微通道换热器

微通道换热器
    CO2的高运行压力、良好的传热性能、小当量直径的通道,为加大空气侧换热面积提供了条件,换热器的紧凑度也会提高。目前在跨临界CO2制冷循环系统中,微通道换热器是发展的趋势,多用来代替传统的翅片管换热器。微通道换热器的主要优点是高效、耐压、体积小、制冷剂充注量少。
    微通道换热器[4]如图3所示,由2个集管和2个集管之间沿水平方向展开的许多扁平微通道换热管组成。换热管插入集管的狭槽,折叠百叶窗翅片安装在微通道传热管之间。集管内装有隔板,制冷剂得以在2个集管中来回流动,而且管入口和管出口面积可以不同。微通道的形状可以采用三角形、方形、圆形和H形等,在CO2微通道换热器中多采用圆形。
                  
    气体冷却器集管的横截面通常是圆形,内径略大于微通道管,在15~20mm左右。CO2系统中的高压,有强烈的减小内径以节约材料和节约空间的要求,所以设计“双入口”集管,可大大减小集管质量、尺寸和换热器内部面积,从而减小爆炸能量。
    丁国良教授等开发的圆管平行流换热器,圆管束是由一根或多根圆管并排组成,圆管直径在0.2~5mm范围内,圆管束的两端伸入管间连接头内,并通过管间连接头固定在两端集流管的方槽中,集流管由一根或数根圆管并排焊接而成,一端封闭,一端开口,直径在15~30mm范围内。这种结构和图3所示微通道结构的区别在于,平行流换热器用的是焊接而成的圆管束,材料选用铝,也可用铜及铜合金;微通道气体冷却器是在扁管中挤压出小孔,由于需要良好的延展性和较小的硬度,只能采用材料铝。
                 
    Pettersen等开发的微通道气体冷却器,11根微通道管管宽(核心深度)16.5mm,管径为0.79mm。为了避免集管两个并行入口之间的相互影响,扁平管在集管上的插槽比需要的深,这些开口能使制冷剂在传热管中心微通道内自由进出,同时用塞子或插槽标尺隔离,使传热管不能插入集管底部。
    Kim等[6]建立了3个扁平微通道管并联的蒸发器的有限体积模型,几何尺寸如表1所示。其主要目标是精确地获得空气侧冷凝水和倾斜角对折叠百叶翅片换热和流动性能的影响,并在蒸发器样机上得到了验证。其模型可合理、精确地预测实验数据,可被用于微通道蒸发器的性能分析和设计。样机为2个扁平管并联的方式,制冷剂侧为7流程。 比套管式换热器材料减少50%,性能提高10%。
                  
  该内部换热器的内部芯长为1.156m。考虑到换热器的散热损失和焊接余量,内部换热器的设计长度选为1.2m,内部换热器采用3排结构,中间靠弯管连接。内部换热器的整体尺寸为400mm×44mm×30.5mm。在亚临界状态下使用Petukhov关联式,超临界状态下使用Gnielinski关联式(亚临界时用的是一般的公式,没有采用现在讨论很多的亚临界状态公式中的任何一个;后一个是超临界状态冷却时很多关联式中计算误差较小的一个),计算得出微通道内部换热器的传热面积密度比板翅式和套管式换热器的高得多,在相同的换热量下可大幅减小换热器的尺寸。