应用纳米添加剂的冰箱性能实验研究

第42卷第7期西安交通大学学报Vol, 42 No72008年7月JOURNAL OF XI' AN JIAOTONG UNIVERSITYJul. 2008应用纳米添加剂的冰箱性能实验研究傅烈虎'，王瑞样'，2，丛伟'，李青冬'，吴业正'(1.西安交通大学能源与动力工程学院，710049, 西安; 2.北京建筑工程学院环境与能源工程学院，10044,北京)摘要:对HFC134a/HC600a/矿物油/纳米添加剂体系应用于冰箱的性能进行了实验研究和分析.首先,测定了应用HFC134a/HC600a/矿物油体系的冰箱在不同的充灌量条件下压缩机的吸、排气温度,蒸发温度,压缩机机壳温度,冷却速度,耗电量等指标.然后,在体系中添加了FesO纳米添.加剂后进行同样实验.实验结果表明:冰箱的冷却速度和耗电量均有一个最佳值;最大冷却速度和最小耗电量分别对应的制冷剂最佳充灌量不是同一个值;在相同条件下,添加纳米粒子后,压缩机.机壳的温度约下降2.2 C,吸气温度变化不大,排气温度约降低3.5 C,蒸发器平均温度约降低0.3 C,冷却时间约缩短148 s,同时耗电量略有减小,说明纳米粒子在强化传热和改善润滑性能等方面发挥了作用.关键词:纳米添加剂;冰箱;冷却速度;耗电量中图分类号: TB651文献标志码: A文章编号: 0253-987X(2008)07-0852-03Experiment Study on Performance of Refrigerator UsingNano-Particle AdditiveFU Liehu' , WANG Ruixiang'2, CONG Wei', LI Qingdong'，WU Yezheng'(1. School of Power and Energy Engineeing, Xi' an Jiaotong University, Xi an 710049, China;2. School of Environment and Energy Engineering, Bejing Institute of CivilEngincering and Architecture, Beijing 100444 China)Abstract: An experimental study was conducted on the performances of a refrigerator using themixture of HFC134a/HC600a, mineral oil and nano particles of FesO. The cooling speed and thepower consumption of the refrigerator, the temperatures at the different selected points in the re-frigerator were measured under the different charging amount, with and without adding nano-par-ticles in the system. The experimental results show that there was an optimal cooling speed andan optimal power consumption of the refrigerator but their corresponding charging amounts weredifferent. With nano particles under the same conditions, the refrigerator performance rose. Thetemperature of the compressor shell decreased by 2.2 C while the suction temperature changedslightly. Moreover, the discharge temperature decreased by 3.5 C and the average evaporatortemperature decreased by 0.3 C. The cooling time decreased by 148 seconds and the power con-sumption decreased slightly. It seems that the nanoparticles may be effective to enhance the heattransfer of the refrigerant and improving the property of the mineral oil.Keywords: nano-additive (Fe3O)); refrigerator; cooling speed; power consumption利用纳米粒子添加剂改善物质性质或利用纳米内外的研究热点.