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基于Ｒ404A 的圆形冷凝器小管径化

发布于：2022-06-28 13:04:28 来自：暖通空调/制冷技术 [复制转发]

针对当前冷藏集装箱制冷系统中冷凝器换热效率低、耗铜量大及成本高等问题，我们为某冷藏车设计了管径为 5.00 mm 的内螺纹铜管换热器，整体替代原管径 9.52 mm 圆形冷凝器。根据Ｒ 404A 制冷剂在小管径中的传热特性及其热力状态的变化，设计了替代换热器并做了优化流路设计，并实验印证了理论研究的结论，为小管径换热器的推广提供了参考。

1、圆形冷凝器结构

1.1 原9.52 mm 管径冷藏集装箱冷凝器

如图 1 所示为冷藏集装箱冷凝器的模型，该 9.52 mm 圆形冷凝器为立式换热器。

换热器的工作原理:

①换热器制冷剂由 1 个进气管进入后被分为 5 股均匀流，通过 5 个通路进行初步换热，每个通路换热管圈数为 4 圈;

②制冷剂汇合在一起，被均分为 3 股均匀流通过3 个通路继续进行换热，每个通路经过 2 圈换热管;

③3 个分路的制冷剂又汇合在一起，被均分为2股均匀流通过2个通路进行再一次换热，每个通路为2圈换热管，最后制冷剂汇合在一起由1根总的出液管引出。换热器流路具体如图2所示。换热器进气管和出液管布置在同一侧。

换热器换热管有3 层，共有30圈换热管，各层均为10圈。换热管分内、中、外3层:

内圈圆管中心线所成圆直径 di为588 mm；

中圈圆管中心线所成圆直径dm为 640mm；

外圈圆管中心线所成圆直径 do 为691 mm。

所用铜管为光管，铜管外径为 9. 52 mm，壁厚0.43 mm，翅片上孔径为 9.52 mm，竖直方向上下相邻两管间距 S1为 24 mm，水平方向相邻两管间距 S2为 25.78 mm、翅片厚度δf为 0.18 mm，片距 Sf为2.0 mm。

1.2 5mm管径冷藏集装箱冷凝器

各蒸发温度下，5. 00 mm 管径冷凝器机组制冷量需要达到 9. 52 mm 管径冷凝器机组的制冷量，并且冷凝器在环境温度为 38 ℃ 时，机组能长时间正常运行。采用的 5.00 mm 管径铜管为内螺纹铜管，依据设计原则，分路数随着冷凝过程的进行依次减少。

制冷剂气体进入冷凝器后先分为7 个通路，每个通路的制冷剂流过 4 圈;汇合后再分为5个通路，每个通路制冷剂流过 2 圈换热管;然后制冷剂汇合后分为2个通路，每个通路制冷剂流过 2 圈换热管;最后汇合由一根出液管流出。具体流路如图3 所示，翅片参数与原换热器相同。

2、实验过程

2.1 实验装置

实验台主要包括 2 个部分:

第 1 部分为一个大环境室，可容纳一个冷藏集装箱，环境室的温度、湿度等参数由独立的空气调节机组控制;

第 2 部分为冷藏集装箱，可以分成冷藏集装箱内部和制冷机组 2 个部分: 冷藏集装箱内部即为货物运输时的储物室，制冷机组各部件中除了蒸发器设置在冷藏箱内部，其它部分均暴露在 38 ℃的环境室内。

冷藏箱内部换热器的测试分 5 个制冷工况进行，在不同蒸发温度下测试其机组整体性能的变化。通过两款换热器运行参数的对比，验证小管径换热器与机组其它部件的匹配性。

冷藏集装箱制冷机组的主要设备有压缩机、冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀、干燥过滤器、视液镜、电磁阀、高效过冷器、热气旁通阀和各类电磁阀等。电磁阀的存在主要为了便于机组制冷、制热和除霜模式之间的切换;热气旁通阀是为了防止压缩机吸气压力过低。具体测试装置原理如图 4 所示。

