淺談微通道換熱器在R290家用空調(diào)器中的應用

黃茂科

摘 要：隨著人們環(huán)保意識的提升，空調(diào)器首選天然制冷劑，取締通常使用的R22制冷劑，選用R290制冷劑成為可能。微通道換熱器具有體積小、可再利用的特點。從其換熱的功能上來看，其具有較高的傳熱系數(shù)。將微通道換熱器用于R290家用空調(diào)系統(tǒng)中，可以提高R290家用空調(diào)器的使用效率，且能夠降低成本。本文針對微通道換熱器在R290家用空調(diào)器中的應用進行研究。

關(guān)鍵詞：家用空調(diào)器；R290制冷劑；微通道換熱器

中圖分類號：TM92 文獻標識碼：A

中國在能源利用方面與經(jīng)濟發(fā)達國家相比存在著一定的差距。中國要持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展，就要提高能源使用效率以降低能源消耗。微通道換熱器可以使空調(diào)器的換熱性能有所增強，將其用于家用空調(diào)器中，可以促使家用空調(diào)器的能效快速提高。

一、微通道換熱器

換熱器具有相變傳熱功能，如果傳熱通道的直徑低于3mm，就被稱為“微通道”。微通道換熱器的通道與普通換熱器通道相比較更為細小，使得管道內(nèi)的熱傳遞系數(shù)有所增強，因傳熱阻力小而增大的傳熱面積。微通道換熱器的微通道常規(guī)尺度為2個數(shù)量級至3個數(shù)量級，具有非常好的熱傳遞效果。

從微通道換熱器特點來看，其體積比較小、熱量受阻率比較低，且流體的流量也相對較小。基于微通道換熱器的這些特點，其多用于汽車空調(diào)器上，隨著家用空調(diào)器的普及，微通道換熱器用于家用空調(diào)器已經(jīng)成為一種趨勢。

二、家用空調(diào)器制冷劑使用R290的可行性分析

（一）空調(diào)器制冷劑的使用情況

為了對大氣臭氧層進行保護，按照《蒙特利爾議定書》中關(guān)于制冷劑的使用情況，要求截至到2030年為止，HCFCs將被禁止使用。中國正在加快可替代品的研制以替代R22。R22是人工合成物質(zhì)，使用之初給人類帶來了諸多的益處。但是，多年以來，這種人工合成物質(zhì)的大量使用，已經(jīng)嚴重影響了生態(tài)環(huán)境。R22的潛在危害已經(jīng)越來越被人們所清醒的認識。空調(diào)器的大量使用，使得制冷機的消耗量平均每年可以達到幾十萬噸。為了避免這些制冷機被排放到自然環(huán)境中而對生態(tài)環(huán)境造成污染，就需要尋找安全環(huán)保的替代品。

（二）使用R290的可行性分析

1 R290的基本物理性質(zhì)

R290的基本物理性質(zhì)與R22接近，包括制冷劑的沸點、臨界點以及凝固點等等各項物理參數(shù)都與R22不存在太大差異。

2 R290的飽和蒸汽壓

R290的飽和蒸汽壓與R22接近。當處于室內(nèi)溫度低于20℃的時候，家用空調(diào)器的制冷劑就會蒸發(fā)，此時，R290和R22的蒸汽壓力線是基本一致的。當室內(nèi)溫度超過30℃的時候，R290和R22的蒸汽壓力線就會隨著溫度的提升而距離增大。R290的壓力要相對低一些，可以確保壓縮機進氣量不會因R290而影響正常工作，使壓縮機的運行效率有所提高。這就說明，如果家用空調(diào)器的制冷劑為R290，由于其壓力比較低，就無需通過改進部件以提高耐壓能力。

3 比熱容的比較

同等溫度環(huán)境下，R290和R22的飽和液態(tài)比熱容和飽和氣態(tài)比熱容之間存在著較大的差距，其中R290的各項比熱容指標要高于R22。從吸氣溫度以及排氣溫度情況來看，R290都要比R22低一些。在蒸發(fā)器負荷相同的情況下，壓縮機在壓縮運行中，會實現(xiàn)氣體的熱交換，使用R290會使熱交換工作量減低，從而不可逆能量的損失也會相應地降低，從而節(jié)約了能源。