有关研究人员[1已经开展了纳米材料的特殊性质,从而达到优良的品质是近年来国粒子切步研究.研究表中国煤化工’收稿日期: 2007-09-13.作者简介: 傅烈虎(1982 - ),男 ,硕士生;.IYHCNMH G导师，基金项目:北京市高等学校人才强教计划资助项目(PHR(IHLB) ;北京市自然科学基金资助项目(2042008).第7期傅烈虎,等:应用纳米添加剂的冰箱性能实验研究853明:特定介质的纳米粒子能够有效地改善HFC制量充人混合 工质,重复步骤(3).冷剂与矿物基冷冻油的相溶性,制冷系统的效率得2实验数据与分析.到了一定提高,压缩机回油率性能良好.利用纳米粒子添加剂改善制冷剂和冷冻油的热力学性质、传热2.1制冷 剂/矿物油体系特性流动特性,从而达到优化参数、强化传热、改善2.1.1冰箱的冷 却速度本实验 在环境温度为(28油溶性、提高压缩机耐磨性、减少噪声等效果,将是士1) C之间进行测量.将实验冰箱在环境中至少放提高制冷空调、热泵设备的效率和可靠性的重要创置6h,使冰箱内部温度与环境温度达到平衡(温差新手段之一.≤1 C).关闭冰箱门,使冰箱连续运行3 h,测定在不同的充灌量me下冷冻室平均温度降到一18 C时1实验步骤所需要的时间.作者进行了多次重复实验,数据复现主要的温度测点分别分布在压缩机进、出口,压性较好,实验结果如图1所示.缩机外壳,蒸发器盘管,冰箱冷冻室(位于冰箱中间腔体中心轴上,距下端6 cm处)等处.2.7步骤1:将标定好的热电偶分别布置于冷冻室温度测点，蒸发器沿途及压缩机进、出口和外壳各号2.6.s步骤2:安装数据采集软件Agilent Bench Link2.60 6570580 85 9Data Logger Software for the Agilent 34970A,并用RS-232电缆线将Agilent 34970A测量仪器与计图1降温时间随充灌量变化的曲线算机相连.检查测量仪器内部设置,并调节设置使其和软件相-致.从图1可以看出,随着混合工质充灌量的改变,步骤3:在冰箱压缩机启动之后,用质量差法将冰箱的冷却速度也不断变化.事实上,当制冷剂充灌已按1 : 4的质量比配制好的HC600a与HFC134a量过小时,进人蒸发器的液体制冷剂不足,在蒸发器混合I质[司慢慢注人冰箱系统,充人的混合工质质中很快变成气态， 导致蒸发器管道有相当长的- -段量为60 g.充灌完毕后,使压缩机停机6 h以上,根处于气态单相换热,换热能力不足,从而导致冷却速据国家标准要求,使冰箱内部温度与环境温度达到度偏慢.当制冷剂充灌量过大时,进人冷凝器的液态平衡0(温差≤1 C),即各测点稳定,恢复到室温，制冷剂过多,冷凝压力和蒸发压力升高,从而使蒸发然后开启冰箱进行数据采集.在冰箱运行3h后,记温度提高，传热温差减少，也造成冷却速度偏慢.在录此时待测点的温度值及耗电量和冷却时间(冰箱适当的充灌量下(85g),冷却速度有一一个最佳值.冷冻室内测点温度从室温降至一18 C所需时间).2.1.2冰箱耗电量本实验耗电 量是冰箱在相同步骤4:在相同的环境条件下(室温波动小于2环境条件下运行3 h后所测出的结果.从图2可以C),改变充人混合工质的质量,分別测出混合制冷看 出:随着充灌量的变化，冰箱所消耗的电量先减小剂的总质量为70、75、80、85.90 g的条件下,所测各后增大.如果仅考虑冰箱的节能效果，最佳充灌量点温度值及耗电量和冷却时间.在改变充灌量时,冰应为80g.从图1.图2还可以看出，随着混合工质箱本身的设备、部件(如毛细管等)均不做变动.根据充灌量的改变,冰箱的耗电量虽然也有一个最佳耗电量，确定冰箱应用此混合工质时的最佳充灌量.值,但该最佳值对应的充灌量与最佳冷却速度所对步骤5:实验采用的纳米粒子为FesO..使用“两0.30r步法”,将制备好的纳米粒子直接与矿物油混合,使0.29纳米添加剂的质量分数达到0.7%,然后利用超声振动使其混合均匀，达到稳定.中国煤化工步骤6:将压缩机从冰箱取出后竖直放置,让原85 90YHCNMHG冰箱系统中的矿物油自然滴人容器中,待压缩机内的矿物油完全滴尽后再将压缩机放回冰箱内,然后图2耗电量随充灌 量变化的曲线加入同体积的纳米添加剂矿物油,并按最佳充灌质854西安交通大学学报第42卷应的充灌量并不- -致.出现这一现象主要是由于冰从压缩机存油量来看,系统回油状况良好.纳米箱的这两项性能指标所反映的内在参数不同.冰箱介质运用在冰箱制冷系统中,在一-定 程度上起到了的冷却速度主要反映的是制冷能力，而耗电量则更强化传热、提高润滑性能及改善制冷剂与矿物油相多地与冰箱制冷系统的能效比有关，因此它们各自溶性的作用，是提高冰箱能效的一种潜力手段. 纳米的最佳值所对应的最佳充灌量是不同的.