制冷与空调用套管换热器强化换热研究

制冷与空调用套管换热器强化换热研究

钟万权

珠海格力电器股份有限公司    广东省 珠海市 519000

摘要：换热器也称热交换器，是把热量从一和种介质传给另一种介质的设备。换热器是各种工业部门最常见的通用热工设备，广泛应用于化工、能源、机械、交通、制冷、空调及航空航天等各个领域。换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛使用的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回收和节能的主要设备。制冷换热器是在制冷行业和制冷系统中使用的，用以实现冷量传递和冷量回收的设备，常见的形式有冷凝器、蒸发器、风机盘管和组合式空调机组等等。

关键词：制冷；空调；套管换热器

引言

随着经济的发展，空调市场需求增加，空调系统中铜的消费量占了很大比例，因此减少铜的消费量对于空调的研究和开发非常重要。此外，近年来，家用和较发达国家的空调产品性能标准都有所提高，欧洲联盟市场的季节性效率比每两年提高一个水平，因此，空调行业一直在努力改善随着技术的进步，制冷空调市场越来越具有竞争力为了满足性能可靠性要求，需要提高产品竞争力，换热器成本占空调系统的很大一部分。因此，降低换热器成本是设计研究的重点。目前空调中使用的热交换器主要是铜铝热交换器和全铝微电路热交换器。全铝微电路换热器仍面临排水和养护问题，需要进一步研究。

1套管换热器基本结构

传统套管换热器利用同轴双层套管的形式进行制冷系统冷量的传递，内层管走换热介质冷冻水，内层管与外层管之间走制冷剂，利用流体对流换热的形式进行热量传递，具体结构如图1。如图1所示为套管式换热器的构造简图，它由不同直径的两种管子套在一起组成同轴套管构成。小圆管内流过一种流体，小圆管外壁与大圆管内壁质检形成环形空间流过另一种流体。小圆管的管壁就形成隔在两种流体之间的传热壁面。在实际设计和制造这种换热器时，采用同轴套管以螺旋式结构堆叠在一起，以减小换热器占用空间，提高空间利用率。

图1套管式换热器原理图

2问题分析

该项目是对35台机器的R32制冷剂的新开发，在410a蒸发器的道路上，仅有4.42%的燃料效率(全年能源效率)达不到1 4.55级能源效率的发展要求。从分离均匀性和换热充足性的角度分析蒸发器通道(1)当前存在的问题:三通道连接类型受重力影响，导致第一通道分离较多，第二通道分离较少；(2)换热不够:蒸发器两路内外的u排气管比例相差很大，第一路分别为3U和2u；第二支，2U内侧线，3U外侧线。制冷运行过程中的制冷剂电流:通过总输入→三通线→子通道1、子通道2→输出1，输出2采用y →冷凝器三通线摘要；在热生产过程中，制冷剂流向制冷剂的相反方向。测试数据分析结果如下(1)分布不均:三路管件由重力系数分布不均引起，二路出口前2U过热严重；(2)热交换不够:两个出口的温差为4℃；原蒸发器通流道确定存在两个主要问题:分布不均和热交换不足。

3制冷与空调用套管换热器强化换热

3.1性能试验分析

对φ5mm管式换热器和φ7mm管式换热器进行全机组性能比较试验，对欧盟出口的24K座吊机进行试验比较分析，通过调整制冷剂注入量和制动阀尺寸，实现最佳换热性能，并在焓差试验台测试额定工作状态数据，见表3。φ 5mm管式换热器采用制冷仿真软件的四路设计，实现φ5mm管式换热器流动道和分流管形状的仿真优化设计。由于推导均匀性直接影响整个单元的性能，因此在测试过程中，将对每个输出进行热扭矩检测温度，以确保输出温度差小于3度，并通过调节空间数据来控制每条道路的蒸发大约2度一种φ5mm管道换热器和φ7mm管道换热器，其容量和能效相当，因此可以用φ5mm管道换热器代替φ7mm管道换热器，降低研发成本而不保证性能。

