5mm管径内螺纹铜管换热器分析.docx
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5mm管径内螺纹铜管换热器分析
Ф5与Ф7换热器比较分析
背景:
近年来,由于国际铜价节节攀升且居高不下,如果降低空调器铜用量各大厂家也是八仙过海,比如铝制换热器,ACC管,小管径铜管替代原有较大管径的铜管等。
随着环保节能的考虑,家用空调用冷媒逐渐由R22过渡到R410A,整机中R410A运行压力要比R22高出60%,因此系统性能受冷媒压力损失的影响较小,更适合于采用小管径铜管换热器。
空调换热器采用小管径铜管后,管内换热和压降特性会随之改变,根据换热器试验研究表明:
在冷媒质量流量相同情况下,Ф5铜管管内制冷剂的摩擦压降比Ф7的大20-40%。
因此在实际应用Ф5铜管时,需要针对Ф5铜管的换热和压降特性,对换热器型式进行优化调整,如翅片或流路,同时制冷剂充注量可以减少了10-20%,需要对系统的其他部件,如膨胀阀的开度进行调整,以求系统的性能接近甚至优于原有系统性能。
一、行业Ф5翅片方面的应用情况:
1)日本应用情况
小结:
◆换热器越来越细管径化,Φ5换热器在室内机上有4家公司使用。
2家是跟其他管径的组
合构成的圆弧换热器。
大金使用的更细的φ4。
◆φ5以下的細管各公司几乎都是用在能力2.2~7.1kW的室内机上。
这是因为室内机箱体
从小到大共都是通用的,φ5可以使用在家用空调上限7.1kW。
◆作为日本冷暖变频室外机,各企业的设计中没有使用φ5换热器,一般是Φ7或φ7.94。
因为用φ5的话分流回路数多分流太复杂。
φ7换热器在4.0kW机上都要分4路,φ5的就太复杂了。
◆室内机的φ5换热器几种管径(φ5和φ6.35等)组合,可以简化分流并提高性能。
2)韩国应用情况
3)国内应用情况
Ф5管技术在2005年以后引入国内,在2007年国内相应的产品设计和生产工艺已经成熟。
经向冲床及模具厂家调研,近3年以来美的、格力在Ф5换热器设备方面投入较大,Ф5换热器的产能各达到100万件/月的大批量生产规模。
◆美的2009年以前陆续购入5条Ф5换热器生产线,2009~2010年进口了10条日本日高
公司Ф5换热器生产线,已经在今年旺季实现规模效益。
2011年还将预计投入5条。
◆格力2010年前陆续购入10条Ф5换热器生产线以后,2011年已经向日本日高公司一次
性订购了12条Ф5换热器生产线(今年12月开始陆续交货),预计在2012年旺季可实现规模效益。
格力Ф5换热器生产线有3台为国产设备,其余19台均为进口设备。
◆行业内其他竞争对手格兰仕、志高等均有3条以上Ф5换热器生产线,以面向国际市场
的生产订单为主,产能预计各将达到12万件以上/月的生产规模。
4)海信科龙的情况
海信科龙到目前为止,Ф7和Ф5换热器有以下几种:
从海信的设计变化来看,Ф5换热器的设计局限于利用海信科龙现有的模具资源。
小结:
从上述情况来看,行业的标杆企业和竞争对手通过最近3年的设备投入已具备了大规模量产Ф5换热器的能力。
1、从日本厂家应用情况来看,由于其高能效标准和冷媒类型的技术导向,大部分厂
家都开发使用了Ф5换热器,且侧重应用于蒸发器。
其排距和管间距相对于大管径
换热器均有不同程度的降低,在相同迎风面积时,可以排列较多的管束和排数,在
成本相差不大的情况下可以提高换热能力。
并通过不同管径的U管搭配,简化流路
设计。
2、从国内厂家应用情况来看,主要是由于降成本和多区域的标准要求的导向,使Ф5
换热器应用于蒸发器和冷凝器,主要是窗机、小型分体机、以及单冷型室外机等,
以及制冷能效低,对制热能力要求不高的机型。
3、需要强调的是即使是:
对于φ5换热器,日本换热器的规格参数设计也和国内不
一样,其参数管间距和翅片宽度规格主要是15:
11。
而国内大部分是19:
11。
二、Ф5与Ф7性能方面的比较:
1.理论分析:
利用EVAP-COND软件,得到Ф5和Ф7管换热器在不同流路数时的模拟对比结果:
换热器不同流路数的换热能力模拟结果:
小结:
◆在相同的二路流路下,5.0管换热器较7.0管换热器相比,蒸发能力约有5%的下降幅度,
