淺談微通道換熱器在R290家用空調器中的應用

黃茂科

摘 要：隨著人們環保意識的提升，空調器首選天然制冷劑，取締通常使用的R22制冷劑，選用R290制冷劑成為可能。微通道換熱器具有體積小、可再利用的特點。從其換熱的功能上來看，其具有較高的傳熱系數。將微通道換熱器用于R290家用空調系統中，可以提高R290家用空調器的使用效率，且能夠降低成本。本文針對微通道換熱器在R290家用空調器中的應用進行研究。

關鍵詞：家用空調器；R290制冷劑；微通道換熱器

中圖分類號：TM92 文獻標識碼：A

中國在能源利用方面與經濟發達國家相比存在著一定的差距。中國要持續穩定地發展，就要提高能源使用效率以降低能源消耗。微通道換熱器可以使空調器的換熱性能有所增強，將其用于家用空調器中，可以促使家用空調器的能效快速提高。

一、微通道換熱器

換熱器具有相變傳熱功能，如果傳熱通道的直徑低于3mm，就被稱為“微通道”。微通道換熱器的通道與普通換熱器通道相比較更為細小，使得管道內的熱傳遞系數有所增強，因傳熱阻力小而增大的傳熱面積。微通道換熱器的微通道常規尺度為2個數量級至3個數量級，具有非常好的熱傳遞效果。

從微通道換熱器特點來看，其體積比較小、熱量受阻率比較低，且流體的流量也相對較小。基于微通道換熱器的這些特點，其多用于汽車空調器上，隨著家用空調器的普及，微通道換熱器用于家用空調器已經成為一種趨勢。

二、家用空調器制冷劑使用R290的可行性分析

（一）空調器制冷劑的使用情況

為了對大氣臭氧層進行保護，按照《蒙特利爾議定書》中關于制冷劑的使用情況，要求截至到2030年為止，HCFCs將被禁止使用。中國正在加快可替代品的研制以替代R22。R22是人工合成物質，使用之初給人類帶來了諸多的益處。但是，多年以來，這種人工合成物質的大量使用，已經嚴重影響了生態環境。R22的潛在危害已經越來越被人們所清醒的認識。空調器的大量使用，使得制冷機的消耗量平均每年可以達到幾十萬噸。為了避免這些制冷機被排放到自然環境中而對生態環境造成污染，就需要尋找安全環保的替代品。

（二）使用R290的可行性分析

1 R290的基本物理性質

R290的基本物理性質與R22接近，包括制冷劑的沸點、臨界點以及凝固點等等各項物理參數都與R22不存在太大差異。

2 R290的飽和蒸汽壓

R290的飽和蒸汽壓與R22接近。當處于室內溫度低于20℃的時候，家用空調器的制冷劑就會蒸發，此時，R290和R22的蒸汽壓力線是基本一致的。當室內溫度超過30℃的時候，R290和R22的蒸汽壓力線就會隨著溫度的提升而距離增大。R290的壓力要相對低一些，可以確保壓縮機進氣量不會因R290而影響正常工作，使壓縮機的運行效率有所提高。這就說明，如果家用空調器的制冷劑為R290，由于其壓力比較低，就無需通過改進部件以提高耐壓能力。

3 比熱容的比較

同等溫度環境下，R290和R22的飽和液態比熱容和飽和氣態比熱容之間存在著較大的差距，其中R290的各項比熱容指標要高于R22。從吸氣溫度以及排氣溫度情況來看，R290都要比R22低一些。在蒸發器負荷相同的情況下，壓縮機在壓縮運行中，會實現氣體的熱交換，使用R290會使熱交換工作量減低，從而不可逆能量的損失也會相應地降低，從而節約了能源。

4 飽和液體密度和飽和氣體體積

制冷機處于液態的時候，R290和R22之間的飽和液體密度比較，R290的飽和液體密度要比R22小很多。制冷機處于氣體的時候，R290的飽和氣體體積要大于R22，但是R290的灌注量要低于R22，僅為R22灌注量的40%～45%。

三、試驗數據分析

試驗機組采用R290制冷劑。1號試驗機采用翅片式管冷凝器；1號試驗機采用微通道換熱器，測試的內容包括制冷量、能源消耗量、制冷消耗功率等等，并對所獲得的測試結果參數化。

1號試驗機的制冷量為3552.6W，2#試驗機的制冷量為3577.2W；1#試驗機的制冷功率為1003.7W，2#試驗機的制冷功率為981.5W；1號試驗機的效能比為3.47，2#試驗機的制冷量為3.59。可見，家用空調器采用微通道換熱器取締翅片管式換熱器，通過試驗之后，可以得出結論，制冷量提高了0.6%；制冷功率有所降低，為2.2%；效能比有所提高，為3.3%。

四、性能配試

在家用空調器中安裝微通道換熱器，要從整機系統的角度出發實現微通道換熱器系統中的優化配置，以使微通道換熱器能夠真正意義地對家用空調器的使用性能有所改進。在對整機系統的性能進行調整和優化的過程中，還要調整節流毛細管的長度以及R290的灌注量，以使整機系統經過調整后，能夠使家用空調能夠達到最佳的工作狀態。

（一）通風設計對微通道換熱器的影響

室外機的風量與其通風設計密切相關。對風機的運轉速度進行調整，可以對微通道換熱器的風量進行調整。微通道換熱器的換熱量由冷凝器的制冷量、出口的溫度以及能效的變化反映出來。

當風機為低速運轉的時候，冷凝器的制冷量會隨著風速而變化。如果曲線的斜率較大，說明敏感度較高。制冷量對風速具有較高的敏感度；相反，如果曲線的斜率較小，說明不再具有敏感度。（圖1風量變化下的能效比變化）

整機的運行效率與冷凝器的性能存在著必然聯系。通過試驗結果表明，微通道換熱器可以改善換熱器的換熱效果，以提高整機的性能。

（二）微通道換熱器的管路流程分布情況

微通道換熱器的換熱情況會受到管路流程分布的影響。在微通道換熱器的集流管中，要將制冷劑的流程進行改變，就要對隔板的數量以及所在位置進行調整。為了使制冷劑維持在較高的流速狀態，且換熱系數較高，就要將微通道換熱器的換熱能力充分地發揮出來。微通道換熱器的冷凝器中制冷劑的流通路線、充注量以及毛細管的長度需要根據需要作出調整之外，其他的元件都不需要調整。這就需要注重優化管路流程分布流程，以提高換熱器的換熱效率。

結語

綜上所述，近年來，中國社會經濟發展迅速，人們的生活水平日漸提高，空調器已經被普遍使用。面對能源嚴重短缺日趨嚴重，為了節約能源，就要對空調器的使用性能以高要求。通過對比R290和R22的各項參數，對R290作出試驗數據分析，提出R290家用空調中，使用微通道換熱器可以提高換熱效率。

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