空调器制冷剂最佳充注量确定
例析制冷系统制冷剂充注量的确定方法
例析制冷系统制冷剂充注量的确定方法引言为了降低成本，简化制冷系统结构同时为保证系统可靠运行啤酒冷却机的制冷系统采用毛细管进行节流，但因毛细管属不可调节的节流元件，为此制冷系统中制冷剂充注量对系统性能特别是制冷量影响很大.制冷剂加入量过多或过少都是不利的。
制冷剂量不足使蒸发器未完全充满，蒸发压力降低，压缩机吸气过热度增加，因此蒸发器的传热系数和制冷量都减小；另一方面制冷剂量过多时，将导致冷凝器的有效传热面積减少，引起冷凝温度和压力升高，引起制冷量下降和能耗增加。
对于一般的家用制冷器具每个公司都有自己的一套经验做法，大多数以实验方法为主，但较费时费力。
而有些文献介绍的利用经验公式计算，但经验公式通用性不强，准确程度差。
在新产品开发过程中，制冷剂充注量的确定成了实验工作量最大的环节，约占全部实验工作量的40%。
因此，如能以计算的方法确定充注量，以实验加以验证，在生产中将有相当大的应用价值。
1、制冷剂充注量对系统性能的影响对于毛细管内经和长度一定的制冷系统，为达到最大的能效比，制冷剂的充注量有一个最佳值。
制冷剂在压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等热力设备中进行压缩，放热、节流和吸热四个主要过程，以完成制冷循环。
图1是理论的制冷循环压焊图上的表示，从图中我们可以知道理论制冷系数为ε=（h1-h3）/（h2-h1）。
当制冷剂充注量偏多时实际循环由1-2-4-5-1变成为1-2′-4′-5′-1，如图2所示。
由于制冷剂过量造成冷凝器中存有大量制冷剂液体占据冷凝换热面积，造成换热效果差冷凝温度升高、冷凝压力升高，同时将会造成压缩机排气压力（冷凝压力）升高，压缩机负荷及耗电量增大，压缩机的理论功耗由Wc变为Wc′=h2′-h1>h2-h1，而制冷剂单位质量制冷能力q0变为q0′=h1-h5′< h1-h5，在其他条件不变的情况下，压缩机的制冷量减少，系统的能效比下降。
由于制冷剂过多造成压缩机吸入大量的液态制冷剂造成液击，极其容易引起压缩机的损坏，影响制冷效果，系统运行工况恶劣，严重时将有事故发生的可能！系统中的制冷剂充注量过少，最突出的问题是蒸发器的供液量不足，使得蒸发压力由Pe下降倒Pe′，制冷量下降，压缩机的压缩比（或压力差）增加，效率降低，排气和运转温度增高，制冷温度下降缓慢或根本不下降，耗电量增加。
高能效比家用空调器制冷剂超量充注对空调系统的影响浅析
研究探讨Re s ea rc h/Dis cu s s io n3缩机再压缩，完成循环。
6结论通过机电一体化数字化、智能化和模块化等原理对电子膨胀阀实现微电脑控制，使电子膨胀阀响应快、流量调节范围宽，按预设的各种复杂调节规律动作逻辑，获得良好的调节品质，同时使压缩机的启动、各种负荷特性、排气保护、自动除霜能力大为改善，因此对系统的稳定性、延长压缩机的使用寿命有重要的作用。
高能效比家用空调器制冷剂超量充注对空调系统的影响浅析TC L 空调器（中山）有限公司鲁益军1卢毅强3广东美芝制冷设备有限公司冼明2利用机电一体化控制原理通过电子膨胀阀、压缩机及室内、外风扇综合控制除霜。
电子膨胀阀为脉冲电机驱动式，阀全开共需500个脉冲，阀流量随脉冲数增加而增加。
