全铝钎焊式平行流冷凝器性能对比实验 格力.docx
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全铝钎焊式平行流冷凝器性能对比实验格力
文章编号:
CAR155
全铝钎焊式平行流冷凝器性能对比实验
梁祥飞邢淑敏林华和庄嵘
（珠海格力电器股份有限公司制冷技术研究院,珠海519070
摘要对六种全铝钎焊式平行冷凝器进行了冷凝换热性能对比试验,试验结果与双排φ9.52翅片管换热器进行了对比,得到风阻、冷凝能力和综合冷凝能力对比实验曲线。
对比试验结果表明:
全铝钎焊式平行流冷凝器具有较高的综合冷凝性能和单位体积换热量,部分规格的平行流冷凝器的单位迎风面积冷凝能力高于对比用翅片管换热器。
关键词平行流冷凝器冷凝换热MPE管
EXPERIMENTALINVESTIGATIONONCONDENSATIONPERFORMANCEOFBRAZEDTYPEPARALLELFLOWCONDENSERSLiangXiangfeiXingShuminLinHuaheZhuangRong（RefrigerationInstituteofGreeElectricAppliancesInc.ofZhuhai,Zhuhai519070
AbstractCondensationheattransferperformanceofsixbrazedtypeparallelflowcondensers（PFHXswereinvestigated,andwereincomparisonwithadouble-rowφ9.52fin-and-tubeheatexchanger（CTHXunderthesametestingcondition.Pressuredropofairside,condensationcapacityandcomprehensivecondensationperformancewereplottedincurvesforcomparison.Thetestresultsshowedthat:
PFHXshadthecharacteristicsofhighcomprehensivecondensationperformanceandhighcondensationcapacityperunitvolume,thecondensationcapacityperunitfaceareaoftherePFHXswashigherthanorequivalenttothatoftheCTHXunderthesametestingcondition.
KeywordsParallelflowcondenserCondensationheattransferMPEtube
0前言
全铝钎焊式平行流冷凝器因其结构紧凑、换热效率高、内容积小、重量轻等众多优点,近年来备受国内外HVAC&R行业内人士关注。
该种换热器的应用始于汽车空调,目前已逐步进入国内外家用/商用空调市场,因此也是近几年国内外空调企业、高校研究所的研究热点。
全铝钎焊式平行流冷凝器整体结构如图1（a所示,主要由集管、多孔挤压扁管（MPE和翅片组成,所有材质均为铝合金,整体组装后采用真空钎焊炉或充氮保护钎焊炉（CAB整体钎焊而成。
翅片外观通常为波浪形,片型一般为百叶窗,翅片与MPE管接触处焊接后为金属键链接,无接触热阻,图2是翅片与MPE管钎焊后焊合部位的局部放大图。
MPE管横截面有多个内孔,内孔形状有矩
作者简介:
梁祥飞（1976-,男,硕士,工程师。
形、圆形、三角形等,内孔水力直径一般在0.5~1.6mm。
MPE管横截面高度一般在1~3mm,宽度则在12~26mm。
波浪形翅片高度称为波高,一般在5~10mm,两相邻顶点之间的距离称为波距,一般在2~3mm,翅片厚度则在0.05~0.1mm。
本文对六种不同规格的平行流冷凝器进行了冷凝换热对比试验,同时将实验结果与现行双排φ9.52翅片管换热器进行了对比,得到风阻、冷凝能力和综合冷凝能力等对比实验曲线。
对比试验结果表明:
部分规格的平行流冷凝器在相同风速下的单位迎风面积冷凝能力高于对比用翅片管换热器。
集
管
（a整体
（b局部
图1全铝钎焊式平行流冷凝器示意图
图2翅片根部与MPE管焊合部位局部放大图
1试验样件及试验方案
