1、编者按：本刊在2008年第19期上曾报道中国家用电器研究院、中国制冷学会小型制冷机低温生物医学专业委员会和全国家用电器标准化技术委员会召开 了中国制冷学会“第九届全国空调器、电冰箱(柜)和压缩机学术交流会”，来自行业资深专家和技术人员就制冷领域的新技术、新工艺，高效换热、工质替代等技术的应用与研究展开广泛的交流。经主办方同意，本刊从65篇技术论文中，选择其中部分论文分批予以发表，与广大读者共同分享这些技术人员的研究成果，共同为行业的节能、环保和可持续发展做出贡献。在此对中国制冷学会小型制冷机低温生物医学专业委员会姜俊明秘书长表示感谢!平行流换热器在家用空调的应用和分析四川长虹电器股份公司李越峰
2、陈俊智王晰【摘要】通过一款平行流换热 器 在 分体挂壁式冷暖空调室外 机 上的应用。和 原来管片式换 热 器 系统 在方案、成本等方面进 行对比分 析 以及制冷 性能试验研究，同时介绍了平行流 换 热器作为蒸发器 进行结构 改进方案并对平行流 换热器在丙烷 新冷媒系统的应用前景进行展望。【关键 词】平行流换热器家用 空调丙烷1前言美国摩丁(mod ine)公司最早的专利产品平行流换热器(简称P F C)是用来替代原来在汽车空调的管片式冷凝器，后来经过日本昭和铝等公司在两端集管中增加隔板形成不同回路而称之为多元流换热器( 简称MFC，MultiFlowCondenser)，其基本构成见图1：扁管
3、两端分别插入左集管和右集管，利用设置在左集管和右集管上的隔板分隔而形成串连通道，翅片和集栏目责任编辑李 鹏l ipengl 963126coml丛Q堕趔“lI科技以安全为本l管表面涂敷有钎料和钎剂，整个芯体通过夹具夹持，通过NO CKLO CK钎焊炉整体焊接而成。国内平行流换热器通过大批量在汽车空调中使用，技术已经非常成熟，目前主要应用的是多元流(MFC)的形式。和管片式换热器相 比，平行流有以下优点：由于扁管不流通，面积小于圆管，因此空气侧阻力小；翅片效率和翅片当量高度成反比，管片式由于u型传热管弯曲半径限制，而平行流无此限制，因此翅片效率高；平行流可以灵活调整流程的扁管分布，使制冷剂侧换热
4、能力增加时而阻力减小，扁管和翅片的焊接方式决定了扁管n,JlL6 拉岳r I出R日，l、近些年，国家对家用空调能效要求日益提高，对高效换热的研究逐渐成为学术研究以及行业的关注热点，但发表的文章主要以平行流换热研究为主，对家用空调应用和替代研究文章较少- 21。文献【1】 对平行流冷凝器用于家用空调做了理论可行性论证，文献 【2 做了平行流冷凝器在家用空调上的对比测试和分析，但使用平行流不是空调换热器尺寸，研究方向是空调能效5级产品。本文研究按现有空调换热器尺寸设计的平行流样件在分体挂壁式冷暖空调系统的匹配试验，从取得性能和付出成本进行对比分析。1-入口管；2一出口管；3a-隔板；4一堵帽；5a
5、一左集管6a右 焦 管：7一护植：8a一翅片：9a一扁 管奄 鞠出一6鞠一2替换试验 为能对平行流换热器制冷和制热效果 做初步摸底，我们准备在一款分体挂壁式 冷暖空调室外机替换原来的管片式换热 器，室外机带有四通阀管路组件，毛细管 外置，制冷剂充注量根据匹配情况调整。 分别与 3 2 0 0 W 和3 5 0 0 W 的室内机进行匹 配试验， 试验结果和原来管片式换热器系 统进行比较。 2 1 平行流换热器样件 2 1 1 几何参数 某厂提供的平行流换热器芯体尺寸： 5 7 5( 集管中心线) mi l l x 5 0 0 m m X 1 6( 厚 度)mm，翅片：1 6 mm X 7 8(
