毛細(xì)管是制冷設(shè)備一個(gè)重要的部件，它的長(zhǎng)度對(duì)制冷系統(tǒng)的吸排氣壓力、制冷量與能效比都具有一定的影響。下面我們就一起來(lái)看下毛細(xì)管的直徑、結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度應(yīng)該如何設(shè)計(jì)？
一：毛細(xì)管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
因?yàn)橹评湓O(shè)備的結(jié)構(gòu)有多種多樣，而用戶對(duì)不同制冷設(shè)備的要求也不一樣，所以在毛細(xì)管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也有所不同。
1．單根毛細(xì)管：對(duì)于一般的冰箱或單冷型的空調(diào)，只需單根毛細(xì)管來(lái)節(jié)流即可，不過(guò)對(duì)于這根毛細(xì)管是盤(pán)成卷還是長(zhǎng)條放置要看制冷設(shè)備的結(jié)構(gòu)，家用冰箱冷凝器蒸發(fā)器比較近，一般盤(pán)起來(lái)，一些商用風(fēng)冷冷柜冷凝器蒸發(fā)器離得較遠(yuǎn)，一般是成條埋在發(fā)泡層。
2．單根帶單向閥：這種一般用在調(diào)熱泵，因?yàn)橹评洌茻崴璧拿?xì)管長(zhǎng)度不一樣，所以分成制冷，制熱兩組毛細(xì)管，當(dāng)某根毛細(xì)管不使用時(shí)，通過(guò)單向閥來(lái)短路這根毛細(xì)管，這種結(jié)構(gòu)需要兩個(gè)單向閥，但設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且互不干擾，特別適用于長(zhǎng)連管分體空調(diào)；
3．雙根毛細(xì)管組合：對(duì)于熱泵型家用空調(diào)，有時(shí)因?yàn)槊?xì)管不能放在室內(nèi)機(jī)（怕噪音太大），一根毛細(xì)管用于制冷，制熱時(shí)再加一根毛細(xì)管，這根毛細(xì)管在制冷循環(huán)時(shí)用單向閥來(lái)短路。
4．多根毛細(xì)管：當(dāng)蒸發(fā)器比較大時(shí)，如果流程過(guò)長(zhǎng)，在設(shè)計(jì)上需要分路，也可用毛細(xì)管來(lái)節(jié)流兼分配，這時(shí)對(duì)分配頭要求也沒(méi)有專用分配管那么嚴(yán)格，因?yàn)槊?xì)管本身因?yàn)楣?jié)流作用可以調(diào)節(jié)而避免分配不均的問(wèn)題。這種結(jié)構(gòu)一般只用在單冷系統(tǒng)。
二：毛細(xì)管長(zhǎng)度設(shè)計(jì)
毛細(xì)管長(zhǎng)度的選擇首先肯定要知道制冷劑的質(zhì)量流量，所以要知道制冷量，蒸發(fā)溫度，冷凝溫度，過(guò)冷度，過(guò)熱度等參數(shù)；對(duì)于風(fēng)冷冷風(fēng)型的空調(diào)來(lái)說(shuō)，一般設(shè)計(jì)參數(shù)都差不多，見(jiàn)下表：
蒸發(fā)溫度，℃
過(guò)熱度，℃
冷凝溫度，℃
過(guò)冷度，℃
5-7
5
50-54
5
焓差ΔH，kJ/kg
焓值H2，kJ/kg
410
焓值H1，kJ/kg
258
152
所以制冷劑的質(zhì)量流量為：
Gf=制冷量/ΔHkg/s
對(duì)于毛細(xì)管長(zhǎng)度的確定現(xiàn)在多用曲線比對(duì)法，先選擇一個(gè)尺寸的毛細(xì)管作為標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管，在一系列常用條件下做實(shí)驗(yàn)畫(huà)出一系列曲線，當(dāng)要確定某一條件下的毛細(xì)管時(shí)，用該條件下的已知條件和標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管對(duì)比，然后確定所需毛細(xì)管尺寸。這里介紹Hopkins(1950)開(kāi)發(fā)的確定毛細(xì)管尺寸的一種方法，但只有R12和R22兩種制冷劑：
下圖給出的就是上述介紹的方法，下圖是標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管在不同冷凝溫度和過(guò)冷度時(shí)的曲線，這個(gè)圖只適用于毛細(xì)管出口壓力大于蒸發(fā)壓力的條件，前面已經(jīng)說(shuō)了，現(xiàn)在商用和家用制冷系統(tǒng)都是毛細(xì)管出口壓力大于蒸發(fā)壓力的，因?yàn)檫@樣毛細(xì)管的流量和蒸發(fā)壓力是沒(méi)有太大關(guān)系的。右圖是基于標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管的各種毛細(xì)管的尺寸。確定所需毛細(xì)管的尺寸步驟如下：