1.1试验样件
本文所采用的全铝钎焊式平行流冷凝器的基
本参数列于表1中,换热器代号PFHX-2.0×20中的2.0×20表示该种规格的MPE管规格（高×宽。
表
1中的第1和第2两种换热器虽然MPE管规格相同,但管内结构不同,其中A管内孔带内微肋。
每种冷
凝器的流程数和对应每个流程的MPE管并联数列
于表2中,其中对应表中的PFHX-1.4×16的流程布
局示意图见图3。
采用双排φ9.52内螺纹铜管百叶窗翅片管换热
器作为对比样件,横向孔距25.4mm,纵向孔距22mm,片距1.6mm,流路布局为热泵型空调器常
用形式。
所有试验样件均为直板形式。
1.2试验方案
为保证换热器单体冷凝试验数据的可比性,进
风干/湿球温度、迎面风速、制冷剂入口压力、制冷
剂入口过热度、制冷剂出口过冷度均受控。
制冷剂
为R-22。
单体换热器冷凝换热性能对比试验在格力两
器暨空调焓差实验台上完成。
表1平行流换热器试验样件基本参数表（单位:
mm
换热器代号片型波高波距总管数PFHX-3.0×16A百叶窗82.644PFHX-3.0×16B百叶窗82.540PFHX-2.0×20百叶窗82.349PFHX-2.0×25.4百叶窗8.52.7547PFHX-1.9×16百叶窗82.650PFHX-1.4×16百叶窗52.477表2平行流换热器试验样件各流程MPE管并联数
换热器代号1st2nd3rd4th5th6thPFHX-3.0×16A13
97654PFHX-3.0×16B151285--PFHX-2.0×2014109754PFHX-2.0×25.4191495--PFHX-1.9×16221486--PFHX-1.4×163323129--
Inlet
图3PFHX-1.4*16流程布局示意图
2试验结果及分析
空气侧试验工况为:
进风干湿球温度35/24℃,
迎面风速（折算进风风量与迎风面积之比范围为1.4~2.5m/s;制冷剂侧试验工况为:
制冷剂R22,
入口压力（绝对1.729~2.033MPa,入口过热度20℃,出口过冷度8℃。
六种平行流冷凝器PFHX的风阻试验曲线示于
图4中,作为对比,同时示于此图中的还有双排φ9.52百叶窗翅片管换热器CTHX-9.52×2R的风阻试
验曲线。
可见,在试验风速范围（1.4~2.5m/s内,CTHX的风阻最高,这主要是由于φ9.52翅片管换
热器流向深度（为44mm最长且圆管的形体阻力
最高。
PFHX-2.0×20的风阻曲线与PFHX-1.4×16基
和41%~50%。
PFHX-3.0×16A比PFHX-1.9×16的
风阻高约27%~31%的主要原因在于前者MPE管
的形体阻力较高,即MPE管减薄可有效降低风阻。
从表1可见,PFHX-3.0×16B与PFHX-3.0×16A
的基本参数接近,但前者风阻却高出31%~35%。
经查看实物并对比发现,PFHX-3.0×16B的翅片开
窗不连续、变形且翅片缝隙间残留焊渣,这些导致
空气流通不畅。
1.61.8
2.02.22.42.6
vy/m/s
Δpa/Pa
（进风35/24℃,R-22,入口压力1.856MPa,
入口过热度20℃,出口过冷度8℃
图4风阻随迎面风速变化对比
对所有风阻试验数据进行最小二乘法拟合可知,风阻-风速曲线满足抛物线分布。
出于对比目的,将换热器的单体冷凝能力在对比工况下进行处理后所得到的单位迎风面积相对冷凝能力（Qc/Ay/（Qc/AyR与迎面风速vy的变化曲线示于图5中,其中（Qc/AyR为单位迎风面积冷凝能力参考值（处理时取相同值。
由图5可见,在试验风速范围（1.4~2.5m/s内,PFHX-1.4×16与PFHX-2.0×25.4（二者相当最高,比CTHX-9.52×2R高出5.7%~7.9%,PFHX-2.0×20与双排φ9.52翅片管换热器相当,其他三种PFHX均低于双排翅片管换热器,其中PFHX-3.0×16A约低9.5%,PFHX-1.9×16约低17%,PFHX-3.0×16B约低20%。
PFHX-3.0×16B翅片开窗质量差、残留焊渣等均降低了翅片侧传热性能,另外,其MPE管与PFHX-3.0×16A相比无内侧强化,因而冷凝换热能力相对较低（约低12%。
0.8
1.0
1.4
1.6
1.8
2.02.2
2.4
2.6
