组合式平行流冷凝器的研究与应用

魏后权

摘 要：针对机房空调系统优化，设计两种不同结构的组合式平行流冷凝器，在标准焓差法实验室进行性能实验。结果表明：（1）独立组合式平行流冷凝器在低环温工况下会出现欠压缩及能耗大的问题，降低室外风机转速可化解欠压缩问题，但是无法解决换热效率低下的问题；（2）沿进风方向外侧热管、内侧制冷的复合组合式平行流冷凝器可化解制冷系统在低环温下欠压缩能效低的问题，同时优化机组外观。

关键词：平行流换热器；压缩比；能耗

引言：平行流冷凝器由集流管、扁管和百叶窗翅片组成，采用铝材制造，具有换热系数高、结构紧凑、质量轻、制冷剂充灌量小、成本低的优点[1]。如今，对平行流换热器的结构和换热性能越来越成为制冷界研究重点。刘宏宇等建立了平行流换热器的计算模型，为平行流冷凝器在大型热管复合环控机组中的工程应用提供了依据。设计独立组合式平行流冷凝器与复合组合式平行流冷凝器，并进行组合式平行流冷凝器的性能实验，探究不同布局的平行流换热器的性能特征。

一、机房空调系统冷凝器设计

在分析平行流冷凝器流量分配均匀性以及流程分布基础上，采用组合式冷凝器结构，其中独立组合式冷凝器将热管冷凝器与制冷冷凝器独立组合；而热管/制冷复合组合式冷凝器将外侧设置为热管冷凝器，内侧设置为制冷冷凝器，制冷、热管冷凝器以间隔3-5mm距离进行叠加复合，两对冷凝器呈V字形结构布置。

对于独立组合式制冷/热管冷凝器室外空气经过第一片制冷/热管冷凝器后，出风温度很高，导致第二片冷凝器进风温度很高，大大弱化系统冷凝效率；而对于复合组合式冷凝器，由于热管工作温度较低，自热管冷凝器出来后的空气被加热程度低，对内侧制冷冷凝器影响不大。独立组合式冷凝器两组冷凝器大小不一致，机组外观较差，热管冷凝器底部换热效率较低下；而对于复合组合式冷凝器，热管冷凝器与制冷冷凝器的间隙，缓解冷凝效率低下问题。

二、组合式平行流换热器实验

（一）实验与分析。组合式平行流实验在广东美的暖通设备有限公司焓差法实验室进行，开启制冷剂泵驱动系统循环，冷凝风机全速运行，根据机组复合模式调整室外侧干球温度为

10℃、12℃、14℃、16℃，控制蒸发器空气入口温度33±1℃，调节风量使储液器出液温度相对稳定，测量制冷量等工作性能参数。

实验结果：在复合模式下，制冷系统冷凝压力随着室外环温升高呈稳定增长，由于此时环境温度低，独立组合式冷凝器的制冷系统压缩比处于较低状态，即压缩机处于欠压缩工况，系统效率低下，压缩机同样频率下其制冷量要略低于复合组合式冷凝器。对于复合组合式冷凝器，热管冷凝管压力与制冷蒸发压力在该工况下与独立组合式冷凝器基本一致，而制冷系统冷凝压力则明显高于独立组合式冷凝器。由图1可得，复合冷凝器压缩比始终高于独立冷凝器，基本维持在2.1以上，化解了系统在低环温欠压缩问题，保持系统处于较好的工况下运行。

对压缩机欠压缩能耗损失分析，涡旋压缩机在低压比时因压差减小，其容积效率会有所提高，但压缩比超低（欠压缩）严重影响其指示效率。对于固定内容积比压缩机而言，当压缩终了压力小于系统排气压力时，压缩机处于欠压缩状态，在排气口打开瞬间，排气管道内的气体冲入压缩腔中，使腔内压力迅速上升到系统排气压力，此过程造成了额外功耗。故当系统处于欠压缩工况下，其指示效率大幅下降，制冷效率也大幅降低。

结论：在分析组合式平行流换热器结构和性能的基础上，

设计了采用两种不同组合形式平行流换热器作为冷凝器的制冷机组，并在标准焓差法实验室进行了制冷性能实验，得到如下结论：（1）在低环温工况下，采用沿进风方向外侧热管、内侧制冷的复合组合式平行流冷凝器可化解制冷系统欠压缩运行问题，提升了系统的运行效率，同时优化了机组外观；（2）独立组合式平行流换热器在低环温工况采用小风量运行时，可化解系统欠压缩问题，但无法解决内侧冷凝器换热效率低下问题。

参考文献：

[1] 王铁军，江斌，刘向农，等.平行流冷凝器在12m客车空调中的应用研究[J].制冷学报，2008.29（5）：24-27.