冷凝器管徑縮小的研究

李慧穎 張世鋒 楊永 牛繼開

（松下冷鏈（大連）有限公司 遼寧大連 116600）

隨著經濟的發展，飲料冷藏柜的市場容量逐年擴大，銅管在飲料冷藏柜中起著舉足輕重的地位，而冷凝器作為四大制冷部件之一，占整個銅管使用量的50%以上。銅管價格的居高不下，給各飲料冷藏柜制造企業帶來巨大的成本壓力，從節約成本、提高能效和環保的角度考慮，冷凝器發展的方向是緊湊式的，將冷凝器做的更加緊湊的一個主要方法是采用7.94mm管徑銅管的冷凝器替代現有的9.53mm管徑的冷凝器。因制冷劑在銅管中的傳熱和壓降特性與管徑直接相關，管徑縮小后，其主要的傳熱和壓降性能也隨之發生變化，進而導致系統性能發生改變。本文通過試驗研究，驗證7.94mm冷凝器的性能是否滿足要求，是否可以在飲料冷藏柜上使用。

1 縮小冷凝器銅管管徑的好處

縮小冷凝器銅管管徑的好處之一是有效地降低冷凝器成本。目前，飲料冷藏柜廣泛使用的冷凝器銅管直徑為9.53mm，若將管徑縮小為7.94mm,則單位管長銅管的表面積減少17%，這就意味著，即使銅管的厚度不變，單位管長的銅用量減少17%。實際上，由于耐壓強度的增加，銅管的壁厚減薄，銅材的減少量可達27%。由于銅管的成本占冷凝器材料成本的80%以上，采用直徑為7.94mm銅管的冷凝器成本可以降低20%以上。好處之二是可以減少制冷劑的充注量。管徑由9.53mm縮小為7.94mm，則冷凝器的內容積減小，制冷劑的充注量隨之減少。好處之三是可以減少制冷劑對環境的影響。制冷劑的充注量減少，隨之溫室氣體的排放量減少，降低了對環境的影響。

2 試驗研究

根據柜體內容積的不同，選擇兩種柜型分別進行了對比試驗。其中內容積1000L冷柜為雙門柜，內容積600L冷柜為單門柜。

2.1 內容積1000L冷柜（帶門）

2.1.1 試驗環境和測試儀器

恒溫恒濕試驗室，環境溫度32℃,環境相對濕度65%，環境空氣流速0.1m/s；測溫度的為銅康銅熱電偶若干和其數據采集系統。

2.1.2 試驗負荷和測試點擺放

使用500ml飲料560瓶。每層網架（共5層）上要至少放置8個測試點，放置位置見圖1（俯視圖）。

2.1.3 試驗曲線

直徑9.53 mm管試驗曲線和直徑7.94 mm管試驗曲線如圖2所示。

2.1.4 試驗數據

負荷溫度升溫到32℃，冷柜關門運行，經過1140min后停止運行，取4個時間點數據（毛細管長度和管徑相同），如表1。

2.1.5 試驗數據分析

冷媒量由520g變為390g，減少了130g；冷凝溫度比9.53mm冷凝器上升2℃,為41℃左右，高于環境溫度10℃，滿足要求；壓縮機排氣溫度與9.53mm冷凝器基本一致，為86℃左右，遠低于130℃（壓縮機要求），滿足要求；壓縮機回氣溫度與9.53mm冷凝器基本一致，為16℃左右，不會出現壓縮機液擊，滿足要求；負荷降溫速度比9.53mm冷凝器稍快。

2.2 內容積600L冷柜（帶門）

2.2.1 試驗環境和測試儀器

恒溫恒濕試驗室，環境溫度41℃,環境相對濕度75%，環境空氣流速0.1m/s；測溫度的為銅康銅熱電偶若干和其數據采集系統。

2.2.2 試驗負荷和測試點擺放

使用500ML飲料340瓶。每個網架（共5個）上要至少放置5個測試點，放置位置見圖3（俯視圖）。

2.2.3 試驗曲線

直徑9.53 mm管試驗曲線和直徑7.94 mm管試驗曲線如圖4所示。

2.2.4 試驗數據

負荷溫度升溫到41℃，冷柜關門運行，經過1440min后停止運行，取4個時間點數據（毛細管長度和管徑不同），如表2。

2.2.5 試驗數據分析

冷媒量由340g變為315g,減少了25g；冷凝溫度與9.53mm基本一致,為48℃左右，高于環境溫度7℃，滿足要求；壓縮機排氣溫度低于9.53mm冷凝器，為86℃左右，遠低于130℃（壓縮機要求），滿足要求；壓縮機回氣溫度低于9.53mm冷凝器基本一致，為14℃左右，不會出現壓縮機液擊，滿足要求；負荷降溫速度比9.53mm冷凝器稍快。

3 結論

（1）7.94mm冷凝器滿足試驗性能要求，同時制造工藝的完善，能夠保證制造，因此可以在飲料冷藏柜上使用。

（2）采用7.94mm銅管的冷凝器，與傳統的9.53mm冷凝器相比，在降低耗材方面具有明顯優勢，使產品的競爭力得到大幅度提升。

（3）7.94mm銅管的應用可以降低制冷劑的充注量，從而減少溫室氣體排放量，有利于環保制冷劑R290的應用和推廣。

表1 1000L冷柜試驗數據

表2 600L冷柜試驗數據