 5级 ;精密压力表 :0. 2级 ;电子秤 : 2g。 2. 4试验条件依照国标 GB/T7725-2004,在 T1气候类型名义制冷工况 (室内干 /湿球温度 :27 0. 2 / 19 0. 2 ,室外干 /湿球温度 : 35 0. 2 / 24 0. 2 )条件下进行。 3试验结果及分析 k -k降低 ,而压比 311吸、排气温度随制冷剂充注量的变化如图 3所示 ,随着充注量的增加 ,蒸发器中的制冷剂量增加、出口过热度减小,压缩机吸气温度也随之降低。如果将压缩过程看成绝热过程,则。由于吸气温度T11 P2/P1和绝热指数几乎不变 ,所以排气温度 T2降低 ,如图 4所示。图 3吸气温度随充注量的变化 (L = 1200mm)图 4排气温度随充注量的变化 (L = 1200mm) 3. 2吸气压力、冷凝压力随充注量的变化如图 5、6所示 ,同样的毛细管长度下 ,吸气压力、冷凝压力随充注量的增加而增加 ,这是因为随着充注量的增加 ,空调器制冷系统制冷剂循环流量增大 ,从而导致了吸气压力、冷凝压力增加 ;同样的充注量下 ,随着毛细管长度的增加 ,吸气压力降低而冷凝压力升高 ,这是因为随着毛细管长度的增加 ,节流阻力增加 ,空调器制冷系统制冷剂循环流量减小 ,从而导致了蒸发器中制冷剂减少而压力降低、冷凝器中制冷剂增加而压力升高。 2006年第 34卷第 4期流体机械图 5吸气压力随充注量和毛细管长度的变化的量压力下降、充注量的增加 压比变化不大,故耗功增加;同样的充注量,空调器制冷系统制冷剂循环流量增大、图 6冷凝压力随充注量和毛细管长度的变化 吸过气热度随充注下 ,随着毛细管长度的减小 ,循环流量增大、冷凝蒸发压力升高 ,压比减小。而从式 (1)3. 3冷凝器出口过冷度、变化如图 7 ,相同毛细管长度下 ,随充注量增加 ,冷凝器中制冷剂量增加 ,导致冷凝器出口过冷度增加 ;相同充注量下 ,随毛细管长度增加 ,空调器制冷系统制冷剂循环流量减小 ,制冷剂将从蒸发器迁移到冷凝器中 ,导致冷凝器出口过冷度增加。图 7过冷度随充注量和毛细管长度的变化如图 8 ,相同毛细管长度下 ,随充注量增加 ,蒸发器内制冷剂量增加 ,吸气过热度随之减小 ,直到接近于零 ;相同充注量下 ,随毛细管长度减小 ,蒸发器内制冷剂量增加 ,吸气过热度随之减小。图 8过热度随充注量和毛细管长度的变化 3. 4耗功随充注量和毛细管长度的变化空调器功率主要由压缩机和风扇电机两部分构成 ,其中风扇电机功率小且基本不变 ,压缩机实际循环指示功率 : P2 K -1 W = m KP1 v1 () K -1 / (1)K -1 P1 式中m 制冷剂质量流量 kg/ sK 绝热指数P1 吸气压力 ,Pav1 吸气比容 , PaP2 排气压力 ,m3/ kg压缩机指示效率从式 (1)可看出 ,压缩机的功率与质量流量成正比 ,并随压比的增加而增加。如图 9所示 ,随着可知 ,随质量流量增加 ,功率有增大的趋势 ,而压比减小 ,功率又有减小的趋势 ,这两者相互制约 ,从图 9可看出 ,在试验范围内流量的影响占主导地位 ,即随毛细管长度减小 ,流量增大 ,功率上升。图 9耗功随充注量和毛细管长度的变化 3. 5制冷量、能效比 ( EER)随充注量和毛细管长度的变化如图 10所示 ,同样的毛细管长度下 ,随着充注量的增加 ,制冷量出现极大值。空调器的制冷效果主要是通过蒸发器的换热来体现 ,且 Qe = KeAeTe。随着充注量的增加 ,系统制冷剂流量增加 ,蒸发器有效换热器面积增大 ,从而制冷量增大。但随着充注量的进一步增加 ,由于蒸发压力、温度的提高使传热温差减小 ,抑制了制冷量的进一步上升。当传热温差与有效换热器面积的变化比较 ,传热温差降低占主导地位时 ,制冷量反而会下降 ,这就是出现峰值的原因。