Медные трубки с внутренними канавками, также известные как «микрогребневые трубки», представляют собой змеевики малого диаметра для современных систем кондиционирования и охлаждения. Рифленые змеевики обеспечивают более эффективную теплопередачу, чем гладкие змеевики. [1] [2] Змеевики малого диаметра имеют лучшую теплопередачу, чем змеевики конденсатора и испарителя обычного размера с круглыми медными трубками и алюминиевым или медным ребром, которые были стандартом в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.промышленность в течение многих лет. Змеевики малого диаметра могут выдерживать более высокое давление, необходимое для нового поколения более экологически чистых хладагентов. У них более низкие материальные затраты, поскольку они требуют меньше хладагента, ребер и материалов змеевика. И они позволяют создавать более компактные и легкие высокоэффективные кондиционеры и холодильники, поскольку змеевики испарителей и конденсаторов меньше и легче.
К преимуществам меди в качестве теплопередающего материала относятся ее высокие теплообменные свойства, долговечность, устойчивость к коррозии, низкие эксплуатационные расходы и антимикробные свойства.
Благодаря технологии MicroGroove теплопередача улучшается за счет проточки внутренней поверхности трубки. Это увеличивает отношение поверхности к объему, смешивает хладагент и выравнивает температуру хладагента по трубке. [3] [4] [5] [6]
Трубки с технологией MicroGroove могут быть изготовлены из меди или алюминия. Медные ребра являются привлекательной альтернативой алюминию из-за лучшей коррозионной стойкости меди и ее антимикробных свойств. [7] [8] [9] [10] [11]
Дизайн
Чтобы использовать в кондиционерах трубки меньшего размера вместо трубок обычного размера, необходимо изменить конструкцию теплообменников. Это включает в себя переработку контуров плавников и трубок. [12] Оптимизация конструкции требует использования вычислительной гидродинамики для анализа воздушного потока вокруг труб и ребер, а также компьютерного моделирования потока хладагента и температуры внутри труб. Это важно потому , что общий коэффициент теплопередачи катушки является функцией конвекции от хладагента внутри трубы к стенке трубы, проводимости через стенку трубы, и диссипации через ребро. [13] [14] [15]
Технические соображения по использованию Microgroove включают:
- Определение наилучшего отношения поперечного шага трубы к продольному шагу трубы с помощью анализа эффективности оребрения. [16]
- Оптимизация поперечного и продольного шага трубы за счет анализа характеристик и стоимости материалов. [16]
- Оптимизация рисунка плавников путем сравнения характеристик плавников с разными рисунками с помощью моделирования на основе вычислительной гидродинамики. [16]
- Проверка работоспособности теплообменников с трубками меньшего диаметра. [16]
- Разработка эмпирических уравнений для прогнозирования производительности теплообменников с трубками меньшего диаметра. [16]
Опубликованные эксперименты по характеристикам катушки MicroGroove и энергоэффективности учитывают влияние расстояния между ребрами и конструкции ребер, диаметра трубки и схемы трубки. [17] Ламповая схема существенно отличается от обычных катушек. Змеевики должны быть оптимизированы в отношении количества путей между впускным и выпускным коллекторами. Обычно для трубок меньшего диаметра требуется больше путей меньшей длины. Доступны опубликованные исследования схемотехники трубок [18] и конструкции ребер для теплообменников, изготовленных из трубок 4 мм [19] .
Исследования по модернизации теплообменника с трубками диаметром 5 мм показали, что емкость теплообмена на 5% выше, чем у теплообменника того же размера с трубками диаметром 7 мм. Кроме того, количество хладагента в трубках диаметром 5 мм было меньше, чем в трубках диаметром 7 мм. [20] В Китае Chigo, Gree и Kelon производят кондиционеры с змеевиками, имеющими трубки диаметром 5 мм. [21]
Для использования с медными трубками малого диаметра были разработаны различные конструкции оребрения. Эффективность конструкций ребер с прорезями и жалюзи оценивалась и сравнивалась в зависимости от различных размеров ребер. Моделирование использовалось для оптимизации характеристик конструкции плавников. [22]
Хладагенты
Поэтапный отказ от хладагентов CFC и HCFC (например, HCFC-22 , также известного как R22 ) из-за проблем глобального потепления помог стимулировать инновации в технологиях охлаждения. [23] [24] Природные хладагенты, такие как диоксид углерода ( R744 ) и пропан ( R290 ), а также R-410A, стали привлекательной заменой для систем кондиционирования воздуха и охлаждения .
