輕型商用制冷設(shè)備的冷凝器關(guān)鍵技術(shù)分析

湯禮江 汪益龍 尹茂波 高翔

摘要：隨著居民消費(fèi)需求不斷升級(jí)、中產(chǎn)階級(jí)數(shù)量增多，食品保鮮意識(shí)不斷提高，這些因素促進(jìn)了我國(guó)冷鏈物流行業(yè)逐漸增長(zhǎng)，陳列柜、冰激凌柜、廚房冰箱、智能無人售賣柜等冷鏈物流終端設(shè)備需求不斷增大。相比家用制冷設(shè)備的銷量而言，輕型商用制冷設(shè)備還處于初步發(fā)展階段，產(chǎn)品存在能耗大、噪音高等問題，如陳列柜的能耗占據(jù)了超市總能耗的2/3。本文主要分析輕型商用制冷設(shè)備的冷凝器關(guān)鍵技術(shù)分析。

關(guān)鍵詞：輕型商用設(shè)備;冷凝器;性能提升;除塵

引言

在立式陳列柜、臥式冷凍柜等輕型商用制冷設(shè)備中，開發(fā)高效節(jié)能換熱器依然是制冷系統(tǒng)節(jié)能的主要途徑。冷凝器作為制冷系統(tǒng)四大部件之一，在效率和功耗方面都占很大比重。提升冷凝器的換熱能力、減少壓降一直是制冷技術(shù)研究的重點(diǎn)。從“能量守恒”的角度來說，冷凝器散失的熱量一部分來自于壓縮機(jī)消耗的軸功，另一部分來自于蒸發(fā)器吸收的熱量。因此，冷凝器的性能優(yōu)化顯得十分必要。

1、冷凝器關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1冷凝器概述

輕型商用制冷設(shè)備常用的冷凝器主要有絲管冷凝器、翅片管式冷凝器、旋翅冷凝器和微通道冷凝器。絲管冷凝器是由冷凝管、固定在冷凝管上的散熱鋼絲和支架組成，冷凝管上設(shè)置有與散熱鋼絲外表面適配的圓弧凹槽，散熱鋼絲放置在圓弧凹槽中并焊接固定。小型立式展示柜上應(yīng)用絲管冷凝器較多。翅片管式冷凝器是目前應(yīng)用最為廣泛的換熱器型式，它通過在普通的傳熱管上加裝翅片來達(dá)到提高傳熱系數(shù)和傳熱面積的目的。與光管相比，散熱翅片與傳熱管接觸面變大，傳熱能力增強(qiáng)。熱量通過緊繞在鋼管上翅片傳給經(jīng)過翅片間的空氣，達(dá)到加熱和冷卻空氣的作用。旋翅冷凝器是一種使用螺旋翅片緊密地纏繞在冷凝管的外表面，與傳統(tǒng)絲管冷凝器、翅片管式冷凝器相比，換熱效率可以提高30%。微通道冷凝器是由內(nèi)置微通道的鋁制扁管，開窗鋁翅片，集流管組成。翅片開窗角度，片間距，集流管的布置方向，扁管內(nèi)通道數(shù)也可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)配置需要確定。與翅片管式冷凝器相比，微通道冷凝器因其質(zhì)量較輕，減少制冷劑充注量，高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)在輕型商用制冷設(shè)備中的應(yīng)用已成為趨勢(shì)。

1.2風(fēng)冷冷凝器強(qiáng)化傳熱

冷凝器的優(yōu)化是輕型商用制冷設(shè)備提升能效、降低不可逆損失的關(guān)鍵，強(qiáng)化傳熱措施一般通過提高傳熱溫差、拓展傳熱面積和提高傳熱系數(shù)來實(shí)現(xiàn)。翅片管式冷凝器的強(qiáng)化換熱一般包括傳熱面的強(qiáng)化和管內(nèi)強(qiáng)化。傳熱面的強(qiáng)化一般通過改變翅片類型和翅片開縫位置實(shí)現(xiàn)，翅片型式一般有波紋菱形開縫翅片、波紋片和平直翅片，平直翅片表明溫度分布較為均勻，而波紋菱形開縫翅片和波紋片由于流體擾動(dòng)較大，溫度分布不均勻，因此換熱性能也優(yōu)于平直片，波紋菱形開縫翅片的傳熱效果提高了95～97%。管內(nèi)強(qiáng)化換熱技術(shù)一般通過改變傳熱管結(jié)構(gòu)和制造工藝，例如變螺距內(nèi)螺紋換熱管、小管徑換熱管，從而提高制冷劑在管內(nèi)的換熱系數(shù)。微通道冷凝器在飲料柜上應(yīng)用廣泛，常見的強(qiáng)化換熱方式一般有翅片的優(yōu)化、扁管的通道數(shù)和寬度、回路設(shè)置和集流管的布置方向。研究表明，不同流路布置方案對(duì)冷凝器換熱量和制冷劑側(cè)壓降影響較大，相同流程不同扁管通道數(shù)對(duì)換熱量影響較小。

