空調(diào)器制冷劑最佳充注量確定

1、空調(diào)器制冷劑最佳充注量確定每一種空調(diào)器的設(shè)計(jì)都存在著如何確定制冷劑充注量的問題，特別是在采用毛細(xì)管作節(jié)流裝置的空調(diào)器中，由于毛細(xì)管的調(diào)節(jié)能力較熱力膨脹閥差，充注量 的變化對(duì)其性能影響更大。目前這方面的研究較少，缺少成熟的理論計(jì)算方法， 各生產(chǎn)廠家只好采取試驗(yàn)手段，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)值進(jìn)行多次試驗(yàn)，以最終確定最佳 充注量。這種重復(fù)的工作不僅費(fèi)錢，也費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為了使確定最佳充注量變得簡(jiǎn) 單可行，本文在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能模擬的基礎(chǔ)上， 對(duì)分體式空調(diào)器的最佳充注量進(jìn)行 了計(jì)算，并提出了確定系統(tǒng)最佳充注量的原則：當(dāng)空調(diào)器的結(jié)構(gòu)尺寸和工作條件 一定，制冷量達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，系統(tǒng)的能效比最大。此時(shí)，空調(diào)器及各部件處于 最

2、佳工作狀態(tài)。本人曾對(duì)K F R 3 2 GW/H分體掛壁式空調(diào)器反復(fù)做試驗(yàn)， 理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果很吻合。1充注量計(jì)算制冷劑在制冷系統(tǒng)中的狀態(tài)可分為單相和兩相兩種，這兩部分的制冷劑質(zhì)量計(jì)算應(yīng)分別考慮。1.1 單相區(qū)質(zhì)量計(jì)算單相區(qū)制冷劑密度計(jì)算較為簡(jiǎn)單，處于單相區(qū)的各部分制冷劑質(zhì)量可通過積分計(jì)算。用產(chǎn) （1）式中m 1為制冷劑質(zhì)量，kg; p為密度，k g/m 3 ; V為容積，m 3 ;Pv為壓力，Pa; T v為制冷劑溫度，Ko單相區(qū)制冷劑主要存在于蒸發(fā)器過熱區(qū)、 冷凝器過冷區(qū)、連接管路、壓縮機(jī) 殼體內(nèi)、過濾器和潤(rùn)滑油中，故單相區(qū)制冷劑質(zhì)量為：內(nèi)產(chǎn)八丁八+./+ p（T +(2)式（2）中各參

3、數(shù)的下標(biāo)含義為：fi 1 t過濾器，p 1 p e管路，。1 1 潤(rùn)滑油，com壓縮機(jī)，V單相區(qū)容積?？紤]到壓縮機(jī)、過濾器、接管內(nèi)制冷劑溫度變化不大，故式（2）中采用平 均溫度來計(jì)算密度。潤(rùn)滑油中溶解的制冷劑量，可根據(jù)油質(zhì)量及制冷劑的溶解度進(jìn)行計(jì)算1.2 兩相區(qū)質(zhì)量的計(jì)算充注量計(jì)算的難點(diǎn)在于兩相區(qū)中制冷劑量的確定，其關(guān)鍵是兩相區(qū)空泡系數(shù) 的計(jì)算。在兩相區(qū)空泡系數(shù)修正模型的研究和驗(yàn)證方面，不少學(xué)者已經(jīng)做了大量 工作。筆者在此基礎(chǔ)上，結(jié)合空調(diào)器的實(shí)際工作條件，在穩(wěn)態(tài)工況下，假設(shè)換熱 器兩相區(qū)單位面積熱負(fù)荷一定，選用H u g h m a r k模型計(jì)算兩相區(qū)的制冷劑 量。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：a =/

4、PX ，(3)B、kH為系數(shù)，其中kH= f (z)具式中a為空泡系數(shù)，x為干度, 體見表1 0a i k. s z的 t 檢Zl 52 03 04 05 06 Q,%(1 IxS(La x?sa isQ 605Q 67S0 T2ZX 0ia o152V 14Q70130a tga tha力a K3Q MXa 93a 98z= /；/.:凡、加式中G為質(zhì)量流速，kg/ (m2 - s ) ; ii為粘度，Pa - S ; D i為 管內(nèi)徑，m o此模型系數(shù)計(jì)算中包括a ,所以在計(jì)算a時(shí)必須經(jīng)過迭代，計(jì)算量較大。兩相區(qū)中制冷劑量m 2 :m,-A p 4) P j di"1( 5 )式

5、中1 s為兩相區(qū)長(zhǎng)度，m ; 1為制冷劑管長(zhǎng)，m o制冷劑的總充注量m為各部分充注量之和：m=m1+m2 6 )2充注量對(duì)空調(diào)器性能的影響及試驗(yàn)結(jié)果不同的制冷劑充注量對(duì)空調(diào)器性能的影響是不一樣的。 筆者對(duì)K FR-3 2GW/H分體掛壁式空調(diào)器在不同的充注量下進(jìn)行了計(jì)算和試驗(yàn)。理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果見表2。實(shí)除 ftit 'g硯016so6901?40計(jì)口無注量”)6119MM7393 2-a 3rQ 71 4他效比2 612 732 912 76試驗(yàn)條件：室外環(huán)境溫度：3 5 ± 0 . 5 C ；濕球溫度：19. 5 ± 0 . 3 C ； 室內(nèi)于球溫度：2 7&#