4 飽和液體密度和飽和氣體體積

制冷機處于液態(tài)的時候，R290和R22之間的飽和液體密度比較，R290的飽和液體密度要比R22小很多。制冷機處于氣體的時候，R290的飽和氣體體積要大于R22，但是R290的灌注量要低于R22，僅為R22灌注量的40%～45%。

三、試驗數(shù)據(jù)分析

試驗機組采用R290制冷劑。1號試驗機采用翅片式管冷凝器；1號試驗機采用微通道換熱器，測試的內(nèi)容包括制冷量、能源消耗量、制冷消耗功率等等，并對所獲得的測試結(jié)果參數(shù)化。

1號試驗機的制冷量為3552.6W，2#試驗機的制冷量為3577.2W；1#試驗機的制冷功率為1003.7W，2#試驗機的制冷功率為981.5W；1號試驗機的效能比為3.47，2#試驗機的制冷量為3.59?？梢?，家用空調(diào)器采用微通道換熱器取締翅片管式換熱器，通過試驗之后，可以得出結(jié)論，制冷量提高了0.6%；制冷功率有所降低，為2.2%；效能比有所提高，為3.3%。

四、性能配試

在家用空調(diào)器中安裝微通道換熱器，要從整機系統(tǒng)的角度出發(fā)實現(xiàn)微通道換熱器系統(tǒng)中的優(yōu)化配置，以使微通道換熱器能夠真正意義地對家用空調(diào)器的使用性能有所改進。在對整機系統(tǒng)的性能進行調(diào)整和優(yōu)化的過程中，還要調(diào)整節(jié)流毛細管的長度以及R290的灌注量，以使整機系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)整后，能夠使家用空調(diào)能夠達到最佳的工作狀態(tài)。

（一）通風設計對微通道換熱器的影響

室外機的風量與其通風設計密切相關(guān)。對風機的運轉(zhuǎn)速度進行調(diào)整，可以對微通道換熱器的風量進行調(diào)整。微通道換熱器的換熱量由冷凝器的制冷量、出口的溫度以及能效的變化反映出來。

當風機為低速運轉(zhuǎn)的時候，冷凝器的制冷量會隨著風速而變化。如果曲線的斜率較大，說明敏感度較高。制冷量對風速具有較高的敏感度；相反，如果曲線的斜率較小，說明不再具有敏感度。（圖1風量變化下的能效比變化）

整機的運行效率與冷凝器的性能存在著必然聯(lián)系。通過試驗結(jié)果表明，微通道換熱器可以改善換熱器的換熱效果，以提高整機的性能。

（二）微通道換熱器的管路流程分布情況

微通道換熱器的換熱情況會受到管路流程分布的影響。在微通道換熱器的集流管中，要將制冷劑的流程進行改變，就要對隔板的數(shù)量以及所在位置進行調(diào)整。為了使制冷劑維持在較高的流速狀態(tài)，且換熱系數(shù)較高，就要將微通道換熱器的換熱能力充分地發(fā)揮出來。微通道換熱器的冷凝器中制冷劑的流通路線、充注量以及毛細管的長度需要根據(jù)需要作出調(diào)整之外，其他的元件都不需要調(diào)整。這就需要注重優(yōu)化管路流程分布流程，以提高換熱器的換熱效率。

結(jié)語

綜上所述，近年來，中國社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，人們的生活水平日漸提高，空調(diào)器已經(jīng)被普遍使用。面對能源嚴重短缺日趨嚴重，為了節(jié)約能源，就要對空調(diào)器的使用性能以高要求。通過對比R290和R22的各項參數(shù)，對R290作出試驗數(shù)據(jù)分析，提出R290家用空調(diào)中，使用微通道換熱器可以提高換熱效率。

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