微通道换热器在制冷空调系统中的应用

微通道换热器在制冷空调系统中的应用

葛俊玲李伟伟

山东金智成建设有限公司山东省济南市250000

摘要：微通道换热器主要用于汽车空调中，其具有高效、紧凑、单位体积小等优点，空调厂商也都正在加快步伐研究将微通道换热器应用于家用空调制冷系统中，以提高空调能效比。本文分析了微通道换热器提高空调器的整机性能的可能性，分析了性能优势以及需要解决的问题，以期为微通道换热器在制冷空调领域更加广泛的应用提供参考。

关键词：微通道换热器；制冷空调；应用

引言：随着国家的经济发展，资源短缺以及环境的污染使得国家对节能环保的要求越来越严格，对于高耗能行业及高耗能设备都需采取措施提高效率减小能耗。将微通道换热器应用于空调制冷具有一定的经济性，符合当前节能减排要求，研究其应用具有现实意义。

1空调行业微通道换热器应用概述

空调行业作为高耗能行业之一，我国为全球最大的空调制造输出国，年产量占到70%以上，尤其是广东地区，空调行业在珠三角地区作为支柱产业，年产量占全国50%以上。家用空调主要由四大部件组成，冷凝器做为四大部件之一对空调能效比有着重要的影响。如今市面上的家用空调蒸发器及冷凝器几乎都是常规铜管翅片式换热器，而微通道换热器的传热性、抗腐蚀性、结构紧凑性及成本均较一般换热器具有明显的优势，以此成为制冷空调研究热点。

2微通道换热器提高空调器的整机性能的可能性

微通道换热器在在汽车空调制冷系统中的应用较多，其原因主要考虑到CO2的蒸汽密度高，比热以及容积制冷量较大，充注量较小并且具有较高操作上的压力，从而适合开发小管径样式换热器。实施的新能耗标准势必会推动产业的升级，单纯依靠增加换热器的面积或使用高效零部件（如高效风机、高效压缩机等）已经不能满足空调器的发展趋势，传统的提高产品能效比的办法也势必会加大投入的成本，甚至造成大量不可再生能源的浪费。微通道换热器体积小、结构紧凑、换热器热阻低、传热快、传热温差小、制冷剂充注量小、可承受较高操作压力、能耗低等特点，使其应用到制冷空调系统中提高空调器的整机性能成为可能。

3与传统制冷空调的性能对比

3.1换热器试验件

实验所用的微通道换热器为铝制材料，由集箱、微通道扁管和百叶窗式翅片组成。实验所用原型机为格力1HP家用壁挂式空调，制冷剂为R134a，根据原管翅式冷凝器尺寸，定制了迎风投影面积相同的微通道冷凝器，冷凝器分为4个流程。

3.2装置及条件

实验在5HP标准焓差实验室完成，实验室分为室内室和室外室，主要包括空气处理机组、温度传感器、压力传感器、风量测量装置等，提供恒温恒湿的测试环境。系统制冷剂充注量与毛细管匹配试验工况条件为GB/T7725-2004规定的标准制冷工况（室内干湿球温度为27/19℃，室外干湿球温度为35/24℃）下进行。

3.3试验过程

实验在安装好选定的毛细管长度后，通过电子秤将一定量的制冷剂充到空调系统中进行试验，完成一个制冷量工况后改变制冷剂的充注量重复试验，完成一组变制冷量工况后改变毛细管长度重复实验，直到找出最大COP值，则认为是系统最佳匹配，此时毛细管长度以及充注量可以视为最佳匹配值。

3.4实验结果与分析

通过分析本实验原型机系统和微通道冷凝器系统制冷量和功耗随着制冷剂充注量和毛细管长度变化情况，得知在标准工况下，两个系统的功耗都随着制冷剂充注量的增加而增加，随着毛细管长度增长而增大。但在微通道系统中，在制冷剂充注量较低时，毛细管的变化对功耗的影响不明显。两个系统的制冷量均随着制冷剂充注量的增加而呈先增加后减少的变化规律，从而出现了最大制冷量的充注量。原型机的制冷量随着毛细管的增长而增大，而微通道系统在低制冷剂充注量时毛细管增长时制冷量变化不大。