6、波高)n l lT I X 2 4 ( 波距)m l T l ，扁管：2 m m 1 6 m m X 5 7 5 i nn l( 光管 ) ，取换热器长度为 5 7 5 mm，考虑到平行流换热器不好折弯， 该尺寸也是 目前单冷直排管片式换热器方 案的翅片端板间长度，见图2 。 由于平行流换热器进出口是铝管， 为 满足家用空调铜管的焊接要求 ， 平行流换 热器样件进出口管组件， 与平行流冷凝器 连接的一侧采用铝管 ， 与空调铜管连接的 一侧采用铜管， 铜管和铝管之间采用电阻 焊 ， 该焊接方法 目前 已成熟并大量应用在 空调室内外机的铜铝连接配管。 2 1 2 流程分布 平行流换热器样件为6 流
7、程，见图3 ， 图2扁管外形尺寸 图3平行流样件流程分布图 换热器芯体长度 传热管型式 外径 ( m u管数量 ( 根) 排距 列距 ( m m) 翅片厚度 片距 翅片形式 流程分布 室外电机型号 压缩机型号 7 6 0 x 5 0 0 x 2 1 6 5 ( 单排 )( 7 2 6+4 0 0 ) x 5 0 0 x 2 1 6 5 ( 1 5 排 内螺纹 8 内螺纹 中8 1 0 2 5 2 1 6 5 0 1 1 4 亲水波纹单面条缝 2 进 2 出上下结构 4 进 2 出上下结构 YD K 3 6 6 D 一4 Y D K 3 6 -6 D -4 s L 2 1 1 S V - C7
8、L U S L 2 3 2 S V C7 L u 5 7 5 X 5 0 0 1 6 铝扁管 ( 光)2 X 1 6 5 0 1 0 0 1 P 2 4 百叶窗 6 流程 YD K3 6 6 D一4 S L 2 | S V C7 L U 制冷量 ( w) 3 1 1 8 3 1 1 5 3 4 7 0 3 5 1 9 制冷功率 ( w) 1 1 6 6 1 0 3 4 1 3 0 0 1 0 9 2 能效比 2 6 8 3 D | 2 6 7 3 2 2 压缩机型号 S L 2 1 1 S V - C 7 L U S L 2 1 1 S V - C 7 L U S L 2 3 2 S V -
9、C 7 L U S L 2 1 1 S V - C 7 L U R 2 2 充注量 ( g ) 7 8 0 4 6 0 1 0 7 0 5 0 0 注 ：1 ) 8 组数据平均值 ， 3 5 冷暖机( 3 级 )是4 组平均值 3 5 平行流空调的测试结果是平衡室测试结果 2 )外机方案和3 2 基本相同，平衡室测试值。 每个流程管数 1 4 、1 1 、9 、7 、5 、4 。 2 2空调系统参数 平行流换热器应用的室外机系统和原 来管片式换热器的室外机系统状态对比见 表 1 。 2 3 测试结果对 比 和相应规格的空调对比测试采用相同 室内机进行，状态区别主要是外机换热器 和充注量 更改，
10、 按 G B 7 7 2 5 - 2 0 0 4 规定 的制 冷和制热性能工况进行测试，具体结果见 表2 。 由于在额定制热测试过程中大量水珠 不断积聚在平行流换热器的翅片间，而换 热器本身没有设计排水流道，随着水珠不 断增加，使室外侧的风量不断减少，使空 调短时间制热能力瞬间值达到 3 2 0 0 W 后， 制热能力出现明显下降，使额定制热测试 无法进行。 C o n d e n s e r 名字决定了平行流适 合作为冷凝器而非蒸发器。 从表 2可以看出平行流换热器的换热 能力非常强，换热潜力比较大，仅靠增大 室内机换热器和风量可以使原来3 2 的平行 流室外机系统达到3 5 机的制冷能力
