冷藏柜節(jié)流機(jī)構(gòu)的研究

張世鋒

（大連三洋冷鏈有限公司 大連 116600）

節(jié)流機(jī)構(gòu)是制冷循環(huán)系統(tǒng)的主要部件之一,節(jié)流機(jī)構(gòu)直接影響著制冷效率和運(yùn)行安全。冷藏柜現(xiàn)階段常用的節(jié)流機(jī)構(gòu)為毛細(xì)管和熱力膨脹閥，這兩種機(jī)構(gòu)如何選擇，一方面關(guān)系到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，另一方面還關(guān)系到產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比。本文通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，闡述這兩種節(jié)流機(jī)構(gòu)對(duì)冷柜性能的影響。

1 節(jié)流機(jī)構(gòu)的作用和原理

1.1 節(jié)流機(jī)構(gòu)的作用

（1）節(jié)流降壓。當(dāng)常溫高壓的制冷劑飽和液體流過(guò)節(jié)流閥，變成低溫低壓的制冷劑液體并產(chǎn)生少許閃發(fā)氣體。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)向外界吸熱的目的。

（2）調(diào)節(jié)流量。節(jié)流閥通過(guò)感溫包感受蒸發(fā)器出口處制冷劑過(guò)熱度的變化來(lái)控制閥的開(kāi)度，調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量，使其流量與蒸發(fā)器的熱負(fù)荷相匹配。當(dāng)蒸發(fā)器熱負(fù)荷增加時(shí)閥開(kāi)度也增大，制冷劑流量隨之增加；反之，制冷劑流量減少。

（3）控制過(guò)熱度。節(jié)流機(jī)構(gòu)具有控制蒸發(fā)器出口制冷劑過(guò)熱度的功能。

（4）控制蒸發(fā)液位。帶液位控制的節(jié)流機(jī)構(gòu)具有控制蒸發(fā)器液位的功能，既保持蒸發(fā)器傳熱面積的充分利用，又防止吸氣帶液降低吸氣過(guò)熱度。

1.2 工作原理

毛細(xì)管工作原理：毛細(xì)管依靠其流動(dòng)阻力沿長(zhǎng)度方向產(chǎn)生壓力降，來(lái)控制制冷劑的流量和維持冷凝器和蒸發(fā)器的壓差。當(dāng)有一定過(guò)冷度的制冷劑進(jìn)入毛細(xì)管后，會(huì)沿著流動(dòng)方向產(chǎn)生壓力和狀態(tài)變化，先是過(guò)冷液體隨壓力的逐步降低，先變?yōu)橄鄳?yīng)壓力下的飽和液體，這一段稱(chēng)液相段，其壓力降不大，且呈線(xiàn)性變化；從出現(xiàn)第一個(gè)氣泡開(kāi)始至毛細(xì)管末端，均為氣液共存段，也稱(chēng)兩相流動(dòng)段，該段內(nèi)飽和蒸汽含量沿流動(dòng)方向逐漸增加，因此壓力降呈非線(xiàn)性變化，愈到毛細(xì)管的末端，其單位長(zhǎng)度上的壓力降愈大。當(dāng)壓力降低至相應(yīng)溫度下的飽和壓力時(shí)，就要產(chǎn)生閃發(fā)現(xiàn)象，使液體自身蒸發(fā)降溫，也就是隨著壓力的降低，制冷劑的溫度也相應(yīng)降低，既降低至相應(yīng)壓力下的飽和溫度。

熱力膨脹閥（外平衡式）的工作原理：熱力膨脹閥是一種比較精確的節(jié)流機(jī)構(gòu)，用來(lái)調(diào)節(jié)流入蒸發(fā)器制冷劑的流量，其動(dòng)作的幅度與離開(kāi)蒸發(fā)器制冷劑的溫度和壓力有關(guān)。如圖1，膨脹閥的動(dòng)作與三個(gè)力有關(guān)：（1）感溫包傳遞的壓力P1；（2）蒸發(fā)器的壓力P2；（3）過(guò)熱度設(shè)定彈簧的彈力P3。

