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      哈雷釬焊板式換熱器
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      平行流換熱器在家用空調的應用和分析

      點擊:2098 日期:[ 2014-04-26 22:00:53 ]
                                  平行流換熱器在家用空調的應用和分析                                    李越峰 陳俊智 王晰                                    四川長虹電器股份公司     【摘要】通過一款平行流換熱器在分體掛壁式冷暖空調室外機上的應用,和原來管片式換熱器系統在方案、成本等方面進行對比分析以及制冷性能試驗研究,同時介紹了平行流換熱器作為蒸發器進行結構改進方案,并對平行流換熱器在丙烷新冷媒系統的應用前景進行展望。     【關鍵詞】平行流換熱器家用空調丙烷     1.前言     美國摩?。╩odine)公司最早的專利 產品平行流換熱器(簡稱PFC)是用來替代原來在汽車空調的管片式冷凝器,后來經過日本昭和鋁等公司在兩端集管中增加 隔板形成不同回路而稱之為多元流換熱器 (簡稱MFC,Multi-Flow Condenser),其基本構成見圖1:扁管兩端分別插入左集管和右集管,利用設置在左集管和右集管上的隔板分隔而形成串連通道,翅片和集管表面涂敷有釬料和釬劑,整個芯體通過夾具夾持,通過NOCKLOCK釬焊爐整體焊接而成。國內平行流換熱器通過大批量在汽車空調中使用,技術已經非常成熟,目前主要應用的是多元流(MFC)的形式。和管片式換熱器相比,平行流有以下優點:     ●由于扁管不流通,面積小于圓管,因此空氣側阻力??;     ●翅片效率和翅片當量高度成反比,管片式由于U型傳熱管彎曲半徑限制,而 平行流無此限制,因此翅片效率高;     ●平行流可以靈活調整流程的扁管分布,使制冷劑側換熱能力增加時而阻力減??;     ●扁管和翅片的焊接方式決定了扁管和翅片的接觸熱阻??;     ●容易回收;     近些年,國家對家用空調能效要求日益提高,對高效換熱的研究逐漸成為學術研究以及行業的關注熱點,但發表的文章主要以平行流換熱研究為主,對家用空調應用和替代研究文章較少[1]、[2]。文獻[1]對平行流冷凝器用于家用空調做了理論可行性論證,文獻[2]做了平行流冷凝器在家用空調上的對比測試和分析,但使用平行流不是空調換熱器尺寸,研究方向是空調能效5級產品。本文研究按現有空調換熱器尺寸設計的平行流樣件在分體掛壁式冷暖空調系統的匹配試驗,從取得性能和付出成本進行對比分析。                             2.替換試驗     為能對平行流換熱器制冷和制熱效果做初步摸底,我們準備在一款分體掛壁式冷暖空調室外機替換原來的管片式換熱器,室外機帶有四通閥管路組件,毛細管外置,制冷劑充注量根據匹配情況調整。分別與3200W和3500W的室內機進行匹配試驗,試驗結果和原來管片式換熱器系統進行比較。     2.1平行流換熱器樣件     2.1.1幾何參數     某廠提供的平行流換熱器芯體尺寸: 575(集管中心線)mm×500mm×16(厚 度)mm,翅片:16mm×7.8(波高)mm ×2.4(波距)mm,扁管:2mm×16mm ×5 7 5 m m(光管),取換熱器長度為 575mm,考慮到平行流換熱器不好折彎, 該尺寸也是目前單冷直排管片式換熱器方 案的翅片端板間長度,見圖2。     由于平行流換熱器進出口是鋁管,為滿足家用空調銅管的焊接要求,平行流換 熱器樣件進出口管組件,與平行流冷凝器連接的一側采用鋁管,與空調銅管連接的一側采用銅管,銅管和鋁管之間采用電阻焊,該焊接方法目前已成熟并大量應用在空調室內外機的銅鋁連接配管。     2.1.2流程分布     平行流換熱器樣件為6流程,見圖3,每個流程管數14、11、9、7、5、4。                           2.2 空調系統參數     平行流換熱器應用的室外機系統和原 來管片式換熱器的室外機系統狀態對比見 表1。     2.3 測試結果對比     和相應規格的空調對比測試采用相同室內機進行,狀態區別主要是外機換熱器和充注量更改,按GB 7725-2004規定的制冷和制熱性能工況進行測試,具體結果見表2。由于在額定制熱測試過程中大量水珠不斷積聚在平行流換熱器的翅片間,而換熱器本身沒有設計排水流道,隨著水珠不斷增加,使室外側的風量不斷減少,使空調短時間制熱能力瞬間值達到3200W后,制熱能力出現明顯下降,使額定制熱測試 無法進行。Condenser名字決定了平行流適合作為冷凝器而非蒸發器。     從表2可以看出平行流換熱器的換熱能力非常強,換熱潛力比較大,僅靠增大室內機換熱器和風量可以使原來32的平行流室外機系統達到35機的制冷能力和EER 達到2級能效要求。     3.成本構成和分析     3.1平行流換熱器成本構成     對此次試驗用的平行流換熱器材料成本分析見表3。                             