Research on Testing Method for Heat Transfer Efficiency of Capillary Tube and Return Pipe in Household Refrigerator

CAO Shiliang1 QI Xin2 LIU Lu1 QIN Yunhan3 QU Qianwen1XIE Teng1 GUO Qiang2

（1.Hisense Home Appliances Group Co.，Ltd.; 2. China Household Electric Appliance Research Institute

3.China National Accreditation Service for Conformity Assessment）

Abstract： The heat transfer eficiency between capilary tube and return pipe is a key technical indicator for measuring heattransferperformanceofhouseholdrefrigerator.Atpresent，thereareno standards intheindustryrelatedtotheheat transfer effciencybetween capillry tubeandreturnpipe，making itimpossble toevaluate the energy-saving effectof entire refrigerationsystem.Thisarticleestablishesatestingmethodfortheheattransferefficiencyofcapillarytubeandreturnpipein householdrefrigerators，whichcanefectivelyoptimizethedesignschemeofrefrigerationsystem，therebyimprovingenergysaving effect and reducing energy consumption of refrigeration system.

Keywords：capillary tube; return pipe;heat transfer efficiency

0 引言

毛細管與回氣管組件被廣泛應用于電冰箱制冷系統(tǒng)中。毛細管與回氣管之間進行相互熱交換，使節(jié)流前的液態(tài)制冷劑與回氣管道中的低溫制冷劑蒸氣進行熱交換冷卻而得到過冷。這樣既可減少回氣管路中可能夾帶的液體液擊壓縮機的風險，避免壓縮機葉片損壞，同時又能達到節(jié)流前液體制冷劑過冷的目的，從而提高制冷系統(tǒng)的能效比（COP）以及運行穩(wěn)定性。通過對毛細管和回氣管換熱效率的測評，可以提升換熱效率，優(yōu)化制冷系統(tǒng)設計方案，降低能耗。

經(jīng)檢索，現(xiàn)行的關于電冰箱換熱效率的標準有GB/T39557—2020《家用電冰箱換熱器》1和DB34/T3373—2019《家用和類似用途電器換熱器換熱量及流體阻力測試方法》[2]，僅對換熱器的換熱效率進行了規(guī)定?，F(xiàn)行的與毛細管和回氣管相關的國家標準有GB/T1531—2020《銅及銅合金毛細管》3和GB/T23683—2009《制冷劑毛細管流量的試驗方法》4，也僅是對產(chǎn)品本身的材質(zhì)、規(guī)格、環(huán)境適應性等進行了規(guī)定，并沒有對毛細管和回氣管之間的換熱效率進行規(guī)范。

2024年3月18日，市場監(jiān)管總局聯(lián)合18部門發(fā)布的《貫徹實施〈國家標準化發(fā)展綱要gt;行動計劃（2024—2025年）》中明確提出，穩(wěn)步提升重點行業(yè)能耗和用能產(chǎn)品能效標準指標，加快新興領域節(jié)能標準制修訂，重點完善能耗計算、能效檢測、節(jié)能評估等配套標準。黨的二十屆三中全會也明確提出，發(fā)展以高技術、高效能、高質(zhì)量為特征的生產(chǎn)力，以國家標準提升引領傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級。

因此，研究技術可行、操作性強的毛細管與回氣管換熱效率測試方法的行業(yè)標準有著非常重要的意義。

1 測試裝置

測試裝置主要由制冷系統(tǒng)、過冷系統(tǒng)、過熱系統(tǒng)、被測毛細管與回氣管、測控系統(tǒng)和測量儀表等組成。其中，制冷系統(tǒng)由變頻壓縮機、冷凝器和蒸發(fā)器組成；過冷系統(tǒng)由外接的蒸發(fā)器和加熱器組成；過熱系統(tǒng)由恒溫水浴槽和加熱器組成；測控系統(tǒng)主要由控制器、傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、計算機及相關軟件組成。如圖1所示。

測試裝置需留有單獨接口以便裝卸待測毛細管與回氣管。毛細管與回氣管中毛細管的進出口分別和冷凝器出口、蒸發(fā)器入口相連；回氣管進出口分別和蒸發(fā)器出口、壓縮機入口相連。在這4個管道連接處，通過納子頭或者焊接方法進行連接，同時，在毛細管入口和回氣管出口處應布置2個充注閥，用于在更換完成新的測試件后補充適量制冷劑。

