輕型商用制冷設備的冷凝器關鍵技術分析

湯禮江 汪益龍 尹茂波 高翔

摘要：隨著居民消費需求不斷升級、中產階級數量增多，食品保鮮意識不斷提高，這些因素促進了我國冷鏈物流行業(yè)逐漸增長，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備需求不斷增大。相比家用制冷設備的銷量而言，輕型商用制冷設備還處于初步發(fā)展階段，產品存在能耗大、噪音高等問題，如陳列柜的能耗占據了超市總能耗的2/3。本文主要分析輕型商用制冷設備的冷凝器關鍵技術分析。

關鍵詞：輕型商用設備;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研究的重點。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、冷凝器關鍵技術分析

1.1冷凝器概述

輕型商用制冷設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用絲管冷凝器較多。翅片管式冷凝器是目前應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到提高傳熱系數和傳熱面積的目的。與光管相比，散熱翅片與傳熱管接觸面變大，傳熱能力增強。熱量通過緊繞在鋼管上翅片傳給經過翅片間的空氣，達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，扁管內通道數也可根據實際系統(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量較輕，減少制冷劑充注量，高效節(jié)能的優(yōu)點在輕型商用制冷設備中的應用已成為趨勢。

1.2風冷冷凝器強化傳熱

冷凝器的優(yōu)化是輕型商用制冷設備提升能效、降低不可逆損失的關鍵，強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來實現(xiàn)。翅片管式冷凝器的強化換熱一般包括傳熱面的強化和管內強化。傳熱面的強化一般通過改變翅片類型和翅片開縫位置實現(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%。管內強化換熱技術一般通過改變傳熱管結構和制造工藝，例如變螺距內螺紋換熱管、小管徑換熱管，從而提高制冷劑在管內的換熱系數。微通道冷凝器在飲料柜上應用廣泛，常見的強化換熱方式一般有翅片的優(yōu)化、扁管的通道數和寬度、回路設置和集流管的布置方向。研究表明，不同流路布置方案對冷凝器換熱量和制冷劑側壓降影響較大，相同流程不同扁管通道數對換熱量影響較小。

2、冷凝器技術分析

2.1常規(guī)除塵技術

商用制冷設備的冷凝器使用一定年限后，空氣中的灰塵會粘附在冷凝器翅片表面，形成空氣側污垢，影響冷凝器的換熱性能，因此，定期對冷凝器進行除塵有助于提高制冷系統(tǒng)的整體性能。冷凝器常規(guī)除塵技術主要有靜電除塵技術、安裝過濾器、優(yōu)化冷凝器結構和EC電機除塵。靜電除塵技術是利用兩極之間的高壓電場形成電暈進行工作的，在電暈區(qū)里的自由帶電粒子吸附在顆粒物上使其帶電，粉塵與負離子結合帶電后，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)化冷凝器結構主要是翅片結構設計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效的要求;EC電機除塵是控制設備控制風扇反轉除塵，進入除塵運行后壓縮機停止運行，風扇以正常運行時相反的方向旋轉，從而實現(xiàn)冷凝器除塵的目的。其中，EC電機除塵是通過控制器定時讓風扇自動地為微通道冷凝器進行除塵，不再需要人工進行除塵，節(jié)省了人力，同時極大地提高了除塵的效率，在輕型商用制冷設備中應用較多。

2.2翅片

翅片是在換熱管周圍增加的金屬片，可分為內部和外部，用于增加換熱管的表面積（外表面積或內表面積），從而提高換熱效率。商用空調室外機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阻增大和空氣受阻產生的噪音，減少冷凝水對鋁箔的腐蝕，減少霉菌和灰塵的凝結，減少空調異味。研究表明，如果換熱器使用親水鋁箔，制冷效率可提高5%。商用空調室外機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：由于表面沒有突起，在相同間距下，平翅片的風阻最小，但傳熱性能不如其他兩種翅片。剛度比百葉窗翅片強，但比波紋翅片差。平翅片結霜周期更長，除霜效果更好。波紋翅片的特點：波紋翅片的風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：百葉翅片的傳熱性能最好，但風阻比其他兩種翅片大，所以這種翅片不適合排數較多的冷凝器。由于表面開窗導致翅片的剛性減弱，在加工安裝過程中容易出現(xiàn)掉片損壞的現(xiàn)象。設計要點：為了保證換熱能力，降低空氣通過冷凝器時的風阻，單排換熱器可以設計較小的片間距，多排換熱器可以設計較大的片間距。冷凝水和霜會堵塞翅片間隙，增加風阻。對于使用環(huán)境中冷凝水和霜較多的冷凝器，應選用排水效果較好、不易堵塞的波紋翅片和直翅片，并適當加大片間距。百葉窗翅片結霜周期短，容易被灰塵堵塞，應選擇較大的間距。

3、商用頂出風空調室外機的結構特點和冷凝器布局

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

4、商用頂出風空調室外機冷凝器的優(yōu)選設計方案

結合機組性能、成本和工藝，商用頂出式空調室外機冷凝器的優(yōu)化設計方案為：1）選用波紋翅片，既保證結構強度，又保證換熱性能，選用親水鋁箔作為鋁箔。2）長U型管采用內螺紋銅管，傳熱性能更好。3）根據機組的性能要求，排數應為2排和3排。4）結構型式為單風機C型，雙風機G型。單風扇是指一個扇葉的單元，雙風扇是指兩個扇葉的單元。通常，雙風扇單元的寬度較寬。雖然G型兩個裝置部分遮擋了機組正面，但留下的空間足夠正常運行維護。而且雙風機機組的容量和性能要求更高，G型機組可以實現(xiàn)更大的換熱面積，提高機組的換熱能力。5）與家用空調機組相比，商用空調機組體積較大，因此側板厚度通常較厚，材料可根據使用環(huán)境自由選擇。6）彎頭規(guī)格應根據長U管內徑匹配選擇。

結束語

本文闡述了輕型制冷設備的冷凝器應用現(xiàn)狀和冷凝器性能提升方案，同時對冷凝器除塵技術進行了驗證分析，主要結論如下：1）翅片管式冷凝器、微通道冷凝器是輕型商用制冷設備應用較廣泛的換熱器，冷凝器強化換熱技術主要分管外側強化和管內強化兩方面;成本低、換熱效率高是冷凝器的發(fā)展趨勢;2）微通道冷凝器采用EC電機除塵的方式效果較好，在實際使用中可以推廣應用。

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