Для конденсации этих новых экологически чистых хладагентов обычно требуется более высокое давление по сравнению с теми, которые выводятся из обращения. Медные трубки малого диаметра более предпочтительны в приложениях с более высоким давлением. Для труб одинаковой толщины трубки меньшего диаметра могут выдерживать более высокое давление, чем трубки большего диаметра. [3] [4] [5] [6] [25] Следовательно, при уменьшении диаметра трубы давление разрыва увеличивается. Это связано с тем, что рабочее давление прямо пропорционально толщине стенки и обратно пропорционально диаметру. При разработке змеевиков с более короткими трубками требуется меньше работы для циркуляции хладагента. Таким образом, можно компенсировать факторы падения давления хладагента из-за труб малого диаметра.
Хладагенты на основе диоксида углерода (R744) используются в современных торговых автоматах , холодильных витринах супермаркетов , ледовых катках и других новых применениях. [26] [27] Медные трубки с микропазами меньшего диаметра способны выдерживать очень высокое давление газоохладителя и разрывное давление хладагента R744, при этом уменьшая общий объем хладагента. [28]
Пропан ( R290 ) - экологически чистый хладагент с выдающимися термодинамическими свойствами. [29] [26] Требования к давлению для R290 намного ниже, чем для диоксида углерода, но R290 чрезвычайно огнеопасен. Исследования показали, что MicroGroove подходит для комнатных кондиционеров с заправкой R290, поскольку потребность в заправке хладагента резко снижается с помощью медных трубок меньшего диаметра. Также значительно снижается риск взрыва трубки. [30] [31] Исследования, проведенные с пропаном в MicroGroove, имеют значение для змеевиков теплообменников, используемых в холодильниках , тепловых насосах и коммерческих системах кондиционирования воздуха . [32]
Экономия веса
При исследовании конструкции функционально эквивалентных теплообменников HVAC мощностью 5 кВт материалы труб в змеевиках весили 3,09 кг для трубы диаметром 9,52 мм, 2,12 кг для трубы диаметром 7 мм и 1,67 кг для трубы диаметром 5 мм. Вес трубки был уменьшен на 31%, когда диаметр медной трубки был уменьшен с 3/8 дюйма до 7 мм. Вес трубки был уменьшен на 46%, когда диаметр медной трубки был уменьшен с 3/8 дюйма до 5 мм. Вес материалов оребрения в катушках составлял 3,55 кг для катушек диаметром 9,52 мм, 2,61 кг для катушек диаметром 7 мм и 1,55 кг для катушек диаметром 5 мм. [3] [4] [5] [6] [33]
Противомикробный
Медь - антимикробный материал. Бионакопление можно уменьшить с помощью медных спиралей. Это помогает поддерживать высокий уровень энергоэффективности в течение более длительных периодов времени и предотвращает снижение энергоэффективности с течением времени.