我们采用两个温度传感器（即系统中的感温包）分别检测变频一拖四系统的室外环境温度Ta 和室外热交换器的蒸发温度T o ，根据这两者的温差作出系统是否结霜的判断，结霜的判断条件如图4所示（温度点A 、B 、C ，a 、b 、c 、d 根据系统的大小在试验时确定）。
除霜时四通阀内机风扇运行。
这种除霜的模块化控制过程如图4、图5所示。
除霜时压缩机的高温排气首先直接进入室外换热器换热除霜，由于排气温度高、工质流量大，能迅速将室外机的结霜化掉。
然后高温排气经电子膨胀阀适度调节后进入四个室内机，在室内换热器吸收少量的热量，由于此时室内机风扇不工作，因而从室内带走的热量较少，对室内的温度影响不大。
最后，高温排气进入压1吴业正、韩宝琦.制冷原理及设备.西安交通大学出版社，19982蒋能照、张华、姚国琦、寿炜炜.家用中央空调实用技术.机械工业出版社2002.33芮延年．机电一体化系统设计[Ｍ]．北京：机械工业出版社，2004「编辑/李鹏」参考文献换向，制冷剂转换成制冷运行的流动方向，变频压缩机高频运行，提高压缩机的排气温度，电子膨胀阀尽量调大，加大系统冷媒流量。
同时停止室外机风扇和室1概述现阶段的高能效比的定频房间空调器，大部分采用大换热面积的换热器，压缩机的额定制冷量接近空调器的名义冷量这种技术方案。
空调系统制冷剂最佳充注量的确定
空调系统制冷剂最佳充注量的确定
以系统具有最大能力输出为一拖多空调系统的制冷剂注量的确定主要目标，保证系统具有最大能力输出运行。
在同能量级输出下，制冷量随制冷剂充注量的增大而增大，有最大值，然后再减小，系统的不同能量级输出对应不同的最佳充注量。
运行能力越大，系统需要的制冷剂量就越大，系统需要的制冷剂量与运行能力输出成正比关系。
系统采用无高低压贮液器设计时，不能确定一个合适的制冷剂充注量能同时满足不同能级输出的要求。
系统采用高低压贮液器设计时，能量级时对应不同的最佳充注量到达某一值时，随制冷剂充注量的增大制冷量先保持不变，当制冷剂增大到某一值时然后再降低。
这是因为高低压贮液器贮存部分制冷剂，保证了压缩机的吸气略过热。
因为高低压贮液器的存在，当系统不同能量输出时，如系统100%运行和25%运行，相应有最大能力输出时，他们有相同制冷剂充注量区域，在相同的区域内，制冷剂充注蛋的增大而制冷量保持不变。
以系统具有最大能力输出为一拖多空调系统的制冷剂充注量确定的最佳制冷剂充注量区域内，系统的制冷剂充注量就称谓最佳充注量。
同时，引起系统制冷剂充注量的误差由高低压贮液器消除，但这个区域越大确定一个最经济制冷剂充注量难度就越大。
而且，用系统具有最大能力输出来确定制冷剂充注量的误差也就越
大。
家用空调制冷剂充注量与毛细管长度的匹配
P1
T1 降低 ,而压比
P2 / P1 和绝热
指数几乎不变 ,所以排气温度 T2 降低 ,如图 4所示.
±0. 2℃,室外干 /湿球温度 : 35 ±0. 2℃ /24 ±0. 2℃)
条件下进行.
2 试验结果及分析
2. 1 吸 、排气温度随制冷剂充注量的变 化
如图 3所示 ,随着充注量的增加 ,蒸发器中的制冷 剂量增加 ,出口过热度减小 ,压缩机吸气温度也就随之
强 ;另一方面 ,传热温差减小 ,使换热效果变差. 正是
这两种因素 ,使得在 1 050 g之前 (流量等因素为主
导 ) ,当毛细管减短时 ,制冷量增大 ;在 1 450 g之后
(温差等因素为主导 ) ,当毛细管减短时 ,制冷量反
而下降.
