微通道冷凝器應(yīng)用于大型商用空調(diào)時(shí)，主要優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕，制冷劑充注量少，結(jié)構(gòu)緊湊，制造簡(jiǎn)單，連管管路簡(jiǎn)單，原材料成本低，倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸綜合成本低。另外，由于是全鋁結(jié)構(gòu)，易于回收，更加環(huán)保，并且大大降低了翅片與鋁管發(fā)生電解腐蝕的可能性，抗腐蝕能力提高。因此，越來越多的商用空調(diào)開始使用微通道換熱器 。
1 設(shè)計(jì)方法
1．1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)
微通道換熱器用作大型商用空調(diào)冷凝器的主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)：
1)微通道的回路設(shè)計(jì)；
2)微通道冷凝段與過冷段的比例；
3)微通道整體壓降控制，包括進(jìn)、出集流管及長(zhǎng)扁管內(nèi)的壓降。
其中，回路的設(shè)計(jì)直接影響冷凝器的性能。 既要盡量延長(zhǎng)兩相段換熱長(zhǎng)度，又要保證扁管內(nèi)壓降不要過高，還要保證冷凝器的出El有一定的過冷度。
1．2 回路數(shù)設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，微通道的回路設(shè)計(jì)有四、三、 二、一回路(圖1為典型的四回路設(shè)計(jì))。在空調(diào)冷凝器的設(shè)計(jì)中，優(yōu)先考慮回路數(shù)為偶數(shù)的設(shè)計(jì)，因 為這樣的設(shè)計(jì)方案進(jìn)、出口連接管路在同一側(cè)，便于維修，且節(jié)省走管長(zhǎng)度。四回路的設(shè)計(jì)多用于單根扁管長(zhǎng)度小于1m的場(chǎng)合；二回路設(shè)計(jì)多用于單根扁管長(zhǎng)度大于1 m的場(chǎng)合；對(duì)于扁管壓降 特別大的情況，可以考慮單回路設(shè)計(jì)。
1．3 回路比例設(shè)計(jì)
每個(gè)回路的扁管數(shù)可以自由定義，總的扁管數(shù)乘以管間距即為微通道的高度。一般來說，按照制冷劑流動(dòng)方向，下游回路的扁管數(shù)應(yīng)少于上游回路的扁管數(shù)，較后一個(gè)回路的扁管數(shù)較少，相當(dāng)于常規(guī)銅管鋁翅片盤管的過冷段。沿制冷劑流動(dòng)的方向，回路內(nèi)的流通面積依次減小，正好符合冷凝過程的要求，即隨著冷凝過程的進(jìn)行，制冷劑密度不斷增大，比容積逐漸減小，所需換熱通道截面積不斷減小。這種設(shè)計(jì)有利于增大兩相區(qū)換熱面積，減小制冷劑側(cè)壓降。
1．4 回路數(shù)設(shè)計(jì)的計(jì)算方法
對(duì)于每個(gè)回路的扁管數(shù)的設(shè)計(jì)，常規(guī)且簡(jiǎn)單 的方法是假設(shè)下游回路的扁管數(shù)占其上游回路扁 管數(shù)的比例為 (以下簡(jiǎn)稱“回路比”)。以一個(gè)四 回路的微通道冷凝器為例：回路扁管數(shù)為n ， 第二回路扁管數(shù)為n×x，第三回路扁管數(shù)為( n×x )x ，第四回路扁管數(shù)為( n×x2 )x ，總扁管數(shù) N =n+ n×x+ n×x2+ n×x3，則n=N／(1+x+ x2+x3 )。設(shè)計(jì)回路問扁管數(shù)比例為X時(shí)，既要保證較后一個(gè)回路內(nèi)有一定的過冷段，又要盡量增加兩相區(qū)換熱的面積。在優(yōu)化回路設(shè)計(jì)的同時(shí)， 還要優(yōu)化充注量。當(dāng)回路設(shè)計(jì)方式改變時(shí)，系統(tǒng) 的較優(yōu)充注量也可能發(fā)生變化，因此每次優(yōu)化回路設(shè)計(jì)時(shí)都需要重新優(yōu)化充注量。
