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                微通道換熱器在家用空調上的應用前景

                點擊:1830 日期:[ 2014-04-26 21:13:56 ]
                                       微通道換熱器在家用空調上的應用前景                             張琳琳 薛靜 疏禮軍 方亞坤                  中國電子科技集團公司第十六研究所230043     摘要:微通道換熱器作為一種新型的換熱器,具有節能、高效、環保等優勢。本文對微通道傳熱的特征進行述評的基礎上,主要就微通道換熱器的國內外現狀及其中相關問題展開討論。     關鍵詞:微通道;換熱器;制冷     微通道換熱器產品的產業化,將促進空調節能技術的發展,符合節能環保政策,具有重要意義。近年來微通道技術因其具有的優良傳熱特性觸發了傳統工業制冷、汽車空調、家用空調等領域提高效率、節能減排的技術革新。本文主要就微通道換熱器在家用空調上的國內外現狀及其中相關問題展開討論。     一、微通道換熱器的主要特點     微通道換熱器主要由集流管、多通道扁管和百葉窗翅片三部分組成(圖1)。因為其尺度微細,面積體積比增大,表面作用增強,從而帶來傳遞效果的明顯增強,比常規尺度提高了2~3個數量級,并且當流道尺寸小于3mm時,氣液兩相流動與相變傳熱規律將不同于常規較大尺寸,通道越小,尺寸效應越發明顯,當管內徑小到0.5~1mm時,對流換熱系數可增大50%~100%。          微通道換熱器根據尺寸大小可劃分為微型微通道換熱器和大尺度微通道換熱器,本文主要關注大尺度微通道換熱器,因此對于微型微通道換熱器暫不詳述。     目前,微通道平行流管是大尺度微通道換熱器的關鍵技術,由此制成的微通道換熱器又稱之為平行流換熱器。平行流換熱器分為兩種:(1)集流管不分段,制冷劑流動方向一致,稱之為單元平行流換熱器。(2)多元平行流換熱器,實際上是分流式換熱器,即變通流程設計。     據實驗數據[2]顯示,與常規換熱器相比,同等制冷效率下,微通道換熱器能效平均調高可達30%以上,體積減少30%以上,材料重量減少約50%,制冷劑使用量可以減少30%以上。     二、微通道換熱器市場概述     微通道換熱器是一種采用鋁合金材料制成的高效換熱器,主要運用于家用、輕型商用空調和冷凍市場。微通道換熱器,相對于傳統管翅式換熱器,具有更高的能效和可靠性,更加綠色環保,綜合成本更低。鑒于微通道換熱器的巨大優越性,日本和韓國的空調生產企業早幾年就開始了微通道換熱器產品的研究,約克、開利、LG、摩丁等空調企業已采用平行流冷凝器作為其產品的優化方向,并已批量使用。國內廠家對微通道換熱器進行批量生產的極少,尤其是應用于在家用和商用空調系統的微通道換熱器產品,不過眾多知名空調廠商如美的、TCL等對全鋁微通道換熱器產品表現出很大的興趣。     微通道換熱器研究引起了全球行業內的高度重視,全鋁微通道換熱器作為一種新型高效換熱器正成為目前國內外空調領域研究的重點之一。這種新型換熱器領域新的拓展,必然將推動空調制冷行業向更加節能、高效和綠色環保的方向發展。     三、微通道換熱器的發展趨勢     微通道換熱器在家用空調上主要成果集中于以下三個方面:     (1)整體性能提升。冷凝換熱系數的提高和高面積/體積比,以及波紋翅片形成的壓降減少,可使冷凝器的體積大大縮小。有研究人員用平行流換熱器代替半徑為7mm的圓管冷凝器,發現由于管側和空氣側性能提高可節省55%材料,同時空氣側壓降降低。目前將平行流換熱器應用于家用空調,證實了其體積可比傳統空調小1/2左右,制冷劑使用量節省20%,對其大規模商業化發展奠定了非常有利的基礎。     (2)百葉窗翅片側流體換熱與流動性能匹配。當雷諾數從50變到1200的過程中,翅片厚度與翅片間距的比值對流動效率有著顯著的影響,特別是在百葉窗幾何體的百葉窗角度較小的時候影響更為明顯。當百葉窗翅片的百葉窗角度較小時,將翅片厚度與翅片間距從0.05增大到0.15,流動效率降低達35~40%。     (3)微孔管內部流體換熱與流動匹配。對于R134a冷媒,在擠壓成型的多孔扁管(帶翅片和不帶翅片)中,當水力直徑為0.44<<1.564hD mm時的冷凝效果,發現傳熱系數和壓力梯度隨著水力直徑的減小而增大。     四、討論     與最高效的常規換熱器相比,空調器的微通道換熱效率可望提高20%~30%,冷媒灌注量降低45%,重量下降了40%。用于空調器的微通道換熱器基本結構形式為多通路鋁帶狀管,波紋形翅片(開條縫),整體焊接一般為多管程,導熱性能好,可有效減低風扇的功率;有助于減少制冷劑充灌量,對采用可燃天然工質非常重要;節約材料降低制造成本;具備良好的抗腐蝕性。     雖然微通道換熱器有許多優勢,但微通道換熱器在研究過程中也存在關鍵技術難點,即如何解決作蒸發器時制冷劑兩相流體在子通路中均勻分配問題,換熱器在制冷、供熱工況間切換運行問題,融霜水的排除問題及換熱器與管路之間的可靠連接方法等。在適用化方面,微通道換熱器因為加工費用遠遠高于材料費用,若在家用空調上大量推廣,必須提高相關產業的加工工藝水平,提高成品合格率,降低生產加工成本。     五、結論     與常規換熱器相比,微通道換熱器不僅體積換熱系數大,換熱效率高,可滿足更高的能效標準,而且具有優良的耐壓性能和環保效益,相信隨著微通道換熱器的生產方法的漸趨成熟,其在家用空調上的市場化、規?;瘜⒊蔀橐环N趨勢。 參考文獻: [1]閆晨昊,張華.微通道換熱器在CO2制冷循環中的發展及特性分析[J].制冷技術.2011,(5) [2]鐘毅,尹建成,潘晟旻.微通道換熱器研究進展[J].制冷與空調.2009,(9)
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