冰箱制冷系统综合模拟实验装置的研制

刘忠宝 王庆华

北京工业大学环境与能源工程学院 北京 100124

冰箱制冷系统综合模拟实验装置的研制

刘忠宝 王庆华

北京工业大学环境与能源工程学院 北京 100124

介绍了冰箱制冷系统综合模拟实验装置的研制背景、组成、工作原理及应用情况。实验内容设计为开放式、研究型，因而通过本实验装置，学生不仅可以巩固冰箱制冷系统的基本原理、流程、结构，而且对冰箱系统常见的故障可以较为熟练地排除，提高学生的工程实践和动手能力，更有利于培养学生的综合实践能力、创新思维意识和创新思维能力。

冰箱；制冷；实验装置；研制

目前常见冰箱的基本制冷系统流程如图1所示，压缩机10产生的高温高压的制冷剂气体进入冷凝器1冷却成制冷剂液体，冷却后的高温高压制冷剂液体经过干燥过滤器2通过电磁阀3进入毛细管5内进行截流，截流后低温低压的制冷剂液体进入冷藏室蒸发器7，吸收冷藏室7内的热量，之后通过三通换向阀8进入冷冻室蒸发器9，吸收冷冻室9内的热量，随后以气体的形式蒸发进入压缩机10进行压缩。

当冷藏室7内的温度超过设定值时电磁阀3将毛细管4导通，高温高压的制冷剂液体进入蒸发器6，吸收蒸发器6内的热量，之后通过三通换向阀8进入冷冻室蒸发器9。

图1 冰箱制冷系统流程图

冰箱系统都是用外壳封闭，学生不易直观地了解其内部结构以及工作原理，而且也不能实现对各种不同故障条件下的模拟，不易达到学习的目的。

本实验装置的目的在于克服常规的冰箱不能模拟各种工况的不足，提供一种供实践教学使用的冰箱制冷系统综合模拟实验装置。通过本实验装置，学生不仅可以巩固冰箱制冷系统的基本原理、流程、结构，而且对冰箱系统常见的故障可以较为熟练地排除，提高学生的工程实践和动手能力，更有利于培养学生的综合实践能力、创新思维意识和创新思维能力。

1 冰箱制冷系统综合模拟实验装置的组成原理

本系统包括如图2所示的：压缩机1；玻璃管2，4；冷凝器3；干燥过滤器5；热力膨胀阀6，11；毛细管7，8，13；蒸发器9，14；窥液镜10，17；感温包12，16；电磁阀15；气液分离器18；高低压控制器19。其中压缩机1出口与玻璃管2相连通，玻璃管2出口与冷凝器3相连通，冷凝器3与玻璃管4相连通，玻璃管4的出口与干燥过滤器5相连通，过滤器出口分为两路，第一路通过4条并联的线路与蒸发器9相连接，蒸发器9出口通过窥液镜10；第二路通过两条并联的线路与蒸发器14相连通，蒸发器14的出口通过窥液镜17，最终两路汇集到一起与气液分离器18相连通，气液分离器18的出口与压缩机入口相连通。压缩机1出口与电磁阀15相连通，电磁阀出口与蒸发器14相连通，蒸发器14出口与气液分离器18相连通，气液分离器18出口与压缩机入口相连通。

图2 冰箱制冷系统综合模拟实验装置

其中，压缩机1产生高温高压的制冷剂气体与玻璃管2相连通，通过玻璃管观察制冷剂气体流动状态，玻璃管2的出口与冷凝器3相连通，在冷凝器3中制冷剂液体冷凝成为液体，冷凝器3的出口与玻璃管4相连通，通过玻璃管4观察制冷剂液体的流动状态，玻璃管4的出口与干燥过滤器5相连接，通过干燥过滤器5吸收制冷剂中的水分并除去杂质，干燥过滤器5的出口分为2路：

第一路通过4条并联的线路分别模拟热力膨胀阀(正常型号以保障正常流量/过热度调节)，毛细管过长，毛细管过短以及系统阻塞4种状况，并联线路的出口与蒸发器9相连通，吸收蒸发器9中的热量，蒸发器9的出口与窥液镜10相连通，通过窥液镜10观察系统中制冷剂的含水量。