11、I E E R 达到 2 级能效要求。 3成本构成和分析 3 1 平行流换热器成本构成 对此次试验用的平行流换热器材料成 扁管 ( 5 O根) 翅片 ( 5 1 条) 集管 ( 2 个 ) 隔板 ( 5 个) 进口管 出口管 铜管 边板 铜铝焊接 2 处 安装支架 总成本 ( 元) 1 2 8 6 0 9 7 3 0 2 4 5 0 0 08 0 0 0 8 0 0 0 8 0 04 0 0 5 6 圆圈 圈 圈 换热器成本 ( 元) 1 2 3 7 9 1 1 5 9 1 1 7 4 8 3 压缩机 ( 元) +3 0 制冷剂 ( 元)4 - 3 4-5 方案成本变化 ( 元) 1 2 3
12、7 g 1 1 8 9 1 2 0 9 8 3 成本相对比率 1 0 0 9 3 6 1 7 0 注 ： 计算基准价格 ， 铜 6 5 0 0 0 元 吨 计算基准价格 铝 1 9 0 0 0元 吨 主要考虑到汽车部件的利润率和费用远高于家用 空调比较材料成本比较客观， 本分析见表 3 。 3 -2系统成本方案对比 平行流换热器和不同机型管片式换热 器系统材料成本对比见表 4 ，成本比较仅 反映制冷性能的差异， 由于压缩机排量减 少 ， 空调制热量也一定会减少， 但对于单 s j s ； 0 0 0 船 c - C _c 。(c _船 昭昭加 冷空调可以达到提高空调性能和降低成本 的 目的 。
13、 4改进措施介绍 汽车空调是单冷空调，制热是靠暖风 机利用发动机余热提供，平行流冷凝器不 用考虑蒸发器的作用。而家用热泵空调室 外换热器要使用平行流换热器，就必须进 行相应的结构改进。从前面的试验和分析 可以看出，首先必须解决换热器翅片表面 凝结水问题，即如何形成 “ 水道”将冷凝 水迅速排走。 由于加工工艺需要进行整体焊接 ，无 法使用亲水铝箔，普通铝箔容易产生珠状 凝结在翅片上形成 “ 水桥” ； 并且由于扁管 本身结构形式是水平平板， 由于水有张力， 冷凝水无法及时顺利排掉。对于亲水性问 题可以考虑对换热器本身进行整体式亲水 处理的方案。对于现有结构方式改变，目 前公布的主要解决方案有两
14、个：一个是美 国摩丁 公司提 出的平行流第 二代 PF 2 ( P a r a l l e l fl o w p l a t e fi n )方案见图4 ，摩丁 公司将原来的翅片形式改为类似管片式翅 片形式 ，利用两端翅片形成水道；另外一 个是韩国L G公司申请的专利 ，见图5 ， 主要解决方案是将原来水平放置扁管改为 倾斜放置从而形成排水道。由于对摩丁公 司P F 2没有更多的细节介绍，无法获得更 多的信息。基于排水效果判断， L G方案倾 斜扁管的方案效果似乎会更好。 5新工质应用前景 目前家用空调使用的R 2 2 制冷剂将会 图4平行流二代示意图 在未来被其它制冷剂替代，文献 4 】阐述
15、 了丙烷是非常有希望替代R2 2的 自然工 质，但是由于丙烷是可燃气体，其安全性 一直受到质疑。丙烷燃烧的两个条件： 空气中的浓度在燃烧上下限之间； 明火、火花达到相当能量和温度 ； 由此可以看出丙烷空调的安全性或对 环境的威胁主要取决于丙烷的充注量。如 果丙烷完全泄漏后浓度远远低于燃烧下限， 可以认为是安全的。一般国外通常认为空 间中丙烷含量不超过燃烧下限的2 0 的量 是安全的，即 空气中丙烷含量3 9 g 佃 2 0 =7 8 g n ， 按 1 5 H P空调制冷量对应房间面积一 股在 1 5 n l 左右，按2 6 m房高计算安全充 注量为 ： 7 8 g m 1 5 m 26m =