3.2系統成本方案對比     平行流換熱器和不同機型管片式換熱 器系統材料成本對比見表4,成本比較僅 反映制冷性能的差異,由于壓縮機排量減 少,空調制熱量也一定會減少,但對于單冷空調可以達到提高空調性能和降低成本 的目的。     4.改進措施介紹     汽車空調是單冷空調,制熱是靠暖風 機利用發動機余熱提供,平行流冷凝器不 用考慮蒸發器的作用。而家用熱泵空調室 外換熱器要使用平行流換熱器,就必須進 行相應的結構改進。從前面的試驗和分析 可以看出,首先必須解決換熱器翅片表面 凝結水問題,即如何形成“水道”將冷凝水迅速排走。     由于加工工藝需要進行整體焊接,無法使用親水鋁箔,普通鋁箔容易產生珠狀 凝結在翅片上形成“水橋”;并且由于扁管本身結構形式是水平平板,由于水有張力,冷凝水無法及時順利排掉。對于親水性問題可以考慮對換熱器本身進行整體式親水處理的方案。對于現有結構方式改變,目前公布的主要解決方案有兩個:一個是美國摩丁公司提出的平行流第二代P F 2 (Parallel flow plate fin)方案見圖4,摩丁公司將原來的翅片形式改為類似管片式翅片形式,利用兩端翅片形成水道;另外一個是韓國LG公司申請的專利[3],見圖5,主要解決方案是將原來水平放置扁管改為傾斜放置從而形成排水道。由于對摩丁公司PF2沒有更多的細節介紹,無法獲得更多的信息?;谂潘Ч袛?,LG方案傾斜扁管的方案效果似乎會更好。                                                                          圖4平行流二代示意圖                           5.新工質應用前景     目前家用空調使用的R22制冷劑將會在未來被其它制冷劑替代,文獻[4]闡述 了丙烷是非常有希望替代R22的自然工質,但是由于丙烷是可燃氣體,其安全性一直受到質疑。丙烷燃燒的兩個條件: ①空氣中的濃度在燃燒上下限之間; ②明火、火花達到相當能量和溫度;由此可以看出丙烷空調的安全性或對 環境的威脅主要取決于丙烷的充注量。如果丙烷完全泄漏后濃度遠遠低于燃燒下限,可以認為是安全的。一般國外通常認為空間中丙烷含量不超過燃燒下限的20%的量是安全的,即     空氣中丙烷含量≤39g/m320%=7.8g/m3, 按1.5HP空調制冷量對應房間面積一 般在15 m2左右,按2.6m房高計算安全充 注量為:7.8 g/m3×15m2×2.6m=304.2g     可以看出充注量小于304g的以丙烷作為制冷劑的空調,即制冷劑完全泄漏 在房間內也可以滿足對空調安全要求。文獻[5]研究表明:相同空調系統,丙 烷的充注量是R22空調系統充注量的 48%~49%。從前面1.5HP空調系統冷凝器應用平行流換熱器使R22充注量降低到500g以下,可以推算如果該系統改用丙烷,則丙烷充注量應在250g以下。我們可以進一步推斷:如果蒸發器可以改用平行流形式,系統丙烷充注量完全可以控制到200g以內,國際標準對小型制冷機使用碳氫化合物的安全要求是不大于150g,如果蒸發器形式可以采用平行流,小制冷量的空調系統達到這一目標非常有希望。     6.結論     對平行流換熱器在家用空調室外機和管片式換熱器進行替換研究,在相同迎風 面積下,材料成本有所增加,平行流冷凝器可以將原系統能效比從5級提高到3級,而如果對系統室內側做適當優化,平行流換熱器系統能效比可以達到2級節能要求,同比管片式換熱器材料成本有所降低,同時制冷劑的充注量明顯降低,通過以上分析可以形成如下結論:     ●基于制冷能效比提高的優化設計,平行流換熱器在材料成本優于目前管片式 換熱器。     ●目前平行流換熱器可以用于單冷空調,在家用空調提高能效標準的大環境下,如果能改進結構有效解決凝結水和化霜水排除問題,平行流換熱器在家用空調將會有更大應用空間。     ●應用平行流換熱器的系統充注量會比管片式換熱器系統大幅降低,會使應用丙烷制冷劑的空調系統安全性大幅提高,具有十分積極的意義。     參考文獻     1.陳芝久.陳江平.劉敬輝.平行流換熱器用于家用 空調的可行性分析,上海市制冷學會二○○三 年學術年會論文集,2003年,p.307-309     2.羅順春.崔炳祿.淺談平行流冷凝器在家用空調 上的應用,第八屆全國空調器、電冰箱(柜)及 壓縮機學術交流會論文集.中國廣東珠海,2006 年,p.118-120     3. LG電子株式會社.扁管式換熱器.中國,發明專 利說明書,ZL 97103961.5 2003     4.李越峰.李進.丙烷在家用空調中應用前景,中國制 冷學會第十七次團體會員大會暨第五屆全國食品冷 藏鏈大會論文集,中國長沙,2004年,p.40-47     5.Y.Hwang et al.,September 2002, P E R F O R M A N C E C O M P A  R I S O N O F HYDROCARBON R-290 WITH R-22 IN RESIDENTIAL HEAT PUMP SYSTEM,5th IIR-Gustav Lorentzen Conference on Natural WorkingFluids,p.603-610 (注:本文選自第九屆全國小型制冷機學術交流會 論文集,該文獲得優秀論文獎。) 【編輯/李鵬】 
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