vy/m/s
（Qc/Ay/（Qc/AyR
（进风35/24℃,R-22,入口压力1.856MPa,
入口过热度20℃,出口过冷度8℃
图5单位迎风面积相对冷凝能力随迎面风速变化对比
0.6
0.8
1.0
20
40
6080
100120
Δpa,t×va/W/m
2
（Qc/Ay/（Qc/AyR
（进风35/24℃,R-22,入口压力1.856MPa,
入口过热度20℃,出口过冷度8℃
图6单位迎风面积相对冷凝能力随单位迎风面积理论功耗
变化对比
若以换热器体积和冷凝能力评价,在试验工况下,PFHX-1.4×16单位体积换热量约是CTHX-9.52×2R的3倍。
考虑到相同风速下的风阻不同,为了综合评价,采用冷凝能力-风机理论功耗曲线进行对比,处理所得到的单位迎风面积相对冷凝能力（Qc/Ay/（Qc/AyR随单位迎风面积理论功耗（表示单位迎风面积总压功耗Δpa,t×va（Δpa,t为风机产生的动压与静压之和,va取出口风速的变化曲线示于图6中。
从图6可见,当单位迎风面积理论功耗相同时,除PFHX-1.9×16和PFHX-3.0×16B外,其余四种PFHX的综合性能均高出双排φ9.52翅片管换热器CTHX-9.52×2R,其中PFHX-1.4×16综合性能最高（高出约18%左右,然后依次是PFHX-2.0×25.4、PFHX-2.0×20和PFHX-3.0×16A。
图7为六种平行流冷凝器PFHX和双排φ9.52翅片管换热器CTHX-9.52×2R的相对冷凝换热能力随R-22入口压力的变化曲线,入口压力对应饱和温度分别为45℃、48℃、50℃和52℃。
由图7可见,在试验工况范围内,六种平行流冷凝器PFHX和翅片管换热器CTHX的相对趋势与图5一致,各条试验曲线（PFHX-3.0×16B除外均近似呈线性,表明在控制工况下,换热器的冷凝能力随入口压力近似呈线性增加。
这一趋势对换热器的选型计算非常有帮助。
1.8
1.92
2.1
pin/MPa
（Qc/Ay/（Qc/AyR
（进风35/24℃,迎面风速2.0m/s,R-22,入口过热度20℃,出口过冷度8℃
图7相对冷凝性能随入口制冷剂压力变化对比
相对常规翅片管换热器而言,平行流冷凝器翅片片距小、管中心距小且MPE管内为多孔结构使得该种换热器具有大比表面积（换热面积与体积比,翅片与MPE管间无接触热阻,以及MPE管厚度薄低速尾流区小,翅片效率高,MPE管内微细矩形流道的高传热效率等均使得平行流冷凝器具有很高的冷凝换热性能。
另外,平行流冷凝器的紧凑性又使得相同迎风面积下所需的流向深度很短,加之MPE管本身很薄形体阻力小,使得平行流冷凝器具有低风阻的特性。
高换热效率加上低风阻特性使得平行流冷凝器的综合冷凝换热性能很高。
值得指出的是,平行流冷凝器的低风阻特性使得该种换热器的翅片密度可以比常规翅片管换热器的更高,但这种在干工况下表现优良的密翅片并不适用于有凝露水或结霜的场合。
事实上,全铝钎焊式平行流冷凝器做蒸发器使用时会出现凝露水
排水不畅、制冷剂分流不均等问题而严重影响其性能的发挥。
这也是目前该种钎焊式换热器结构及其加工工艺带来的固有问题,加之结霜问题使得该种换热器在新市场（非汽车空调市场的应用和推广受到较多限制。
3结论
本文对六种不同规格的全铝钎焊式平行流冷凝器进行了单体冷凝换热性能对比试验,同时与双排φ9.52翅片管换热器进行了对比。
试验结果表明:
1全铝钎焊式平行流冷凝器具有较高的综合冷凝性能和单位体积换热量,MPE管规格为1.4×16,波高为5mm的全铝钎焊式平行流冷凝器的综合冷凝能力比1.6mm片距双排φ9.52内螺纹铜管百叶窗翅片管换热器高出约18%,前者单位体积换热量约为后者的3倍;
2全铝钎焊式平行流冷凝器的风阻随风速变化趋势与常规翅片管换热器一样,风阻-风速呈抛物线分布,且随MPE管减薄而降低;
3全铝钎焊式平行流冷凝器冷凝换热量随入口冷凝压力变化趋势与常规翅片管换热器一样,冷凝换热量随入口压力近似呈线性增加。
全铝钎焊式平行流冷凝器具有优良的综合冷凝换热性能,但仅能用于替代单冷机翅片管换热器。
在蒸发器和热泵机用冷凝器方面的应用可行性尚有赖于排水、结霜和制冷剂分流等问题的综合解决程度。
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