家用空调器制冷剂最佳充注量的确定

1、家用空调器制冷剂最佳充注量的确定摘要：采用分相模型计算系统中两相区内制冷剂的质量分布，在系统性能模拟的基础上，采用分段累积的方法研究了影响总充注量的因素，提出确定最佳充注量的原则：在制冷量达到要求时，空调器的能效比 最大。测定了最佳充注量下各部件的状态，试验结果和理论计算吻合较好。关键词：分相模型 空调器 稳态性能模拟 最佳充注量 能效比每一种空调器的设计都存在着如何确定制冷剂充注量的问题，特别是在采用毛细管作节流装置的空调器中，由于毛细管的调节能力较热力膨胀阀差，充注量的变化对其性能影响更大。目前这方面的研究较少，缺少成熟的理论计算方法，各生产厂家只好采取试验手段，依据经验估计值进行多次试验

2、，以最终确定最佳充注量。这种重复的工作不仅费钱，也费时费力。为了使确定最佳充注量变得简单可行，本文在系统稳态性能模拟的基础上，对分体式空调器的最佳充注量进行了计算，并提出了确定系统最佳充注量的原则：当空调器的结构尺寸和工作条件一定，制冷量达到设计要求时，系统的能效比最大。此时，空调器及各部件处于最佳工作状态。本人曾对 分体挂壁式空调器反复做试验，理论计算和试验结果很吻合。1充注量计算制冷剂在制冷系统中的状态可分为单相和两相两种，这两部分的制冷剂质量计算应分别考虑。1.1单相区质量计算单相区制冷剂密度计算较为简单，处于单相区的各部分制冷剂质量可通过积分计算。（）式中为制冷剂质量，；为密度，；为容

3、积，；Pv为压力，；v为制冷剂温度，。单相区制冷剂主要存在于蒸发器过热区、冷凝器过冷区、连接管路、压缩机壳体内、过滤器和润滑油中，故单相区制冷剂质量为：（）式（）中各参数的下标含义为：过滤器，管路，润滑油， 压缩机， 单相区容积。考虑到压缩机、过滤器、接管内制冷剂温度变化不大，故式（）中采用平均温度来计算密度。润滑油中溶解的制冷剂量，可根据油质量及制冷剂的溶解度进行计算。1.2两相区质量的计算充注量计算的难点在于两相区中制冷剂量的确定，其关键是两相区空泡系数的计算。在两相区空泡系数修正模型的研究和验证方面，不少学者已经做了大量工作。笔者在此基础上，结合空调器的实际工作条件，在稳态工况下，假设换

4、热器两相区单位面积热负荷一定，选用模型计算两相区的制冷剂量。其数学表达式为： （）式中为空泡系数，为干度，、为系数，其中（）具体见表。（）式中为质量流速，（）；为粘度，；为管内径， 。此模型系数计算中包括，所以在计算时必须经过迭代，计算量较大。两相区中制冷剂量 ：（）式中 为两相区长度，；为制冷剂管长，。制冷剂的总充注量为各部分充注量之和：m= m1+m2 （）2充注量对空调器性能的影响及试验结果不同的制冷剂充注量对空调器性能的影响是不一样的。笔者对 分体挂壁式空调器在不同的充注量下进行了计算和试验。理论计算和试验结果见表。试验条件：室外环境温度：；湿球温度：；室内于球温度： ；毛细管规格：长

5、内径 。为了验证模型，研究各参数的变化，测定了空调器的稳态参数。借助于稳态计算的结果，沿制冷剂流动方向布置了对热电偶和两块压力表，测出了各部件进出口参数的变化情况。循环过程测点布置见图。制冷剂充注量采用电子秤测定，其量程最大为，准确度为。加液口与制冷剂钢瓶采用塑料软管连接，当管中为气体时进行测量。不同充注量下，系统各参数的理论计算和试验结果见图27。随着充注量的增加：冷凝压力和蒸发压力均增加（见图）；压缩机吸气温度降低，当降到蒸发器出口为饱和或两相状态时，压缩机吸气温度不再下降。由图可以看出：当制冷剂充注量为时，蒸发器出口没有过热度，此时蒸发器的利用效率最高；由于压缩机的吸气温度下降，而压比变

6、化不大，压缩机的排气温度下降，这样有利于压缩机的工作稳定（参见图）；在以下时，随着充注量的增加，制冷量增加很快，而当大于后，制冷量增加不多。这主要是由于充注量达时，蒸发器出口为两相区，冷量没有充分发挥出来，而压缩机的输入功率随着充注量的增加而增大（图）。从图可以看出：能效比有一个明显的峰值，即在时能效比最大；而当充注量大或小于这个值时，能效比均下降，这主要是由于充注量较低时蒸发器出口的过热度较大，传热面积没有充分利用，因此，制冷量下降较大，此时压缩机的输入功率减少并不多。而当充注量较大时，蒸发器出口为两相区，冷量没有充分发挥出来，此时输入功率增加，冷量变化不明显，因此能效比下降。试验和计算表明

7、：在最佳充注量附近，空调器的能效比最大，且制冷量也较高。从图可以看出：此时蒸发器的出口基本为饱和状态，面积得到充分利用。在实测中，冷凝器的出口没有测得过冷度，这是由于工艺结构和测量仪表精度上的原因所致，此时冷凝器的传热面积也得到充分利用。理论计算最佳充注量为，与实际值很接近。3影响系统总充注量的因素3.1制冷剂流道总内容积通常，流道内容积越大，制冷剂的充注量也应越多。系统中液管的长度对总充注量的影响较大。3.2装置运行所处的工况当空调器运行所处的工况变化时，它所要求的系统充注量不同。3.3毛细管尺寸毛细管的长度对系统的最佳充注量有一定影响，不同的毛细管长度会改变制冷剂的循环量和空调器所处的工作

8、状态。通过计算和对试件 分体挂壁式空调器试验，当毛细管长度增加到 时，制冷剂的最佳充注量为 。3.4润滑油量制冷剂在润滑油中有一定的溶解度，油中所溶解的制冷剂量随着温度和油量而改变，所以在确定总充注量时应考虑这一部分制冷剂量。4结论本文采用 模型计算家用空调器两相区制冷剂量是可行的，它是整机充注量计算的关键。当制冷量达到要求时，以能效比最大来确定空调器的最佳充注量是可行的。参考文献1Farzad，Mand Neal D LThe effect of void fraction model on estimation of air conditioner system performance variables under a range of refrigerant charging conditions. Int J Refrig,1994,17(2).2Rice C K. The effect of void correlation and heat flux assumpti