由圖1可以看出，當(dāng)力平衡時(shí)P1=P2+P3。當(dāng)離開(kāi)蒸發(fā)器的制冷劑熱度增大，感溫包內(nèi)的氣體升溫，使得P1>P2+P3，這樣將這樣將推致力閥開(kāi)向下移動(dòng)，閥的開(kāi)度加大，更多的制冷劑將流入蒸發(fā)器，離開(kāi)蒸發(fā)器的過(guò)熱度將減小，再影響感溫包內(nèi)的壓力，直至整個(gè)系統(tǒng)平衡。脹閥能較好地控制回氣過(guò)熱度，能夠有效地防止壓縮機(jī)的液擊。

2 冷藏柜分別使用毛細(xì)管和膨脹閥對(duì)比試驗(yàn)研究

根據(jù)柜體內(nèi)容積的不同，選擇兩種柜型分別進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。

2.1 內(nèi)容積1000L冷柜（帶門(mén)）

（1）試驗(yàn)環(huán)境：恒溫恒濕試驗(yàn)室，環(huán)境溫度32℃,環(huán)境相對(duì)濕度65%。

（2）試驗(yàn)負(fù)荷：使用500ml飲料560瓶。

（3）試驗(yàn)曲線(xiàn)：圖2為膨脹閥節(jié)流試驗(yàn)曲線(xiàn)，圖3毛細(xì)管節(jié)流試驗(yàn)曲線(xiàn)。圖中，橫軸表示時(shí)間（min）,縱軸表示溫度（℃）。

（4）試驗(yàn)數(shù)據(jù)：負(fù)荷溫度升溫到32℃，冷柜關(guān)門(mén)運(yùn)行，1140min后停止運(yùn)行，取4個(gè)時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)，如表1。

（5）試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：冷凝器出口溫度沒(méi)有高于環(huán)境溫度15℃；壓縮機(jī)排氣溫度遠(yuǎn)低于130℃（壓縮機(jī)要求）；壓縮機(jī)回氣溫度在10℃以上，不會(huì)出現(xiàn)壓縮機(jī)液擊；負(fù)荷降溫速度，前期膨脹閥節(jié)流快，后期毛細(xì)管節(jié)流快，最后負(fù)荷溫度基本一致。能夠滿(mǎn)足要求。

2.2 內(nèi)容積600L冷柜（帶門(mén)）

（1）試驗(yàn)環(huán)境：恒溫恒濕試驗(yàn)室，環(huán)境溫度41℃,環(huán)境相對(duì)濕度75%。

（2）試驗(yàn)負(fù)荷：使用500ml飲料340瓶 。

（3）試驗(yàn)曲線(xiàn)：圖4為膨脹閥節(jié)流試驗(yàn)曲線(xiàn)，圖5為毛細(xì)管節(jié)流試驗(yàn)曲線(xiàn)。圖中，橫軸表示時(shí)間（min）,縱軸表示溫度（℃）。

（4）試驗(yàn)數(shù)據(jù)：負(fù)荷溫度升溫到41℃，冷柜關(guān)門(mén)運(yùn)行，1440min后停止運(yùn)行，取4個(gè)時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)，如表2。

（5）試驗(yàn)結(jié)果分析：冷凝器出口溫度沒(méi)有高于環(huán)境溫度15℃；壓縮機(jī)排氣溫度遠(yuǎn)低于130℃（壓縮機(jī)要求）；壓縮機(jī)回氣溫度在7℃以上，不會(huì)出現(xiàn)壓縮機(jī)液擊，滿(mǎn)足要求；負(fù)荷降溫速度，前期膨脹閥節(jié)流快，后期毛細(xì)管節(jié)流快，最后負(fù)荷溫度基本一致。能夠滿(mǎn)足要求。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 熱力膨脹閥（外平衡式）的工作原理

圖2 1000L膨脹閥節(jié)流試驗(yàn)曲線(xiàn)

圖3 1000L毛細(xì)管節(jié)流試驗(yàn)曲線(xiàn)

圖4 600L膨脹閥節(jié)流試驗(yàn)曲線(xiàn)

圖5 600L毛細(xì)管節(jié)流試驗(yàn)曲線(xiàn)

3 結(jié)論

冷藏柜（帶門(mén)）的節(jié)流機(jī)構(gòu)無(wú)論是采用熱力膨脹閥還是毛細(xì)管都能滿(mǎn)足性能要求；熱力膨脹閥前期拉溫速度快，毛細(xì)管后期拉溫速度快。毛細(xì)管節(jié)流，雖然沒(méi)有膨脹閥調(diào)節(jié)靈敏、準(zhǔn)確，但價(jià)格便宜，在冷藏柜上可以廣泛應(yīng)用。