2、冷凝器技術(shù)分析

2.1常規(guī)除塵技術(shù)

商用制冷設(shè)備的冷凝器使用一定年限后，空氣中的灰塵會(huì)粘附在冷凝器翅片表面，形成空氣側(cè)污垢，影響冷凝器的換熱性能，因此，定期對(duì)冷凝器進(jìn)行除塵有助于提高制冷系統(tǒng)的整體性能。冷凝器常規(guī)除塵技術(shù)主要有靜電除塵技術(shù)、安裝過濾器、優(yōu)化冷凝器結(jié)構(gòu)和EC電機(jī)除塵。靜電除塵技術(shù)是利用兩極之間的高壓電場(chǎng)形成電暈進(jìn)行工作的，在電暈區(qū)里的自由帶電粒子吸附在顆粒物上使其帶電，粉塵與負(fù)離子結(jié)合帶電后，趨向陽極表面放電而沉積;安裝過濾器是指在冷凝器前端安裝過濾器，在氣體吹向換熱器表面之前先將氣體里面的粉塵顆粒吸附下來;優(yōu)化冷凝器結(jié)構(gòu)主要是翅片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要找到換熱能力與防積灰之間的平衡以滿足換熱器高效和長(zhǎng)效的要求;EC電機(jī)除塵是控制設(shè)備控制風(fēng)扇反轉(zhuǎn)除塵，進(jìn)入除塵運(yùn)行后壓縮機(jī)停止運(yùn)行，風(fēng)扇以正常運(yùn)行時(shí)相反的方向旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)冷凝器除塵的目的。其中，EC電機(jī)除塵是通過控制器定時(shí)讓風(fēng)扇自動(dòng)地為微通道冷凝器進(jìn)行除塵，不再需要人工進(jìn)行除塵，節(jié)省了人力，同時(shí)極大地提高了除塵的效率，在輕型商用制冷設(shè)備中應(yīng)用較多。

2.2翅片

翅片是在換熱管周圍增加的金屬片，可分為內(nèi)部和外部，用于增加換熱管的表面積（外表面積或內(nèi)表面積），從而提高換熱效率。商用空調(diào)室外機(jī)冷凝器的翅片材料為鋁箔，分為親水性鋁箔和非親水性鋁箔。非親水鋁箔僅由鋁層和鋁組成，成本低但換熱性能差。親水鋁箔是對(duì)非親水鋁箔的親水處理，具體來說就是在鋁箔表面涂上一層導(dǎo)水膜，這樣可以使冷凝水充分延伸，防止冷凝成水滴，加速水的蒸發(fā)，從而提高換熱性能。此外，還可以避免冷凝水堆積造成的風(fēng)阻增大和空氣受阻產(chǎn)生的噪音，減少冷凝水對(duì)鋁箔的腐蝕，減少霉菌和灰塵的凝結(jié)，減少空調(diào)異味。研究表明，如果換熱器使用親水鋁箔，制冷效率可提高5%。商用空調(diào)室外機(jī)冷凝器常見的翅片類型有直翅片、波紋翅片和百葉窗翅片。平翅片的特點(diǎn)：由于表面沒有突起，在相同間距下，平翅片的風(fēng)阻最小，但傳熱性能不如其他兩種翅片。剛度比百葉窗翅片強(qiáng)，但比波紋翅片差。平翅片結(jié)霜周期更長(zhǎng)，除霜效果更好。波紋翅片的特點(diǎn)：波紋翅片的風(fēng)阻和傳熱性能介于直翅片和百葉窗翅片之間，剛性最好。百葉翅片的特點(diǎn)：百葉翅片的傳熱性能最好，但風(fēng)阻比其他兩種翅片大，所以這種翅片不適合排數(shù)較多的冷凝器。由于表面開窗導(dǎo)致翅片的剛性減弱，在加工安裝過程中容易出現(xiàn)掉片損壞的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)要點(diǎn)：為了保證換熱能力，降低空氣通過冷凝器時(shí)的風(fēng)阻，單排換熱器可以設(shè)計(jì)較小的片間距，多排換熱器可以設(shè)計(jì)較大的片間距。冷凝水和霜會(huì)堵塞翅片間隙，增加風(fēng)阻。對(duì)于使用環(huán)境中冷凝水和霜較多的冷凝器，應(yīng)選用排水效果較好、不易堵塞的波紋翅片和直翅片，并適當(dāng)加大片間距。百葉窗翅片結(jié)霜周期短，容易被灰塵堵塞，應(yīng)選擇較大的間距。

