【摘要】节能降耗是现代社会经济发展的主题，在暖通空调换热器的使用中也必须做到这一点。本文就当前高效换热器的发展动态及应用做了简单的探究，列举了当前**的换热器，并通过实验对性能进行了比较。

　　【关键词】高效换热器暖通空调铝管应用

　　中图分类号：TB494 文献标识码：A 文章编号：

　　换热器是暖通空调中应用相当广泛的单元设备之一。为了节能降耗，提高设备的经济效益，要求开发适用不同领域过程要求的高效能换热设备。因此，几十年来，高效换热器的开发与研究始终是人们关注的课题，国内外先后推出了一系列新型高效换热器。

　　一、高效换热器发展动态

　　1、空心环管壳式换热器

　　空心环管壳式换热器(图1)是华南理工大学于发明的一种新型管壳式换热器。空心环是由直径较小的钢管截成短节，均匀地分布于换热管管间的同一截面上，呈线性接触，在紧固装置螺栓力的作用下，使管束相对紧密固定。从而支撑管束并促进流体扰动。空心环支撑往往与强化管组合使用，其特点是(1)壳程流阻低。壳程轴向流道空隙率达80%的空心环管间支承物对纵向流体的形体阻力几乎可以忽略。(2)传热膜系数高。该种结构的换热器可充分发挥粗糙型强化传热管的强化传热性能，利用传热管的周向粗糙肋，促进纵向流体在传热界面上滞流层的湍流度，获得比普通光滑管界面高80%～100%的传热膜系数。

　　图1 空心支撑环

　　2、管子自支承式换热器

　　近年来，人们将壳程强化传热的两种主要途径综合起来考虑，利用管子形状的变化来达到相互支撑和强化传热双重功能。目前主要有剌孔膜片式、螺旋扁管式和变截面管式几种形式。如图2，剌孔膜片式其特点是刺孔膜片既是支撑元件，又是管壁的延伸，增大了单位体积内的有效传热面积;膜片上的毛刺和小孔增大了流体湍流度，各区间的流体经小孔实现一定程度的混合;刺和孔使换热表面的边界层不断更新，减薄了层流底层厚度，从而提高了换热系数;壳程流体纵向流动，压力降很小。

　　图2 刺孔膜片管

　　螺旋扁管(图3)(Twisted Tabe)是瑞典Allares公司近年推出的一种高效换热元件，螺旋扁管的结构特点是管子换热段的任一截面均为一长圆，当组装成换热器时可以混合管束，也可以是纯螺旋扁管。螺旋扁管的截面类似于椭圆管，椭圆的长短轴比值根据换热管程和壳程的流速设计确定，当管程流量较低时，可增大长、短轴之比值。减少流通截面以提高流速，使换热器两侧处于较理想的流动状态。

　　图3 螺旋椭圆扁管

　　变截面管式(图4)是把普通圆管按一定节距压制出互成90度或互成60度的扁圆形截面，利用这种变截面管互相支撑并构成扰流元件。这种换热器管子排列紧凑，减少了换热器的尺寸和质量，而且可实现管束间流体薄层流动。其结构比较简单，且是双面强化管，但*大弱点是管内阻力太大。

　　图4 变截面管

　　3、整体翅片式换热器

　　整体翅片经套胀或锡、钎焊固定于管束上而形成管翅式换热器芯子(图5)，常用于空调、制冷汽车的整体翅片换热器散热器。套胀成本比锡焊或钎焊低得多，故一般采用套胀。采取适当的方式将它与管板、集流箱或集流管连接以构成管内流道。管外空间也可以用金属焊接方式严密密封来形成密闭的通道。翅片孔由专用的冲压模具冲制而成，孔眼可以是单翻边或双翻边形的。翻边可以增加翅片与管子的接触面积，保证翅片间有一定的间距。双翻边的刚度更好，胀管时不易被胀裂。可以采用机械或水力的方法胀管，管子被胀后与翅片贴紧。这种结构要求管子和翅片材料的热胀系数比较接近。整体翅片的型式很多，*常用的是平直翅片、波纹翅片及间断式翅片。在相同的翅片密度下，平直翅片有较低的阻力降，常用于对压力降限制较严的场合，波纹翅片的性能优于平直翅片，而且更加坚固，广泛地应用于空调冷却器及其它用途的换热器。

