制冷设备中的分液器及其组件,在蒸发器中承担着对制冷剂均匀分配的重要任务,如果分配不均,会使一些分路制冷剂过多,使蒸发器结霜,结果蒸发不完全,带液流出蒸发器,有些制冷剂过少,不能充分利用蒸发器传热面积,总体表现是,制冷能力下降,可能造成吸气带液,严重影响制冷系统性能及可靠性。所以分液器组件是制冷系统中一个重要的组成部分。
制冷剂经过膨胀阀后,压力下降,那制冷剂或多或少会蒸发掉一部分成为气体,经实验,R410a在进入膨胀阀的液体为38℃,蒸发温度为10C 时,膨胀阀出口会闪发出一部分气体,大概为表中所示。
那么在重力及闪发气体的影响下,这些液体和气体的混合物会流向阻力小的地方,所以普通的分液器不能均匀分配制冷剂气液混合物,因此需要特殊结构在分配前对制冷剂做些处理。
分液器组件主要是由分配头和分配管两部分组成,分液头主要分为四种结构(见下图):
1.文丘里型(venturi type):气液混合的制冷剂从进口进入后,先轻微收缩,速度增加,压力减小,到达最窄处时达到最达最大值,之后减速扩压,象喷嘴一样,制冷剂喷入分配管内,因为压力较大,制冷剂流速也较快,所以比较均匀;
2.压降型(pressure drop type):分液器内部有一个节流孔,制冷剂流过时产生压力降,使流速增大,引起紊流,使制冷剂气液充分混合后速流向各分配管,从而保证各分配管分液比较均匀;
3.离心型(centrifugal type):主要是通过使制冷剂产生离心运动使气液混合物充分混合,从而使制冷剂均匀流到每一根分配管内;
4.分配管型(manifold type):分配可以,但比较难做到均匀分配,但用在气体制冷剂的分配上还是比较经济的做法。
实际上,在蒸发器(对于热泵系统的冷凝器,在制热时也是蒸发器)制冷剂液体的分配应用中,前两种使用得比较多,这两种各有优缺点:
因为形状比较平滑,不会造成紊流,所以压力损失小,在气体稍多时分配可能会不太均匀,而且结构是一体化,无安装配件,所以每一个型号只对应一个流量,缺乏灵活性,而且内部线型的加工难度也比较大,成本较高。
因为是通过节流来提高流速,所以压力损失比较大,但因为造成紊流,气液混合均匀,分配也比较均匀,而且因为结构是由弹簧挡圈,节流孔板和壳体组成,所以可以只更节流孔板就可调节流量,使用调节方便,而且这种分体结构加工也简单。
1.分液器每一分路的压降尽量相同,这里每一分路是指从分液器出口到分液管,再到蒸发器,直到蒸发器出口(或到完全蒸发为气体的部分,也就是过热部分),这包括蒸发器里每一分路的负荷也要一样,如流过迎风面和背风面的长度尽可能相近,不然蒸发快慢也会影响压力的变化,如果不一样,会影响分液器的分液效果。
2.分液器与膨胀阀之间距离尽可能短,如果可能可能直接把分液器焊在热力膨胀阀的出口,如果不能在一起,那么距离也不能超过24”(610mm)。
3.分液器不管是什么形式的,压降都会对热力膨胀阀产生较大的影响,在选型时要考虑进去,而且必须使用外平衡式的热力膨胀阀。
5.对于使用分液器多路供液的蒸发器采用热气旁通能量调节时,热气最好不要在蒸发器中部引入,通常在膨胀阀和分液器之间引入,为了不影响分液器的分液效果,要使用一个专门的气液混合接头将热气和液体混合后,再进入分液器,而且最好是立即进入,中间不再接任何连接管,以免气液分层过于严重而影响分液效果。
压降型分液器组件的规格与选择其实包括三部分:(1)分液头,(2)节流孔板,(3)分配管,各部分都会对最终分液效果产生重大影响,最后再确定分液器组件型号,分液器组件可在额定值的50%-200%之间使用。
节流孔板因为是可拆卸的,所以需要固定,主要有两种方式,一种是弹簧,另一种是螺钉。下面是常用节流孔板的规格尺寸分配管常用规格:
OD |
ID |
Thickness |
in |
mm |
in |
mm |
in |
mm |
5/32" |
3.96875 |