3、商用頂出風(fēng)空調(diào)室外機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和冷凝器布局

商用出口空調(diào)機(jī)組的外部結(jié)構(gòu)大致如下：風(fēng)扇部件位于機(jī)組頂部，葉片為軸向葉片;電源盒位于風(fēng)扇部件和機(jī)箱之間，靠近電源盒前端，通過打開電源盒可以看到，以便于電源盒的調(diào)試和電路的維護(hù);壓縮機(jī)、蒸汽分離器、機(jī)油分離器等罐。，位于設(shè)備下方并固定在機(jī)箱上;冷凝器位于風(fēng)扇部件和機(jī)箱之間，容器周圍和機(jī)箱周圍，盡可能靠近機(jī)箱邊緣，以優(yōu)化熱回收表面。此布局允許空氣進(jìn)入設(shè)備側(cè)，并允許空氣通過冷凝器后從設(shè)備頂部排出。

4、商用頂出風(fēng)空調(diào)室外機(jī)冷凝器的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案

結(jié)合機(jī)組性能、成本和工藝，商用頂出式空調(diào)室外機(jī)冷凝器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案為：1）選用波紋翅片，既保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又保證換熱性能，選用親水鋁箔作為鋁箔。2）長(zhǎng)U型管采用內(nèi)螺紋銅管，傳熱性能更好。3）根據(jù)機(jī)組的性能要求，排數(shù)應(yīng)為2排和3排。4）結(jié)構(gòu)型式為單風(fēng)機(jī)C型，雙風(fēng)機(jī)G型。單風(fēng)扇是指一個(gè)扇葉的單元，雙風(fēng)扇是指兩個(gè)扇葉的單元。通常，雙風(fēng)扇單元的寬度較寬。雖然G型兩個(gè)裝置部分遮擋了機(jī)組正面，但留下的空間足夠正常運(yùn)行維護(hù)。而且雙風(fēng)機(jī)機(jī)組的容量和性能要求更高，G型機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)更大的換熱面積，提高機(jī)組的換熱能力。5）與家用空調(diào)機(jī)組相比，商用空調(diào)機(jī)組體積較大，因此側(cè)板厚度通常較厚，材料可根據(jù)使用環(huán)境自由選擇。6）彎頭規(guī)格應(yīng)根據(jù)長(zhǎng)U管內(nèi)徑匹配選擇。

結(jié)束語

本文闡述了輕型制冷設(shè)備的冷凝器應(yīng)用現(xiàn)狀和冷凝器性能提升方案，同時(shí)對(duì)冷凝器除塵技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證分析，主要結(jié)論如下：1）翅片管式冷凝器、微通道冷凝器是輕型商用制冷設(shè)備應(yīng)用較廣泛的換熱器，冷凝器強(qiáng)化換熱技術(shù)主要分管外側(cè)強(qiáng)化和管內(nèi)強(qiáng)化兩方面;成本低、換熱效率高是冷凝器的發(fā)展趨勢(shì);2）微通道冷凝器采用EC電機(jī)除塵的方式效果較好，在實(shí)際使用中可以推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉國(guó)強(qiáng)，晏剛，陸宇，等.中小型商用制冷設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].制冷與空調(diào)，2020，20，（7）：9-16.

[2]陳潔璐，蔡姍姍，陳煥新，等.翅片類型對(duì)風(fēng)冷冷凝器空氣側(cè)特性影響的分析[J].制冷技術(shù)，2017，37（3）：49-52+75.

[3]唐家俊，詹飛龍，胡海濤，等.翅片結(jié)構(gòu)對(duì)翅片管換熱器積灰與壓降影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].制冷學(xué)報(bào)，2017，38，（1）：1-7.

[4]張智.空調(diào)用冷凝器中的空氣流動(dòng)與傳熱分析[J].制冷技術(shù)，2002，（1）：8-13.

[5]丁國(guó)良，吳國(guó)明，劉挺.制冷空調(diào)換熱器的研究進(jìn)展（一）——小管徑翅片管換熱器[J].家電科技，2019，（4）：40-45+58.