提高冷凝液对流换热系数的构件及制冷系统、冷暖空调器的制造方法_2

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,μ 制冷剂粘度)。
[0039]再由努赛尔特准数可以推导对流传热系数:Nu = a *d/ λ = 0.023Rea8*Prn;
[0040](式中,a—对流传热系数,λ -制冷剂导热系数,Re-雷诺数,Pr-普兰特数;指数n,放热取0.3,吸热取0.4);可得冷凝器末端冷凝液与管路内壁的对流传热系数α =AWisVda2;(式中,A为常数,U—制冷剂流速,d-管路内径);
[0041]以制冷剂为R134a的制冷量3200W空调器为例,当冷凝器末端R134a制冷剂过冷到30°C、蒸发温度10°C时,蒸发焓差为400-240 = 160kJ/kg = 160J/g ;蒸发器3200W吸热能力相当于20g/s (约72kg/h)的制冷剂流量;在16.8bar(60°C )时,R134a饱和蒸汽的密度为0.01144m3/kg,72kg/h的R134a制冷剂质量流量等于冷凝器中高温制冷剂气体放出显热真正进入“冷凝”段入口处的0.82m3/h的体积流量,对于直径7mm管路,流速约为4.6m/s ;在冷凝器进口,制冷剂气体过热,速度稍大一些,流速在5m/s左右;而在冷凝器末端,冷凝液的密度1052.9kg/m3,制冷剂流速降低到0.38m/s,这是很低的流速,冷凝器末端管路内侧的冷凝液与管路管壁的对流换热系数很低,按照a = A*u°-8/d0.2, α值在12级,大约在600ff/(m2 *°C )左右,只有蒸发、冷凝相变换热系数的1/5——1/10。
[0042]由上述可知,通过提高冷凝液的流速U是提高冷凝器末端冷凝液与管路内壁的对流传热系数α的最有效途径。
[0043]实施例一
[0044]本发明提供了一种提高冷凝器冷凝液对流换热系数的构件,通过在冷凝器末端管路(例如铜管)内植入一构件,着眼于提高冷凝器中在制冷剂气体“冷凝相变放热过程”之后即进入冷凝液“过冷阶段”也即进入冷凝器“末端”的冷凝液流速,提高冷凝液流动的雷诺数,降低边界层的厚度,从而降低冷凝器末端在热流自内而外的三段式热传递中的第一段即“管路内冷凝液一管路内表面”这一制约着整个三段式总传热系数的冷凝液对流传热系数偏低的关键阶段的热阻(凝器末端的三段式传热,即从垂直于冷凝器末端制冷剂管路的截面看,自“管路内冷凝液一管路内表面”、“管路内表面一管路外表面”、“管路外表面一翅片一空气”的递进式传热)。
[0045]具体的,参照图2-3,构件2包括有一主杆21,主杆21外边面一圈上设置有若干条外槽22,构件2植入到冷凝器末端管路I内,该构件2与冷凝器末端管路I的内表面紧密贴合,且使得若干外槽22与冷凝器末端管路I的内表面之间形成若干供制冷剂流通的通道3。
[0046]其中,构件2可为螺旋杆,外槽22螺旋式设置在主杆21的外表面上;构件2也可为直槽杆,外槽22平行于主杆21轴向设置在主杆21外表面上;本发明对于外槽22的结构、在主杆21上布置形式均不作限制,可根据具体情况来设计。
[0047]构件2外侧与冷凝器末端管路I内表面之间形成的通道3的截面可呈微小扇形或微小梯形或微小三角形等,通道3的具体截面形式由外槽22的结构决定,此处不作限制。
[0048]构件2可以是金属杆,例如铝合金杆;构件2也可以是非金属杆,例如塑料杆,例如空调器和除湿机等蒸汽压缩式制冷系统,其冷凝温度一般在60°C左右,本发明采用塑料杆,在60°C附近塑料杆的强度和寿命是可以满足要求的;构件2具体采用何种材料,此处不作限制。
[0049]本发明提供的构件2,既为与该构件2直接接触的冷凝液向冷凝器末端管路I内表面输送热量提供了新的热桥通道,又大幅度减少了原先冷凝器末端管路I中的冷凝液的流通截面积,大幅提高了冷凝液的流速,从而大幅度提高了冷凝器末端管路I内侧冷凝液的雷诺数和冷凝液对管路内壁的对流传热系数。另外,本发明通过将专用的构件2植入冷凝器末端管路I内,还大幅减少了制冷装置的制冷剂充注量。
[0050]另外,将专用的构件植入冷凝器末端管路内,在大幅提高冷凝液的流速和对流换热系数的同时,也增加了冷凝器末端冷凝液在管路内流动的沿程阻力;但是这部分增加的沿程阻力,并不需要额外增加制冷压缩机的动力消耗,而是可以通过减小节流装置的节流深度例如毛细管的长度,来重新分配冷凝器与蒸发器之间的压降,即将原来节流装置的一部分压降转移到冷凝器末端,以克服这部分冷凝器末端管路内增加的沿程阻力。在蒸汽压缩式制冷装置中,由压缩机提供的压差,就是冷凝压力与蒸发压力之差,也即节流装置进出口的压差,高达I?3Mpa ;在这高达I?3Mpa的压差里,匀出一小部分用于克服冷凝器末端管路内增加的沿程阻力,是确实可行的,因此完全不需要额外增加制冷压缩机的动力消耗。