0.126 |
3.20 |
0.03 |
0.7644 |
3/16" |
4.7625 |
0.128 |
3.26 |
0.03 |
0.7644 |
1/4" |
6.35 |
0.19 |
4.84 |
0.03 |
0.7644 |
5/16" |
7.9375 |
0.248 |
6.32 |
0.032 |
0.81536 |
3/8" |
9.525 |
0.311 |
7.92 |
0.032 |
0.81536 |
1Ton=3.516kW。
选型示例:
OD |
ID |
Thickness |
in |
mm |
in |
mm |
in |
mm |
5/32" |
3.96875 |
0.126 |
3.20 |
0.03 |
0.7644 |
3/16" |
4.7625 |
0.128 |
3.26 |
0.03 |
0.7644 |
1/4" |
6.35 |
0.19 |
4.84 |
0.03 |
0.7644 |
5/16" |
7.9375 |
0.248 |
6.32 |
0.032 |
0.81536 |
3/8" |
9.525 |
0.311 |
7.92 |
0.032 |
0.81536 |
一个制冷量 10kW(2.84Tons)的制冷系统,R22 制冷剂,蒸发温度5C,制冷剂液体温度45℃,分6 路。每一路制冷量:10/6=1.67kW。
选 3/16”分液管,长600mm(24”),查上面的分液管规格表得:3/16”标准值是0.4(Tons)×3.516=1.41kW。
因为长度,制冷剂液体温度不同,查上面的修正系数表得:长度修正系数1.07,温度修正系数0.85。
实际单根分液管制冷量为:1.41×1.07X0.85=1.28kW。
确认是否在50%-200%:1.67/1.28=1.3=130%<200% 可以使用。
查表得相近制冷量的分液头得:2#分液头,2.46Tons。
实际阻力环制冷量为:2.46×0.85=2.09Tons。
确认是否在50%-200%:2.84/2.09=1.36=136%<200% 可以使用根据热力膨胀阀的接口,这里假定为 1/2”ODF,那么选取type 107。
最后得到分液器为:107-6-3/16×24”-2#。
通过上面计算的实际制冷量和标称制冷量的比值查下表得:
总压力损失为:16+39=55psi=3.8Bar。
对于文丘里型分液器组件,因为是整体的,所以可以直接选取,根据所需要进口尺寸,分配管直径,分配孔数量,蒸发温度,制冷量,是否满足范围50-250%等要求选取合适的分液器。
从上表中可以看出,相对于压降型,文丘里型的压力损失起码小50%。
以上是从现成的产品中选择合适的分液器,但对于这类配件,一般是自已生产或找相关工厂生产,而这些方式都很少有较精准的测试设备或流程。这类工厂一般只加工压降型分液器,因为加工工艺相对简单,节流孔直径一般为5-12mm,但分液效果把握不准。所以只能在样机上随机做测试,不过对于压力损失,可以参考以上参数,即使有误差,因为热力膨胀阀有一定的调节范围,所以影响不大。
在分液器的现实应用中,对分液均匀性影响最大的是负荷不均匀,这主要是气流流过换热器的不均匀造成的。空调换热器使用的风机类型主要有:贯流风机,离心风机,轴流风机。无论哪种风机,在边缘处的换热管流过的风都会较少,特别是使用轴流风机。这时候要通过更改分液管长度来调节制冷剂流量,至于如何改,要通过测试才行。
对于分液器压力损失的影响,主要是保证制冷剂流量,如果压力损失大了,流量会变小,这时就需要增大热力膨胀阀的流量,所以这时要选大一点的热力膨胀阀,这从热力膨胀阀的选型中得到印证。这也就意味着成本的增加。
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