摘要: 在比较Φ5mm内螺纹铜管与普通Φ7mm内螺纹铜管换热及流体压降特点的基础上,介绍了家用空调使用Φ5mm内螺纹铜管的特点及其采用的相应措施。整机性能测试证明,采用Φ5mm内螺纹铜
0 前言
随着经济的快速发展,空调的市场容量逐年扩大,对空调的质量要求也在逐步提高。铜管在空调器中起着举足轻重的作用,对铜管的技术要求同样也越来越苛刻,尤其对换热器中的铜管要求更高。因此,如何使铜管更好地满足空调行业的需要已显得更重要。追求低成本、高效率、高质量已成为铜管制造业公认的发展趋势。
有资料显示,中国铜资源比较贫乏,铜材主要依赖进口。但我国却是铜资源的消耗大国,仅空调一项的年消耗量就相当可观。2009年市场空调年产量约为8153万台,每台平均用铜(6~8)kg计算,每年总耗铜量约(49~65)万吨,按现有市场铜价5. 5万元/吨计算则高达(269~357)亿元人民币。按目前国内铜年总需求380万吨计算,空调用铜占12. 6% ~16.8%,空调器减少对铜的消耗,对我国整体减少铜的消耗具有重要意义。与此同时也有利于空调器向小型化方向发展,降低空调制造成本,提高企业产品竞争力。
换热器是空调的核心部件,对空调的性能和成本控制起着关键作用。为了减少铜耗,强化换热,拟在家用空调器上使用小管径内螺纹铜管。针对压降增大的问题对小管径铜管的内螺纹作了改造,进行了相关实验;同时对相关工艺进行了调整。实验证明,在家用空调器上使用Φ5mm(实际管径为4. 96 mm)的新型小管径内螺纹铜管代替Φ7mm内螺纹铜管是可行的。
1 两种内螺纹铜管的性能比较分析
换热器的换热方式包括三种基本的方式:传导、对流、辐射。换热器中的铜管起着传导换热的作用是换热的最直接的方式,铜管本身的换热性能直接影响空调器的换热效果。同时,铜管本身也起到构成制冷系统回路的作用。根据需要,铜管要弯成各种形状,通过胀管、焊接的方式连接起来。铜管在空调器中起着如此重要的作用,因此,对铜管的几何尺寸、焊接性能、加工性能、可靠性等方面的要求很高。
1.1 Φ5 mm内螺纹铜管的结构特点
含油制冷剂在小管径换热管内流动沸腾换热与压降特性研究表明[1],Φ5mm强化管内工质流动的压降比Φ7 mm强化管增大了10% ~30%,即管内工质流动时的能量损失增大了10% ~30%。
从换热理论来看,提高接触长度,对提高管内蒸发传热系数帮助很大,提高留液面积,对提高管内冷凝传热系数帮助很大。因此,为改善铜管换热效率,主要考虑从增加齿高、加大齿底宽、减小齿顶角等方面入手。
为了降低压降,薄化液膜,提高热传导效率,对Φ5mm内螺纹铜管进行了改进:
(1)内螺纹齿顶角从25°调整为18°,齿高从0·18 mm降低到0. 14 mm,使齿型尖细,增强了螺纹齿对制冷剂的扰动和对液膜的剪切,使管壁上的制冷剂液膜变薄,同时获得较大的槽底宽,减小了制冷剂的流阻,强化了管内换热情况;
(2)管径减小使管道的耐压性能得到增强,为此将铜管壁厚从0. 25 mm调整为0. 20 mm。在不降低蒸发器耐压的情况下,有效地节省了铜的消耗。
1.2 管内传热系数比较
改进后的新型小管径内螺纹铜管与Φ7mm内螺纹铜管管内换热系数的比较如图1所示。可以看出,两种规格的内螺纹铜管应用于蒸发器时管内换热系数几乎相同(蒸发温度7. 5℃)。通常在空调蒸发器上的性能差异相当于管内换热系数的十分之一,由此推断两种铜管应用于蒸发器上的差异可以忽略。
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