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翅片管换热器过冷管设计对系统性能影响研究点击：2096 日期：[ 2014-04-26 22:54:57 ] |
| 翅片管换热器过冷管设计对系统性能影响研究 饶荣水 魏富党 (广东美的商用空调设备有限公司,广东佛山528311 ) [摘要]试验对比研究在翅片管换热器底部设置1根U形管过冷、2根并联U形管过冷、2根串联U形管 过冷的过冷效果,测试数据表明用2根U形管串联进行过冷的效果最好。当把2根铜管串联用于过冷时, 对R22制冷剂在B工况测试条件下,与没有过冷相比,过冷度增加了1·1℃,能效比高出0·33W/W,提高 了8·25%;对R410A制冷剂在B工况测试条件下,与没有过冷相比,过冷度增加了2·0℃,能效比高出 0·10W/W,提高了2·69%。 [关键词]翅片管换热器,过冷段,性能系数,试验研究 [中图分类号] TK172; TB61 [文献标识码] A 纵观空调换热器强化传热的研究文献,可以看 到空调换热器强化传热可以通过提高传热系数、增加传热面积和增大空气侧和制冷剂侧传热温差等3 种途径来实现。以往对换热器强化换热的研究多集中在管内和管外的结构以及寻找更高效、环保的替 代制冷剂上,这些研究取得了很好的强化换热效果。文献[1]对国内外关于制冷剂流路对换热性 能影响方面的内容进行了综述,提出需要建立描述 流程布置的换热器的完善的数学模型,为实际的换 热器设计方案的选取提供基础。文献[2]开展了制冷剂流路对冷凝器换热特性的研究,根据测试数 据,提出在冷凝器设计中,应当考虑分路流动,在 设计分路时,不同路的入口应尽量靠近,出口也应靠近,进口与出口应尽量远,以避免由于复热而损失部分换热量,避免流量分配不均匀。文献[3] 对设置于V字型翅片管换热器最底部的过冷翅片管换热器进行研究,过冷段可以增大制冷剂液体的过冷度,使系统COP提高约19%,并有效降低翅片表面结霜。 在开发空调时,把冷凝器底部的一些铜管用于过冷,可以起到两个方面的作用:一方面,使得冷凝器出口的液态制冷剂得到进一步过冷,减小制冷剂的闪发;另一方面,减少制热时换热器底部的结霜,便于化霜。在以前的研究中,很少涉及到过冷方案设计的内容,本文对翅片管换热器的3种过冷设计方案进行对比,同时对R22和R410A两种制冷剂进行试验研究,结果具有实用价值。 1 试验装置与测试方法 试验在笔者单位的ETL焓差室进行,试验测试 系统见图1。该实验室符合ARI210/240、ASHRAE116、ASHRAE 37、GB/T 7725、GB/T 17758、GB/T 18836等国际和国内标准。该实验室由位于美国纽 约Cortland的ETL公司设计和建造,美国Cortland 的ETL实验室是美国能源部唯一认可的单元机能力 和能效测试机构,在美国具有绝对的权威。根据验 收时的对比数据分析, ETL公司为美的设计的实验 室与美国ETL实验室测试数据的偏差在2%以内。 测试工况的稳定通过布置在室内侧和室外侧的 温度测量装置11、8,以及工况机组、实验室的控 制装置来实现。温度测量装置11、8采用铂电阻温 度计,冷凝器温度用铜-康铜热电偶进行测量,压 力采用压力传感器来实现。 本文设计了在翅片管换热器的迎风面底部的1根U形管、换热器底部的2根U形管并联、以及换热器底部的2根U形管串联3种不同的过冷方案;同时,为便于对比,也对没有采用过冷管的翅片管换热器进行了测试。测试按照ARI210/240- 2008的A、B制冷工况要求进行,详见表1。其中 R22制冷剂的测试在一套10·5kW的空调上进行, 共测试了4个冷凝器,其流路及过冷管布置详见图2; R410A制冷剂的测试在一套16·0 kW的空调上进行,共测试了2个冷凝器,其流路及过冷管布置 详见图3。在进行实验研究时,空调用到的风机、电机、压缩机、室内机等不发生变化,仅更换室外 机的换热器。用于测试的冷凝器为2排,铜管外径 9·53 mm,铜管中心距25·4 mm,采用叉排形式, 翅片形式为弧形冲缝片,翅片厚度0·105 mm,单排翅片宽度22 mm,翅片间距1·5 mm。 