申婷 嚴(yán)耀宗 樊峰剛 張書(shū)寧

1.珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070;

2.珠海格力節(jié)能環(huán)保制冷技術(shù)研究中心有限公司 廣東珠海 519070

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平提高，冰箱作為家電產(chǎn)品越來(lái)越普及，大容量冰箱的市場(chǎng)占有率也越來(lái)越高，也帶來(lái)了更多的電能消耗，節(jié)能是電冰箱設(shè)計(jì)及制冷系統(tǒng)與壓縮機(jī)選型匹配時(shí)優(yōu)先考慮的課題，是考查冰箱性能的一個(gè)重要指標(biāo)。冰箱制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、毛細(xì)管這四大核心部件組成，而冰箱在進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)，需要先確定這四大部件的技術(shù)參數(shù)，再根據(jù)實(shí)際使用要求，來(lái)調(diào)整冰箱制冷系統(tǒng)制冷劑的灌注量，并通過(guò)不斷的進(jìn)行試驗(yàn)和分析，使制冷系統(tǒng)趨于合理化。因此，確定系統(tǒng)最佳制冷劑灌注量是冰箱設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，也是影響冰箱性能優(yōu)劣的重要因素。

在冰箱實(shí)際匹配試驗(yàn)時(shí)，往往會(huì)因?qū)嶒?yàn)員操作及電子稱差異，造成制冷劑灌注量過(guò)多或過(guò)少，這些都會(huì)影響冰箱制冷性能，造成耗電量偏高，冰箱制冷效果不好，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致冰箱不能正常運(yùn)行，無(wú)法制冷，本文根據(jù)實(shí)際匹配進(jìn)行具體分析其制冷劑過(guò)多或過(guò)少對(duì)冰箱制冷系統(tǒng)的影響。

2 冰箱基本原理

電冰箱制冷系統(tǒng)主要由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和毛細(xì)管組成一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)。其工作原理為：壓縮機(jī)將來(lái)自蒸發(fā)器的低壓蒸汽進(jìn)行壓縮，變成高溫高壓蒸汽后進(jìn)入冷凝器，在冷凝器中制冷劑不斷向周?chē)臻g放熱，凝結(jié)成高壓液體，這些高壓液體通過(guò)毛細(xì)管節(jié)流降壓后變成低壓低溫液體（或部分液體已蒸發(fā)成氣體）流入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中利用制冷劑蒸發(fā)吸收冰箱內(nèi)的熱量，由低壓液體汽化為氣體，使冰箱冰柜小型制冷系統(tǒng)內(nèi)溫度降低，吸收汽化熱后的低壓蒸汽重返壓縮機(jī)，再進(jìn)行下一循環(huán)，其原理如圖1所示。就這樣冰箱利用電能做功，借助制冷劑的物態(tài)變化，把箱內(nèi)蒸發(fā)器周?chē)臒崃窟\(yùn)送到冷凝器里去放出，如此周而復(fù)始不斷地循環(huán)，以達(dá)到制冷目的。

3 冰箱灌注量試驗(yàn)方法

以某型號(hào)冰箱BCD-320為例，其系統(tǒng)灌注量為R600a制冷劑80g，對(duì)冰箱重新灌注制冷劑，分別灌注70g與90g，每個(gè)方案用三臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)分析，其他試驗(yàn)準(zhǔn)備與冰箱耗電量測(cè)試一致，在各間室布置熱電偶（如圖2所示），并在壓縮機(jī)吸排氣、殼頂及干燥過(guò)濾器上布置熱電偶，測(cè)試溫度變化，在蒸發(fā)器進(jìn)出口布置熱電偶（如圖3所示），能夠時(shí)刻觀察系統(tǒng)制冷劑變化及換熱，冰箱吸排氣處焊接壓力傳感器，測(cè)試吸排氣壓力變化。冰箱測(cè)試系統(tǒng)布點(diǎn)詳情如表1所示。

試驗(yàn)采用的測(cè)試裝置有無(wú)紙記錄儀和壓力傳感器，其中無(wú)紙記錄儀廠家是：YOKOGAWA橫河無(wú)紙記錄儀，型號(hào)為GP20，壓力傳感器的量程及參數(shù)如表2所示。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

4.1 制冷劑灌注量不足的系統(tǒng)變化

采用A方案對(duì)冰箱系統(tǒng)灌注制冷劑70g，冰箱穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)行耗電量測(cè)試，通過(guò)軟件記錄測(cè)試曲線（如圖4所示）及各間室溫度數(shù)據(jù)（如表3所示），蒸發(fā)器過(guò)熱嚴(yán)重，出口溫度較高，進(jìn)出口最大溫差達(dá)9℃，冰箱開(kāi)機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，開(kāi)機(jī)率達(dá)73%（正常情況下33HZ穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)開(kāi)機(jī)率為55%左右），冰箱穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)功率偏低，為48W（如表4所示）。

表1 冰箱測(cè)試系統(tǒng)布點(diǎn)

表2 壓力傳感器性能參數(shù)

