空调、冰箱制冷系统中的毛细管属于膨胀装置(或叫节流装置),其作用是:降低液体制冷剂的压力和温度;调节进入蒸发器的制冷剂流量。
小型制冷装置如电冰箱、房间空调器中大多用毛细管作为节流装置。毛细管一般是铜制的,管内直径在1mm以下,连接于冷凝器与蒸发器之间。起到一个能降低压缩机送来的高压液化制冷剂的压力的作用。本文我们一起来探讨下毛细管应该如何设计。
毛细管一般是铜制的,管内直径在1mm以下,连接于冷凝器与蒸发器之间。起到一个能降低压缩机送来的高压液化制冷剂的压力的作用。制冷系统中制冷剂流量随毛细管长度的增加而减少,随毛细管直径的增大而增加。
因此改变毛细管长度和直径,也就改变了供给蒸发器的制冷剂流量,制冷设备的工作状态将产生变化。毛细管孔径尺寸偏差0.01mm,约影响制冷剂流量2.5%~4%。孔内表面越粗糙,流阻越大,制冷剂流量将减少。
毛细管直径和长度的确定,一般应初步估算,然后通过实际空调器中运行调试,最终获得最佳尺寸。
初步估算毛细管尺寸和长度时,可应用下式:
G=5.54(ΔP/L)0.571D2.71
式中:
G-制冷剂流量(g/s)
ΔP-毛细管进、出口的压力差(Mpa)
L-毛细管长度(m)
D-毛细管内径(m)
毛细管作为节流装置的不足之处在于,它对于制冷系统工况变化适应性差,不能使各种工作状态都处于最佳。
因为制冷设备的结构有多种多样,而用户对不同制冷设备的要求也不一样,所以在毛细管的结构设计上也有所不同。
1)如现有一个内径和长度的毛细管,要换成另外一个内径和长度,那么先在左边的Tube I.D.列中找出原来的内径;
2)在表中第二行找到要换成的内径(如果没有可以用插值法),向下垂直找到和原来的内径水平方向在表中的交点,就是换算系数;
毛细管长度的选择首先肯定要知道制冷剂的质量流量,所以要知道制冷量,蒸发温度,冷凝温度,过冷度,过热度等参数;一般设计参数见下表:
对于毛细管长度的确定现在多用曲线比对法,先选择一个尺寸的毛细管作为标准毛细管,在一系列常用条件下做实验画出一系列曲线,当要确定某一条件下的毛细管时,用该条件下的已知条件和标准毛细管对比,然后确定所需毛细管尺寸。这里介绍Hopkins(1950)开发的确定毛细管尺寸的一种方法,但只有R12和R22两种制冷剂:
下图给出的就是上述介绍的方法,下图是标准毛细管在不同冷凝温度和过冷度时的曲线,这个图只适用于毛细管出口压力大于蒸发压力的条件,前面已经说了,现在商用和家用制冷系统都是毛细管出口压力大于蒸发压力的,因为这样毛细管的流量和蒸发压力是没有太大关系的。右图是基于标准毛细管的各种毛细管的尺寸。确定所需毛细管的尺寸步骤如下:
1.通过已知条件,如制冷量,蒸发压力,冷凝压力,过冷度,过热度等计算出制冷剂的质量流量G;
2.利用左图查出标准流量 Ga,然后计算相对流量系数φ1=G/Ga;
这里一直提到临界压力的问题,为了对临界压力有一个直观的理解,这里介绍一种查找临界压力的方法。右表给出了毛细管的不同进口条件下不同长径比λ的临界压力,查找方法如下:
从图中的示例可以看出,对于空调,根据冷凝压力和过冷度可以看出,一般都在7bar以上,都比蒸发温度5-6bar 高,对于冰箱,也可以得出相同的结论。
因此,在确定毛细管长度时,主要是考虑冷凝压力和过冷度。