2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)、模擬結(jié)果及其驗(yàn)證
2．1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
對(duì)于某一機(jī)組的冷凝器，設(shè)計(jì)了5種回路比 例，如表1所示。
2．2 模擬結(jié)果
利用模擬軟件對(duì)這5種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行系統(tǒng)模擬，對(duì)每一種方案都預(yù)測(cè)了不同過冷度及充注量下的性能。預(yù)測(cè)系統(tǒng)在ARI額定工況點(diǎn)的性能結(jié)果如圖2和圖3所示。對(duì)于該冷凝器，當(dāng)回路數(shù)大于等于3時(shí)，制冷劑側(cè)壓降迅速增加，預(yù)計(jì)很過100 Pa，模擬顯示性能嚴(yán)重偏低，故結(jié)果中沒有顯示3回路的模擬結(jié)果。
由圖2可以看出，單回路壓降較低，且隨著過冷度或充注量的增加，制冷劑側(cè)壓降幾乎不變；回 路比為0．6的兩回路的壓降低于回路比為0．4的， 且隨著過冷度或充注量的增加，冷凝器壓降變化 也較?。换芈繁葹?．4的兩回路的壓降隨著過冷度 或充注量的增加迅速增加，這是由于回路比為0．4 的兩回路冷凝器在較低過冷度(12。F)或較低充注量時(shí)已經(jīng)接近冷凝器的較大性能，此時(shí)冷凝器出口的液體溫度基本接近室外空氣溫度，根據(jù)空氣 制冷劑逆流熱交換原理，冷凝器出口溫度不可能 低于室外環(huán)境溫度，繼續(xù)增加充注量，將會(huì)大幅增 加壓降，抬高排氣壓力，增加壓縮機(jī)功耗，降低機(jī)組能效。
由圖3可以看出，隨著過冷度或充注量的增加，系統(tǒng)制冷量不斷增加，較后趨于平穩(wěn)。單回路制冷量較低，因?yàn)槠渲评鋭┝鞒梯^短，換熱長(zhǎng)度較短；回路比為0．4的兩回路的制冷量較高，因?yàn)槠淞鞒涕L(zhǎng)，且兩相區(qū)換熱面積較回路比為0．6的兩回路的大。系統(tǒng)的能效隨著過冷度或充注量的增加有一個(gè)峰值，這是冷凝器制冷劑出口液體溫度的降低與壓降增加兩者對(duì)性能的博弈結(jié)果。
模擬結(jié)果表明，該機(jī)組冷凝器的較優(yōu)設(shè)計(jì)方案為回路比為0．4的兩回路，過冷度優(yōu)化在10～ 12。F。以上各種回路的設(shè)計(jì)方案對(duì)系統(tǒng)的制冷量及能效的影響在2 -5 范圍內(nèi)。
2．3 試驗(yàn)驗(yàn)證
根據(jù)模擬結(jié)果，在一臺(tái)機(jī)組上分別測(cè)試了回路比為0．6的兩回路與回路比為0．4的兩回路的性能，結(jié)果如表2所示。其中過冷段長(zhǎng)度比例通過熱成像拍攝照片估算得出，測(cè)試結(jié)果與模擬結(jié)果基本吻合。
3 結(jié)束語(yǔ)
微通道冷凝器應(yīng)用在大型商用空調(diào)上既有優(yōu)勢(shì)又有難點(diǎn)，技術(shù)要點(diǎn)主要是微通道回路的設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)組性能有較大的影響。筆者介紹了回路設(shè)計(jì)的方法，并通過模擬的方法預(yù)測(cè)了在不同回路設(shè)計(jì)下某機(jī)組及冷凝器的性能，模擬結(jié)果顯示回路設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)能效和制冷量的影響在2 ～5 范圍內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果基本吻合。
