家用電冰箱毛細(xì)管與回氣管換熱效率測(cè)試方法研究

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(xì)管與回氣管組件被廣泛應(yīng)用于電冰箱制冷系統(tǒng)中。毛細(xì)管與回氣管之間進(jìn)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(jìn)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(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，避免壓縮機(jī)葉片損壞，同時(shí)又能達(dá)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(yùn)行穩(wěn)定性。通過對(duì)毛細(xì)管和回氣管換熱效率的測(cè)評(píng)，可以提升換熱效率，優(yōu)化制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，降低能耗。

經(jīng)檢索，現(xiàn)行的關(guān)于電冰箱換熱效率的標(biāo)準(zhǔn)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(cè)試方法》[2]，僅對(duì)換熱器的換熱效率進(jìn)行了規(guī)定?，F(xiàn)行的與毛細(xì)管和回氣管相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有GB/T1531—2020《銅及銅合金毛細(xì)管》3和GB/T23683—2009《制冷劑毛細(xì)管流量的試驗(yàn)方法》4，也僅是對(duì)產(chǎn)品本身的材質(zhì)、規(guī)格、環(huán)境適應(yīng)性等進(jìn)行了規(guī)定，并沒有對(duì)毛細(xì)管和回氣管之間的換熱效率進(jìn)行規(guī)范。

2024年3月18日，市場(chǎng)監(jiān)管總局聯(lián)合18部門發(fā)布的《貫徹實(shí)施〈國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展綱要gt;行動(dòng)計(jì)劃（2024—2025年）》中明確提出，穩(wěn)步提升重點(diǎn)行業(yè)能耗和用能產(chǎn)品能效標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，加快新興領(lǐng)域節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)制修訂，重點(diǎn)完善能耗計(jì)算、能效檢測(cè)、節(jié)能評(píng)估等配套標(biāo)準(zhǔn)。黨的二十屆三中全會(huì)也明確提出，發(fā)展以高技術(shù)、高效能、高質(zhì)量為特征的生產(chǎn)力，以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)提升引領(lǐng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)。

因此，研究技術(shù)可行、操作性強(qiáng)的毛細(xì)管與回氣管換熱效率測(cè)試方法的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有著非常重要的意義。

1 測(cè)試裝置

測(cè)試裝置主要由制冷系統(tǒng)、過冷系統(tǒng)、過熱系統(tǒng)、被測(cè)毛細(xì)管與回氣管、測(cè)控系統(tǒng)和測(cè)量?jī)x表等組成。其中，制冷系統(tǒng)由變頻壓縮機(jī)、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(cè)控系統(tǒng)主要由控制器、傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件組成。如圖1所示。

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

2 測(cè)試方法

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境設(shè)置溫度（ 25±2 ） C ，濕度50%～90% ，在測(cè)試過程中溫度波動(dòng)控制在 0.5^°C 以內(nèi)。測(cè)試設(shè)備的氮?dú)獗喊碐B50274—20105的方法執(zhí)行，制冷劑使用R600a或R290。通過壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)制冷劑流量，配備風(fēng)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(cè)回?zé)崞鞲邏?、低壓制冷劑的進(jìn)出口溫度和壓力。

測(cè)試方法如下：

（1）開啟恒溫水浴槽，使其先運(yùn)行到 5%

（2）開啟壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)和電加熱，啟動(dòng)系統(tǒng)；

（3）運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)測(cè)量制冷系統(tǒng)的壓力和溫度。

毛細(xì)管與回氣管換熱效率按式（1）計(jì)算：

測(cè)試達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，采樣間隔時(shí)間不大于 30s ，采樣時(shí)間保持在 20min 以上。判斷達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)為：

（1）高壓側(cè)壓力在 10min 內(nèi)波動(dòng)不超過 5kPa （2）低壓側(cè)壓力波動(dòng)不超過 2kPa （3）毛細(xì)管進(jìn)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(jì)算

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

5 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用案例

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

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

式中：

ε -毛細(xì)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(jìn)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(xì)管的制冷劑進(jìn)口溫度，單位為攝氏度 （C） 。

4 標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新性

基于上述測(cè)試裝置和測(cè)試方法，以及對(duì)各類毛細(xì)管與回氣管換熱效率的充分驗(yàn)證，收集和分析了大量測(cè)試數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，提出了關(guān)于毛細(xì)管與回氣管換熱效率的測(cè)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(xì)管與回氣管換熱效率的測(cè)試裝置;

6結(jié)語

綜上所述，本文通過對(duì)家用電冰箱毛細(xì)管與回氣管換熱效率測(cè)試方法的研究，為毛細(xì)管與回氣管的設(shè)計(jì)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(jī)的節(jié)能降耗水平，對(duì)毛細(xì)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(dǎo)和示范意義。

通過制定毛細(xì)管與回氣管換熱效率測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了行業(yè)空白，為家用電冰箱整機(jī)性能的持續(xù)優(yōu)化奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[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(cè)試方 法：DB34/T3373—2019 [S]

[3]銅及銅合金毛細(xì)管：GB/T1531—2020[S].

[4]制冷劑毛細(xì)管流量的試驗(yàn)方法：GB/T23683—2009[S].

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

作者簡(jiǎn)介

曹詩(shī)亮，高級(jí)工程師，主要從事家用電器標(biāo)準(zhǔn)化管理，包括標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、家電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方向的研究工作。

元新，正高級(jí)工程師，主要從事家電檢測(cè)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方向的研究工作。

劉璐，工程師，主要從事家電產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)管理，包括標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、家電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方向的研究工作。

秦云漢，工程師，主要從事家電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方向的研究工作。曲倩雯，工程師，主要從事家電產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)管理，包括標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、家電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方向的研究工作。

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

（責(zé)任編輯：張佩玉）