表3 BCD-320冰箱A方案穩(wěn)定運(yùn)行數(shù)據(jù)

圖1 單路循環(huán)冰箱制冷系統(tǒng)流程

因冰箱系統(tǒng)中制冷劑較少，會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)器蒸發(fā)能力不足，致使制冷劑在未到達(dá)蒸發(fā)器末端出口就已經(jīng)完全換熱，故蒸發(fā)器出口溫度大于蒸發(fā)器進(jìn)口溫度，由于系統(tǒng)中制冷劑不足，流量偏小，使壓縮機(jī)運(yùn)行功率也偏低，因蒸發(fā)器提供冷量變小，制冷系統(tǒng)效率低，壓縮機(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間工作來(lái)維持間室溫度，故會(huì)開(kāi)機(jī)率增加，增加冰箱耗電量。

4.2 制冷劑灌注量過(guò)多的系統(tǒng)變化

采用C方案對(duì)冰箱系統(tǒng)灌注制冷劑90g，冰箱穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)行耗電量測(cè)試，通過(guò)軟件記錄測(cè)試曲線（圖5）及各間室溫度數(shù)據(jù)（表5），如圖5中所示，壓縮機(jī)吸氣溫度過(guò)低，最低溫度達(dá)-10℃左右，平均溫度也近2℃，回氣管處有嚴(yán)重霜層，對(duì)比冰箱在B方案（冰箱系統(tǒng)灌注制冷劑80g）正常運(yùn)行時(shí)，吸氣溫度與環(huán)境溫度相差不大。

根據(jù)圖4冰箱系統(tǒng)隨時(shí)間變化的功率、吸氣溫度等曲線分析可知，當(dāng)冰箱間室溫度達(dá)到設(shè)定后，冰箱開(kāi)始正常穩(wěn)定運(yùn)行，期間出現(xiàn)壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)行超過(guò)1h，冰箱繼續(xù)升頻運(yùn)行，開(kāi)機(jī)時(shí)間增大，開(kāi)機(jī)率達(dá)92%（如表4所示），耗電量也較高，超出標(biāo)稱值130%；而另一方面，因系統(tǒng)中制冷劑量過(guò)多，使壓縮機(jī)吸氣溫度過(guò)低，空氣密度加大，導(dǎo)致壓縮機(jī)在壓縮過(guò)程中會(huì)有液體出現(xiàn)，極大可能液擊排氣閥片，影響壓縮機(jī)壽命。另外從系統(tǒng)回氣管到壓縮機(jī)進(jìn)口的制冷劑流動(dòng)過(guò)程中，制冷劑會(huì)從環(huán)境中吸收大量的熱量，使蒸發(fā)器的相對(duì)使用面積減小，壓縮機(jī)運(yùn)行功耗增加，也就使制冷系統(tǒng)效率更低。

5 結(jié)論

對(duì)于一臺(tái)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的固定容積冰箱，其最佳制冷劑灌注量是一定的，若制冷劑灌注量不足，會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)器出口溫度較高，過(guò)熱嚴(yán)重，蒸發(fā)器提供冷量小于冰箱熱負(fù)荷，故冰箱會(huì)開(kāi)機(jī)時(shí)間增長(zhǎng)，開(kāi)機(jī)率增加，嚴(yán)重時(shí)間室達(dá)不到設(shè)定溫度，因系統(tǒng)中制冷劑偏少，制冷劑流量偏小，壓縮機(jī)功率也偏低，因開(kāi)機(jī)時(shí)間增加的影響大于壓縮機(jī)功率降低的影響，冰箱整個(gè)耗電量依然是增大的，在冰箱系統(tǒng)中，要避免系統(tǒng)灌注量不足、制冷劑泄漏而導(dǎo)致的制冷劑量偏低。

圖2 冰箱各間室布點(diǎn)情況

圖3 冰箱蒸發(fā)器進(jìn)出口布點(diǎn)情況

圖4 BCD-320冰箱A方案穩(wěn)定運(yùn)行曲線

圖5 BCD-320冰箱C方案穩(wěn)定運(yùn)行曲線

表4 BCD-320冰箱同頻率不同制冷劑灌注量下參數(shù)對(duì)比

表5 BCD-320冰箱C方案穩(wěn)定運(yùn)行數(shù)據(jù)

雖然制冷劑不足會(huì)使耗電量增加，但制冷劑灌注量并非越多越好，若制冷劑灌注量超出設(shè)計(jì)值的2g左右，在低頻下對(duì)系統(tǒng)耗電量是有益處的，但灌注量過(guò)多，回氣管溫度長(zhǎng)時(shí)間過(guò)低，會(huì)致使回氣管產(chǎn)生流水狀凝露甚至結(jié)冰，另一方面，冰箱長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，蒸發(fā)器霜層覆蓋，換熱效率下降，導(dǎo)致制冷量不足，冰箱同樣出現(xiàn)開(kāi)機(jī)時(shí)間增長(zhǎng)，開(kāi)機(jī)率增加，冰箱能耗反而增加。