冰箱制冷剂灌注量对系统影响分析

申婷 严耀宗 樊峰刚 张书宁

1.珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070;

2.珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 广东珠海 519070

1 引言

随着经济快速发展，人民生活水平提高，冰箱作为家电产品越来越普及，大容量冰箱的市场占有率也越来越高，也带来了更多的电能消耗，节能是电冰箱设计及制冷系统与压缩机选型匹配时优先考虑的课题，是考查冰箱性能的一个重要指标。冰箱制冷系统由压缩机、蒸发器、冷凝器、毛细管这四大核心部件组成，而冰箱在进行设计开发时，需要先确定这四大部件的技术参数，再根据实际使用要求，来调整冰箱制冷系统制冷剂的灌注量，并通过不断的进行试验和分析，使制冷系统趋于合理化。因此，确定系统最佳制冷剂灌注量是冰箱设计的重要一环，也是影响冰箱性能优劣的重要因素。

在冰箱实际匹配试验时，往往会因实验员操作及电子称差异，造成制冷剂灌注量过多或过少，这些都会影响冰箱制冷性能，造成耗电量偏高，冰箱制冷效果不好，有时甚至会导致冰箱不能正常运行，无法制冷，本文根据实际匹配进行具体分析其制冷剂过多或过少对冰箱制冷系统的影响。

2 冰箱基本原理

电冰箱制冷系统主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和毛细管组成一个封闭的循环系统。其工作原理为：压缩机将来自蒸发器的低压蒸汽进行压缩，变成高温高压蒸汽后进入冷凝器，在冷凝器中制冷剂不断向周围空间放热，凝结成高压液体，这些高压液体通过毛细管节流降压后变成低压低温液体（或部分液体已蒸发成气体）流入蒸发器，在蒸发器中利用制冷剂蒸发吸收冰箱内的热量，由低压液体汽化为气体，使冰箱冰柜小型制冷系统内温度降低，吸收汽化热后的低压蒸汽重返压缩机，再进行下一循环，其原理如图1所示。就这样冰箱利用电能做功，借助制冷剂的物态变化，把箱内蒸发器周围的热量运送到冷凝器里去放出，如此周而复始不断地循环，以达到制冷目的。

3 冰箱灌注量试验方法

以某型号冰箱BCD-320为例，其系统灌注量为R600a制冷剂80g，对冰箱重新灌注制冷剂，分别灌注70g与90g，每个方案用三台样机进行试验分析，其他试验准备与冰箱耗电量测试一致，在各间室布置热电偶（如图2所示），并在压缩机吸排气、壳顶及干燥过滤器上布置热电偶，测试温度变化，在蒸发器进出口布置热电偶（如图3所示），能够时刻观察系统制冷剂变化及换热，冰箱吸排气处焊接压力传感器，测试吸排气压力变化。冰箱测试系统布点详情如表1所示。

试验采用的测试装置有无纸记录仪和压力传感器，其中无纸记录仪厂家是：YOKOGAWA横河无纸记录仪，型号为GP20，压力传感器的量程及参数如表2所示。

4 实验数据分析

4.1 制冷剂灌注量不足的系统变化

采用A方案对冰箱系统灌注制冷剂70g，冰箱稳定运行，进行耗电量测试，通过软件记录测试曲线（如图4所示）及各间室温度数据（如表3所示），蒸发器过热严重，出口温度较高，进出口最大温差达9℃，冰箱开机时间较长，开机率达73%（正常情况下33HZ稳定运行时开机率为55%左右），冰箱稳定运行时功率偏低，为48W（如表4所示）。

表1 冰箱测试系统布点

表2 压力传感器性能参数

表3 BCD-320冰箱A方案稳定运行数据

图1 单路循环冰箱制冷系统流程

因冰箱系统中制冷剂较少，会导致蒸发器蒸发能力不足，致使制冷剂在未到达蒸发器末端出口就已经完全换热，故蒸发器出口温度大于蒸发器进口温度，由于系统中制冷剂不足，流量偏小，使压缩机运行功率也偏低，因蒸发器提供冷量变小，制冷系统效率低，压缩机需要长时间工作来维持间室温度，故会开机率增加，增加冰箱耗电量。

4.2 制冷剂灌注量过多的系统变化

采用C方案对冰箱系统灌注制冷剂90g，冰箱稳定运行，进行耗电量测试，通过软件记录测试曲线（图5）及各间室温度数据（表5），如图5中所示，压缩机吸气温度过低，最低温度达-10℃左右，平均温度也近2℃，回气管处有严重霜层，对比冰箱在B方案（冰箱系统灌注制冷剂80g）正常运行时，吸气温度与环境温度相差不大。

根据图4冰箱系统随时间变化的功率、吸气温度等曲线分析可知，当冰箱间室温度达到设定后，冰箱开始正常稳定运行，期间出现压缩机连续运行超过1h，冰箱继续升频运行，开机时间增大，开机率达92%（如表4所示），耗电量也较高，超出标称值130%；而另一方面，因系统中制冷剂量过多，使压缩机吸气温度过低，空气密度加大，导致压缩机在压缩过程中会有液体出现，极大可能液击排气阀片，影响压缩机寿命。另外从系统回气管到压缩机进口的制冷剂流动过程中，制冷剂会从环境中吸收大量的热量，使蒸发器的相对使用面积减小，压缩机运行功耗增加，也就使制冷系统效率更低。

5 结论

对于一台已经设计好的固定容积冰箱，其最佳制冷剂灌注量是一定的，若制冷剂灌注量不足，会出现蒸发器出口温度较高，过热严重，蒸发器提供冷量小于冰箱热负荷，故冰箱会开机时间增长，开机率增加，严重时间室达不到设定温度，因系统中制冷剂偏少，制冷剂流量偏小，压缩机功率也偏低，因开机时间增加的影响大于压缩机功率降低的影响，冰箱整个耗电量依然是增大的，在冰箱系统中，要避免系统灌注量不足、制冷剂泄漏而导致的制冷剂量偏低。

图2 冰箱各间室布点情况

图3 冰箱蒸发器进出口布点情况

图4 BCD-320冰箱A方案稳定运行曲线

图5 BCD-320冰箱C方案稳定运行曲线

表4 BCD-320冰箱同频率不同制冷剂灌注量下参数对比

表5 BCD-320冰箱C方案稳定运行数据

虽然制冷剂不足会使耗电量增加，但制冷剂灌注量并非越多越好，若制冷剂灌注量超出设计值的2g左右，在低频下对系统耗电量是有益处的，但灌注量过多，回气管温度长时间过低，会致使回气管产生流水状凝露甚至结冰，另一方面，冰箱长时间运行，蒸发器霜层覆盖，换热效率下降，导致制冷量不足，冰箱同样出现开机时间增长，开机率增加，冰箱能耗反而增加。