微通道换热技术在卧式冷冻柜中的应用

2020-06-19刘高飞陈国良

中国新技术新产品 2020年6期

刘高飞陈国良

（海信家电集团股份有限公司，广东顺德 528303 ）

0 引言

换热器是制冷系统主要的传热部件，换热器的好坏直接影响了系统的综合性能。目前高端立式冷藏陈列柜的制冷系统大多采用铜管铝翅片蒸发器和冷凝器，管径普遍采用的是直径7 mm及以上的铜管，随着铜资源的日益枯竭，电解铜价格日益攀升，造成产品制造成本居高不下，系统铜材的替代问题引起了行业领域的普遍关注[1]。铝作为铜材的替代品之一，其价格对稳定、低廉，采用微通道换热器，可以减少对铜材的依赖，缓解铜材涨价造成的成本压力。微通道换热器具有高传热系数、高表面积-体积比、低传热温差、低流动助力等优势，正逐步应用于商用、家用制冷行业。

1 微通道换热器简介

微通道，也称为微通道换热器，就是通道当量直径在10 μm～1 000 μm的换热器。它由集流管、多通道扁管和百叶窗翅片3个部分组成，集流管将不同根数的扁管组合成一个流程，由不同流程组成冷凝器。集流管起分流和合流的作用，同时也是整个冷凝器的结构支架。制冷剂进入微通道冷凝器后，与传统单进单出冷凝器的区别在于：微通道冷凝器中制冷剂由联接管道首先进入分流集流管[2]，然后分流至各制冷剂扁管与空气进行传热，最后到合流集流管合成一路，进入下一流程的分流集流管，如图1所示。

2 微通道换热器的主要优点

微通道换热器的集流管中有隔片隔断，每段管子数量不同，呈逐渐减少趋势，制冷剂刚进冷凝器时呈气态，比容大，管子数也较多，随着制冷剂被冷凝成液体，比容变小，需要的扁管数也相应减少，这样布置能够降低制冷剂侧的压降，以此保证制冷剂在冷凝器后半段时仍保持较高的流速和换热系数[3]。该变流程的设计，可以使冷凝器有效容积得到最合理的利用。铜管铝翅片换热器在空气吹过管道时，通常在管后侧形成涡旋死区，换热面积减小，换热性能受到了一定的限制，而微通道换热器，由于运用了扁管，扁管厚度小于铜管，减小了管后侧涡旋死区，且扁管换热长度长于铜管，延长空气流经扁管的时间，增大了换热器空气侧换热效率，如图2 所示。

在相同运行工况下，制冷剂冷凝温度和压力较低，制冷剂流动和换热增强，总换热能力有了提高，在相同迎风面积下，微通道换热器制冷剂侧压降降低，仅为铜管铝翅片换热器的20%～30%。整体换热性能比铜管铝翅片换热器高出30%以上。

图1 微通道换热器示意图

图2 空气侧流程图

3 微通道换热器在卧式冷冻柜上的应用

根据国标要求，卧式冷冻柜的主要性能指标有耗电量、储藏温度、拉温速度、冷冻能力等，这几个指标的好坏直接影响到冷柜的品质和性能，从而影响冷柜的产品竞争力。

要想提升冷柜的性能，在控制成本的前提下，最有效的方式就是优化换热方式，提升散热性能，常见的换热器有蛇管冷凝器、翅片冷凝器、丝管冷凝器、微通道冷凝器，其中蛇管冷凝器和丝管冷凝器换热效率相对较低，不能满足性能要求高、换热量大的产品的要求，只能使用换热性能更好的翅片冷凝器和微通道换热器，尤其对于容积超过500 L的卧柜来说，冷冻能力是一个非常重要的指标，如果冷冻能力小，用户在使用过程中，会经常出现柜内食品冻坏的现象，严重影响了客户对产品的认可度，也对售后维修产生非常不利的影响。

为了对比2种换热器的优劣利弊，以下实验将用到的BD-520卧式冷冻柜如图3所示。

根据标准要求，选定的卧式冷柜产品BD-520，满足国标3级能效，需要做到耗电量值为1.57 kWh/24 h，分别配用翅片冷凝器和微通道冷凝器，进行测试，并对测试结果进行分析。