空调器制冷剂最佳充注量确定

空调器制冷剂最佳充注量确定

每一种空调器的设计都存在着如何确定制冷剂充注量的问题，特别是在采用毛细管作节流装置的空调器中，由于毛细管的调节能力较热力膨胀阀差，充注量的变化对其性能影响更大。目前这方面的研究较少，缺少成熟的理论计算方法，各生产厂家只好采取试验手段，依据经验估计值进行多次试验，以最终确定最佳充注量。这种重复的工作不仅费钱，也费时费力。为了使确定最佳充注量变得简单可行，本文在系统稳态性能模拟的基础上，对分体式空调器的最佳充注量进行了计算，并提出了确定系统最佳充注量的原则：当空调器的结构尺寸和工作条件一定，制冷量达到设计要求时，系统的能效比最大。此时，空调器及各部件处于最佳工作状态。本人曾对ＫＦＲ－３２ＧＷ／Ｈ分体挂壁式空调器反复做试验，理论计算和试验结果很吻合。

1充注量计算

制冷剂在制冷系统中的状态可分为单相和两相两种，这两部分的制冷剂质量计算应分别考虑。

1.1单相区质量计算

单相区制冷剂密度计算较为简单，处于单相区的各部分制冷

剂质量可通过积分计算。

（１）

式中ｍ１为制冷剂质量，ｋｇ；ρ为密度，ｋｇ／ｍ３；Ｖ为容积，ｍ３；Pv为压力，Ｐａ；Ｔv为制冷剂温度，Ｋ。

单相区制冷剂主要存在于蒸发器过热区、冷凝器过冷区、连接管路、压缩机壳体内、过滤器和润滑油中，故单相区制冷剂质量为：

（２）

式（２）中各参数的下标含义为：ｆｉｌｔ过滤器，ｐｉｐｅ管路，ｏｉｌ润滑油，ｃｏｍ压缩机，Ｖ单相区容积。

考虑到压缩机、过滤器、接管内制冷剂温度变化不大，故式（２）中采用平均温度来计算密度。润滑油中溶解的制冷剂量，可根据油质量及制冷剂的溶解度进行计算。

1.2两相区质量的计算

充注量计算的难点在于两相区中制冷剂量的确定，其关键是两相区空泡系数的计算。在两相区空泡系数修正模型的研究和验证方面，不少学者已经做了大量工作。笔者在此基础上，结合空调器的实际工作条件，在稳态工况下，假设换热器两相区单位面积热负荷一定，选用Ｈｕｇｈｍａｒｋ模型计算两相区的制冷剂量。其数学表达式为：

（３）

式中α为空泡系数，ｘ为干度，β、ｋＨ为系数，其中ｋＨ＝ｆ（ｚ）具体见表１。

（４）

式中Ｇ为质量流速，ｋｇ／（ｍ２·ｓ）；μ为粘度，Ｐａ·Ｓ；Ｄｉ为管内径，ｍ。

此模型系数计算中包括α，所以在计算α时必须经过迭代，计算量较大。

两相区中制冷剂量ｍ２：

（５）

式中ｌｓ为两相区长度，ｍ；ｌ为制冷剂管长，ｍ。

制冷剂的总充注量ｍ为各部分充注量之和：

m=m1+m2（６）

2充注量对空调器性能的影响及试验结果

不同的制冷剂充注量对空调器性能的影响是不一样的。笔者对ＫＦＲ－３２