[0051]实施例二
[0052]本发明提供了一种制冷系统,包括压缩机、蒸发器、节流装置和冷凝器,压缩机、蒸发器、节流装置和冷凝器顺序连接形成一供制冷剂流通的循环通道;冷凝器末端管路内设置有如实施例一中所述的构件。
[0053]又由于顺着冷凝器管路的流程看过来,冷凝器要承担压缩机输送来的高温高压制冷剂气体的“高温过热的显热部分的放热降温”、“饱和制冷剂气体冷凝放热液化”和“冷凝液进一步降温过冷”这样3个阶段的放热任务(与前已述及的“从垂直于冷凝器末端制冷剂管路的截面看,自管路内冷凝液一管路内表面、管路内表面一管路外表面、管路外表面一翅片一空气的三阶段递进式传热”是两个完全不同的概念),而翅片管式冷凝器的翅片和管路所选用的材料又都是铜、铝等热的良导体,如果在同一组翅片上同时穿过承担上述“释放制冷剂气体显热降温”、“气体冷凝放热液化”、“液体进一步降温过冷”3个任务的管路,则在这3个存在着明显温度落差的冷凝器区域之间,沿着翅片方向形成“热桥”,既造成热量自顺着冷凝器管路的流程“看过来”的第一段“高温过热制冷剂气体显热部分的放热降温”阶段(一般空调器在户外温度35°C条件下此阶段制冷剂气体温度自90°C左右下降到60°C左右),沿着翅片向第二段“制冷剂气体冷凝放热液化”阶段(此阶段制冷剂气体冷凝温度在60°C左右)传递;还同时造成了热量自第二段“制冷剂气体冷凝放热液化”阶段(冷凝温度在60°C左右)沿着翅片向第三段“冷凝液降温过冷”阶段(此阶段冷凝液温度自60°C左右下降到40°C左右)传递;并且由于第二段即“冷凝段”的管路内侧的制冷剂气体冷凝放热传热系数很高,达到13级(通常在5000W/( Hf )左右),造成第二段即“冷凝段”的管路和管路外翅片的温度较高(55°C左右),通过翅片热桥对第三段即“冷凝液降温过冷段”形成较大的传热温差和传热功率,降低了冷凝器末端即顺着冷凝器管路的流程看过来的第三阶段冷凝液的“放热过冷”的程度,从而降低了冷凝器的效率和蒸发器的制冷量。
[0054]因此,在本实施例中,冷凝器末端管路外侧对应的翅片,与冷凝器外侧其余翅片(冷凝器中部、前端管路的翅片)在物理上断开,如图4、图5所示,以切断翅片之间的热桥联系,即切断冷凝器中前部高温区域管路的热量通过翅片向处于低温区的冷凝器末端管路内冷凝液传递,以防止对冷凝器末端管路冷凝液的“深度过冷”产生不利影响。
[0055]本发明切断冷凝器上的翅片后,具有明显的提高制冷系统能效比的效果,下面以采用R134a制冷剂的蒸发压力4.1公斤、冷凝压力16.8公斤的制冷循环为例来说明:
[0056]参照图6,在蒸发器中4.1公斤蒸发压力、饱和温度10°C条件下,每kg的R134a液态制冷剂蒸发吸热量为190.74kJ ;而该冷凝液在冷凝器中16.8公斤压力、饱和温度60°C条件下的比热容为1.66kJ/kg,如果在冷凝器末端的冷凝液增加10°C的降温(即增加10C的过冷),就在冷凝器中增加了 16.6kJ/kg的放热量,这也就相当于在蒸发器中增加了 16.6kJ/kg的吸热量,这个吸热量是该制冷剂在蒸发器中的蒸发吸热量190.74kJ/kg的8.7% ;如果在冷凝器末端的冷凝液增加20°C的过冷,就在冷凝器中增加了 33.2kJ/kg的放热量,这也就相当于在蒸发器中增加了 33.2kJ/kg的吸热量,这个吸热量是该制冷剂在蒸发器中蒸发吸热量190.74kJ/kg的17.4%。
[0057]计算结果表明,冷凝液在冷凝器末端管路里的过冷度每增加1°C,所引起的制冷量的平均增加率约为1%。如果原先空调器冷凝器末端冷凝液过冷到图6中的“5”点进入节流装置(毛细管),在节流装置出口 “6”的干度为0.3,采用本发明一种提高冷凝器冷凝液对流换热系数的构件及包含该构件的制冷装置,冷凝器出口的冷凝液温度再降低20°C左右,节流装置出口的制冷剂干度降低到0.1即降低到“6”点,蒸发器制冷量增加(0.3-0.1)/0.7*100%^ 30%。
[0058]就运用本发明制冷系统的除湿机为例,来作进一步的说明,具体如下:
[0059]如图7中所示,为现有除湿机的原理示意图,其中4为压缩机、5为蒸发器、为节流装置、7为冷凝器、8为水箱、9为过滤网。现有除湿机的蒸发器5的风道与冷凝器7的风道是串联的。在风机的推动下,潮湿空气先经过过滤网9过滤
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