家用空調(diào)換熱器設(shè)計(jì)

家用空調(diào)換熱器設(shè)計(jì)一、蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)對(duì)于家用空調(diào)器的開發(fā)，只有少數(shù)新產(chǎn)品是需要重新開發(fā)新模具，設(shè)計(jì)新的外形結(jié)構(gòu)，而大多數(shù)產(chǎn)品開發(fā)只是在原有外形尺寸下進(jìn)行換熱器重新設(shè)計(jì)，這樣我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸基本上沒有調(diào)節(jié)的可能了，當(dāng)然，如果在給定的結(jié)構(gòu)尺寸下，我們所選定的蒸器不能滿足規(guī)格的要求，最常用的方法在原有的基礎(chǔ)上增加小塊翅片，以增加換熱面積，若仍不能滿足規(guī)格要求，我們只有嘗試使用具有較大換熱面積的室內(nèi)機(jī)。下面談?wù)剬?duì)于蒸發(fā)器幾何尺寸一定情況下回路設(shè)計(jì)的方法。首先我們要確定蒸發(fā)器的流路數(shù)，然后再依據(jù)流路數(shù)來考慮每個(gè)流路制冷劑的流向。流路數(shù)確定。制冷劑在蒸發(fā)器的變化是從飽和的液體（實(shí)際上也含有少量節(jié)流后閃發(fā)的氣體）開始吸熱后一部分液體氣化后變成氣體，隨著制冷劑的流動(dòng)，銅管內(nèi)氣體量不斷增多，制冷劑的流速隨著體積的增大而增大，此時(shí)的流動(dòng)阻力也增大，當(dāng)所有制冷劑全部變成氣體后，若仍繼續(xù)換熱，制冷劑的所進(jìn)行的就是顯熱交熱，其換熱系數(shù)很低，因此為了保證蒸發(fā)器的利用率較高，我們?cè)谙到y(tǒng)調(diào)試時(shí)應(yīng)盡量使制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)剛剛完全蒸發(fā)，當(dāng)然這個(gè)問題與流路數(shù)的確定并不相關(guān)，在這里就不再討論。根據(jù)傳熱學(xué)的基本知識(shí)，我們知道較高的制冷劑流速可以獲得換熱系數(shù)，從而提高制冷系統(tǒng)的制冷量，但由流體力學(xué)的知識(shí)我們可以知道，制冷劑的流動(dòng)阻力隨著其流速增大而增加，因此會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的壓降增加，從而降低了壓縮機(jī)的吸入壓力，而壓縮機(jī)的吸氣壓力對(duì)于壓縮機(jī)的出力有著很明顯的影響，因此我們?cè)诖_定流路數(shù)時(shí)應(yīng)折衷考慮這兩個(gè)方面的影響，從而使得蒸發(fā)器的利用率最大。根據(jù)一般的經(jīng)驗(yàn)，蒸發(fā)器內(nèi)氣體流速在6~8m/s比較合適，這樣我們根據(jù)制冷劑氣態(tài)和液態(tài)時(shí)比容的比值推算出液體流速：對(duì)于R22和R407C液體流速為0.1~0.15m/s,這樣我們可以大致估算出每個(gè)流路的換熱量約為：山9.53mm銅管每個(gè)流路換熱量為1600~2100W山7.94mm銅管每個(gè)流路換熱量為1000~1400W山7.0mm銅管每個(gè)流路換熱量為800~1000W對(duì)于R410A其液體流速為0.15?0.2m/s,這樣我們可以大致估算出每個(gè)流路的換熱量約為：山9.53mm銅管每個(gè)流路換熱量為2000~2500W山7.94mm銅管每個(gè)流路換熱量為1300~1700W山7.0mm銅管每個(gè)流路換熱量為900~1300W依據(jù)以上的數(shù)據(jù)我們可以先確定換熱器流路數(shù)，然后再進(jìn)行流路設(shè)計(jì)。