1．通過(guò)已知條件，如制冷量，蒸發(fā)壓力，冷凝壓力，過(guò)冷度，過(guò)熱度等計(jì)算出制冷劑的質(zhì)量流量G；
2．利用左圖查出標(biāo)準(zhǔn)流量 Ga，然后計(jì)算相對(duì)流量系數(shù)φ1=G/Ga；
3．利用右圖查出所需毛細(xì)管尺寸。
這里一直提到臨界壓力的問(wèn)題，為了對(duì)臨界壓力有一個(gè)直觀的理解，這里介紹一種查找臨界壓力的方法。右表給出了毛細(xì)管的不同進(jìn)口條件下不同長(zhǎng)徑比λ的臨界壓力，查找方法如下：
1．用已知的冷凝壓力和過(guò)冷度確定A點(diǎn)；
2．劃一橫線到標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管的長(zhǎng)徑比B點(diǎn)（λ=2030/1.625=1252）；
3．再劃一豎線，按照和實(shí)際毛細(xì)管的長(zhǎng)徑比的交點(diǎn)在縱坐標(biāo)找到對(duì)應(yīng)的臨界壓力；
從圖中的示例可以看出，對(duì)于空調(diào)，根據(jù)冷凝壓力和過(guò)冷度可以看出，一般都在7bar以上，都比蒸發(fā)溫度5-6bar 高，對(duì)于冰箱，也可以得出相同的結(jié)論。
因此，在確定毛細(xì)管長(zhǎng)度時(shí)，主要是考慮冷凝壓力和過(guò)冷度。
在ASHRAE的手冊(cè)，介紹了Wolf et al.(1995)重新開(kāi)發(fā)的曲線，這些曲線的使用方法和上面的類似，但誤差比上面的會(huì)小些，使用的前提條件是絕熱毛細(xì)管，毛細(xì)管的出口壓力大于蒸發(fā)壓力，這些曲線也是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管曲線來(lái)確定所需毛細(xì)管的尺寸和流量，而且這些曲線都是現(xiàn)在常用的制冷劑，如R22，R134a，R410A等。
和上面的方法有點(diǎn)不一樣的是，對(duì)于 R22，R410A，當(dāng)毛細(xì)管進(jìn)口是兩相時(shí)，流量系數(shù)圖不和單相的共用一張，而有自己的流量系數(shù)圖。而R134a當(dāng)進(jìn)口是兩相時(shí)，實(shí)際流量需乘以0.95 這個(gè)調(diào)整系數(shù)，對(duì)于其他的具體步驟同上。
從這兩種方法，我們可以看出，當(dāng)流量系數(shù)一樣時(shí)，對(duì)應(yīng)的毛細(xì)管尺寸有幾種，這也就是說(shuō)，當(dāng)流量系數(shù)一樣時(shí)，不同毛細(xì)管尺寸之間可以互換。
三：毛細(xì)管的直徑
毛細(xì)管的長(zhǎng)度和直徑都是決定制冷劑流量的重要因素，有實(shí)驗(yàn)指出，在同樣工況同樣流量的條件下，毛細(xì)管的阻力和長(zhǎng)度都近似與其內(nèi)徑的4.6 次方成正比，即F1/F2=（D1/D2）^4.6，L1/L2=（D1/D2）^4.6。
對(duì)于毛細(xì)管直徑，現(xiàn)在主要是用ID0.4—2.5mm，在一些大的系統(tǒng)中，也會(huì)有用ID6 的銅管作為分配管，雖然也要考慮制冷劑在管路的壓降問(wèn)題，但這類系統(tǒng)的節(jié)流主要還是在膨脹閥上，分配管上的只能算是壓力損失。還有毛細(xì)管生產(chǎn)公司研究了冰箱系統(tǒng)使用的毛細(xì)管，結(jié)果表明，當(dāng)長(zhǎng)度超過(guò)一定值時(shí)“L”，將不對(duì)流量再產(chǎn)生影響，其實(shí)是當(dāng)毛細(xì)管入口壓力一定時(shí)，當(dāng)制冷劑在毛細(xì)管內(nèi)的流速超過(guò)臨界速度時(shí)，毛細(xì)管出口壓力不再對(duì)制冷劑流量產(chǎn)生影響；而當(dāng)毛細(xì)過(guò)小于一定值時(shí)“S”，毛細(xì)管的管長(zhǎng)也不會(huì)對(duì)流量產(chǎn)生影響，而主要是管徑的變化影響制冷劑流量，這時(shí)毛細(xì)管相當(dāng)于孔板節(jié)流。
而介于“L”點(diǎn)和“S”之間的長(zhǎng)度為1.5-5 米(5-16FT)。該公司還針對(duì)制冷系統(tǒng)常用的毛細(xì)管內(nèi)徑，經(jīng)過(guò)測(cè)試，制作了一個(gè)不同直徑的長(zhǎng)度換算表（見(jiàn)下表），可以根據(jù)需要選擇不同直徑和不同長(zhǎng)度，使用方法如下：
1．如現(xiàn)有一個(gè)內(nèi)徑和長(zhǎng)度的毛細(xì)管，要換成另外一個(gè)內(nèi)徑和長(zhǎng)度，那么先在左邊的Tube I.D.列中找出原來(lái)的內(nèi)徑；
2．在表中第二行找到要換成的內(nèi)徑（如果沒(méi)有可以用插值法），向下垂直找到和原來(lái)的內(nèi)徑水平方向在表中的交點(diǎn)，就是換算系數(shù)；
3．用原來(lái)的長(zhǎng)度乘以換算系數(shù)就是要換成的長(zhǎng)度。
