制冷系统毛细管：6个设计因素，10个设计要点

   本文我们一起来探讨下影响毛细管设计的6个因素和8个设计要点。                 

一、 影响毛细管设计的6个因素

         

制冷系统是一个动态系统，毛细管的供液量受整个系统的影响。归结起来，主要因素有：    

   

1、 毛细管前制冷剂状态      

毛细管前制冷剂状态主要是压力Pk和温度tk，如图3，毛细管入口处制冷剂状态是不定的，受tk的影响，1是气液两相不饱和点，2是饱和点，3是过冷点。随着Pk的变化，毛细管入口处状态要发生变化。  

 

 

2、 毛细管几何尺寸      

毛细管几何尺寸包括内径D、长度L和管内壁粗糙度e。毛细管内径D越大，长度L越短，粗糙度越小，制冷剂在管内的流动阻力力就小，供液量就大。反之，供液量就小。  

 

3、 热交换的影响      

为了使毛细管中的制冷剂过冷，提高制冷系统的热效率，毛细管一般焊入回气管内或附着于回气管表面。通常，毛细管内制冷剂与回气管表面存在着温度差△t。△t使制冷剂温度降低，过冷度增加，管中制冷剂流速受影响，从而影响供液量。在相同流量下，△t与毛细管长度的关系如图4，与绝热情况相比，出口温度和干度都降低，如图5。  

     

4、 毛细管出口压力Pe。     

制冷剂在毛细管出口处形成喷射。气体动力学指出，出口处截面的压力P将随着蒸发器内压力Pe的降低而降低，随着P的降低，喷射速度将增加，当增加到当地的音速时，P不再降低，始终等于临界压力P临。因此，随着毛细管增长，压力和流量都要减小，当增长到一定的长度时，压力和流量不再随毛细管增长而变化。这就是所谓的扼流现象。  

 

5、制冷剂含油量  

制冷剂含油影响毛细管流量的原因有两个方面：  

(1)油的粘度远远高于制冷剂的粘度，制冷剂中含少量油会增加混台物的粘度及相应的流动阻力，使得流量减小；  

(2)油的表面张力高于制冷剂的表面张力，制冷剂中含油会使混合物的表面张力增大，从而使气化欠压增大，气化延迟，毛细管中的液体段增长，使得两相段的加速压降减小，从而增加毛细管的流量。  

 

这两个方面中第一个方面占优，则流量减小，第二个方面占优，则流量增大。至于哪个方面占优，则取决于入口的过冷度，如果过冷度小，则液体段短，两相段长，加速压降成为总压降的主要部分，则制冷剂中含少量润滑油增大制冷剂的流量。相反，如果过冷度大，则液体段长，两相段短，摩阻压降成为总压降的主要部分，则制冷剂中含少量润滑油会减少制冷剂的流量。  

有实验分析的曲线，随着油的质量分数的增加，制冷剂流量减小，气化欠压降低，气化点位置后移，当含油量从0增加到5％时，制冷剂流量降低了4％，结果说明混合物粘度变化的影响超过了表面张力变化的影响。  

 

图6是三种含油浓度下沿毛细管的压力分布。在液体段，含油量为9．3％时压力降低比含油量为4．5％的压力降低快，二者又都比含油量为0．54％时快，到两相段，则正好相反。这证实了前面的分析。  

 

     

6、 冷剂种类的影响   

使用不同的制冷剂，在不改变系统的整体结构的基础上，毛细管需做一些改动。改动的长度与制冷剂的物性有密切的联系。总的说来，单位质量制冷量大的工质，所需的制冷剂流量就要小，而减小制冷剂的循环流量一般都是通过减少制冷剂的充注量和增长毛细管长度来实现的。如使用R134a的容量流量仅为R12的容积流量的80％，因此使用R134a的毛细管阻力比R12时要大，对相同管径的毛细管要加长10％～20％。  

 

 

二、 毛细管系统10个设计要点

         

第一个要点：  

在制冷系统的高压侧，不要设置储液器，在保证冷凝器能够容纳全部制冷剂的前提下，尽量减少其有效容积。  

因为储液器是否使用并不取决于是什么样的节流装置，而是看整个系统的运行是否需要，如热泵系统，停机抽空系统。 在采用毛细管作为节流元件的制冷系统中，若设置储液器或冷凝器容积过大，则当压缩机停机后，制冷剂液体会继续流向蒸发器，严重时蒸发器内液体被压缩机再次启动时吸入，易产生液击，损伤压缩机。 对于冰箱，空调等本来系统设计就很少需要储液器。  