3.2蒸汽节能方法

在供热、通风和空调工程换热器运行中合理应用蒸汽节约方法，可以显着降低供热空调系统实际运行过程的能耗。在整个施工过程中，供暖、通风和空调的主要作用是提供家用热水和供热，在换热器中使用蒸汽经济可以重复利用蒸汽资源，大大降低换热器在运行过程中的能耗压力中国最常见的蒸汽节能措施包括蒸汽温度控制、汽水加热节能和冷凝水热能回收等方面的节能措施，主要是通过重复利用蒸汽热量实现节能目标供热、通风和空调供应商可采用蒸汽调节方法，使换热器处于更好的节能条件下，并在换热器实际应用过程中回收蒸汽两次，实现节能效果。应当指出，工业建筑和民用建筑的换热器采用节能办法差别很大，工业建筑的换热器采用节能措施通常是通过回收和再利用来实现的事实证明，合理使用蒸汽节能方法可以产生非常好的节能效果。。

3.3套管内管内壁采用螺旋肋片结构

如果想让换热器在换热过程中的热流量提高，可以从以下几个方面来进行，首先可以增加换热器的传热表面，传统增加传热表面的方式是在管内增加肋片的形式。其次是可以减小换热过程中的热阻，热阻有三个方面，冷流体侧的换热热阻，热流体侧的换热热阻和管壁本身的换热热阻。制冷套管换热器的外管内壁采用螺旋肋片结构，可以使流体在流经管路的过程中增加流程，从而增加换热效率，同时由于流体在螺旋结构的引导下，以涡流形式流动增加的在与壁面的对流换热过程中的扰动，使对流换热系数大大增加，第三个方面，内壁的螺旋结构增加的换热面积，增加了换热量。如果想降低在传热过程中的热阻，有两种方法可以实现，其一就是通过增加管长，可以降低热阻；其二就是增大圆管内径。换热器受到自身空间大小的限制，要增加管长很难实现；增大圆管内径势必要减少壁厚，壁厚降低的情况下会降低管路强度，因此，在这样的情况下，采用的唯一方法就是以在圆管内壁增加肋壁的方式来增加圆管内径。在制冷原理中，如果要降低冷流体的温度，就需要降低制冷循环的蒸发温度，降低蒸发温度会是制冷系统的能效比降低，这是得不偿失的。其二，减少肋壁的厚度，这种情况会降低换热器的强度。其三，增加F2的面积，这是通过增加肋壁的形式来实现的，由于肋壁的表面积F2大于光壁的表面积F1，这说明，平壁改为肋壁后会增强传热。在制冷空调工程中，把表面传热系数小的一侧的面积增大，是一种增强传热的最广泛的方法。

3.4电能节约方法

节能也是我国空调换热器运行的主要节能方式之一。一个热交换器的一半节能可以通过低沸点溶剂蒸馏和热交换器细化来实现。第二种是较为精细的生产工艺，通过改进生产工艺，最大限度地缩短换热器结垢时间，有效提高换热器运行效率，从而实现节能效果。

3.5成本分析

减少使用直径较小的换热器的费用主要是减少热置换铜管和制冷剂的注射量，减少费用为36.8%，原因是φ5mm铜管重量为34.1g/m，φ7mm铜管重量为54g/m；由于小管径换热器管径减小，换热效率提高，蒸发器管内体积减小，制冷剂注入量减少，温室气体排放量低，环境污染小，以及表6显示了欧洲联盟24K底座的成本和内部分析。减排总成本为41元人民币，单一国产机减排成本最高可达6%，因此，减径换热器侧重于促进在以下产品中的应用。

结束语

在套管式换热器进行换热的过程中，对内管内壁和外壁进行肋片化改造，可以使套管换热器的换热效率大幅度的提升，起到很好的节能效果，如果能在工业生产过程中得到大规模的使用，将会带来很好的社会效益和经济效益。

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