在冰箱、冰柜、空调器等小型工业冷水机系统中, 基本上采用毛细管作为节流机构。毛细管对制冷剂流量的调 节较小, 因此选择其合适的长度对提高系统性能尤为重要。当制冷剂在毛细管内流动时, 压力下降、液体闪 蒸, 使冷凝器中原来的高温高压液体变成低温低压液 体进入蒸发器。 在压缩机停机时, 冷凝器中的一部分高压制冷剂通过毛细管向低压侧回流, 直到系统压力平衡为止。若冷凝器容积过大, 或高压侧设有储液器,停机后过量的制冷剂将流向蒸发器, 在蒸发器内进行二次冷凝, 使蒸发器变暖, 制冷效果降低, 蒸发器内充满液体, 给下次启动造成困难。 这点对于半封闭和全封闭压缩机来说是相当重要的。

制冷剂在毛细管内的流动特征

      毛细管是利用流过液体比气体容易的特性工作的。 装在冷凝器后面的毛细管, 在正常负荷下其进口处充满了液体, 如果装置平衡被破坏, 即未被冷凝的制冷剂蒸汽进入毛细管, 则制冷剂的流量会大为减少; 反之, 液体制冷剂积聚在冷凝器内, 制冷剂被过冷, 那么制冷剂流量增加。如果选用合适的毛细管, 则毛细管对负荷和装置内的状态变化能自动修正, 显示出它能在相当的范围内满足性能要求的功能。液体制冷剂以过冷状态由1 点进入毛细管。管内液体部分的压力降是一条直线。从液体闪发蒸汽、产生气泡起到管末端为止, 压力降并不是直线, 同时单位长度压力降越接近末端 越大, 以至于毛细管末端到进入蒸发器之间压降最大。 由于管内制冷剂是绝热流动, 所以从1 点开始制冷剂的温度分布应保持进口温度一直维持到压力降 至该温度所对应的饱和压力2点为止。 实际上, 通过对毛细管的机理研究, 由于毛细管直径很小, 制冷剂的流速较大,  通常情况下, 会出现亚稳定状态的液体—— 过热液体的存在, 使得闪点的温度和压力并不对应, 一般闪点延迟 3℃左右。从3点以后压力降低, 温度降低, 压力和温度的曲线重合。

      单相可压缩流体在等截面内流动会出现临界流现象。 即当流体进出口压差大到某一临界值时, 质量流量就不再增加, 称之为达到临界流。同样, 毛细管内汽液两相混合物也是一种可压缩流体, 当毛细管的进口压力保持不变, 制冷剂的质量流量将不会随出口压力减小而无限增大, 而是达到某一值后, 就不受出口压力的影响而保持不变, 也会出现临界流现象。 也就是说, 通过毛细管的流量, 是随毛细管进口压力的增加而增加, 而毛细管出口压力降低时流量也会增加,但出口压力降低到某一压力以下, 流量就不再增加, 即出现临界流现象, 这也是用毛细管来控制流量的重要特征。

毛细管长度对冷凝压力和蒸发压力的影响

      毛细管加长, 意味着流量减少。 而对于一个固定的工业冷水机系统, 制冷剂的总量是一定的, 流量的减少, 必然会造成过多的液体集存于冷凝器中, 使冷凝压力上升, 蒸发压力降低。 表1为对 K F 228GW  房间空调器 实测的毛细管取不同长度时的实验数据, 测试工况为标准制冷工况, 毛细管内径为 1. 5mm , 系统充注量为900g。

      毛细管长度较最佳长度大时, 通过毛细管的流量减少, 过多的制冷剂积存在冷凝器中, 制冷剂浸润蒸发器的面积减少, 造成系统冷凝压力上升的同时, 蒸发压力有所降低。 根据热力学原理, 系统的能效比下降较为剧烈。

      毛细管取值较短时, 通过毛细管的流量增加, 由于制冷系统的充注量一定, 积存在冷凝器中的制冷剂 液体将减少, 不能保持毛细管进口处的液封。偏离程度越大, 制冷剂通过毛细管的流阻急剧上升, 制冷循环将不稳定, 形成恶性的液封振荡循环, 虽然此时冷凝压力和蒸发压力变化不大, 但系统的平均制冷量 将有明显的减少, 使能效比降低。

    采用毛细管节流的制冷系统存在一个与系统相匹配的最佳的毛细管长度, 偏离这个最佳的长度, 都 将使系统性能下降。 毛细管属不可调节的节流机构, 毛细管的尺寸与制冷系统的匹配必须经过反复实验确定, 否则不能实用。在制冷系统维护时, 除了必须保证系统的清洁度外, 毛细管长度不可随意增减, 这一点对保证系统性能特别重要。

      另外, 在关注毛细管长度对系统性能影响的同时, 还必须考虑系统制冷剂的充注量的问题。 制冷剂充注量过少, 会影响制冷效果; 过多会使冷凝压力上升, 增加功耗, 同时也增加了停机回流问题。制冷剂的充注量也必须经过详细的计算, 并由试验确定。