实验中的压缩机采用涡旋压缩机定频运行。冷藏集装箱的外界环境温度为 38 ℃，即冷凝器的环境温度为 38 ℃，环境参数由环境室的空气调节系统进行控制。蒸发器设置在集装箱箱体内，通过改变箱体内的热负荷来控制蒸发温度，箱内的热负荷由电加热器提供。测试时关闭除霜功能、热气旁通阀和过冷过程，以防止其不定时除霜影响测试结果。用流量计测得机组循环制冷剂流量，蒸发器的进出口温度和压力分别由铂电阻和压力传感器测得。压缩机的耗电量由功率仪测得。其它参数由相应传感器测得，并用LabVIEW 实时采集并记录.

2.2 测试方法

改变冷藏集装箱内热负荷来调整蒸发温度，机组平稳运行后采集数据，蒸发温度越高，冷藏箱内热负荷越大。通过测得测试装置平稳运行时的相关参数，采用焓差法求得机组的制冷量。即通过蒸发器进口压力 P1和温度 T1、出口压力 P2和温度 T2查得相应的焓值，求出焓差，再乘以蒸发器的制冷剂流量 qm，求得制冷量。耗电量由电能表测量并实时采集到计算机上。依次进行在不同工况下两款换热器的整机试验。

3、实验结果与分析

机组在冷藏集装箱额定工况运行时，测出的制冷量与总的耗电量如表 1 所示。

由表 1 可知，随着蒸发温度的降低制冷量和耗功逐渐减少。图 5 所示为 5 个蒸发温度下，2 种换热器制冷量的偏差。由图 5 可以看出大、小管径换热器的制冷量基本一致，在实验的工况下，5.00 mm 管径换热器相对于 9.52 mm 换热器存在 9% 左右的负偏差。

满足换热器替换的需求。在耗功方面，随着制冷量的减少耗电量逐渐减少，这是因为蒸发温度的降低，导致制冷剂质量流量的减少，虽然比功有所增大，但是总的耗电量还是在减少。

图6 所示为大、小管径换热器制冷系数对比情况，图中换热器的制冷系数随蒸发温度的降低而逐渐减小;小管径换热器的制冷系数随着增发温度的降低，相对于大管径换热器降低的更多。这是由于蒸发温度升高时，制冷剂流量增大，从而导致冷凝器压降增大。而小管径换热器的压降对流量的变化更为敏感，从而压缩机耗功增大，出现蒸发温度越高，小管径换热器制冷系数和大管径换热器制冷系数偏离越远的现象。由于小管径换热器进行了流路优化，流动阻力并不会随制冷剂流量的增大而增大特别多，因而耗功的增大在比较小的范围内，制冷系数的最大偏离量仅有 6% 。上述实验结果表明小管径的流路设计比较合理。

4、结论

1) 5.00 mm 管径冷凝器换热性能相对于9.52 mm 管径冷凝器整体略有下降，基本满足机组冷凝器替换需求。虽然 5. 00mm 管径冷凝器换热管总长更长，但是由于其单位表面积换热量更大，铜管管壁更薄，所以换热器整体耗铜量仍然大幅下降。

2) 根据Ｒ404A 制冷剂的传热特性、换热器设计原则(如制冷剂逆流、均衡各通路流量等)可进行新的小管径换热器的优化设计。

3) 由于冷凝器管径减小，在蒸发温度较高时，压降增大，小管径换热器相对于原来的9.52 mm 铜管来说，耗电量会有少量的增加，制冷性能系数因而有所降低。

4) 大、小管径换热器的整机制冷量偏差在 10% 以内，制冷系数偏差在 6% 以内。

5) 新的 5.00 mm 管径圆形冷凝器很好地满足了替换需求，可以为企业节省大量开支。同时也为大管径换热器替换成小管径换热器这一设想的实现提供了参考。

冷凝器

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只看楼主我来说两句抢地板

拳王zui 沙发

感谢楼主分享

2022-06-28 17:32:28
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w暮歌板凳

感谢楼主分享

2022-06-28 17:27:28
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