制冷空调用换热器研究现状及展望

制冷空调用换热器研究现状及展望

叶秀东

身份证号：341122198206151613

摘要：随着社会的进步，制冷空调技术的出现使得人类掌握了自主调节温度变化、创造人工环境的能力,已成为决定现代社会中食品安全、卫生健康、芯片技术、航空航天、高科技船舶、新能源汽车等重要科技领域发展水平的必不可少的支撑技术。制冷空调设备的生产和使用消耗了大量的材料和能源,如空调的使用可消耗城市峰值用电的60%,通过制冷空调装置优化设计实现其节能节材,是减少碳排放的重要环节。

关键词：制冷空调；换热器；现状；展望

引言

自动控制即无人状态下通过自动控制系统，实现对设备装置的控制，提高设备运行的智能化水平。通过自动控制系统下达指令、传输信号的方式，能实现设备运行功能目标或者实现对设备的基础调控。如制冷与空调设备在运行时，需要预先进行基础参数的设置，从而对工艺参数等各项指标进行自动调整，确保设备在运行时能达到理想参数值，便于制冷与空调设备实现预期设定的运行效果。

1制冷空调装置对于换热器的要求

实际制冷空调装置除了蒸发器、压缩机、冷凝器、节流元件,还需要有其他部件协同工作。蒸发器用于实现制冷剂的冷量向空气传递,其中空气的流动依靠风机,风机由电机驱动;冷凝器是散热部件,其风机用于输送空气与冷凝器进行热交换,并由电机驱动;压缩机用于压缩蒸发器出来的制冷剂气体并排向冷凝器,现在主流的空调压缩机都是变频压缩机,带有变频器,用于实现压缩机转速调节;节流装置用于控制制冷剂流量大小;国内销售的空调器绝大多数是热泵型空调器,依靠四通阀使得制冷剂流向切换,以分别实现制冷与制热功能。制冷空调装置的基本性能要求包括:足够的冷热量、能效高。对于冷热量提升,蒸发器和冷凝器承担冷热量的传递,无疑是最直接的影响部件。对于能效提升,关注的重点大多会放到压缩机、风机这些直接耗能部件上。但针对产品的调研发现,目前压缩机和风机的效率都已经做到很高,比如它们的电机效率可以达到90%以上,所以提升的空间有限。换热器虽然不直接用电,但其传热温差的存在导致系统不可逆损失的发生。空调器在标准制冷工况下,蒸发器可以存在高达15℃以上的传热温差,冷凝器存在约10℃的传热温差,若与传热温差为零时理想情况相比,能效有70%以上的提升潜力。因此,换热器的换热能力是提升制冷空调装置性能的关键。制冷空调用换热器,最多的用途是用于实现制冷剂与空气间的热量传递;例如房间空调器中的蒸发器与冷凝器。由于空气的导热系数非常低,这类换热器的换热性能提升重点是增强空气侧的换热能力;采用在空气侧加大换热面积是常用手段。空调器中最常用的换热器型式是翅片管式换热器,管内走制冷剂,管外流过空气;管外设置很多换热翅片,用于增大换热面积,以弥补空气侧换热系数低的不足。制冷空调用换热器,也有大量用于实现制冷剂和载冷剂间的热量传递,以及载冷剂和空气间的热量传递。在集中式空调系统中,制冷剂先通过换热器将冷量传递给载冷剂(水是最常用的载冷剂),再通过载冷剂送到各个房间与空气进行热交换。载冷剂的传热能力远大于空气,而与制冷剂相对接近;这使得用于制冷剂与载冷剂之间热交换的换热器型式,与制冷剂与空气之间热交换用的换热器型式有很大的不同;但载冷剂与空气之间热交换的换热器型式,与制冷剂与空气之间热交换较为接近,可以采用相同的换热器型式。

