空調、冰箱制冷系統中的毛細管屬于膨脹裝置(或叫節流裝置),其作用是:降低液體制冷劑的壓力和溫度;調節進入蒸發器的制冷劑流量。
小型制冷裝置如電冰箱、房間空調器中大多用毛細管作為節流裝置。毛細管一般是銅制的,管內直徑在1mm以下,連接于冷凝器與蒸發器之間。起到一個能降低壓縮機送來的高壓液化制冷劑的壓力的作用。本文我們一起來探討下毛細管應該如何設計。
毛細管一般是銅制的,管內直徑在1mm以下,連接于冷凝器與蒸發器之間。起到一個能降低壓縮機送來的高壓液化制冷劑的壓力的作用。制冷系統中制冷劑流量隨毛細管長度的增加而減少,隨毛細管直徑的增大而增加。
因此改變毛細管長度和直徑,也就改變了供給蒸發器的制冷劑流量,制冷設備的工作狀態將產生變化。毛細管孔徑尺寸偏差0.01mm,約影響制冷劑流量2.5%~4%。孔內表面越粗糙,流阻越大,制冷劑流量將減少。
毛細管直徑和長度的確定,一般應初步估算,然后通過實際空調器中運行調試,最終獲得最佳尺寸。
初步估算毛細管尺寸和長度時,可應用下式:
G=5.54(ΔP/L)0.571D2.71
式中:
G-制冷劑流量(g/s)
ΔP-毛細管進、出口的壓力差(Mpa)
L-毛細管長度(m)
D-毛細管內徑(m)
毛細管作為節流裝置的不足之處在于,它對于制冷系統工況變化適應性差,不能使各種工作狀態都處于最佳。
因為制冷設備的結構有多種多樣,而用戶對不同制冷設備的要求也不一樣,所以在毛細管的結構設計上也有所不同。
1)如現有一個內徑和長度的毛細管,要換成另外一個內徑和長度,那么先在左邊的Tube I.D.列中找出原來的內徑;
2)在表中第二行找到要換成的內徑(如果沒有可以用插值法),向下垂直找到和原來的內徑水平方向在表中的交點,就是換算系數;
毛細管長度的選擇首先肯定要知道制冷劑的質量流量,所以要知道制冷量,蒸發溫度,冷凝溫度,過冷度,過熱度等參數;一般設計參數見下表:
對于毛細管長度的確定現在多用曲線比對法,先選擇一個尺寸的毛細管作為標準毛細管,在一系列常用條件下做實驗畫出一系列曲線,當要確定某一條件下的毛細管時,用該條件下的已知條件和標準毛細管對比,然后確定所需毛細管尺寸。這里介紹Hopkins(1950)開發的確定毛細管尺寸的一種方法,但只有R12和R22兩種制冷劑:
下圖給出的就是上述介紹的方法,下圖是標準毛細管在不同冷凝溫度和過冷度時的曲線,這個圖只適用于毛細管出口壓力大于蒸發壓力的條件,前面已經說了,現在商用和家用制冷系統都是毛細管出口壓力大于蒸發壓力的,因為這樣毛細管的流量和蒸發壓力是沒有太大關系的。右圖是基于標準毛細管的各種毛細管的尺寸。確定所需毛細管的尺寸步驟如下:
1.通過已知條件,如制冷量,蒸發壓力,冷凝壓力,過冷度,過熱度等計算出制冷劑的質量流量G;
2.利用左圖查出標準流量 Ga,然后計算相對流量系數φ1=G/Ga;
這里一直提到臨界壓力的問題,為了對臨界壓力有一個直觀的理解,這里介紹一種查找臨界壓力的方法。右表給出了毛細管的不同進口條件下不同長徑比λ的臨界壓力,查找方法如下:
從圖中的示例可以看出,對于空調,根據冷凝壓力和過冷度可以看出,一般都在7bar以上,都比蒸發溫度5-6bar 高,對于冰箱,也可以得出相同的結論。
因此,在確定毛細管長度時,主要是考慮冷凝壓力和過冷度。