很多人对于制冷系统表面上是很了解,尤其是对于调试维修者的来说,能连续给你说三天三夜,但是真正从微观来理解制冷系统的就不多啦。
比如下面一个问题:
制冷系统运行时,里面的制冷剂是怎么分布的?
平均分布在制冷系统各部件?
还是主要分布在冷凝器?
亦或是储液器里面占大头?
我们今天就通过5HP热泵机组为实验对象,详细介绍实验原理和方法,并得出实验数据,展示稳态运行的制冷系统,里面制冷剂是如何分布的。
一、测试原理
采用制冷剂回收称量法,研究5 hp 热泵系统中各部件制冷剂分布情况。
具体原理图如图:
利用电磁阀、截止阀将制冷系统分为蒸发器、冷凝器、气管、液管、压缩机、气分6 部分, 每一部分均采用毛细管加截止阀的结构对部件内的制冷剂进行回收。
测试工况采用以下工况,在焓差实验室测试:
二、测试方法
1、对被测试验系统抽真空、充入最佳制冷剂量, 调整工况直至稳定, 开机进行测试。
2、工况稳定运转30 min 后,关闭压缩机, 同时关闭所有电磁阀及截止阀。将制冷剂回收装置(包括连接软管)放在电子称上清零后, 将连接软管接至被测部件的针阀上,排出空气后打开制冷剂回收机进行回收。
当被回收部件内压力低至标准大气压时, 制冷剂回收装置自动停止, 关闭连接软管处截止阀, 同时在电子称上直接读出回收制冷剂的质量。
3、重复步骤1和2, 测出被试机其他部分的制冷剂质量。
三、实验数据展示
经过步骤三、我们得出以下数据:
汇总数据,得出以下的柱状图:
四、结论
以下是重点;前面看不懂不要紧,最主要记住以下数据:
1、制冷工况下制冷剂分布:
蒸发器中制冷剂分布为13 %~ 19 %,;
冷凝器中制冷剂分布为63 %~ 70 %,
液管内为5 %~ 14 %,
气管及其他部分占6 %~ 10 %
2、制热工况下制冷剂分布:
蒸发器(室外机)中制冷剂分布为38 %~ 41 %,
冷凝器(室内机)中制冷剂分布为31 %~ 38 %,
液管内为8 %~ 9 %, 气
分占9%~14 %,
气管及其他占5 %左右。
从结果可以看出,无论制冷工况还是制热工况,制冷系统中制冷剂主要分布在两器内, 占72%~88 %。制冷工况下,冷凝器中制冷剂质量占60%以上。
五、如何判断制冷剂的充注量
下面小编将分不同种类机型来详细介绍如何判断制冷剂的充注量,以及充注量不对产生的问题和解决办法。
1、水冷冷水机组制冷剂的充注
在中央空调和工业生产工艺降温中,水冷冷水机组使用比较普遍。这种机组由压缩机、卧式壳管式冷凝器、热力膨胀阀、卧式壳管式蒸发器及必要辅件组成一体。结构紧凑,操作控制方便,安装调试简单,在市场上受到欢迎。
对于没有设置高压储液器和低压汽液分离器的制冷系统,制冷剂充注量的控制尤为重要。因为这种制冷系统是冷凝器兼作高压储液器,制冷剂加多了会储存在冷凝器中,淹没冷凝器散热簇管,使散热面积减小,冷凝压力升高,导致制冷量下降。
对于这类制冷机组制冷剂充注量的控制,在充注过程中,遵循以下的方法:
一摸冷凝器外壳温度
冷凝器出液口上口以上发热,出液口上口以下发凉就可以了(发热说明有压缩机高温排气在里面冷凝,发凉说明里面是液体空间) 。
二看吸气压力
要与蒸发器内冷媒水温度相对应(也就是与蒸发温度相对应);
三看压缩机回气管温度
