翅片管换热器过冷管设计对系统性能影响研究

No . 1, 2009, Mar . REFRIGERATION Vol. 3628(Total No . 106) 文章编号:ISSN1005-9180(2009) 01-0036-05

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

TK172; TB61

[文献标识码]

A

[中图分类号]

Investigation on the Subcooled U Tube Design of a Fin -tube Heat Exchanger

on the Performance of the Air Cond itioner

RAO Rongshui, WEI Fudang

(Guangdong Midea Commercial Air-conditioner Equipment Co Ltd , Foshan, China 528311)

Abstract:Three kinds of subcooled U tube design of a fin-tube heat exchanger on the performance of the air conditioner were i nvesti gated experimentally The 1U tube, 2parallel U tubes and 2series U tubes at the bottom of a fin-tube heat ex changer were designed and tested It i s showed that the design of 2series U tubes desi gn will get the best performance of the air condi tioner Comparing to the no subcooled U tube design, the 2series U tubes subcooled design gets the resul ts of subcooling increasing 1 1 , energy efficiency ratio increasing 0 33W/W, that is 8 25percent for R22refrigerant under B test of ARI 210-240; and the subcooling increasing 2 0 , energy efficiency ratio increasing 0 10W/W, that is 2 69percent for R410A refri gerant under B test of ARI 210-240

Keywords:Fin-tube heat exchanger, Subcooled U tube, Energy efficiency ratio, Experimental inves tigation

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

收稿日期:2008-12-10; 修回日期:2009-1-12

:(-) , 男, , E-126. com

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第28卷第1期(总106期)

制 冷 37

116、ASHRAE 37、GB/T7725、GB/T17758、GB/T18836等国际和国内标准。该实验室由位于美国纽约Cortland 的E TL 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, E TL 公司为美的设计的实验室与美国E TL 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。

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E TL 焓差室进行, 试验测试系统见图1。该实验室符合ARI210/240、ASHRAE

图1 测试装置

1-控制室 2-控制电脑 3-电控柜 4-变频风机 5-连接软管6-风量取样测量室 7-室外侧 8-温度测量装置 9-室外机 10-室内侧11-温度测量装置 12-回风风管 13-回风闸板 14-回风热电偶格栅

15-室内机 16-出风热电偶格栅 17-出风闸板 18-送风管

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 0kW 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 53m m, 铜管中心距25 4mm, 采用叉排形式, 翅片形式为弧形冲缝片, 翅片厚度0 105mm, 单排翅片宽度22mm, 翅片间距1 5mm 。

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表1 制冷测试工况要求室内侧

试验项目

干球温度( )

A Tes t B Test

26 726 7

湿球温度( )

19 419 4

干球温度( )

3527 8

湿球温度( )

18

3

室外侧

(a) 无过冷 (b) 1根U 过冷 (c) 2根U 并联过冷 (d) 2根U 串联过冷

图2 R22

制冷剂的冷凝器流路

(a) 无过冷

图3 R410A 制冷剂的冷凝器流路

(b) 2根U 串联过冷

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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。

表3 A 工况的测试结果无过冷

排气温度, 回气温度, 过冷前温度, 过冷后温度, 高压压力, MPa 低压压力, MPa 制冷剂充注量, kg

功率,W 制冷量, W EER, W/W

41 81 610 604 [1**********] 2867 915 2

1根U 过冷64 711 742 541 51 610 594 [1**********] 38

2根U 2根U 并联过冷串联过冷67 616 342 242 01 600 594 [1**********] 32

68 116 942 440 51 600 604 [1**********]3 54

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 。

表2 B 工况的测试结果无过冷

排气温度, 回气温度, 过冷前温度, 过冷后温度, 高压压力, MPa 低压压力, MPa 制冷剂充注量, kg

功率, W 制冷量, W EER, W/W

34 51 310 584 [1**********]4 0063 818 1

1根U 过冷61 315 935 334 41 310 574 [1**********]4 19

2根U 2根U

并联过冷串联过冷63 019 335 034 71 310 574 [1**********]4 09

63 919 935 133 41 310 574 [1**********]4 33

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2 3 ; 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

No . 1, 2009, Mar . REFRIGERATION Vol. 4028(Total No . 106)

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。

表4 测试数据汇总B 工况测试数据

参 数

2根U 串联过冷

排气温度, 回气温度, 过冷前温度, 过冷后温度, 高压压力, MPa 低压压力, MPa 制冷剂充注量, kg

功率, W 制冷量, W EER, W/W

35 02 391 015 [1**********]3 7266 317 3

无过冷60 211 639 334 12 450 935 [1**********]3 82

45 22 811 105 [1**********]2 87

A 工况测试数据2根U 串联过冷68 413 1

无过冷70 914 146 443 22 860 985 [1**********]2 91

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][3]

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

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。

[特约通讯员王艮报道]

格力合肥产业基地一期工程竣工投产

2008年12月9日, 格力电器在合肥高新区柏堰科技园举行合肥产业基地竣工典礼, 安徽省副省长黄海嵩, 合肥市和珠海市的党政领导, 中国制冷空调工业协会樊高定理事长、中国制冷学会副秘书长荆华乾等协会和科研机构负责人, 格力经销商、供应商及员工5000多人参加庆典。

格力合肥产业基地占地面积约1100亩, 总投资

额将超过15亿元, 是格力电器除了珠海本部之外的最大空调生产基地。一期工程开工, 主要建设年生产能力300万台套的家用空调总装和零件配套工程。合肥产业基地的建成交为合肥市增加就业岗位约1万个。在庆典上, 格力电器董明珠总裁向合肥市政府赠送了合肥基地生产的首台空调器, 并向合肥市儿童福利院赠送了80套格力空调器。