随毛细管增加 ,制冷量极值点向右偏移. 造成这
种现象的原因是毛细管长度增加 ,阻力增大 ,冷凝器
图 1 试验机制冷系统图
图 2 焓差测试系统原理图
1、室内蒸发器 2、室内加热器 3、室内加湿器 4、室内循环风机 5、室外循环风机
6、室外加湿器 7、室外后加热器 8、室外蒸发器 9、室外前加热器 10、被测空调室外机
11、被测空调室内机 12、混合箱 13、风量测量箱 14、调零风机 15、空调出风取样与测量
制冷剂充注量的简化计算方法
制冷剂充注量的简化计算方法——工况参数法1．计算原理将制冷系统看作一个压力容器，而制冷剂在制冷系统中仅以四种状态出现，即冷凝压力下饱和气体、饱和液体，蒸发压力下饱和气体、饱和液体。
而计算时只需要给出制冷系统所需计算部分的内容积，再给出该部分的饱和气体及饱和液体的相对比例及比容，就可以计算出制冷系统在某一工况下运行时需要的制冷剂充注量。
2．计算方法制冷系统运行压-焓简图如下：在计算过程中，我们将做如下简化：将压缩机排气到冷凝器进口之间管路中的制冷剂看作冷凝压力下饱和蒸气；将冷凝器进口到冷凝器出口之间换热管中的制冷剂看作是在冷凝压力下饱和气体及饱和液体按一定比例的混合物（例如饱和液体比例占15%，饱和气体比例占85%，可根据具体情况调整）；将冷凝器出口至节流装置进口之间管路中的制冷剂看作冷凝压力下饱和液体；（假设节流装置到蒸发器进口距离很短，可忽略这一段管路内容积）将蒸发器进口至蒸发器出口之间的换热管中的制冷剂看作是在蒸发压力下的饱和气体及饱和液体按一定比例的混合物（例如蒸发器进口干度为x，出口干度一般可设为1，则蒸发器内平均干度为(x+1)/2，即蒸发压力下的饱和气体比例为(x+1)/2，蒸发压力下的饱和液体比例为(x+1)/2）；蒸发器出口至压缩机吸气口之间管路（包括气液分离器）中的制冷剂看作是在蒸发压力下的饱和气体。
通过以上假设，再计算出制冷系统各部分管路的内容积，查压-焓图获得3、4、7、9四点的比容，就可以计算出该制冷系统在冷凝压力tk、蒸发压力t0运行时所需的制冷剂充注量了。
3．该简化计算方法的优缺点该简化计算方法的主要优点就是简单明了，手工均可很快计算出结果，而且计算的依据是制冷系统的运行参数，与制冷剂种类无关，所以其计算原理对各种制冷剂均是通用的。
其缺点主要是计算精度较差，因为制冷系统运行时制冷剂时时刻刻存在着状态的变化，将其简单地看作只有四种状态显然不能精确地计算出制冷剂充注量，而且如果精确计算各部分管路内容积将会十分繁琐，所以一般情况下均是采取简化的方法，略去一些管路的内容积或是采取一些修正系数；其次，这种简化计算方法无法确定二次节流的中间过程的制冷剂状态，例如制冷时节流状置放在室外机，那么从节流装置到室内机蒸发器这一段管路中（包括连接管）的制冷剂状态如何确定现在还没有好的方法；由于还没有对贮液罐有比较深刻的认识（根据部门检查表：高压贮液罐的出口被制冷剂液体封住制冷系统即可正常工作，但已经有几位同事向我提出，实际上加装贮液罐后制冷系统的充注量明显增加，已经远高于高压贮液罐的出口时制冷系统才能正常工作），所以如何计算带有贮液罐的系统请大家在实践中摸索。
空调器制冷剂最佳充注量确定
空调器制冷剂最佳充注量确定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，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ＫＦＲ－３２ＧＷ／Ｈ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。
（１）式中ｍ１为制冷剂质量，ｋｇ；ρ为密度，ｋｇ／ｍ３；Ｖ为容积，ｍ３；Pv为压力，Ｐａ；Ｔv为制冷剂温度，Ｋ。
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：（２）式（２）中各参数的下标含义为：ｆｉｌｔ过滤器，ｐｉｐｅ管路，ｏｉｌ润滑油，ｃｏｍ压缩机，Ｖ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（２）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，假设换热器两相区单位面积热负荷一定，选用Ｈｕｇｈｍａｒｋ模型计算两相区的制冷剂量。
基于分布参数的制冷装置制冷剂充灌量的研究
Tab. 2 Calculation results of super heated sections’ lengths in condenser
qm
Hcon1
Hcon2
Δt
hsh
ft
lsh
( kg/ s)
( kJ / kg) ( kJ / kg)
( ℃)
W / (m ·K) (m2 /m )
(m )
