翅片管换热器过冷管设计对系统性能影响研究

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%。

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。