Использование медных змеевиков для подавления роста грибков и бактерий - недавняя разработка инновационных продуктов для кондиционирования воздуха и охлаждения. OEM- компании, такие как Chigo в Китае и Hydronic во Франции, в настоящее время производят полностью медные противомикробные системы кондиционирования воздуха для улучшения качества воздуха в помещениях. [24]
Материалы
Пути хладагента меньшего диаметра можно также реализовать с помощью экструдированных алюминиевых трубок. Они были разработаны с несколькими микроканалами в одной плоской ленточной трубке. Технология алюминиевых микроканалов предлагает значительные преимущества по сравнению с обычным змеевиком из медно-алюминиевых пластин с круглыми трубками и ребрами, включая улучшенные характеристики теплопередачи и меньшую заправку хладагента. [34] Однако медная MicroGroove обеспечивает более высокую эффективность теплопередачи, чем алюминиевые микроканальные трубки, и позволяет использовать меньшие объемы хладагента, поскольку концы труб MicroGroove соединены небольшими U-образными соединениями, а не большими коллекторами. [35]
Производство
Медные трубы часто производятся методом литья и прокатки. Медные слитки отливают в материнские трубы, а затем эти трубы вытягивают для придания окончательной формы, отжигают и улучшают текстуру внутренней поверхности для улучшения характеристик теплопередачи. Производство медных труб малого диаметра требует всего лишь добавления одного или двух дополнительных проходов волочения для получения трубок диаметром 5 мм. [36] [37]
Существующие змеевики кондиционера, изготовленные из круглых медных трубок и алюминиевых ребер (змеевики CTAF), обычно собираются механически с использованием расширения труб. [37] [25]
Оборудование, используемое при производстве продуктов с микропазами, расширяет трубки по окружности (т. Е. Окружность трубки увеличивается без изменения длины). Это «безусадочное» расширение позволяет лучше контролировать длину труб при подготовке к последующим операциям сборки. Трубки вставляются или зашнурованы в отверстия в стопке ребер, расположенных на точном расстоянии друг от друга. В трубки вставляются расширители, и диаметры трубок немного увеличиваются до тех пор, пока не будет достигнут механический контакт между трубками и ребрами. Высокая пластичность меди позволяет точно и точно выполнять этот процесс. Змеевики теплообменника, изготовленные таким образом, обладают превосходными характеристиками прочности и теплопередачи. [38] [39]
В проекте труб малого диаметра в Китае участвуют производители, на долю которых в совокупности приходится более 80 процентов производства систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (около 75 миллионов единиц). Несколько OEM-производителей в Северной Америке продают бытовые кондиционеры с медными трубками. [25] OEM-производители кондиционеров, в том числе Guangdong Chigo Air Conditioning, [40] Исследовательский институт холодильного оборудования Guangdong Midea Refrigeration Appliances Group, [41] и Shanghai Golden Dragon Refrigeration Technology Co., Ltd. [42] , описали преимущества медные трубки малого диаметра по сравнению со стандартными для различных конструкций и диаметров. Также доступны катушки ACR от производителей оригинального оборудования (OEM) Gree, Haier, Midea, Chigo и HiSense Kelon. [43]
Смотрите также
Медь в теплообменниках
дальнейшее чтение
Основанное на моделировании сравнение оптимизированных катушек переменного тока с использованием медных и алюминиевых микроканальных трубок малого диаметра, Джон Хипчен, Роберт Вид, Мин Чжан, Деннис Насута (2012). Четырнадцатая Международная конференция по охлаждению и кондиционированию воздуха; Июль 2012 г .; (Purdue)
Рекомендации
- ^ Коттон, Найджел (2012). «ТЕХНОЛОГИЯ COOL: маленькие медные трубки имеют большое влияние на эффективность кондиционирования воздуха», - « Machine Design» , 23 августа; http://machinedesign.com/news/cool-technology-small-copper-tubes-make-big-impact-air-conditioner-efficiency/
- ^ Вид, Роберт и Хипхен, Джон (2011). «Преимущества медных труб уменьшенного диаметра в испарителях и конденсаторах», Ежегодная конференция ASHRAE, Монреаль, Квебек, Канада, 25–29 июня; http://www.thefreelibrary.com/Benefits+of+reduced+diameter+copper+tubes+in+evaporators+and...-a0272754902
- ^ a b c Коттон, Найджел (2013). Создание лучшей бытовой техники с помощью медных трубок меньшего диаметра, International Appliance Manufacturing , 23 октября; http://www.appliancedesign.com/articles/93807-building-better-appliances-with-smaller-diameter-copper-tubes
- ^ a b c Хипхен, Джон (2010). «Маленькие медные трубки в приложениях ACR», веб-семинар, представленный ACHR News and Appliance Design.