高温机组回气管应发凉结露,但结露到压缩机回气阀就可以了;低温机组回气管应结霜,但霜结到压缩机回气阀就可以了。如果结露或者结霜到压缩机外壳,液态制冷剂就会进曲轴箱,会引起压缩机跑油和液击。对于封闭式压缩机来说还会使电机接线端子短路。虽然大部分封闭式机组接线端子用密封胶密封了,但由于密封效果的不确定性,短路的可能性还是存在的。
2、风冷冷水机组制冷剂的充注
风冷冷水机组因不需要循环水系统,在户式中央空调和小型商用制冷系统中使用普遍,由于使用风冷冷凝器,其制冷剂充注量控制与水冷冷凝器有区别,就是在充注过程中要摸散热器翅片温度,在夏天,工作过程中散热翅片全部面积应发热:
如果上部发热,下部发凉,说明制冷剂充多了。
发凉部分储存了液体制冷剂。冬天由于环境温度低,即使充注量正常,散热器下部也可能发凉,那么用这种方法就无法判断了。其他特征与水冷式机组相同。
3、家用空调器制冷剂的充注
家用空调器一般是蒸发器采用空气强制对流冷却方式,降温速度快,冷凝器采用风冷方式,空气强制对流。窗机无外接口,在维修过程中需把原来的制冷剂放尽,再重新充注。
分体机都有外接口,许多情况下是补充部分制冷剂。在加注制冷剂过程中,判断充注量的基本方法是观察蒸发器翅片发凉或结露的情况。
启动空调器,一边加注一边观察,蒸发器表面全部发凉或结露时应停止加注。
否则就会过量。当然刚开机时蒸发器的传热温差大些,制冷剂汽化速度快循环量也大些。室温降下来后蒸发器传热温差小了,制冷剂循环量会变小。这不用担心,空调压缩机上都有汽液分离器,室温低了后少量多余制冷剂会储存在汽液分离器里,对压缩机和系统工作没有影响。加注量只能以刚开机降温时的循环量为标准。
4、家用冰箱制冷剂的充注
家用冰箱没有加注制冷剂的活动外接口,补漏或者更换器件后要重新加入制冷剂。由于冰箱制冷系统没有设置汽液分离器或储液器,而且冰箱降温终了温度低,那么在开机加注制冷剂过程中,刚开机和自动停机时,由于蒸发器工作环境温度相差较大,制冷剂循环量相差也很大。
如果以刚开机时蒸发器表面全部发凉或结霜为标准确定加入量,那么降温终了制冷剂循环量就多了,箱外压缩机吸气管会结霜,甚至压缩机外壳结霜。这是不妥的,会导致冷量损失和压缩机跑油,甚至压缩机液击损毁。
此外,冰箱制冷剂加注量不大,一般不超过0.2千克。所以冰箱充注制冷剂不可急噪,一边开机一边从低压工艺管以气体成分慢慢加入。观察压力表指示和压缩机工作电流,不宜过大。冰箱加氟调试过程一般要两个小时左右才能完成(环境温度不同,降温时间有长短)。为了便于冰堵处理,加氟正常后要试运行观察24小时才能将工艺管封口。
冰箱制冷剂充注量应该满足下列条件:
a、冰箱能自动停机;
b、工作过程冷冻室和冷藏室蒸发器能结满霜;
c、箱外压缩机回气管只结露不结霜。
如果操之过急,刚开始就充注到蒸发器全部发凉或结霜,那么降温终了压缩机回气管就会结霜,这时就要放掉多余的制冷剂,造成不必要的浪费,而且开始充注量多了使压缩机超负荷工作,容易过载保护或烧毁压缩机。
六、制冷剂充注导致的故障分析
下面我们来看看制冷剂充注量不对,对制冷系统产生的故障,以及如何分析。
5、制冷剂充注量不足
制冷系统制冷剂充注量不足反映出的参数特征是:
1)蒸发器结霜或者结露不满;
2)压缩机吸、排气压力下降;
3)吸气温度偏高;
4)压缩机电机工作电流下降;
5)压缩机运行声音变低。
