組合式平行流冷凝器的研究與應用

摘 要：針對機房空調系統優化，設計兩種不同結構的組合式平行流冷凝器，在標準焓差法實驗室進行性能實驗。結果表明：（1）獨立組合式平行流冷凝器在低環溫工況下會出現欠壓縮及能耗大的問題，降低室外風機轉速可化解欠壓縮問題，但是無法解決換熱效率低下的問題；（2）沿進風方向外側熱管、內側制冷的復合組合式平行流冷凝器可化解制冷系統在低環溫下欠壓縮能效低的問題，同時優化機組外觀。

關鍵詞：平行流換熱器；壓縮比；能耗

引言：平行流冷凝器由集流管、扁管和百葉窗翅片組成，采用鋁材制造，具有換熱系數高、結構緊湊、質量輕、制冷劑充灌量小、成本低的優點[1]。如今，對平行流換熱器的結構和換熱性能越來越成為制冷界研究重點。劉宏宇等建立了平行流換熱器的計算模型，為平行流冷凝器在大型熱管復合環控機組中的工程應用提供了依據。設計獨立組合式平行流冷凝器與復合組合式平行流冷凝器，并進行組合式平行流冷凝器的性能實驗，探究不同布局的平行流換熱器的性能特征。

一、機房空調系統冷凝器設計

在分析平行流冷凝器流量分配均勻性以及流程分布基礎上，采用組合式冷凝器結構，其中獨立組合式冷凝器將熱管冷凝器與制冷冷凝器獨立組合；而熱管/制冷復合組合式冷凝器將外側設置為熱管冷凝器，內側設置為制冷冷凝器，制冷、熱管冷凝器以間隔3-5mm距離進行疊加復合，兩對冷凝器呈V字形結構布置。

對于獨立組合式制冷/熱管冷凝器室外空氣經過第一片制冷/熱管冷凝器后，出風溫度很高，導致第二片冷凝器進風溫度很高，大大弱化系統冷凝效率；而對于復合組合式冷凝器，由于熱管工作溫度較低，自熱管冷凝器出來后的空氣被加熱程度低，對內側制冷冷凝器影響不大。獨立組合式冷凝器兩組冷凝器大小不一致，機組外觀較差，熱管冷凝器底部換熱效率較低下；而對于復合組合式冷凝器，熱管冷凝器與制冷冷凝器的間隙，緩解冷凝效率低下問題。

二、組合式平行流換熱器實驗

（一）實驗與分析。組合式平行流實驗在廣東美的暖通設備有限公司焓差法實驗室進行，開啟制冷劑泵驅動系統循環，冷凝風機全速運行，根據機組復合模式調整室外側干球溫度為

10℃、12℃、14℃、16℃，控制蒸發器空氣入口溫度33±1℃，調節風量使儲液器出液溫度相對穩定，測量制冷量等工作性能參數。

實驗結果：在復合模式下，制冷系統冷凝壓力隨著室外環溫升高呈穩定增長，由于此時環境溫度低，獨立組合式冷凝器的制冷系統壓縮比處于較低狀態，即壓縮機處于欠壓縮工況，系統效率低下，壓縮機同樣頻率下其制冷量要略低于復合組合式冷凝器。對于復合組合式冷凝器，熱管冷凝管壓力與制冷蒸發壓力在該工況下與獨立組合式冷凝器基本一致，而制冷系統冷凝壓力則明顯高于獨立組合式冷凝器。由圖1可得，復合冷凝器壓縮比始終高于獨立冷凝器，基本維持在2.1以上，化解了系統在低環溫欠壓縮問題，保持系統處于較好的工況下運行。

對壓縮機欠壓縮能耗損失分析，渦旋壓縮機在低壓比時因壓差減小，其容積效率會有所提高，但壓縮比超低（欠壓縮）嚴重影響其指示效率。對于固定內容積比壓縮機而言，當壓縮終了壓力小于系統排氣壓力時，壓縮機處于欠壓縮狀態，在排氣口打開瞬間，排氣管道內的氣體沖入壓縮腔中，使腔內壓力迅速上升到系統排氣壓力，此過程造成了額外功耗。故當系統處于欠壓縮工況下，其指示效率大幅下降，制冷效率也大幅降低。

結論：在分析組合式平行流換熱器結構和性能的基礎上，

設計了采用兩種不同組合形式平行流換熱器作為冷凝器的制冷機組，并在標準焓差法實驗室進行了制冷性能實驗，得到如下結論：（1）在低環溫工況下，采用沿進風方向外側熱管、內側制冷的復合組合式平行流冷凝器可化解制冷系統欠壓縮運行問題，提升了系統的運行效率，同時優化了機組外觀；（2）獨立組合式平行流換熱器在低環溫工況采用小風量運行時，可化解系統欠壓縮問題，但無法解決內側冷凝器換熱效率低下問題。

參考文獻：

[1] 王鐵軍，江斌，劉向農，等.平行流冷凝器在12m客車空調中的應用研究[J].制冷學報，2008.29（5）：24-27.