在标准工况下，原型机系统在制冷剂充注量为610g，毛细管长为900mm时系统COP达到了最大值3.26，而微通道系统在制冷剂充注量为460g，毛细管长为700mm时系统COP达到最大值3.39，按照匹配原则，即原型机系统和微通道系统的制冷剂充注量和毛细管长度的最佳匹配值分别为610g/900mm和490g/700mm。在最佳匹配下微通道系统的制冷剂充注量比原型机减少了24.6%，这主要是由于相同的迎风投影面积下，微通道管的管内体积小，且更为紧凑，换热更为高效。

原型机系统的制冷量比微通道系统的高0.55%，耗功高4.13%，系统COP则微通道系统比原型机系统高出3.74%，这说明微通道系统的性能优于原型机系统。

通过焓差实验室，在标准工况下对两个家用空调制冷系统进行系统匹配与性能对比实验，得到以下结论：

（1）相同迎风投影面积下，微通道冷凝器直接替换原系统管翅式冷凝器，在不改变其他系统部件情况下，新系统较原系统能节约24.6%的制冷剂充注量。

（2）原型机系统与微通道系统的最佳制冷剂充注量分别为610g和490g，最佳毛细管长度分别为900mm和700mm。

（3）微通道系统在最佳匹配下，制冷量比原型机系统低0.55%，耗功比原型机系统低4.13%，系统COP比原型机系统高3.74，整体性能优于原型机系统。

4应用中需要解决的问题

由于在制冷空调中应用微通道换热器尚处于研究阶段，所以需要注意应用中可能出现的问题并尝试解决，以便充分发挥出微通道换热器的性能优势，促进技术不断完善，扩大应用范围与应用效果。

4.1制冷剂的分配问题

在将微通道换热器当做蒸发器进行应用时，会出现各换热管内部制冷剂难以均匀分配的问题，常见干蒸现象或者出现供液过多的情况。根据实进一步践研究，发现有很多因素会使微通道换热器正常工作受到干扰，造成制冷剂分配不均。其中不止包括换热器结构参数上的问题，其他比如节流管的实际尺寸、设计的位置、方向，隔板所在位置、采用的换热扁管为何种结构形式，空气侧气流等也会产生一定影响。因此，怎样优化微通道蒸发器设计使制冷剂分配变得相对均匀、减少各类因素对工作状态的影响，是当下需要着手解决的现实问题。

4.2结霜

以微通道换热器为蒸发器或者在热泵系统中使用，都可能会遭遇结霜现象。相对铜管铝翅片结构的换热器而言，使用微通道换热器结霜可能性更大。通过研究发现，使用微通道换热器第一次出现结霜现象时结霜速度明显比铜管铝翅片结构换热器速度要高，大约为1.2倍；受结霜影响，微通道换热器会出现排水不畅问题，在多次结霜、停止使用后化霜过程后，结霜速度会进一步上上，可提速70%，铜管铝翅片换热器则不会有明显提升现象出现，所以二者在结霜速度上的差距会随使用时间延长而越发明显。另外研究发现，微通道换热器结霜更快，但是化霜时间相对铜管铝翅片换热器而言更长。因为微通道换热器外表面不够光滑且可能会出现排水困难，所以在表面更容易为结霜提供了条件，也就更容易结霜。

结束语

综上所述，加强对微通道换热器技术应用研究分析，对于其良好应用效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的制冷空调系统中，应该加强对微通道换热器的重视程度，并注重其具体应用方法的合理性，扩大应用范围，发挥技术优势。

参考文献

[1]陈华，段鼎立，张志强，李玉婷.微通道换热器换热性能的数值模拟及试验[J].煤气与热力，2018，38(10):22-29.

[2]谈玉龙.微通道换热器在空调应用中的研究现状[J].机械工程师，2018(08):95-97.