Медная трубка с внутренними канавками
![]() | Эта статья содержит контент, написанный как реклама . ( Май 2015 г. ) |
Медные трубки с внутренними канавками, также известные как «микроребристые трубки», представляют собой змеевики малого диаметра для современных систем кондиционирования и охлаждения . Рифленые змеевики обеспечивают более эффективную передачу тепла, чем гладкие змеевики. [1] [2] Змеевики малого диаметра имеют лучшие показатели теплопередачи, чем змеевики конденсатора и испарителя являются стандартом в отрасли отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха обычного размера с круглыми медными трубками и алюминиевым или медным оребрением, которые уже много лет . Змеевики малого диаметра могут выдерживать более высокие давления, необходимые для нового поколения экологически чистых хладагентов. Они имеют более низкие материальные затраты, поскольку требуют меньшего количества хладагента, материалов ребер и змеевиков. Они позволяют создавать меньшие по размеру и более легкие высокоэффективные кондиционеры и холодильники, поскольку змеевики испарителя и конденсатора меньше и легче.
Благодаря технологии MicroGroove теплообмен улучшается за счет образования канавок на внутренней поверхности трубки. Это увеличивает соотношение 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 благодаря лучшей коррозионной стойкости меди и ее антимикробным свойствам. [7] [8] [9] [10] [11]
Дизайн
[ редактировать ]Чтобы использовать трубки меньшего размера вместо трубок обычного размера в кондиционерах, необходимо перепроектировать теплообменники, включая контуры ребер и трубок. [12] Оптимизация конструкции требует использования вычислительной гидродинамики для анализа потока воздуха вокруг труб и ребер, а также компьютерного моделирования потока хладагента и температуры внутри труб. поскольку общий коэффициент теплопередачи змеевика является функцией конвекции хладагента внутри Это важно , трубки к стенке трубки, проводимости через стенку трубки и рассеивания через ребра. [13] [14] [15]
Инженерные соображения по использованию MicroGroove включают в себя:
- Определение наилучшего соотношения шага поперечной трубы к шагу продольной трубы путем анализа эффективности ребер. [16]
- Оптимизация поперечного и продольного шага труб путем анализа производительности и стоимости материалов. [16]
- Оптимизация рисунка плавников путем сравнения характеристик плавников с различными 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 производительности и энергоэффективности катушки MicroGroove учитывают влияние расстояния между ребрами и конструкции ребер, диаметра трубки и схемы трубки. [17] Схема лампы существенно отличается от схемы обычных катушек. Змеевики должны быть оптимизированы по количеству путей между впускным и выпускным коллекторами. Обычно для трубок меньшего диаметра требуется больше путей меньшей длины. Опубликованные исследования ламповых схем [18] и конструкция ребер для теплообменников, изготовленных из трубок диаметром 4 мм. [19] доступны.
Исследования по модернизации теплообменника с трубками диаметром 5 мм показали, что производительность теплообмена на 5% выше, чем у теплообменника того же размера с трубками диаметром 7 мм. Кроме того, заправка хладагента в трубках диаметром 5 мм была меньше, чем в трубках диаметром 7 мм. [20] В Китае Chigo, Gree и Kelon производят кондиционеры со змеевиками с трубками диаметром 5 мм. [21]
Для использования с медными трубками малого диаметра были разработаны различные конструкции ребер. Характеристики ребер с прорезями и жалюзи были оценены и сравнены в зависимости от различных размеров ребер. Моделирование было использовано для оптимизации характеристик конструкции плавников. [22]
Хладагенты
[ редактировать ]Поэтапный отказ от хладагентов ХФУ и ГХФУ (например, ГХФУ-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 и охлаждения .
Для конденсации этих новых экологически чистых хладагентов обычно требуется более высокое давление по сравнению с теми, которые постепенно выводятся из обращения. Медные трубы малого диаметра более желательны в приложениях с более высоким давлением. Для труб одинаковой толщины трубы меньшего диаметра могут выдерживать более высокое давление, чем трубы большего диаметра. [3] [4] [5] [6] [25] Следовательно, по мере уменьшения диаметра трубы давление разрыва увеличивается. Это связано с тем, что рабочее давление прямо пропорционально толщине стенки и обратно пропорционально диаметру. Благодаря конструкции змеевиков с более короткими трубками требуется меньше усилий для циркуляции хладагента. Таким образом, можно компенсировать факторы падения давления хладагента из-за трубок малого диаметра.
Хладагенты с двуокисью углерода (R744) используются в современных торговых автоматах , охлаждаемых супермаркетов витринах , катках и других новых сферах применения. [26] [27] Медные трубки Microgroove меньшего диаметра обладают прочностью, позволяющей выдерживать очень высокое давление газоохладителя и разрывное давление R744 , при этом позволяя снизить общий объем хладагента. [28]
Пропан ( R290 ) — экологически чистый хладагент с выдающимися термодинамическими свойствами. [29] [26] Требования к давлению для R290 намного меньше, чем для диоксида углерода, но R290 чрезвычайно огнеопасен. Исследования показали, что MicroGroove подходит для комнатных кондиционеров, заправленных R290, поскольку потребность в заправке хладагента значительно снижается при использовании медных трубок меньшего диаметра. Риск взрыва трубок также значительно снижается. [30] [31] Исследования, проведенные с пропаном в MicroGroove, имеют значение для змеевиков теплообменников, используемых в холодильниках , тепловых насосах и коммерческих кондиционирования воздуха . системах [32]
Экономия веса
[ редактировать ]В исследовании конструкции функционально эквивалентных теплообменников HVAC мощностью 5 кВт материалы трубок змеевиков 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 медных трубок был уменьшен с 3/8 дюйма до 5 мм. Вес материалов ребер в бухтах 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
[ редактировать ]Медь является антимикробным материалом. Биологическое накопление можно уменьшить с помощью медных змеевиков. Это помогает поддерживать высокий уровень энергоэффективности в течение более длительных периодов времени и позволяет избежать падения энергоэффективности с течением времени.
