浅谈微通道换热器在R290家用空调器中的应用

黄茂科

摘 要：随着人们环保意识的提升，空调器首选天然制冷剂，取缔通常使用的R22制冷剂，选用R290制冷剂成为可能。微通道换热器具有体积小、可再利用的特点。从其换热的功能上来看，其具有较高的传热系数。将微通道换热器用于R290家用空调系统中，可以提高R290家用空调器的使用效率，且能够降低成本。本文针对微通道换热器在R290家用空调器中的应用进行研究。

关键词：家用空调器；R290制冷剂；微通道换热器

中图分类号：TM92 文献标识码：A

中国在能源利用方面与经济发达国家相比存在着一定的差距。中国要持续稳定地发展，就要提高能源使用效率以降低能源消耗。微通道换热器可以使空调器的换热性能有所增强，将其用于家用空调器中，可以促使家用空调器的能效快速提高。

一、微通道换热器

换热器具有相变传热功能，如果传热通道的直径低于3mm，就被称为“微通道”。微通道换热器的通道与普通换热器通道相比较更为细小，使得管道内的热传递系数有所增强，因传热阻力小而增大的传热面积。微通道换热器的微通道常规尺度为2个数量级至3个数量级，具有非常好的热传递效果。

从微通道换热器特点来看，其体积比较小、热量受阻率比较低，且流体的流量也相对较小。基于微通道换热器的这些特点，其多用于汽车空调器上，随着家用空调器的普及，微通道换热器用于家用空调器已经成为一种趋势。

二、家用空调器制冷剂使用R290的可行性分析

（一）空调器制冷剂的使用情况

为了对大气臭氧层进行保护，按照《蒙特利尔议定书》中关于制冷剂的使用情况，要求截至到2030年为止，HCFCs将被禁止使用。中国正在加快可替代品的研制以替代R22。R22是人工合成物质，使用之初给人类带来了诸多的益处。但是，多年以来，这种人工合成物质的大量使用，已经严重影响了生态环境。R22的潜在危害已经越来越被人们所清醒的认识。空调器的大量使用，使得制冷机的消耗量平均每年可以达到几十万吨。为了避免这些制冷机被排放到自然环境中而对生态环境造成污染，就需要寻找安全环保的替代品。

（二）使用R290的可行性分析

1 R290的基本物理性质

R290的基本物理性质与R22接近，包括制冷剂的沸点、临界点以及凝固点等等各项物理参数都与R22不存在太大差异。

2 R290的饱和蒸汽压

R290的饱和蒸汽压与R22接近。当处于室内温度低于20℃的时候，家用空调器的制冷剂就会蒸发，此时，R290和R22的蒸汽压力线是基本一致的。当室内温度超过30℃的时候，R290和R22的蒸汽压力线就会随着温度的提升而距离增大。R290的压力要相对低一些，可以确保压缩机进气量不会因R290而影响正常工作，使压缩机的运行效率有所提高。这就说明，如果家用空调器的制冷剂为R290，由于其压力比较低，就无需通过改进部件以提高耐压能力。

3 比热容的比较

同等温度环境下，R290和R22的饱和液态比热容和饱和气态比热容之间存在着较大的差距，其中R290的各项比热容指标要高于R22。从吸气温度以及排气温度情况来看，R290都要比R22低一些。在蒸发器负荷相同的情况下，压缩机在压缩运行中，会实现气体的热交换，使用R290会使热交换工作量减低，从而不可逆能量的损失也会相应地降低，从而节约了能源。

4 饱和液体密度和饱和气体体积

制冷机处于液态的时候，R290和R22之间的饱和液体密度比较，R290的饱和液体密度要比R22小很多。制冷机处于气体的时候，R290的饱和气体体积要大于R22，但是R290的灌注量要低于R22，仅为R22灌注量的40%～45%。

三、试验数据分析

试验机组采用R290制冷剂。1号试验机采用翅片式管冷凝器；1号试验机采用微通道换热器，测试的内容包括制冷量、能源消耗量、制冷消耗功率等等，并对所获得的测试结果参数化。

1号试验机的制冷量为3552.6W，2#试验机的制冷量为3577.2W；1#试验机的制冷功率为1003.7W，2#试验机的制冷功率为981.5W；1号试验机的效能比为3.47，2#试验机的制冷量为3.59。可见，家用空调器采用微通道换热器取缔翅片管式换热器，通过试验之后，可以得出结论，制冷量提高了0.6%；制冷功率有所降低，为2.2%；效能比有所提高，为3.3%。

四、性能配试

在家用空调器中安装微通道换热器，要从整机系统的角度出发实现微通道换热器系统中的优化配置，以使微通道换热器能够真正意义地对家用空调器的使用性能有所改进。在对整机系统的性能进行调整和优化的过程中，还要调整节流毛细管的长度以及R290的灌注量，以使整机系统经过调整后，能够使家用空调能够达到最佳的工作状态。

（一）通风设计对微通道换热器的影响

室外机的风量与其通风设计密切相关。对风机的运转速度进行调整，可以对微通道换热器的风量进行调整。微通道换热器的换热量由冷凝器的制冷量、出口的温度以及能效的变化反映出来。

当风机为低速运转的时候，冷凝器的制冷量会随着风速而变化。如果曲线的斜率较大，说明敏感度较高。制冷量对风速具有较高的敏感度；相反，如果曲线的斜率较小，说明不再具有敏感度。（图1风量变化下的能效比变化）

整机的运行效率与冷凝器的性能存在着必然联系。通过试验结果表明，微通道换热器可以改善换热器的换热效果，以提高整機的性能。

（二）微通道换热器的管路流程分布情况

微通道换热器的换热情况会受到管路流程分布的影响。在微通道换热器的集流管中，要将制冷剂的流程进行改变，就要对隔板的数量以及所在位置进行调整。为了使制冷剂维持在较高的流速状态，且换热系数较高，就要将微通道换热器的换热能力充分地发挥出来。微通道换热器的冷凝器中制冷剂的流通路线、充注量以及毛细管的长度需要根据需要作出调整之外，其他的元件都不需要调整。这就需要注重优化管路流程分布流程，以提高换热器的换热效率。

结语

综上所述，近年来，中国社会经济发展迅速，人们的生活水平日渐提高，空调器已经被普遍使用。面对能源严重短缺日趋严重，为了节约能源，就要对空调器的使用性能以高要求。通过对比R290和R22的各项参数，对R290作出试验数据分析，提出R290家用空调中，使用微通道换热器可以提高换热效率。

参考文献

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