粒子的质量配比和纳米粒子种类是影响潜力的重要2.2制冷 剂/矿物油/纳米添加剂体系因素,分散剂的使用能够极大地提高纳米粒子的质由表1中的数据可以看出:量配比和分散稳定性，进而也会极大地增强纳米粒(1)应用HFC134a/HC600a/矿物油/纳米添加子发挥的作用,而这些有待进-步的研究和探索剂体系的冰箱能够正常安全的运行,某些参数略优越于HFC134a/HC600a/矿物油体系;参考文献:(2)应用HFC134a/HC600a/矿物油/纳米添加[1] WANG Ruixiang, HAO Bo,XIE Guozhen,etal. A re剂体系的冰箱冷冻速度较快,蒸发器平均温度降低，frigerating system using HFC134a and mineral lubri-压缩机出口温度有所下降,进口温度变化不大，且耗cant appended with NTiO2(R) as working fluids[C]//Proceedings of the 4th Intermational Symposium on电量较少,纳米粒子的加人能够在一定程度上强化HAVC. Bejing, China: Tsinghua Universty Press,传热,提高换热效果,另外由于纳米介质的引人使原2003:888 892.工质/矿物油体系的饱和蒸气压曲线变得平坦,使压[2] WANG Ruixiang, ZOU Debao, ZHANG Qinglin. An缩机压力比变小,故而省功;investigation on refrigerating system using HFC134a(3)应用HFC134a/ HC600a/矿物油/纳米添加and mineral lubricant mixed with nano particles TiO2剂体系的冰箱压缩机外壳温度较低,说明纳米粒子(a) as working fluids[C]// Proceedings of the 4th In~能够改善摩擦润滑性能.ternational Conference on Compressor and Refrigera-表1混合工质在最佳充灌量下应用纳米添tion. Xi' an, China: Xi an Jiaotong University Press,加剂时的性能对比2003:313-319.制冷剂/矿物油制冷剂/矿物[3] Z0U Debao, WANG Ruixiang, ZHANG Qinglin. In-vestigation on the action of nanoparticles on the solu-油/纳米添加剂bility and miscibility of mineral lubricant oil and HFC冷却时间/s2 4602312refrigerant [C]// Proceedings of the 4th Intemational压缩机机壳67.965. 7Conference on Compressor and Refrigeration. Xi an,温度(壁面)/CChina: Xi an Jiaotong University Press,2003:461-469.压缩机吸气温28.128. 2[4]徐明仿 ,杜维明,晏刚.混合制冷剂R134a/R600a应用度(壁面)/C于冰箱的研究[]制冷与空调, 2005 ,5(2):75-78.蒸发器平均-37.4-37.7XU Mingfang, DU Weiming, YAN Gang. Study of温度/C压缩机排气the application of R134a/R600a mixture in refrigerator72.669. 1[J]. Refrigeration and Air Conditioning, 2005, 5(2):75-78.耗电量/kW.h0. 2600. 255[5]陈艳阳,任挪颖， 晏刚.新型制冷剂研究及应用冰箱压缩机的设计[J].家电科技, 2005 (12): 45-47.3结论CHEN Yanyang, REN Nuoyin, YAN Gang. Research& application of new refrigerant and compressor de-经过长达72h的运转测试，结果表明:随着混sign[J]. Science and Technology of Household Elec-合工质充灌量的改变,冰箱的冷却速度和耗电量均tric Apliance, 2005 (12): 45-47.是先减小后增大,都存在-个最佳值,但最佳值各自[6]阎俊青,王云飞,陈蒲，等. GB/T8059. 1-3家用电器对应的混合工质充灌量的值不同;在相同条件下,添中国煤化工}版社,1995.加纳米粒子后压缩机壳温度下降,冷却速度加快,但MYHCNMHG耗电量反而减少.(编辑王焕雪)