2 试验结果及分析 2·1 R22制冷剂的测试结果及分析 从表2数据可以看出,采用1根U形管过冷方 案,经过过冷管后的制冷剂温度降低了0·9℃,冷 凝器出口的制冷剂温度比没有采用过冷管的低 0·1℃;采用2根U形管并联过冷方案时,经过过 冷管后的制冷剂温度降低了0·3℃,冷凝器出口的 制冷剂温度比没有采用过冷管的高0·2℃;采用2 根U形管串联过冷方案时,经过过冷管后的制冷 剂温度降低了1·7℃,冷凝器出口的制冷剂温度比没有采用过冷管的低1·1℃。 查R22制冷剂特性的参数表,高压1·31MPa对 应的制冷剂饱和温度为36·6℃。这样,可以认为三种过冷方案中过冷管进口的制冷剂都为稍微过冷 的液态制冷剂或者饱和液态制冷剂;对于2根U并 联的过冷方案,由于把液态制冷剂分成2路,管内 制冷剂的流速低,换热效果不好,结果体现为过冷 效果很差。对于1根U过冷方案和2根U串联过冷方案,液态制冷剂没有被分开,集中在一根铜管内 流动,液态制冷剂的流速高,换热效果好;由于2 根U串联过冷方案中过冷管的长度比1根U过冷方案中过冷管的长度要长,换热充分,体现为2根 U串联过冷方案的过冷效果比1根U过冷方案好。从空调能效比EER角度看, 2根U串联过冷 设计最好。1根U过冷、2根U并联过冷、2根U 串联过冷的EER分别比没有过冷管设计的方案高 0·19W/W、0·09W/W和0·33W/W,分别高 4·75%、2·25%和8·25%。 对A工况测试的数据,三种过冷方案的过冷度、能效比的变化规律与B工况的测试结果相同。总结A、B工况测试的数据,可以认为2根U串联过冷设计在三种过冷设计中最优。 2·2 R410A制冷剂的测试结果及分析 对B工况的测试数据,无过冷管时,冷凝器出口制冷剂温度35℃,比2·39MPa压力对应的饱和温度41·5℃低了6·5℃。对于2根U形管串联过冷时,过冷管进口制冷剂温度39·3℃,过冷管出口制冷剂温度34·1℃,具有5·2℃的过冷;如果考虑2·45MPa压力对应的饱和液体温度42·6℃,具有8·5℃的过冷度。采用2根U形管串联过冷,比 没有过冷管的换热器设计,其换热器出口制冷剂的 过冷度增加了2℃;对应的能效比提高了0·1W/W 对A工况的测试数据,无过冷管时,冷凝器 出口制冷剂温度45·2℃,比2·81MPa压力对应的 饱和温度48·2℃低了3·0℃。对于2根U形管串联过冷时,过冷管进口制冷剂温度46·4℃,过冷管出口制冷剂温度43·2℃,具有3·1℃的过冷;如果 考虑2·86MPa压力对应的饱和液体温度48·8℃, 具有3·6℃的过冷度。采用2根U形管串联过冷, 比没有过冷管的换热器设计,其换热器出口制冷剂的过冷度增加了0·6℃;对应的能效比提高了 0·04W/W。 采用2根U形管串联来实现过冷目的时,由于液态制冷剂在过冷管内高速流动,换热效果好,从而实现了较好的过冷。R410A制冷剂的过冷规律与R22制冷剂的过冷规律相同。 3 结论 (1)试验对比研究了换热器底部的1根U形管、2根U形管并联、2根U形管串联的过冷效果,也与没有过冷的换热器进行了对比,用R22 和R410A两种制冷剂进行了测试,测试结果表明用2根U形管串联过冷的效果最好; (2) 2根U形管串联用于过冷,对R22制冷剂在B工况测试下,与没有过冷相比,过冷度增加了1·1℃,能效比高出0·33W/W,提高了8·25%; (3) 2根U形管串联用于过冷,对R410A制冷剂在B工况测试下,与没有过冷相比,过冷度增加了2·0℃,能效比高出0·10W/W,提高了 2·69%; (4)对于不同能力机型换热器的过冷管设计,需要进行更多的理论和试验研究,以达到提高能效和换热器利用率的目的。 4 参考文献 [1]姜盈霓,虎小红·流程布置对翅片管换热器换热性能影响的研究现状与展望[J]·制冷与空调, 2007, 7 (3): 14-20 [2]张智,金培耕,涂旺荣等·制冷剂流路对冷凝器换热特性的影响[J]·暖通空调, 2002, 22 (2): 18-20 [3]商萍君,董玉军,袁秀玲等·过冷段翅片管换热器的试验研究[J]·制冷与空调, 2006, 6 (6): 76-79 |
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