直接结果是机组制冷效率下降,达不到预期制冷效果。
制冷剂充注量不足并不难判断,值得注意的是供液管路堵塞(过滤网、毛细管等)膨胀阀调节太小也会造成蒸发器结霜或结露不满,机组制冷效果下降,这个时候即使制冷剂过量,蒸发器仍然结霜或结露不满,吸气压力低。这就需要综合分析,找他们的不同特征。
堵塞另有其表现,一般堵点是出现在通路细密环节,也就是通径小的地方,如干燥过滤器和膨胀阀的过滤网,毛细管等。这些都是制冷系统的高压部分,正常情况下是常温的,如果堵塞了,那么堵点后就会变低温了,现象是堵点后结露或结霜。如果通路不堵,应该是节流器后面开始结露或者结霜。
初学者常把堵塞当制冷剂不足来处理,不断的充注制冷剂,不但蒸发器始终结霜或结露不满,还会出现制冷剂过量的故障特征。
6、制冷剂充注量过量
制冷剂充注过量在蒸发器和冷凝器上都有特征表现,如果节流器(毛细管、节流阀)不能完全自动调节,那么供液过量后蒸发不完的液体会回到压缩机上来,使压缩机外壳结霜或结露。
如果节流器能完全自动调节,或者人为调小膨胀阀的供液量,那么压缩机回气管结霜或结露正常,多余的制冷剂液体会储存在高压部分,对于没有高压储液器的系统,多余的液体制冷剂就储存在冷凝器中。这时候表现的特征是冷凝压力升高,蒸发压力蒸发温度也升高,制冷效率下降,降温速度慢,机组工作电流升高,机组工作声音变得沉闷。
当然,如果制冷系统内有大量空气,也会出现这种特征,但它们有其他的特征区别,那就是制冷剂过量时,对于风冷冷凝器,散热翅片上部发热,下部因储存液体发凉;对于水冷冷凝器(卧式壳管式),壳管高度方向上部发热面积小,而下部因储存过多液体制冷剂发凉面积多。系统有空气但制冷剂量正常就没有这个特征。
7、制冷剂充注量与制冷量曲线关系
有图3.4可知,在一定的压缩机运行频率下和相同的电子膨胀阀开度下,随着充灌量的增加,制冷量逐渐增大,在达到峰值以后,然后又逐渐的减少。
当充灌量较少时,制冷系统的蒸发温度较低,制冷剂流量很小,蒸发器出口过热度很大,导致蒸发器的换热面积没有充分得到利用,因此制冷量很小。当充灌量逐渐增大时,系统的质量流量增大,蒸发温度升高,蒸发器的有效换热面积增大,从而系统的制冷量增大。
尽管蒸发温度升高会使蒸发器与环境传热温差减少,但在达到峰值以前,增大质量流量仍在传热中占主导地位,所以制冷量会逐渐增大。但是随着充灌量的进一步增加,蒸发温度的上升会使传热温差减少,这时传热温差占主导地位,制冷量反而会下降,抑制了制冷量的进一步上升。这就是制冷量出现峰值的原因,在峰值过后,传热温差占优势,制冷量又开始下降。
8、制冷剂充注量与功率曲线关系
由图3.5可知:随着充灌量的增加,空调器输入功率上升。由于空调器的输入功率是由压缩机和风扇电机两部分构成的,其中风扇电机功率很小基本维持不变,而压缩机随系统运行情况变化很大。
压缩机功率与制冷剂的质量流量成正比,随着充灌量的增加,压缩机的质量流量增加,引起压缩机的耗功增大从而引起空调系统的输入功率逐渐增。
9、制冷剂充注量与EER曲线关系
由图3.6可知,随着充灌量的增加,在能效比EER呈先增大后减小的趋势。当充灌量较少时,制冷量增加速度较快,而输入功率增加得相对较慢,所以EER=Q/N呈现增大的趋势,随着充灌量的继续增大,输入功率的增加速度大于制冷量的增加速度,因而EER 开始减小。