16、 30 4 2 g 可以看出充注量小于 3 0 4 g的以丙烷 作为制冷剂的空调 ，即制冷剂完全泄漏 在房间内也可以满足对空调安全要求 。 文献【 5 研 究表 明：相 同空调 系统 ，丙 烷 的 充 注 量是 R2 2空 调 系统 充 注 量 的 4 8 4 9 。 从前 面 1 5 HP空调 系统 冷凝 器 应用 平行流换 热 器使 R 2 2充注量 降低 到 5 0 0 g以下 ，可以推算如果该系统改用 丙 烷 ，则丙烷 充注量 应在 2 5 0 g以下 。我 们可以进一步推断：如果蒸发器可以改 用平行流形式，系统丙烷充注量完全可 以控制到2 0 0 g以内，国际标准对小型制 冷 机使
17、用碳 氢化 合物 的安 全要 求是 不大 干 1 5 0 g ，如果蒸 发器形式 可以采 用平行 流 ，小制冷量的空调系统达到这一 目标 非常有希望。 图5 L G专利说明示意图 专， l 毒 ) 毒 A A 6结论 对平行流换热器在家用空调室外机和 管片式换热器进行替换研究，在相同迎风 面积下，材料成本有所增加 ，平行流冷凝 器可以将原系统能效比从5 级提高到3 级， 而如果对系统室内侧做适当优化，平行流 换热器系统能效比可以达到2 级节能要求， 同比管片式换热器材料成本有所降低，同 时制冷剂的充注量明显降低，通过以上分 析可以形成如下结论： 基于制冷能效比提高的优化设计， 平行流换热器在材
18、料成本优于目前管片式 换热器 。 目前平行流换热器可以用于单冷空 调， 在家用空调提高能效标准的大环境下， 如果能改进结构有效解决凝结水和化霜水 排除问题，平行流换热器在家用空调将会 有更大应用空间。 应用平行流换热器的系统充注量会 比管片式换热器系统大幅降低，会使应用 丙烷制冷剂的空调系统安全性大幅提高， 具有十分积极的意义。 参 考 文 献 1 陈芝久。 陈江平。 刘敬辉 平行流换 热器用于家用 空调 的可行性 分析，上海市制冷学会二oo三 年 学术年会论文集，2 0 0 3年 ， p 3 0 7 - 3 0 9 2 罗顺春崔炳禄 浅谈平行流 冷凝 器在 家用空调 上的应 用，第八届全国空
19、调 器、电冰箱 ( 柜 ) 及 压缩机 学术 交流会论文集 中国广 东珠海， 2 0 0 6 年 ， p 1 1 8 - 1 2 0 3 L G电子株式会社 扁管式换热器 中国， 发明专 利 说 明 书 ，Z L9 7 1 0 3 9 6 1 5 2 0 0 3 4 李越峰 李进 丙烷在家用空调中应用前景， 中国 制 冷学 会第十七次团 体会 员 大会暨第 五届全国食品冷 藏链大会论文集 中国长沙，2 0 0 4 年， p 4 0 4 7 5 Y Hwan 9 e t aI ， Sep t em be r 20 02， PERFORMANCE CO MPARl SON O F HYDR0CAR8oN R 29 0 W I TH R一 2 2 l N RE SI DEN TI AL HE AT PUMP SYST EM 5 t h I IR Gu s t a v L o r e n t z e n CO n f e r e n c e o l3 Na t u r a I W o r k in g F l u id s ， P 6 0 3 - 6 1 0 ( 注：本文选蛊第九届全国小型制冷机学术交流会 论文集，该文获得优秀论文奖。 ) f 编辑， 李 鹏J
