分析制冷系统压力异常的原因

一、引言

我们知道，制冷系统正常工作时，系统内产生高、低压力，而且都有一个正常的压力工作范围。制冷系统运行工况如压缩机转速、环境温度、风量等发生变化，系统内压力也会相应变化。如果制冷系统出现故障，如冷凝器散热差、制冷剂充注过多或过少、系统内有空气等，系统内压力会出现异常现象，使空调制冷量不够，冷气不足。为什么这些变化和故障会造成系统内压力出现异常现象呢？下面利用亚佛加德罗定律来进行分析。

二、亚佛加德罗定律

亚佛加德罗(Amedev Avogadro, 1776-1856)通过实验证明，相等体积的不同种类气体，在同温度同压强下有相同的分子数。即气体在温度、体积不变的条件下，气体压力的大小与气体分子数量成正比。在一个密闭系统，如果系统内有气体分子，系统内就会产生压力：气体分子数目越多，系统内压力越高；气体分子数目越少，系统内压力越低。轮胎能承受载荷，是因为轮胎内充有空气：空气分子数目越多，轮胎内压力越大，承受的载荷越大。对气球打气，气球会越来越大，就是由于气球内空气分子数目越来越多，压力越来越大，使气球逐渐膨胀。气球放气时，由于里面的空气跑掉了，空气分子数目越来越少，气球内压力低了，气球就变得越来越小了。

气体压力的大小与气体的温度也有关，但由于气体的温度变化对压力影响很小，我们可以忽略不计。 利用亚佛加德罗定律可以很好地分析制冷系统工作时压力变化的原因以及制冷系统发生故障时压力的异常变化。

三、制冷系统正常工作时压力变化的原因分析

如图1所示，汽车空调制冷系统也是一个密闭系统。当压缩机不工作时，系统内有压力是因为系统内有气态制冷剂。由于制冷系统内气态制冷剂的分子数目不变，所以系统内的压力没有发生变化而且是相等的。

当压缩机工作时，由于压缩机不断抽吸从蒸发器出来的气态制冷剂并向冷凝器输送，使系统内蒸发器到压缩机内的气态制冷剂分子数目不断减少，逐渐产生低压，而压缩机到冷凝器内的气态制冷剂分子数目不断增多，逐渐产生高压。在冷凝器，由于气态制冷剂放热冷凝成液态制冷剂，气态制冷剂分子数目不会无限增多，所以压力不会无限升高。在稳定的工况下，当压缩机输送的气态制冷剂分子数目和气态制冷剂转变成液态制冷剂的分子数目相同时，压力就会稳定在一定值。同样在蒸发器，由于液态制冷剂吸热蒸发成气态制冷剂，气态制冷剂分子数目不会无限减少，所以压力不会无限下降。在稳定的工况下，当被压缩机抽吸的气态制冷剂分子数目和液态态制冷剂转变成气态制冷剂的分子数目相同时，压力就会稳定在一定值。

当运行工况发生变化时，气态制冷剂分子数目发生变化，压力也相应发生变化。如压缩机转速增大时，输送到冷凝器的气态制冷剂增多，导致高压侧的气态制冷剂增加，压力相应升高。而被抽吸的气态制冷剂增多，导致低压侧的气态制冷剂减少，压力相应降低；如果冷凝器的风机转速加快，风量加大，冷凝器内的气态制冷剂冷凝成液态制冷剂的分子数目增多，高压侧的气态制冷剂相应减少，压力就下降；如果蒸发器风机转速加快，风量加大，液态制冷剂蒸发成气态制冷剂的分子数目增多，低压侧的气态制冷剂相应增多，压力就升高。

高温高压气体低温低压气体压缩机冷凝器气体液体蒸发器高温高压液体低温低压液体节流装置图1 制冷系统工作原理图

四、制冷系统压力异常的原因分析

如果制冷系统发生故障时，气态制冷剂分子数发生变化就会大，压力就会出现异常，远远超出其正常压力工作范围。

1、冷凝器散热差造成高压侧压力过高

冷凝器散热差的主要原因有：1、冷凝器散热片表面有灰尘；2、冷凝器散热片堵塞；3、冷凝器管内有积垢；4、风量不够。

这些原因都会影响制冷剂与载冷剂进行热交换，制冷剂不能很好放出热量，气态制冷剂就会很难冷凝变成液态制冷剂。这样，不断从压缩机输送过来的气态制冷剂来不及冷凝，气态制冷剂积聚在压缩机与冷凝器之间，高压侧的气态制冷剂分子数目逐渐增多，导致高压侧的压力不断升高。

有些汽车如比亚迪F3的空调制冷系统，当高压侧压力高于1.77Mpa时，接通冷凝器风扇的高速档，使冷凝器风扇高速运转，提高气态制冷剂的冷凝效果，降低压力。当压力降至1.37Mpa时，冷凝器风扇又以低速运转。

2、蒸发器散热差造成低压侧压力过低

蒸发器散热差的主要原因有：1、蒸发器散热片表面有灰尘；2、、蒸发器散热片堵塞；3、蒸发器管内有积垢；4、风量不够。

这些原因都会影响制冷剂与载冷剂进行热交换，制冷剂吸收载冷剂热量少，液态制冷剂就会很难蒸发变成气态制冷剂。这样，压缩机不断抽吸气态制冷剂，而气态制冷剂来不及补充，低压侧的气态分子数目减少，导致低压侧的压力降低。

3、制冷剂充注过少会造成高、低压侧压力会过低，而充注过多会造成高、低压侧压力过高 当制冷剂充注过少时，高、低压力侧的的气态制冷剂分子数目减少，高、低压力侧的压力自然过低；当制冷剂充注过多，液态制冷剂占满整个冷凝器时，气态制冷剂不能进入冷凝器内进行冷凝变成液态制冷剂，高压侧的气态制冷剂分子数目越来越多，压力自然过高。而由于高压侧的压力高，进入蒸发器的制冷剂流量大，低压侧的气态分子数目也增多，压力自然升高。

4、制冷系统堵塞会造成高、低压侧压力过低

制冷系统容易发生堵塞的部件有储液干燥器或者气液分离器，因为储液干燥器或者气液分离器里面有

过滤网，如果杂质太多，被过滤网吸收后容易发生堵塞。另外还有是节流装置。无论是热力膨胀阀还是节流孔管都有过滤网，而且它们的节流孔很小，杂质太多也容易在过滤网或节流孔处发生堵塞。

当制冷系统发生堵塞时，液态制冷剂就不能流到蒸发器进行蒸发变成气态制冷剂，而压缩机仍然不断抽吸从蒸发器出来的气态制冷剂，并向冷凝器输送。这样就造成低压侧的气态制冷剂分子数目不断减少， 压力逐渐下降。在高压侧，由于输送的气态制冷剂分子数目越来越少，所以压力也会逐渐下降。

当低压侧的压力低时，制冷剂的温度也低，导致蒸发器散热片表面和管路表面的温度低。如果低于零度以下，蒸发器散热片表面和管路表面就会出现结霜，甚至结冰。所以，结霜开始的位置就是堵塞的部位。

无论系统内压力是过高还是过低，都会影响制冷系统的工作效率和制冷效果，如果异常过高或过低，会损坏制冷系统部件。为避免制冷系统异常压力的发生，制冷系统都安装有压力开关。当系统压力出现异常时，通过压力开关断开压缩机的工作，使压力不会继续升高或降低。