制冷剂量对性能的影响

冰箱制冷剂的量对性能的影响摘要本文通过分析大规格冰箱系统中R600a制冷剂量变化的对冰箱性能的影响，并同时分析R134a和R600a系统转换时需要注意的因素。关键词制冷剂压力温度性能电冰箱系统是个全封闭式的制冷系统，它的结构是较为紧凑，各个制冷部件的匹配要求合理，在整个制冷系统中，压缩机的输气量、蒸发器的制冷能力、冷凝器的散热效果、毛细管的节流状态都要求匹配合理。否则会出现制冷效果差、耗电量大等问题。即使关键部件匹配好以后，对于制冷系统来说，系统中制冷剂量的多少对系统的制冷效果也有较大的影响。制冷剂偏多或偏少都会造成冰箱制冷效果不好，耗电量大，因此合理的制冷剂充注量对于冰箱的制冷性能也有较为严格的要求。另外，结合R134a系统转型R600a影响压缩机的等因素进行分析，确保压缩机的稳定运行。1制冷系统本身结构的变化在系统匹配过程中，由于它的本身结构的不同，(如蒸发器的面积、冷凝器的面积、毛细管尺寸、压缩机型号)对冰箱的性能都是有一定的影响。1.1蒸发器的变化对于同一容积的冰箱，当蒸发器换热面积增大时，换热效果增强。如果制冷剂的量没有变化，当系统运行时，会出现蒸发器的末端温度偏高，没有液态制冷剂等问题，影响温度场的均匀性。此时需将系统制冷剂的量适量增加，并保证制冷剂液态在蒸发器的出口部全部蒸发完毕。对于整个系统来说，加大蒸发器的蒸发面积，可以提高蒸发温度，增加的蒸发面积降低了与被冷却介质的传热温差，提高了蒸发器的制冷能力。但提高蒸发温度，增加压缩机的排气量(由于压差减少)，造成在毛细管中的流动阻力更大，从而来降低蒸发温度，同时冷凝器的散热能力也限制了系统的制冷能力，对冰箱的制冷能力进行了相互制约。QD167YU压缩机在替代ADG100型R134a压缩机出现这种情况。R600a和R134a或R12的最大差别在于它的蒸气压低，R600a在-25度时的蒸发量分别为R134a的55%和R12的45%。将R600a充注到制冷系统中，由于R600a与其他制冷剂液体密度不同，其充注量以质量计算其它制冷剂少很多，而以体积计算时需要充入大约相同体积的液体制冷剂。也就是说，按质量计算R600a的充入量大约是R134a的45%。经验表明，制冷系统对R600a制冷剂充注量十分敏感，特别是充注不足时将引起能耗增加，制冷效率下降。过量充装将引起制冷机损伤和制冷设备的安全问题如图所示。这就意味着必须严格掌握R600a制冷剂的充注精度，即严格按立方厘米体积计算或按克重量计算，其精度掌握在1克以内。1.2改变压缩机的型号选用不同型号的压缩机，也存在制冷系统中制冷剂量的匹配问题。不同的压缩机的吸、排气量不同，制冷能力不同(见图1)。图1中的两台压缩机为恩布拉格的NBMlll4Y和NBMlll6Y，它的制冷剂为R600a，冷凝温度为45℃，吸气温度为32℃的情况下的两组曲线。如果选用吸、排气量大的压缩机，由于吸气量大，蒸发压力相对降低，蒸发温度也降低，单位面积的制冷能力加大，从而制冷剂也蒸发快，出现制冷剂量不足，因此选用排气量大的压缩机可以提高制冷量，但不能提高效率，也不能节能。图1不同排气量压缩机制冷量对比曲线1.3冷凝器的变化增大冷凝器的换热面积，也需要对系统中制冷剂的量进行匹配。由于增大冷凝器的冷凝面积，会出现降低冷凝器温度，增大压缩机的排气量，从而出现制冷系统的制冷能力增加，制冷剂的出现偏少。如果是冷凝器管道面积的变化引起散热效果的增强，要考虑到有较多的制冷剂会蒸发在这些空间中，造成系统中的制冷剂量需要更多。但对于只增加散热面积，而未增加内部管道面积的情况，系统的制冷剂量的变化不大。1.4毛细管的变化毛细管对制冷剂的量也有影响，如果毛细管的长度变长或管径变小，都会造节流时产生较大的压差，制冷剂流量小，蒸发温度低，压缩机的排气量也小，使制冷系统的制冷能力减小，需要的制冷剂量也少。