　　图5 整体翅片式换热器

　　二、高效换热器的应用分析

　　1、应用的可行性分析

　　空调用铝替代铜方案目前已经**涉及到空调的各个零部件当中，铜替代技术的研发在多数空调企业当中进行。空调换热器的铜替代方案有全铝制翅片式换热器和铝制平行流换热器，目前铝制平行流换热器家用空调已成功在市面场上推出，而全铝制翅片式换热器的研发方案受制于国内大多数企业科研力度不够和制造加工水平有限，目前还存在加工、焊接等技术难题。而多数空调厂家研发的铝管替代，只成功用于室内外机连接管，用于制冷管路(各种连接管、配管)的铝管仍在研究当中。本文开展了对全铝制翅片式换热器的性能试验研究，通过采用新型内螺纹管和对换热器管路进行优化的方法制作换热器并测试整机的性能，从而探讨全铝制翅片式换热器在空调器上运用的可能性。

　　2、应用过程中的性能分析

　　图6为不同齿形铝管管内蒸发换热系数随管内制冷剂流量的变化情况，换热系数随着制冷剂流量的增加而增大，流量一定时，光滑管换热系数*小，N型2次内螺纹铝管换热系数*大，这表明管内螺纹不同其换热性能会有所不同。

　　图6 不同齿形铝管管内蒸发换热系数随管内制冷剂流量的变化情况

　　图7为不同齿形铝管压降随管内制冷剂流量的变化情况，从图中可以看出，制冷剂流量越大，冷媒压降也越大，这是因为流速越大，流动阻力就越大。压降降幅*大的是N型2次内螺纹铝管。

　　图7不同齿形铝管压降随管内制冷剂流量的变化情况

　　图8为不同齿形铝管蒸发器换热量随管内制冷剂流量的变化情况，换热量随着制冷剂流量的增大而增大，以流量300 Kg（/m2·s）为基准进行比较，N型2次内螺纹蒸发器换热量为5 038 W，瘦齿管为5 020 W，普通齿为4 990 W，光管为4 708 W。

　　图8 不同齿形铝管蒸发器换热量随管内制冷剂流量的变化情况

　　综合上述分析，可以得出N型2次内螺纹铝管的换热效率是四种铝管中*高的。因此，本文开发的冷凝器和蒸发器都采用N型2次内螺纹铝管。N型2次内螺纹铝管顶部带有微细凹凸结构的二次沟槽螺，使用表面二次加工组合而成的复杂齿形压纹辊，通过改变内螺纹铝管表面齿槽的截面形状和二次沟槽形状来改善铝管的换热效率，使内螺纹铝管的整体结构设计更趋合理，提高了铝管单位长度上内表面的面积，增大了换热表面积，强化了制冷剂的蒸发和冷凝换热效果。N型内螺纹的热传导机理，如图9所示。由于受V字型沟槽的影响，破坏了液膜均匀程度，液膜在周围的分布产生不匀，液膜薄化的部分大大提高热传导效率。同时副齿对流动状态产生了扰动，增加了紊流效果，冷凝效果时的“格里谷里希”效应得到了强化，蒸发状态时汽化核心的数量明显增多，因此，在蒸发和冷凝状态的传热性能均得以提高。与以往的螺纹管相比，其性能蒸发时提高1.6倍，冷凝时提高2.2倍。

　　图9N型2次内螺纹铝管结构示意图

　　总结

　　通过对4种不同类型的铝管测试，*终采用N型2次内螺纹铝管制作蒸发器和冷凝器，并对换热器管路进行优化，整机的性能可以与铜制的相当，证明了采用铝制翅片式换热器可以满足制冷性能的要求，空调管路系统采用铝是可行的。

　　参考文献

　　[1] 萧俊.如何使换热器更好的在空调工程中运行[J].河南建材.2011(01)

　　[2] 张文晖.暖通空调工程中换热器的应用分析[J].中国新技术新产品.2011(15)

　　[3] 刘元成.一种高效节能换热器[J].通用机械.2008(03)

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