2 測試方法

實驗室環(huán)境設置溫度（ 25±2 ） C ，濕度50%～90% ，在測試過程中溫度波動控制在 0.5^°C 以內(nèi)。測試設備的氮氣保壓按GB50274—20105的方法執(zhí)行，制冷劑使用R600a或R290。通過壓縮機轉速調(diào)節(jié)制冷劑流量，配備風冷冷凝壓力控制功能、過冷微調(diào)模塊，配備蒸發(fā)壓力控制模塊和過熱度調(diào)節(jié)模塊，可以自由調(diào)節(jié)被測回熱器高壓、低壓制冷劑的進出口溫度和壓力。

測試方法如下：

（1）開啟恒溫水浴槽，使其先運行到 5%

（2）開啟壓縮機、冷凝風機和電加熱，啟動系統(tǒng)；

（3）運行過程中實時測量制冷系統(tǒng)的壓力和溫度。

毛細管與回氣管換熱效率按式（1）計算：

測試達到穩(wěn)定狀態(tài)后，對數(shù)據(jù)進行采樣，采樣間隔時間不大于 30s ，采樣時間保持在 20min 以上。判斷達到穩(wěn)定狀態(tài)的標準為：

（1）高壓側壓力在 10min 內(nèi)波動不超過 5kPa （2）低壓側壓力波動不超過 2kPa （3）毛細管進出口溫度、回氣管出口溫度變化不超過1K;（4）回氣管入口溫度變化不超過 3K 。

3 換熱效率計算

（2）首次明確了毛細管與回氣管換熱效率測試方法；（3）首次給出了毛細管與回氣管換熱效率的計算公式。

5 標準應用案例

選取鋁箔包裹毛細管回氣管組件、銅毛細管回氣管組件、凹槽式毛細管回氣管組件、內(nèi)穿式毛細管回氣管組件4種類型毛細管與回氣管組件樣件，按照第2章測試方法進行測試，再根據(jù)第3章公式進行換熱效率計算，得到表1＼～表4的換熱效率結果。

表1＼～表4結果表明，銅毛細管回氣管組件換熱效率最優(yōu)，可達到 91% ，鋁箔包裹毛細管回氣管組件的換熱效率稍遜于其他3類。

式中：

ε -毛細管回氣管換熱器換熱效率，無量綱；t_st 1 -回氣管的制冷劑進口溫度，單位為攝氏度 （C） ;t_so 1 回氣管的制冷劑出口溫度，單位為攝氏度 （ΦC） 。t_ci -毛細管的制冷劑進口溫度，單位為攝氏度 （C） 。

4 標準創(chuàng)新性

基于上述測試裝置和測試方法，以及對各類毛細管與回氣管換熱效率的充分驗證，收集和分析了大量測試數(shù)據(jù)。在此基礎上，提出了關于毛細管與回氣管換熱效率的測試方法。該方法在主要內(nèi)容上提出了以下創(chuàng)新：

（1）首次明確了毛細管與回氣管換熱效率的測試裝置;

6結語

綜上所述，本文通過對家用電冰箱毛細管與回氣管換熱效率測試方法的研究，為毛細管與回氣管的設計和開發(fā)提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐，提升了家用電冰箱整機的節(jié)能降耗水平，對毛細管與回氣管生產(chǎn)企業(yè)以及冰箱行業(yè)都具有重要的指導和示范意義。

通過制定毛細管與回氣管換熱效率測試方法的標準，填補了行業(yè)空白，為家用電冰箱整機性能的持續(xù)優(yōu)化奠定了良好的技術基礎。

參考文獻

[1]家用電冰箱換熱器：GB/T39557—2020[S].

[2]家用和類似用途電器換熱器換熱量及流體阻力測試方 法：DB34/T3373—2019 [S]

[3]銅及銅合金毛細管：GB/T1531—2020[S].

[4]制冷劑毛細管流量的試驗方法：GB/T23683—2009[S].

[5]制冷設備、空氣分離設備安裝工程施工及驗收規(guī)范：GB 50274——2010[S].

作者簡介

曹詩亮，高級工程師，主要從事家用電器標準化管理，包括標準體系建設、家電技術標準方向的研究工作。

元新，正高級工程師，主要從事家電檢測和技術標準方向的研究工作。

劉璐，工程師，主要從事家電產(chǎn)品技術標準管理，包括標準體系建設、家電技術標準方向的研究工作。

秦云漢，工程師，主要從事家電技術標準方向的研究工作。曲倩雯，工程師，主要從事家電產(chǎn)品技術標準管理，包括標準體系建設、家電技術標準方向的研究工作。

謝騰，工程師，主要從事冰箱制冷技術的研究與開發(fā)工作。郭強，工程師，主要從事家電檢測方向的研究工作。

（責任編輯：張佩玉）