流路設(shè)計(jì)。當(dāng)我們根據(jù)制冷量定下來流路數(shù)后，我們就得考慮如何分配這些銅管，以保證最充分的換熱效果，在進(jìn)行流路設(shè)計(jì)之前，我們要先確定一個(gè)大的方向，即蒸發(fā)器是采用順流還是逆流設(shè)計(jì)，通常情況下，采用逆流會(huì)有利于提高傳熱溫差，達(dá)到提高換熱量的目的，但如果是熱泵型空調(diào)，若蒸發(fā)器采用逆流設(shè)計(jì)時(shí)在制熱時(shí)就變成順流換熱形式了，這樣會(huì)導(dǎo)致制冷劑在后面的換熱溫差極少，嚴(yán)重影響換熱器的利用率，綜合考慮，對(duì)于熱泵型空調(diào)我們?cè)谡舭l(fā)器中通常采用順流設(shè)計(jì)。另一個(gè)注意點(diǎn)就是在換熱器流路設(shè)計(jì)時(shí)盡量保證液體在下，氣體在上。在確定了制冷劑的走向后，我們接下來就是要考慮如何分配每個(gè)流路的管程數(shù)了，管程的分配一個(gè)主要的原則就是換熱好的部分分配少一點(diǎn)的管，換熱差的多分配一些銅管。對(duì)于家用空調(diào)機(jī)來說，因?yàn)槭芙Y(jié)構(gòu)的限制，但為了追求較高的能效比或達(dá)到較高的能力，我們對(duì)于換熱器經(jīng)常會(huì)采取多折疊的設(shè)計(jì)方式，但是通常我們換熱器的彎曲形狀卻并不能很好的迎合風(fēng)機(jī)流場的分布，也就是說在換熱器的每個(gè)折疊塊所經(jīng)過的空氣流速會(huì)相差較多，因此我們?cè)谝恍╋L(fēng)速較低的地方在銅管分配時(shí)就可以適當(dāng)多分配一些，盡量保證每個(gè)流路的制冷劑都能夠完全蒸發(fā)，當(dāng)然我們還可能通過調(diào)節(jié)分配器上分液管的長度來調(diào)節(jié)每個(gè)流路制冷劑的流量，從而使得每路的制冷劑能夠完全蒸發(fā)，但在流路設(shè)計(jì)時(shí)我們應(yīng)盡量在假設(shè)每路流量是一樣的情況下進(jìn)行，這樣當(dāng)實(shí)際上每個(gè)流路出現(xiàn)一定程度的不平衡時(shí)我們才可能通過調(diào)節(jié)分液毛細(xì)管長度來解決，如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)流路未考慮蒸發(fā)器各個(gè)部分的差異，當(dāng)實(shí)測時(shí)各流路平衡差別太大時(shí)，通過調(diào)節(jié)分液毛細(xì)管長度可能不能解決這個(gè)問題。還有一個(gè)問題在回路設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)注意，就是我們盡量不要將制冷劑的出口集中在一起，這樣會(huì)導(dǎo)致經(jīng)過蒸發(fā)器各個(gè)部分處理后的空氣溫差相差較大，這樣在風(fēng)道里混合后就會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)水，嚴(yán)重時(shí)出風(fēng)口會(huì)有吹水的現(xiàn)象，這樣的問題通常在凝露試驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生。