第二个要点：

制冷系统中罐注的制冷剂应适量且准确，与蒸发器容量相匹配。 而且制冷剂在进入毛细管之前，最好有一定的过冷度

因为制冷剂的罐注量过多或过少，都会影响其制冷系统的制冷量。一般制冷系统的制冷剂的罐注量通过设计计算后由试验来确定。

而制冷剂在进入毛细管之前如果有一定的过冷度，这个可以通过在蒸发器加一段过冷管，或者和吸气管产生热交换，这样使毛细管内的气体闪发最少，从而增加制冷量和保证制冷剂流量。但是要注意在低温工况时，可能因为吸气管有一点回液而使过冷度过大，从而使毛细管流量增大，反过来又使过冷度现增大，最终可能造成回液。

第三个要点：

选用毛细管时，其内径与长度应有一定的比例。

若毛细管过短，则其流动阻力小，流量大，毛细管内易混入热蒸汽，从而降低制冷效率，也易造成液体倒回到压缩机而产生液击现象；若毛细管过长，则其流动阻力大，造成排气压力过高，而进入蒸发器内的液体量不足，造成吸气压力过低。有资料介绍，在同样工况同样流量的条件下，毛细管的长度近似与其内径的 4.6 次方成正比，即L1/L2=（D1/D2） ^4.6 。

第四个要点：

适当地增加蒸发器的有效容积。

在使用毛细管作为节流元件的制冷系统中，适当地增加蒸发器的有效容积，不仅可以防止液体因回到压缩机而产生液击现象，而且还可以降低压缩机停机时的平衡压力，减少其启动负荷。

第五个要点：

在蒸发器高负载工况下，因为毛细管系统可以反馈到冷凝器侧，所以冷凝器要考虑到这种工况下冷凝压力是否会过高，因此而需要增加冷凝换热面积。

第六哥要点：

制冷系统应保持清洁和干燥，避免水份或杂质的进入。

因为毛细管的内径很小，其水份或杂质的进入很容易造成冰堵或脏堵。一股对其制冷系统中的部件都有其水份含量和杂质含量的要求，同时在毛细管进口处装有干燥过滤器， 以防止堵塞，特别是现在使用的HFC制冷剂，如R134A，R404a，R410a等对水分比较敏感，在设计上都要求必须加干燥器。 。在实际产品中，往往因为考虑成本，在小系统中很少用干燥剂，只用了价格非常便宜的过滤器。

第七个要点：

尽量采用回热循环

在采用毛细管作为节流元件的小型制冷装置中，一般把靠近蒸发器部分的吸气管和靠近冷凝器部分的毛细管进行并列辅助换热，从而使高压侧液体过冷，压缩机吸入蒸气过热，以减少节流损失，防止压缩机液击，提高制冷效率。

第七个要点：为避免毛细管出口端喷流所引起的噪音对环境的干挠 ，可在毛细管外包扎阻尼块等材料，用以隔声防震。所以毛细管如果用在室内侧而室内风量又不大的话，一定要实验验证是否有液流声产生。

第八个要点：当几根毛细管并联使用时，为使流量均匀，其后采用分液器，合适的分液器设计和选用也很重要。

第九个要点：

冷凝器出口到毛细管入口之间的管路最好不要积存制冷剂液体。

一种说法是因为当压缩机停机后，这部分制冷剂液体会因为压力下降而蒸发，流入蒸发器后冷凝，从而给制冷空间带来一部分热量，这对冰箱这种封闭空间可能会有影响，对空调而言，这部分热量可以忽略不计；另一种说法是这会延迟高低压侧平衡的时间，可能造成低转矩压缩机再次启动时出现问题，这个一般可以在控制上增加延时开机来解决（其实这对于降低起动电流对其他电器件或电网的冲击也是有好处的）。

第十个要点：

在吸气管，最好使用气液分离器

对于冰箱，如果回气管比较长，可以保证回气温度在设计要求范围内（压缩机公司推荐最小为5C）可以不使用，对于空调，多数空调压缩机都会在出厂时就带了一个气液分离器。   因为毛细管系统在停机时，高低压侧会平衡而使蒸发器积聚了制冷剂液体，气液分离器可以很好的防止液击和制冷剂迁移。     

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