2天然气驱动制冷系统

天然气驱动的制冷系统采用传统的能源供给方式，充分利用自然界纯净、清洁、高效、环保、优质无害的天然气，资源储量丰富，是仅次于煤炭和石油的全球第三大常规能源。以天然气为能源的内燃机及燃气轮机驱动压缩式制冷空调系统占据着较大的市场份额，大大提高了用电效率，泵的热输送驱动力根据天然气热力性质分为3种。（1）压缩式制冷:可灵活调节制冷量，运行效率高，费用较低。（2）热驱动吸收式制冷:该中央空调控制系统结构及功能与加压机式冷却系统的区别是将发电机、液体节流阀、热吸收器、液体泵组等作为热流体加压，通过发电机在冷却装置中产生大量的热，液体在热流体加工处理后转化为气态蒸汽，在水冷却器中将蒸汽冷凝成液态水，通过节流阀系统或冷凝器系统蒸发吸热，完成冷却。蒸汽气体被吸入溴化锂溶剂中，再用溶液泵将稀化反应后生成的溴化锂再次泵送入气体发生器进行循环。单效吸收式制冷发生器的工作温度上限为93℃，运行稳定，安全可靠，维护费用较低。干燥剂除湿系统:干燥剂除湿系统的相变潜热冷却需要消耗50%以上的能量，干燥液技术不使用冷却干燥空气装置，可自动灵活调节气体湿度和温度，防止室内单一管加热和冷冻气体管道腔内产生大量干燥的凝固液，减少室内湿气，从而有利于降低灰霉菌的大量产生，改善空气品质，降低相对湿度。当室内空气相对湿度降至30%时，与冬天气温达2℃及以上时一样舒适，因此为降低室内相对湿度，可提高室内空气管道中的冷却水温度，节约能耗，降低费用。

3热声制冷系统

与传统的蒸汽压缩式制冷系统相比，热声制冷具有一定的技术优势，它不使用影响环境的制冷剂，而是使用惰性气体或其混合物，不会产生温室效应，结构简单可靠，材料价格低廉，不需要活塞与油密封及润滑，结构内没有运动部件，进一步降低了故障发生率，维护成本大大降低。热声制冷克服了传统技术的缺点，有可能成为新的制冷技术发展分支。热声装置可分为两部分，即热声发动机，将热声转化为声能，通过自激振荡的方式工作;热声制冷机:利用声波泵热实现制冷，其关键是声场的相位匹配。主要由声驱动器、谐振腔、热端和冷端换热器及板叠组成。声驱动器产生高幅声能，喇叭、活塞振膜或线性电机等也可作为代替部件。谐振腔与声驱动器产生谐振声波。热端、冷端换热器负责输出热量和冷量。板叠作为一个关键部件，可产生热声效应。板叠内的气体微团在声波作用下进行左右往复移动，不断膨胀与压缩，大量微团在微观上进行协调一致的周期性运动，使热量从冷端涌向热端，令板叠产生温度梯度，进而形成宏观的泵热效应。温音扳机将热能直接转换而为中间介质的能量(称为温声能)，结构形式与电声制冷机相似，令热端热交换器升温，在板叠内部形成一个温度梯度，超过一定参考值时，出现共振产生的温声音，此时板叠中产生的热量与气体微团中的热力循环能量完全对立，气体微团被挤出时向左活动，吸热到板叠中，膨胀时向右活动，散热到地板上可增加宏观音能并将这些能量转换为宏观热声能，是一种简单理想的制冷形式，其将热声发电机和热声制冷机组合使用，由热能驱动压缩机。

结语

综上所述，制冷与空调设备在生活领域的应用越来越广泛，技术水平得以迅速发展。在当前的生活与生产领域，制冷与空调设备的研发力度不断增强，系统性能大幅提升，对设备进行电气自动化控制，已成为制冷与空调设备的主要发展趋势。通过电气自动控制，能进一步对室内温度调节过程的优化，保证设备运行的稳定性，有效减少设备运行时消耗的能源。

参考文献

［1］李鹏鹏，王东辉.“节能减排”形势下制冷新技术探讨［J］．中国－东盟博览，2012(06):11－12.

［2］张秀丽，姜勇.浅谈太阳能制冷技术及其在空调领域的应用［J］．山西建筑，2011，37(08):114－115.

［3］董凯军，唐占超.热声制冷新技术及其应用进展［J］．家电科技，2006(02):13－15.