二、冷凝器的設(shè)計(jì)冷凝器的設(shè)計(jì)在與蒸發(fā)器有著相同的注意點(diǎn)，特別是對(duì)于熱泵型的空調(diào)，冷凝器既要考慮制冷時(shí)的換熱效果，也要兼顧制熱運(yùn)行時(shí)的能力，這方面基本與蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)相同，對(duì)于室外換熱器作為冷凝器來說，換熱器內(nèi)大多數(shù)為液態(tài)制冷劑，而且在高壓狀態(tài)制冷劑氣液兩相的比容相差不像低壓時(shí)那么大，所以制冷劑在冷凝器的液態(tài)流速可以比蒸發(fā)器高，一般設(shè)計(jì)時(shí)取0.4?0.5m/s，每路的換熱量為:山9.53mm銅管每個(gè)流路換熱量為2200~3200W山7.94mm銅管每個(gè)流路換熱量為1500~2200W山7.0mm銅管每個(gè)流路換熱量為1100~1600W當(dāng)然冷凝器作為室外工作的換熱器，它與蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)上還是存在一些不同點(diǎn)的。

在制冷系統(tǒng)中，若換熱器作為蒸發(fā)器工作，其內(nèi)制冷劑的溫度變化不大，因此采用順流或是逆流對(duì)于換熱的影響并不是很大，但對(duì)于冷凝器來說，其內(nèi)制冷劑的溫度變化很大，若采用順流設(shè)計(jì)時(shí)制冷劑在換熱器未端時(shí)傳熱溫差很小，影響換熱器換熱效量，更不利于形成較大的過冷度，因此冷凝器應(yīng)采用逆流設(shè)計(jì)。其實(shí)對(duì)于蒸發(fā)器來說，當(dāng)制熱時(shí)它的工作狀態(tài)也應(yīng)是逆流，因此對(duì)于熱泵機(jī)型換熱器的設(shè)計(jì)，不管是蒸發(fā)器或是冷凝器我們都應(yīng)使它在作為冷凝器工作時(shí)為逆流。翅片間距的選擇。冷凝器在室外工作，考慮到空氣質(zhì)量以及化霜時(shí)凝結(jié)水的排除，翅片間距不應(yīng)選得太小，以免臟堵或化霜排水不暢。對(duì)于開窗翅片，若冷凝器選用單排時(shí)間距不應(yīng)小于1.2mm，兩排時(shí)不應(yīng)小于1.6mm，三排是不小于1.8mm（不推薦使用三排冷凝器）。針對(duì)除霜時(shí)的特殊回路設(shè)計(jì)?？紤]到除霜時(shí)盤管最底下受到盤管上面化霜時(shí)流下的水的影響，這部分的霜會(huì)較難融化，因此我們?cè)谶M(jìn)行回路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮讓溫度最高的制冷劑流過這部分銅管，以確保除霜效果，這樣我們?cè)谶M(jìn)行回路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保一路的進(jìn)口在盤管的最下面。對(duì)于僅為單冷機(jī)型的冷凝器設(shè)計(jì)因不用考慮制熱方面的因素，可以適當(dāng)減少流路數(shù)以增加制冷劑流速，提高換熱效果，因?yàn)閷?duì)于冷凝器來說適當(dāng)?shù)膲毫p失對(duì)于壓縮機(jī)能力的影響并不是很大，而且冷凝器內(nèi)的壓力降相對(duì)于排氣壓力所占的比例很少，對(duì)系統(tǒng)能力影響不如蒸發(fā)器壓降明顯，當(dāng)然，過大的冷凝壓降會(huì)額外增加壓縮機(jī)的功耗，影響能效比。三、關(guān)于換熱器設(shè)計(jì)的一些特殊流路對(duì)于制冷系統(tǒng)來說，換熱器中通常是氣液兩相共存的狀態(tài)，由于氣體的比容比液體要大很多，因此當(dāng)制冷劑在氣態(tài)時(shí)其流速比液態(tài)時(shí)大很多，相應(yīng)的其流動(dòng)阻力也會(huì)大很多，因此為了減少氣態(tài)時(shí)的阻力又不降低液態(tài)時(shí)流速，我們可以采用二叉樹型的流路形式來兼顧二者，示意圖如下：冷凝器采用二叉樹形式回路蒸發(fā)器采用二叉樹形式回路采用這樣的流路設(shè)計(jì)可以更好的提高換熱器的換熱效果，但每個(gè)