从图中还可发现 ,相对于极值充注量 ,充注制冷剂较少对制冷量影响比充注量较多时大。 70 FLUID MACHINERY Vol134 ,No14 ,2006 图 11能效比 EER随充注量和毛细管长度的变化由于耗功随充注量和毛细管长度的变化比制冷量随充注量和毛细管长度的变化要小 ,所以能图10制冷量随充注量和毛细管长度的变化毛细管长度的减小会引起两类相反的影响:一方面流量增大,单位质量制冷量增加,换热效果增强:另一方面,传热温差减小,换热效果变差。因此,在充注量达到1050g之前(流量等因素为主导) ,当毛细管减短时,制冷量增大;在充注量达到1450g之后(温差等因素为主导) ,当毛细管减短时,制冷量反而下降。随毛细管长度增加,制冷量极值点向右偏移。造成这种现象的原因是毛细管长度增加,阻力增大,冷凝器中积液增多,压力升高,蒸发器中供液减少,压力下降,蒸发器换热面积利用不充分。充注量增加,可增加蒸发器内制冷剂量,改善换热条件,制冷量增大。所以毛细管加长后,充注量也应增加,使制冷量达到最大值。效比EER =制冷量耗功的变化基本上同制冷量的变化趋势一致,制冷量取得最大值的同时能效比也基本上取得最大值,如图11所示。对于一定毛细管长度,存在一最佳充注量使EER值最大,对于不同长度的毛细管最佳充注量对应的EER值也存在一个极大值。从图11可看出,毛细管长度为1200mm、充注量为1250g时, EER获得极大值。4总结制冷剂充注量和毛细管长度存在一个最佳匹配,使得系统的能效比或制冷量最大。故在系统开发时,应通过试验找出这个最佳匹配,使系统经济、高效运行。匹配合理的R22系统的制冷运行工况应为:压缩机排气: 8590 (过高会使得压缩机热保护) ;冷凝器中部:4550 ;冷凝器出口过冷度:812 (使毛细管入口为过冷液体,确保系统稳定运行) ;蒸发器中部:912 ;蒸发器出口比中部高:12 (使蒸发器换热面积得到充分利用的同时又能防止回气带液) ;参考文献: 1 GB 12021. 3 -20041房间空气调节器能效限定值及能源效率等级 S1 2 Dmitriev V I , Pisarenko V E1Determination of optimum refrigerant charge for domestic refrigerator units M1 In2 ternational Journal of Refrigeration ,1984 ,7(3) :512561 3 Koizumi H , Yokoyama K. Characteristics of refrigerant flow in a capillary tube M1ASHRAE Trans , 1980 ,86 (2589) :782821 4 孙大坤,高学奎,彭朝辉,等1氟利昂灌注量影响电冰箱制冷效率的试验研究及其结果的初步应用J 1制冷学报,1990 ,4(3) :352401作者简介:龙建佑(19742) ,男,博士生,讲师,研究方向为制冷与仿真,通讯地址:528333广东佛山市顺德职业技术学院。(上接第 27页) 10 晏启祥 ,刘浩吾 ,饶俊勇 .用改进的 Wilson -法分析流固耦合表面波的影响 J .四川大学学报 (工学版 )2002 ,34(4) :19221. 11 李德葆 .试验模态分析及其应用 M.北京 :科学出版社 ,2001. 12 Kotake S. Random Vortex Shedding Noise of AirfoilsJ . Journal of Sound and Vibration , 1975 , 40 :87299. 13 Lee C , Chung M K, Kim Y K.