第二路通过两条并联的线路分别模拟热力膨胀阀(正常型号以保障正常流量/过热度调节)，毛细管(演示其不具流量调节功能)两种状况，并联线路的出口与蒸发器14相连通，吸收蒸发器14中的热量，蒸发器14的出口与窥液镜17相连通，通过窥液镜17观察系统中制冷剂的含水量，随后两条路汇聚到一起与气液分离器18相连通，气液分离器18使气液分离保证进入压缩机的制冷剂为气体，气液分离器18的出口与压缩机的入口相连接。

当需要除霜时系统有自动化霜装置，将压缩机与电磁阀中间的阀门打开，由压缩机产生高温高压的制冷剂气体与电磁阀15相连通，电磁阀另一端与蒸发器14相连通，由高温高压的制冷剂气体将蒸发器14的霜化去，蒸发器14的出口与气液分离器18相连通，实现气液分离保证进入压缩机的制冷剂为气体，气液分离器18的出口与压缩机的入口相连接，从而完成循环。

本装置中，系统管道采用专用制冷软管道连接，减少焊接点，从而提高系统的可靠性。制冷量不小于100W，双蒸发器系统，冷室容积不小于0.2m3，外壁为50mm厚彩钢板，传热系数约为0.37W/m2•K。蒸发器9设置透明玻璃管观察口以观察系统中制冷剂的状态以及流量，蒸发器9(0℃)采用4种并联节流方式：热力膨胀阀(正常型号以保障正常流量/过热度调节)，毛细管(过长，演示其不具流量调节功能)，毛细管(过短，演示其不具流量调节功能)，阀门(演示系统阻塞)。系统中设置高低测量装置，温度传感器，能够测量蒸发温度/压力，冷凝温度/压力，吸气/排气温度/压力，过热度，制冷剂流量，所有参数在仪表盘显示，蒸发器14(-10℃)采用EKC+AKV电子膨胀阀温控系统代替热力膨胀阀系统。蒸发器14可模拟结冰并采用两种熔冰方式：电热化霜，热气旁通化霜。采用变速风机改变蒸发/冷凝压力引发系统高低压保护。能够模拟蒸发/冷凝器脏堵。能够模拟蒸发/冷凝器风量不足。能够模拟过滤器脏堵。能够模拟压缩机高压切断、低压切断(用截流针阀)。能够模拟排气温度过高保护。能够模拟制冷剂充注不足/充注过量。模拟热力膨胀阀冰堵。

图3是按照流程图所加工的一台实验装置，用以向学生展示并进行相关的实验研究。

图3 冰箱制冷系统综合模拟实验装置实图

2 冰箱制冷系统综合模拟实验装置的应用

此实验装置目前已经作为创新设计和创新实践课程必备的教学实验设备投入实验教学中应用了3年之久，同时作为学生课外制冷空调科技竞赛和职业技能培训必备的设备，对象主要是大三、大四的本科生，学生学习后的普遍感受是贴近生活、很有趣。每年的平均实践教学人时数为200学时人数。使用该装置可对制冷原理及设备、制冷装置、食品冷冻冷藏、空调原理及设备等专业课知识点做很好的梳理，既弥补了以往知识的欠缺又增强了实践能力。教师不硬性规定条条框框，鼓励大家勇于面对装置设定的故障，鼓励大家勇于坚持自己的观点，通过实践学习，学生的创新意识比以往增强了，而且学到了一些好的工作方法，也增强了合作意识。

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Development of refrigerator refrigeration system comprehensive simulation and test device

Liu Zhongbao, Wang Qinghua
Beijing university of technology, Beijing, 100124, China

Development background, composition, principle of work and application of refrigerator refrigeration system comprehensive simulation and test device are introduced. Experimental content is designed for open style, investigative, not only thus through this test installation, the students may consolidate his basic principle, the f ow, the structure of the refrigerator refrigeration system, moreover to the common breakdown of refrigerator system may have a more skilled elimination. Ability of student's project to practice is raised, and student's synthesis practice ability, innovation thought consciousness and the innovation power of thought are raised.

refrigerator; refrigeration; test device; development

2011-03-31 稿件编号：1103215

刘忠宝,博士,副教授,硕士研究生导师。

本文受北京市精品教材建设项目（编号：00500054J3002）资助。