但蒸发流阻成三四倍增加。
◆5.0管三路换热器较7.0管二路换热器相比,蒸发能力约有4%的下降幅度,蒸发流阻增
加不多。
◆从5.0管换热器各流路数的数据,综合蒸发能力和冷媒流阻来看,三路优于两路,两路
优于4路。
2.实际试验分析:
1)只更换U型管,不改变管间距和翅片型式
对Ф7和Ф5管蒸发器进行整机能力对比试验,在Ф7管蒸发器的基础上,不改变其排距和管间距及翅片型式,对Ф5管蒸发器的流程分流进行调整。
对整机重新进行匹配,调整了冷媒充灌量和节流阀的大小,使其发挥出最优的换热性能。
性能对比见下图:
图1Ф5和Ф7管蒸发器整机能力对比
小结:
◆Ф5管换热器较Ф7管换热器其制冷能力和制热能力均有不同程度的下降,下降幅度在
3-5%之间;
◆中间能力点由于冷媒流量下降,流阻减小,能力下降幅度不大。
2)优化翅片型式(现在采用的方案)
对Ф7和Ф5管冷凝器进行整机能力对比试验,调整了翅片的片型、排距和管间距,对Ф5管冷凝器的流程分流进行了优化,对整机重新进行匹配,调整了冷媒充灌量和节流阀的大小,使其发挥出最优的换热性能。
图2Ф5和Ф7管冷凝器整机能力对比
3)低温性能对比
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小结:
◆除额定低温制热量工况下,Ф5管冷凝器与Ф7管冷凝器其制冷能力和制热能力均很接
近,可以认为两者换热量相同。
◆额定低温制热工况下,由于新翅片型式采用开窗片,冷凝器结霜速率快,导致制热能力
不足。
相比Ф7低温制热量降低300W左右,约10.7%。
总结:
◆相同排距和管间距时,Ф5管换热器的蒸发换热能力低于Ф7管换热器,幅度约4-5%;
而冷凝能力比较接近,差距在2%以内。
优化翅片型式及排距和管间距后,Ф5管换热器的换热能力与Ф7管换热器相当。
由于使用的是开窗翅片,导致整机低温制热能力偏低。
◆即使调整了流路数量,Ф5管换热器的冷媒压损仍然要高于Ф7管换热器,增加幅度在
可接受范围内。
◆在蒸发器上的使用未经过试验验证,理论分析应该可行。
现有翅片型式不适合对有霜工
况制热能力要求高的冷暖机室外冷凝器。
三、Ф5与Ф7成本方面的比较:
1、相同排距和管间距时:
表3Ф5和Ф7管换热器的成本对比
从表3可以看出,在Ф7管换热器的基础上,排距和管间距不变时,Ф5管换热器其铜管重量下降30%,换热器成本下降12%,相比换热能力4-5%的降幅,其经济性要优于Ф7管换热器。
2、降低排距和管间距时
表4Ф5和Ф7管换热器的成本对比
从表4可以看出,在Ф7管换热器的基础上,相同管数的Ф5管换热器其铜管重量下降22%,换热器成本下降10%,相比换热能力差异不大,其经济性要优于Ф7管换热器。
3、相同换热能力的成本对比:
基于上面表4中的两种换热器的相关情况,从下图中可以看出,在换热能力相同的情况下,Ф7换热器的成本要高于Ф5换热器。
※以上分析均是在铜价6万/吨的基础上进行核实,并且只考虑了换热器部件的成本,略去管路成本。
四、结论:
1、铜管管径作为换热器的构成要素之一,其关联性能和成本。
综合考虑其影响因素如能力
大小(冷媒流量)、低温结霜特性、压力、冷媒类型等,应该分为室内蒸发器和室外冷凝器的两种来考虑。
2、日本由于国内行业特点,如R410A冷媒、高能效、冷暖热泵等,其Ф5换热器主要是用
在蒸发器上使用。
国内的空调企业由于各种需求较多,其主要考虑的是以降成本为目的。
其相关参数规格的设计主要是在各厂家原有资源上的局部优化。
因此,其应用范围的限于单冷机、小冷量段或能效和制热要求较低的场合。
3、Ф5换热器通过优化其排距和管间距,实现换热器的密集化,在相同的换热能力情况下
热器成本可下降10%。
理论上Ф5换热器其能力覆盖范围最大为7.1Kw。
4、按照目前国内空调行业发展的各种因素分析,基于目前海信新Ф5换热器(19*13.6)的
试验情况来看,其应用范围初步能:
5、需要指出的是从性能方面来考虑,和日本相关Ф5换热器相比,目前海信的新Ф5换热
器(19*13.6),其作为室内蒸发器,其还有较大的提升空间。
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