- ^ a b c Дин, Гуолян и др. al (2010). «Конденсационная теплопередача, характерная для смеси R410A и масла внутри гладких медных труб малого диаметра», конференция ASME-ATI-UIT по тепловым и экологическим вопросам в энергетических системах , Сорренто, Италия, май 2010 г.
- ^ a b c Дин, Гуолян и др. al (2010). «Характеристики двухфазной теплопередачи при конденсации потока смеси R410A и масла внутри микрогребных медных трубок малого диаметра», Конференция по тепловым и экологическим вопросам в энергетических системах , Сорренто, Италия, май 2010 г.
- ^ «Изучение удивительного мира антимикробных катушек». Новости кондиционирования воздуха и охлаждения . 29 (13): 34. 2013.
- ^ Уивер, L; Михельс, HT; Кивил, CW (январь 2010 г.). «Возможность предотвращения распространения грибков в системах кондиционирования воздуха, построенных с использованием меди вместо алюминия» . Lett. Прил. Microbiol . 50 (1): 18–23. DOI : 10.1111 / j.1472-765X.2009.02753.x . PMID 19943884 .
- ^ Шмидт, Майкл Г .; и другие. (2012). «Характеристика и контроль микробного сообщества, связанного с медными или алюминиевыми теплообменниками систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха» . Современная микробиология . 65 (2): 141–149. DOI : 10.1007 / s00284-012-0137-0 . PMC 3378845 . PMID 22569892 .
- ^ Лонго, Джорджия; Mancin, S .; Righetti, G .; Зилио, К. (2017). «Поток кипячения R245fa внутри микрофиновой трубки с внутренним диаметром 4,2 мм» . Журнал физики: Серия конференций . 923 (1): 012016. Bibcode : 2017JPhCS.923a2016L . DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 923/1/012016 .
- ^ Лонго, Джованни А .; Мансин, Симона; Ригетти, Джулия; Зилио, Клаудио; Доретти, Лука (2017). «Насыщенный поток R134a, кипящий внутри микрогребневой трубки с внутренним диаметром 4,3 мм» (PDF) . Наука и технологии для искусственной среды . 23 (6): 933–945. DOI : 10.1080 / 23744731.2017.1300012 .
- ^ Принцип проектирования ребристых и трубчатых теплообменников с трубками меньшего размера для кондиционера Вэй Ву, Гуолян Дин, Юнсинь Чжэн, Ифэн Гао, Цзи Сун; Международная конференция по охлаждению и кондиционированию воздуха в Пердью, 16–19 июля 2012 г. http://www.conftool.com/2012Purdue/index.php?page=browseSessions&abstracts=show&mode=list&search=2223
- Перейти ↑ Ding, GL, Ren, T., Zheng, YX, and Gao, YF (2011). Метод моделирования на основе моделирования для комнатного кондиционера с медными трубками меньшего диаметра, 23-й Международный конгресс по холодильному оборудованию IIR; Прага, Чешская Республика; Июль; Документ 2232.
- ↑ Wu, W., Ding, GL, Zheng, YX, Gao, YF и Song, J. (2012). Принцип проектирования ребристо-трубчатого теплообменника с трубками меньшего диаметра для кондиционера; 14-я Международная конференция по охлаждению и кондиционированию воздуха, Purdue Conferences, Вест-Лафайет, Индиана; Июль; Бумага 1217; https://docs.lib.purdue.edu/iracc/1217/
- ^ Коттон, Найджел и Чжэн, Венсон (2012). Проектирование для эффективной теплопередачи; Дизайн бытовой техники, июль; http://www.appliancedesign.com/articles/93186-designing-for-efficient-heat-transfer
- ^ a b c d e Новое исследование подчеркивает передовой опыт проектирования катушек; Информационный бюллетень Microgroove ™ Update: том 2, выпуск 3, июнь 2012 г .; http://www.microgroove.net/sites/default/files/microgroove_nl_june2012b.pdf
- ^ GL Ding et al. (ГОД), 23-й Международный холодильный конгресс IIR, Прага, 23–26 августа.
