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，制造簡單，連管管路簡單，原材料成本低，倉儲運(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。 既要盡量延長兩相段換熱長度，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)省走管長度。四回路的設(shè)計(jì)多用于單根扁管長度小于1m的場合；二回路設(shè)計(jì)多用于單根扁管長度大于1 m的場合；對于扁管壓降 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

對于每個回路的扁管數(shù)的設(shè)計(jì)，常規(guī)且簡單 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 (以下簡稱“回路比”)。以一個四 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

利用模擬軟件對這5種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行系統(tǒng)模擬，對每一種方案都預(yù)測了不同過冷度及充注量下的性能。預(yù)測系統(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??；回路比為0．4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，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，在一臺機(jī)組上分別測試了回路比為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。其中過冷段長度比例通過熱成像拍攝照片估算得出，測試結(jié)果與模擬結(jié)果基本吻合。

3 結(jié)束語

微通道冷凝器應(yīng)用在大型商用空調(diào)上既有優(yōu)勢又有難點(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。