毛细管流量与冰箱制冷系统的关系研究

摘要：本文主要以实验联系理论分析的方法介绍了冰箱毛细管流量对制冷系统的影响，为冰箱制冷系统的毛细管流量设计提供经验及指导。

关键词：冰箱；节能；变频；流量；研究

1 前言

一个完整的冰箱制冷系统包括压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器4个主要部件，毛细管是冰箱的主要节流装置。选择多少流量的毛细管决定其它3个主要部件压缩机、冷凝器、蒸发器的工作状态，是冰箱制冷系统中一个不能忽视的零部件。一个冰箱制冷系统选择多大的毛细管流量合适，以前没有系统对其进行研究，网上也很难找到这方面的资料，因此公司决定对毛细管流量与冰箱制冷系统的关系进行系统的研究。

2 研究方案

（1）研究对象：容积中等（300L）的风冷冰箱，生产量大且节能要求高；

（2）研究目的：研究现有制冷系统是否合适，节能、降成本方面是否还有优化的空间；

（3）研究压缩机选型：定频压缩机，3种制冷量，分别为100W、140W、170W（ASHRAE工况下的制冷量）。对应的气缸容积分别为57cc、81cc、96cc；

（4）研究毛细管选型：大、中、小3种流量，分别为2.81 L/min、2.37 L/min、1.53 L/min（进出口压差3.5（100kPa）），测试过程中通过电磁阀切换毛细管，避免移动冰箱位置改变对比的基础条件，消除影响测试结果的不必要因素；

（5）实验项目：耗电量测试。冰箱在25℃环境下空载测试，冷藏室温度、冷冻室温度布点按国家标准位置，为多点积分平均温度。增加冷凝器和蒸发器进口、中间、出口的温度布点；

（6）实验报表：不同制冷量压缩机与不同流量毛细管的耗电量对比表。

3 实验数据

耗电量数据对比分析：

（1）大流量毛细管的3台样机平均耗电量为0.767kWh/d，中流量的平均耗电量为0.761kWh/d，小流量的耗电量平均为0.763kWh/d；

（2）大流量的平均耗电量最差，中流量的平均耗电量最好，但耗电量相差不大（相差0.8%）。

耗电量数据对比分析：

（1）大流量毛细管的3台样机平均耗电量为0.721kWh/d，中流量的平均耗电量为0.710kWh/d，小流量的耗电量平均为0.716kWh/d；

（2）大流量的平均耗电量最差，中流量的平均耗电量最好，耗电量相差较大（相差1.5%）。

耗电量数据对比分析：

（1）大流量毛细管的3台样机平均耗电量为0.654kWh/d，中流量的平均耗电量为0.640kWh/d，小流量的耗电量平均为0.633kWh/d；

（2）大流量的平均耗电量最差，小流量的平均耗电量最好，耗电量相差较大（相差3.3%）。

4 经验总结及理论分析

（1）毛细管与压缩机的关系：毛细管流量的选择主要与压缩机的制冷量有关，大制冷量压缩机最佳耗电量时的流量需要大些，小制冷量压缩机最佳耗电量时的流量需要小些；

对于同一台冰箱，配用毛细管流量从很大变小的过程中存在两个临界点。一是冷凝器开始有液态制冷剂出现时的流量，定义为A流量；二是冷凝器未端开始有过冷出现时的流量，定义为B流量。A、B流量把流量区间分成>A、A～B、

在>A区域全是气态制冷剂流过毛细管，冰箱无明显制冷效果；

在A～B区域部分气态和液态流过毛细管，毛细管流量越小气态冷媒越少，对耗电量是有利；

在

一个冰箱制冷系统的制冷剂质量流量=压缩机的气缸容积*气缸有效容积系数*压缩机转速/吸气比容。

170W制冷量压缩机耗电量测试时的工作参数如下：气缸容积为96cc，气缸工作时的有效容积系数为98%，压缩机工作转速为2950rpm，吸气比容为704 L/kg（平均蒸发温度-29℃），计算可得制冷剂质量流量为0.0394kg/min（0.67g/s）。

140W制冷量压缩机耗电量测试时的工作参数如下：气缸容积为81cc，气缸工作时的有效容积系数为98%，压缩机工作转速为2950rpm，吸气比容为675 L/kg（平均蒸发温度-28℃），计算可得制冷剂质量流量为0.0347kg/min（0.58g/s）。

100W制冷量压缩机耗电量测试时的工作参数如下：气缸容积为57cc，气缸工作时的有效容积系数为98%，压缩机工作转速为2950rpm，吸气比容为647 L/kg（平均蒸发温度-27℃），计算可得制冷剂质量流量为0.0255kg/min（0.43g/s）。

在耗电量测试时大制冷量的压缩机相对于小制冷量的压缩机的制冷剂质量流量大，其对应的A、B两个临界点的流量也大，因此大制冷量压缩机最佳耗电量时的流量大些（相对于小制冷量压缩机）。

（2）毛细管与冷凝器的关系：毛细管流量减小可以增加過冷度；

（3）毛细管与蒸发器的关系：毛细管流量减小可以降低蒸发温度；

5 结语

从本次对毛细管流量与冰箱制冷系统的关系进行系统的研究的结果来看，毛细管流量对冰箱耗电量是有影响的，尤其是对小制冷量的压缩机的耗电量影响较大。应用此次研究结果，我们对变频冰箱的毛细管流量进行了优化，优化结果如下：

本成果不仅可用于降低耗电量，也可以用来降低冰箱压缩机成本。

此次研究耗电量改善如此之大，对我们更好的应用变频技术是一个重大突破。在研究之前，我们也没有想到毛细管流量对变频冰箱的耗电量影响这么大，也计划以后对冰箱制冷系统进行更系统的研究。

作者简介：

周万文（1975～），男，湖南安仁人，1998年毕业于中南工业大学制冷专业，广东奥马冰箱有限公司研发中心制冷专家，研究方向：冰箱制冷、冰箱性能研究及冰箱变频技术应用。