- ^ Вэй-кун Дин и др. (Сиань и ICA) «Разработка трубчатого теплообменника малого диаметра: проектирование схемы и моделирование производительности», представленная на конференции по тепловым и экологическим вопросам в энергетических системах, Сорренто, Италия, май 2010 г. (CTEI-ES 2010)
- ^ Ju-fang Fan и др .; «Разработка трубчатого теплообменника малого диаметра: конструкция ребер и исследование характеристик», представленная на выставке CTEI-ES 2010.
- ^ Принцип проектирования ребристо-трубчатого теплообменника с трубками меньшего размера для кондиционера; Вэй Ву, Гуолян Дин, Юнсинь Чжэн, Ифэн Гао, Цзи Сун; Международная конференция по охлаждению и кондиционированию воздуха в Пердью, 16–19 июля 2012 г .; http://www.conftool.com/2012Purdue/index.php?page=browseSessions&abstracts=show&mode=list&search=2223
- ^ Технология Cool: маленькие медные трубки оказывают большое влияние на эффективность кондиционера; MachineDesign.com; 23 августа 2012 г .; http://machinedesign.com/article/cool-technology-small-copper-tubes-make-a-big-impact-on-air-conditioner-efficiency-0823?page=0%2C3
- ↑ Цзю-фан Фань, Вэй-кун Дин, Вэнь-цюань Тао, Венсон Чжэн, Фрэнк Гао и Керри Сон; Разработка трубчатого теплообменника малого диаметра: исследование конструкции ребер и эксплуатационных характеристик.
- ^ Шабтай, Йорам, черный, J. и Kraft, Frank (2014). Новые теплообменники на основе меди для альтернативных хладагентов, Пятнадцатая международная конференция по охлаждению и кондиционированию воздуха; Конференции Purdue в Уэст-Лафайет, Индиана; Бумага 1532; https://docs.lib.purdue.edu/iracc/1532/
- ^ a b Информационный бюллетень обновлений Microgroove ™: том 2, выпуск 1, январь 2012 г .: http://www.microgroove.net/sites/default/files/4600_microgroove_nl_jan2012_2.pdf
- ^ a b c Часто задаваемые вопросы: тридцать вопросов с ответами об экономичных, экологически чистых медных трубах для кондиционеров; http://www.microgroove.net/sites/default/files/overview-ica-questions-and-answers-qa30.pdf
- ^ a b Информационный бюллетень обновлений Microgroove ™: том 1, выпуск 3, декабрь 2011 г .: http://www.microgroove.net/sites/default/files/4473_ica_microgroove_nl_final.pdf
- Перейти ↑ Filippini S., Merlo U. (2011). Теплообменники с воздушным охлаждением для циклов охлаждения CO2; 23-й Международный Холодильный Конгресс IIR; Прага, Чешская Республика; Июль; Документ 2232.
- ^ «Природный хладагент CO2», справочник под редакцией Вальтера Ройленса, ATMOsphere 2009. Компрессоры описаны в Разделе 8.1 (стр. 348–382), а теплообменники - в разделе 8.2 (стр. 383–410) Справочника, доступном онлайн бесплатно в формате PDF здесь: www.atmosphere2009.com/files/NaReCO2-handbook-2009.pdf
- ^ Дин, Гуолян и др. др., (2012). Разработка комнатного кондиционера с низким уровнем заряда R290 с использованием медных трубок меньшего диаметра, 10-я Международная конференция Густава Лорентцена по естественным хладагентам; Делфт, Нидерланды; Документ 183.