感程度 ;郭朝红 [ 4 ]等对冷柜系统最佳充注量进行 了实验研究 ,提出以耗能为标准的确定原则 。近 年来 ,对自复叠制冷的研究和应用都日益增多 ,而 对于混合制冷剂的自复叠系统 ,存在更多的问题 亟待研究 ,制冷剂充灌量以及各组分的配比的研 究便是一个非常重要的方面 ,郭航 [ 5 ]等研究了近 共沸混合制冷剂充灌量对冰箱性能的影响 ,阐明 了充灌量与冰箱性能及运行参数间的关系 。而本 文提出的计算模型和理念 ,对混合制冷剂的充灌 量计算有一定的参考价值 。
culation of mass velocity
充灌量 Pevap ( g) (Bar)
tevap ( ℃)
ρ sh
qm
G
( kg /m3 ) ( kg/ s) ( kg/m2 ·s)
717. 0 3. 11 0. 46 13. 53 0. 0103 131. 68
hsh ·Δt·π·d·ft = qm · ( Hcon1 - Hcon2 ) ( 3) 式中 : hsh为过热段换热系数 ,W / (m ·K) ;Δt为平 均温差 , K; d为管径 , m; qm 为质量流量 , kg· s- 1 , Hcon1 , Hcon2分别为冷凝器进口冷剂和饱和气相冷 剂的比焓 , kJ·kg- 1 , ft 为单位长度肋管外总表面
空调系统制冷剂最佳充注量试验研究
研究报告第号上海日立电器有限公司R410A空调系统制冷剂最佳充注量试验研究技术体系压缩机开发部开发一室张李君李一波探讨期间：2010 年 6 月～2010 年 7 月报告日期： 2010年7月摘要建立了空调系统制冷剂最佳充注量的数学模型，分析了制冷剂充注量和电子膨胀阀开度对变频空调制冷量、功率、EER、蒸发温度、吸气温度、过热度的影响及原因。
提出了空调系统最佳匹配特性的原则，制冷系统存在最佳充注量，通过调节压缩机的运行频率实现容量调节，通过调节电子膨胀阀使蒸发器出口趋近饱和状态，此时蒸发器过热度趋近于0，制冷量及EER达到最佳值。
关键词：制冷剂充注量、电子膨胀阀、制冷量、过热度、EER目录绪言................................................................... 错误!未定义书签。
1.空调系统制冷剂量数学模型............................................... 错误!未定义书签。
引言................................................................ 错误!未定义书签。
制冷剂量数学模型.................................................... 错误!未定义书签。
2. 试验系统及方法介绍.................................................... 错误!未定义书签。
试验系统............................................................ 错误!未定义书签。
实验目的及方法...................................................... 错误!未定义书签。
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空调器制冷剂最佳充注量确定
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，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ＫＦＲ－３２ＧＷ／Ｈ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。
（１）
式中ｍ１为制冷剂质量，ｋｇ；ρ为密度，ｋｇ／ｍ３；Ｖ为容积，ｍ３；Pv为压力，Ｐａ；Ｔv为制冷剂温度，Ｋ。
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：
（２）
式（２）中各参数的下标含义为：ｆｉｌｔ过滤器，ｐｉｐｅ管路，ｏｉｌ润滑油，ｃｏｍ压缩机，Ｖ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（２）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，假设换热器两相区单位面积热负荷一定，选用Ｈｕｇｈｍａｒｋ模型计算两相区的制冷剂量。
其数学表达式为：
（３）
式中α为空泡系数，ｘ为干度，β、ｋＨ为系数，其中ｋＨ＝ｆ（ｚ）具体见表１。
（４）
式中Ｇ为质量流速，ｋｇ／（ｍ２·ｓ）；μ为粘度，Ｐａ·Ｓ；Ｄｉ为管内径，ｍ。
此模型系数计算中包括α，所以在计算α时必须经过迭代，计算量较大。
两相区中制冷剂量ｍ２：
（５）
式中ｌｓ为两相区长度，ｍ；ｌ为制冷剂管长，ｍ。
制冷剂的总充注量ｍ为各部分充注量之和：
m=m1+m2（６）
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ＫＦＲ－３２。