6、177;0. 5 C;毛細(xì)管規(guī)格：長(zhǎng)4 5 0 mm、內(nèi)徑X 1 . 4 m m。為了驗(yàn)證模型，研究各參數(shù)的變化，測(cè)定了空調(diào)器的穩(wěn)態(tài)參數(shù)。借助于穩(wěn)態(tài) 計(jì)算的結(jié)果，沿制冷劑流動(dòng)方向布置了1 4對(duì)熱電偶和兩塊壓力表， 測(cè)出了各部 件進(jìn)出口參數(shù)的變化情況。循環(huán)過程測(cè)點(diǎn)布置見圖1 o制冷劑充注量采用電子秤測(cè)定，其量程最大為6kg,準(zhǔn)確度為土 2g。加 液口與制冷劑鋼瓶采用塑料軟管連接，當(dāng)管中為氣體時(shí)進(jìn)行測(cè)量。不同充注量下，系統(tǒng)各參數(shù)的理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果見圖edw'zaL8 4 QO. edwa實(shí)際值一計(jì)算值550600650700750 （山圖2曝.排氣壓力與充注關(guān)系S4徘氣溫度與充注管關(guān)系5

7、&06006SC 700750 g)罔6修殖比與充注關(guān)系隨著充注量的增加:冷凝壓力和蒸發(fā)壓力均增加（見圖2 ）;壓縮機(jī)吸氣溫度降低，當(dāng)降到蒸發(fā)器出口為飽和或兩相狀態(tài)時(shí)， 壓縮機(jī)吸 氣溫度不再下降。由圖3可以看出：當(dāng)制冷劑充注量為6 9 0 g時(shí)，蒸發(fā)器出口 沒有過熱度，此時(shí)蒸發(fā)器的利用效率最高；由于壓縮機(jī)的吸氣溫度下降，而壓比變化不大，壓縮機(jī)的排氣溫度下降, 這樣有利于壓縮機(jī)的工作穩(wěn)定（參見圖4）;在690g以下時(shí)，隨著充注量的增加，制冷量增加很快，而當(dāng)大于69 0 g后，制冷量增加不多。這主要是由于充注量達(dá)7 4 0 g時(shí)， 蒸發(fā)器出口為兩 相區(qū)，冷量沒有充分發(fā)揮出來，而壓縮機(jī)的輸入

8、功率隨著充注量的增加而增大 （圖 5）。從圖6可以看出：能效比有一個(gè)明顯的峰值，即在6 9 0 g時(shí)能效比最大； 而當(dāng)充注量大或小于這個(gè)值時(shí)，能效比均下降，這主要是由于充注量較低時(shí)蒸發(fā) 器出口的過熱度較大，傳熱面積沒有充分利用，因此，制冷量下降較大，此時(shí)壓 縮機(jī)的輸入功率減少并不多。而當(dāng)充注量較大時(shí)，蒸發(fā)器出口為兩相區(qū)，冷量沒 有充分發(fā)揮出來，此時(shí)輸入功率增加，冷量變化不明顯，因此能效比下降。試驗(yàn)和計(jì)算表明：在最佳充注量附近，空調(diào)器的能效比最大，且制冷量也較 高。從圖3可以看出：此時(shí)蒸發(fā)器的出口基本為飽和狀態(tài)，面積得到充分利用。 在實(shí)測(cè)中，冷凝器的出口沒有測(cè)得過冷度，這是由于工藝結(jié)構(gòu)和測(cè)量?jī)x表

9、精度上 的原因所致，此時(shí)冷凝器的傳熱面積也得到充分利用。理論計(jì)算最佳充注量為6 8 5 g,與實(shí)際值很接近。3 影響系統(tǒng)總充注量的因素3.1 制冷劑流道總內(nèi)容積通常， 流道內(nèi)容積越大，制冷劑的充注量也應(yīng)越多。系統(tǒng)中液管的長(zhǎng)度對(duì)總充注量的影響較大。3.2 裝置運(yùn)行所處的工況當(dāng)空調(diào)器運(yùn)行所處的工況變化時(shí)，它所要求的系統(tǒng)充注量不同。3.3 毛細(xì)管尺寸毛細(xì)管的長(zhǎng)度對(duì)系統(tǒng)的最佳充注量有一定影響，不同的毛細(xì)管長(zhǎng)度會(huì)改變制冷劑的循環(huán)量和空調(diào)器所處的工作狀態(tài)。通過計(jì)算和對(duì)試件K F R 3 2 GW/H分體掛壁式空調(diào)器試驗(yàn)，當(dāng)毛細(xì)管長(zhǎng)度增加到4 5 0 mm時(shí)，制冷劑的最佳充 注量為6 9 0 g。3.4 潤(rùn)滑油量制冷劑