- ^ «Принцип проектирования ребристых и трубчатых теплообменников с трубками меньшего диаметра для кондиционеров» Вэй Ву, Гуолян Дин, Юнсинь Чжэн, Ифэн Гао и Цзи Сун, Четырнадцатая международная конференция по охлаждению и кондиционированию воздуха, Университет Пердью, июль 2012 г. ; http://www.conftool.com/2012Purdue/index.php?page=browseSessions&abstracts=show&mode=list&search=2223
- ↑ Читайте также: «Разработка низкозарядного комнатного кондиционера R290 с использованием медных трубок меньшего диаметра», авторы Гуолян Дин, Вэй Ву, Тао Рен, Юнсинь Чжэн, Ифэн Гао, Цзи Сун, Чжунминь Лю и Шаокай Чен; Десятая конференция IIR Густава Лорентцена по природным хладагентам, июнь 2012 г. (GLC)
- ^ Профессор Гуолян Дин из Шанхайского университета Цзяо Тонг (SJTU) представляет новые исследования медных трубок меньшего диаметра на 10-й Международной конференции Густава Лорентцена по природным хладагентам; 26 июня 2012 г .; http://www.microgroove.net/press/professor-guoliang-ding-shanghai-jiao-tong-university-sjtu-presents-new-research-smaller-diame
- ^ Часто задаваемые вопросы: тридцать вопросов с ответами об экономичных, экологически чистых медных трубах для кондиционеров; http://www.microgroove.net/sites/default/files/overview-ica-questions-and-answers-qa30.pdf
- ^ Q&A: Микроканальный конденсатор с воздушным охлаждением; Тепловое охлаждение во всем мире; Апрель 2011 г .; http://www.heatcraftrpd.com/landing/2011/air-cooled-condenser/res/pdfs/H-ACCMCX-QA.pdf
- Перейти ↑ Filippini, S., (2010). Новая геометрия теплообменника для следующего поколения конденсаторов со сверхнизкой заправкой хладагента; IIR Второй семинар по сокращению заправки хладагентом; Конференция; Стокгольм, Швеция; Июнь.
- ^ Коттон, Найджел (2014). Производство и проектирование опор для медных труб меньшего диаметра: отчет с конференции Purdue 2014 г .; Международное производство бытовой техники; Октябрь.
- ^ a b Шабтай, Йорам и Коттон, Найджел (2015). Тенденции в конструировании и производстве круглотрубных пластинчато-ребристых змеевиков из медных труб меньшего диаметра; Международное производство бытовой техники; Октябрь.
- ^ Коттон, Найджел (2013). Создание более совершенной техники с использованием медных трубок меньшего диаметра; Международное производство бытовой техники, 23 октября. http://www.appliancedesign.com/articles/93807-building-better-appliances-with-smaller-diameter-copper-tubes
- ^ Шабтай, Йорам и Коттон, Найджел (2015). Тенденции в конструировании и производстве круглотрубных пластинчато-ребристых змеевиков из медных труб меньшего диаметра; Международное производство бытовой техники, октябрь.
- ^ You Shunyi et al. (Guangdong Chigo Air Conditioning Co.) «Применение медных труб малого диаметра с внутренней канавкой в системах кондиционирования воздуха», представленная на втором семинаре IIR по снижению заряда хладагента, Стокгольм, Швеция, июнь 2010 г. (RCR 2010)
- ^ Jia Qingxian et al. «Экспериментальные исследования по снижению заправки хладагента с помощью трубчатого теплообменника 4 мм», представленные на RCR 2010
- ^ Ву Ян и др. «Анализ производительности и затрат, а также исследование теплообменников с воздушным охлаждением с использованием медных труб малого диаметра», представленный на RCR 2010
- ^ Китайская выставка холодильного оборудования (CR-2011) в Шанхае, Китай; в бюллетене обновления Microgroove ™: том 1, выпуск 1, май 2011 г .: http://www.microgroove.net/sites/default/files/microgroove_nl_issue_1.pdf