反之则会出现制冷剂的量要求多。2冰箱由于本身结构的特点在实际应用中的影响对于单一部件的变化，制冷剂的量可以匹配。由于在理论上与实际的产品中有较大的区别，在理论上来说，压缩机的入口温度都可以看作在特殊点的情况下来分析。如在制冷剂刚好全部蒸发完的位置。但在实际的产品中，由于管道的连接，从蒸发器到压缩机的回气管，由于蒸发器的温度总低于环境温度，因此在制冷剂在回气管的流动过程中，它的温度会一直上升。这一回升过程，会与毛细管进行一部分的热交换，也会从保温层中吸收一部分热量，如果流到箱体外部的制冷剂温度仍低于环境温度，就会从环境中吸收热量。这部分热量应尽量少从环境中直接吸收，使压缩机的入口温度与环境温度相差不大为好，使压缩机避免液击现象。对于压缩机，如果系统中的制冷剂量偏多，会使压缩机的进口温度偏低，蒸气密度加大，这样压缩机在压缩的过程中会有液击现象出现，这种液击一方面会出现液击排气阀片，另一方面因为它会滞留在余隙容积中，造成吸气时的进气量减小，排气效率低(余隙容积始终存在)，使制冷效果下降。另外，从回气管到压缩机的进口的流动过程中，制冷剂会从环境中吸收大量的热量，从而使蒸发器的相对使用面积减小，使压缩机发出较多的功耗，也表现为过多的制冷剂使系统的效率低。对于较少的制冷剂量，会出现蒸发能力不足，压缩机长时间工作，也会出现制冷系统效率低。因此对于系统的性能在其结构决定后，要对它的制冷剂量进行匹配试验。3制冷系统在不同的环境温度下所要求的制冷剂的量也不同。一般来说，在高温的情况下所要求的制冷剂量多，这是因为冷凝器的压力高，气体密度大，需要较多的制冷剂的量。而低温情况下则相反。因此对于一个单一的系统所确定的制冷剂量是难以适应变化的环境，设计时必须要考虑到它的适应性，需要在系统中增加贮液器来调节它对环境温度的适应性。对于不同的制冷剂种类，所需要的调节能力不同。对于R600a制冷剂，由于它的容积制冷量大于R134a，因此它的贮液器要小，较小的液体蒸发变化会引起较大的制冷能力变化。因此对于R600a制冷剂，它的制冷剂量的准确性要求更高，对环境温度的适应能力强。4冰箱系统中制冷剂量的确定制冷剂量的准确性在制冷系统中非常重要，因此对于每种冰箱在正式生产之前都要进行性能匹配调试，这种调试包括更换设计方案、系统部件匹配等，同时制冷剂量也要进行试验，由试验过程中的性能表现确定它的最合适充注量。4.1通过对蒸发器温度的测定冰箱蒸发器主要是由一套金属管组成，它的蒸发温度会表现出当制冷剂的量不足时，蒸发器的出口温度高，如果制冷剂的量较合适或较多时，蒸发器上的进口、中间和出口的温度比较一致，说明制冷剂有液体流出蒸发器的出口，因此对制冷剂量要求最少必须满足使蒸发器的蒸发温度都一致。图2为某冰箱在某环境温度下、制冷剂为R600a时的蒸发器进出口温度与制冷剂量的变化曲线。4.2对回气管温度的确定为测定冰箱中制冷剂量最多的情况，可以通过对回气管的温度进行控制，判断制冷剂量的最多程度，也能通过这一温度较好也限制压缩机的吸气温度，改善压缩机的吸气状态，保证压缩机的最佳运行。图3为某冰箱在某环境温度下，制冷剂为R600a时的回气管温度与制冷剂量的变化曲线。4.3箱温的确定不同的制冷剂量对冰箱的表现最终为性能方面，因此可以对冰箱的冷藏室和冷冻室进行布点测试其内的温度变化，根据这种变化来判断冰箱中合适的制冷剂量对冰箱制冷性能的直接表现。图4为BC-150/H冰箱在某环境温度下，制冷剂为R134a时的冷藏室温度与制冷剂量的变化曲线。图4冷藏室温度与不同制冷剂量的变化曲线4.4冰箱压缩运行电流和功率的确定不同的制冷剂量对冰箱压缩机运行时的电流各功率也有影响，这种影响可从图5中看出.