空调器中采用小管径的影响分析及研发思路

空调器采用小管径铜管可以有效地降低空调器换热器的成本,大幅降低空调器的充注量,但会对于空调器的性能及制造工艺带来影响。本文分析了小管径换热器应用的优势,理论分析了空调器采用更小管径铜管对换热器的传热和压降性能以及对系统性能的影响。分析表明,小管径铜管的换热器具有更高的传热效率,但直接将小管径铜管应用到空调器中替代原有的换热器中的铜管可能会导致制冷剂侧压降过大、翅片阻力过大、制热效果不好等问题。本文基于理论分析结果,给出了解决小管径换热器应用的问题的技术思路和所需要进行研究的课题。     

小管径换热器对空调可靠性的影响

空调器采用小管径铜管可以有效地降低空调器的成本,大幅降低空调器的充注量,但在恶劣的使用环境下采用小管径换热器的空调器,是否对空调的可靠性产生影响,影响空调的寿命。本文主要分析了小管径与大管径换热器在不同使用情况下排气温度的变换趋势,并给出小管径换热器机型开发的注意要点以及增加可靠性的优化方向。     

R290空调器的优化设计原则

在分析比较R290、R22、R410A三种工质热力性能的基础上,对采用R290工质的空调器提出了优化设计原则。优化设计原则主要针对压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置四大部件:R290空调器的压缩机应增加排量;R290空调器的冷凝器可采用小管径换热器;R290空调器的蒸发器可采用小管径换热器;R290空调器的毛细管应比R22空调器的长约39%,比R410A空调器的短约44%。在提出R290空调器优化设计原则的同时,本文对保证R290空调器安全性提出了建议。     

5mm管径铜管换热器应用的冷凝性能研究

近年来,随着小管径换热器研究的深入和推广,目前各空调厂家已逐步应用推广。小管径换热器特点在于提高换热性能和节约产品材料成本。同时国内销售的空调器已由R22定频转向R410A变频空调器,小管径换热器随R410A冷媒的替代其强化传热影响更加显著,具备良好的应用前景。综合5mm管径换热器在空调系统中应用的性能数据比较,其冷凝性能优于大管径换热器,满足制冷量和能效的条件下,尤其空调制热量的提高非常显著。     

制冷剂种类与翅片管换热器管径的匹配特性

针对空调用翅片管换热器,本文研究了4种制冷剂在管内的流动阻力及表面传热系数随换热器管径的变化,通过模拟计算给出不同制冷剂对应的最佳换热器管径。根据实际空调器系统确定相关参数,计算得到管内流动阻力损失由大到小依次为R22、R290、R410A、R32,表面传热系数由大到小依次为R32、R410A、R290、R22。在空调器制冷工况,满足换热量需求的条件下,冷凝器入口压力(压缩机排气压力)越低,系统效率越高;根据模拟计算,换热量为2 000 W时,随着换热器管径的增大,不同制冷剂对应的冷凝器入口压力先降低后增加,得到最适宜的换热器管径:R22为7～7.5 mm,R410A与R32为6～6.5 mm,R290为6.5～7 mm。     

房间空调器缩小换热器管径的表面反应设计方法

在缩小管径后换热器的优化设计中,为了解决传统设计方法不能满足对换热器性能和成本的同时寻优求解问题,采用表面反应法对换热器进行设计.该方法将连续区间内管长和翅片间距与换热性能和成本的关系拟合成可直接求解的二次连续函数,实现了多变量连续区间内的寻优.将该方法用于7mm管换热器缩小管径的优化,其设计结果与实验数据偏差为0.3％,验证了该方法的准确性.采用验证后的设计方法,对9.52mm管换热器进行了优化设计表明,在保证热性能不变前提下,换热器管径从9.52mm缩小为5mm,换热器成本降低28.0％,制冷剂充注量减少39.8％.     

房间空调器采用3mm铜管的设计与性能分析

房间空调器采用更小管径的铜管可以使换热器更加紧凑、高效和环保,因而开发3 mm铜管换热器代替现有的5 mm管换热器是未来房间空调换热器的一个重要发展方向。本文提出了开发3 mm管换热器的技术思路,包括通过定量计算强化管和光管的换热与压降特性来确定管型;通过基于换热性能和压降的流路参数和管径的寻优算法来优化流路和管径。设计结果表明,某典型的3,500 W房间空调器从5 mm强化管改为3 mm光管后,其内、外机的换热性能在制冷工况下分别提升12.7%、5.7%,在制热工况下各提升10.1%、15.4%;压降均在50 k Pa以内;铜的用量下降57.2%、铝的用量增加2.1%。     

提升热泵型变频空调器APF技术途径的试验研究

通过对影响热泵型变频空调器APF各变量的权重分析,提出提升APF的技术途径,并进行试验研究。结果表明,合理设计换热器流程流路、增加换热面积、采用小管径换热器、合理确定室内外风机风量,以及优化压缩机频率等是提升热泵型变频空调器APF的有效技术途径。     

家用热泵空调器室外机换热器的流路优化

针对家用热泵空调器用的9.52 mm和7 mm双排室外换热器,在额定制冷制热工况下,利用仿真分析的方法研究流路数对换热器性能的影响,对9.52 mm换热器的流路的进一步优化,得到制冷制热综合性能更优的流路布置方式,并在整机上进行试验验证。结果表明,制冷剂侧压降对冷凝器和蒸发器的换热都有较大影响,特别是对较小管径的换热器;由于蒸发器中制冷剂侧压降较大,热泵空调器室外机用的换热器作冷凝器时对应的最佳流路数少于作蒸发器时的;适当增加过冷管数会进一步提高热泵空调器室外机换热器的综合换热能力;试验结果与仿真结果趋势大致相同。     

车用热泵用小管径管片式换热器性能研究

目前车用空调冷凝器均为平行流冷凝器,作为热泵蒸发器时易结霜,且化霜时排水不畅。而圆管翅片换热器换热性能较差,难以满足结构布置要求。开发了Ф5管径的小管径换热器,与平行流换热器进行了性能对比测试。结果表明:采用小管径管片式换热器时,制冷模式下COP提高了17.4%~23.7%,热泵模式下COP提高12.6%~35.8%,且在热泵模式下可降低压缩机排气温度15~28℃。小管径管片式换热器在电动汽车热泵系统应用前景广阔。