Использование медных змеевиков для подавления роста грибков и бактерий является недавней разработкой в области инновационных продуктов для кондиционирования и охлаждения. OEM- компании, такие как Chigo в Китае и Hydronic во Франции, в настоящее время производят полностью медные антимикробные системы кондиционирования воздуха для улучшения качества воздуха в помещениях. [24]
Материалы
[ редактировать ]Пути хладагента меньшего диаметра также могут быть реализованы с использованием экструдированных алюминиевых трубок. Они были разработаны с несколькими микроканалами в одной плоской лентообразной трубке. Технология алюминиевых микроканалов предлагает значительные преимущества по сравнению с традиционными медно-алюминиевыми теплообменниками с круглыми трубчатыми пластинами, включая улучшенные характеристики теплопередачи и уменьшенную заправку хладагента. [34] Однако медная трубка MicroGroove обеспечивает более высокую эффективность теплопередачи, чем алюминиевые микроканальные трубки, и позволяет использовать меньшие объемы хладагента, поскольку концы трубок MicroGroove соединены небольшими U-образными соединениями, а не большими коллекторами. [35]
Производство
[ редактировать ]Медные трубы часто производятся методом литья и прокатки. Медные слитки отливают в исходные трубы, а затем эти трубы вытягивают до окончательной формы, отжигают и улучшают текстуру внутренней поверхности для улучшения характеристик теплопередачи. Для производства медных труб малого диаметра требуется всего лишь один или два дополнительных прохода волочения для достижения диаметра трубы 5 мм. [36] [37]
Существующие змеевики кондиционеров, изготовленные из круглых медных трубок и алюминиевых ребер (змеевики CTAF), обычно собираются механически с использованием расширения труб. [37] [25]
Оборудование, используемое при производстве изделий Microgroove, расширяет трубы по окружности (т.е. окружность трубки увеличивается без изменения длины). Такое расширение без усадки позволяет лучше контролировать длину труб при подготовке к последующим операциям сборки. Трубки вставляются или закрепляются в отверстиях стопки точно расположенных ребер. В трубки вставляют расширители и слегка увеличивают диаметр трубок до тех пор, пока не будет достигнут механический контакт между трубками и ребрами. Высокая пластичность меди позволяет выполнять этот процесс точно и точно. Змеевики теплообменника, изготовленные таким способом, обладают превосходными характеристиками долговечности и теплопередачи. [38] [39]
В проекте по производству 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] Научно-исследовательский институт холодильного оборудования группы холодильного оборудования Midea провинции Гуандун, [41] и Шанхайская компания по производству холодильных технологий Golden Dragon, Ltd. [42] описали преимущества медных трубок 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]
См. также
[ редактировать ]Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Сравнение оптимизированных катушек переменного тока с использованием медных и алюминиевых микроканальных трубок малого диаметра на основе моделирования, Джон Хипчен, Роберт Уид, Мин Чжан, Деннис Насута (2012). Четырнадцатая Международная конференция по холодильному оборудованию и кондиционированию воздуха; июль 2012 г.; (Пердью)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «СтекПуть» . www.machinedesign.com . Проверено 4 января 2023 г.
- ^ «Преимущества медных трубок уменьшенного диаметра в испарителях и конденсаторах. — Бесплатная онлайн-библиотека» . www.thefreelibrary.com . Проверено 4 января 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с «Журнал «Сборка» | Автоматизация производства и проектирование | СБОРКА» . www.assemblymag.com . Проверено 4 января 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с Хипчен, Джон (2010). «Маленькие медные трубки в приложениях ACR», вебинар, представленный ACHR News and Appliance Design.
- ^ Jump up to: а б с Дин, Гуолян и др. (2010). «Характеристика теплопередачи конденсации смеси R410A-масла внутри гладких медных трубок малого диаметра», Конференция ASME-ATI-UIT по термическим и экологическим проблемам в энергетических системах , Сорренто, Италия, май 2010 г.
- ^ Jump up to: а б с Дин, Гуолян и др. (2010). «Характеристики двухфазной теплопередачи конденсации потока смеси масла R410A внутри микрооребренных медных трубок малого диаметра», Конференция по термическим и экологическим проблемам в энергетических системах , Сорренто, Италия, май 2010 г.
- ^ «Изучение чудесного мира антимикробных спиралей». Новости кондиционирования и охлаждения . 29 (13): 34. 2013.
- ^ Уивер, Л; Михельс, ХТ; Кивил, CW (январь 2010 г.). «Возможность предотвращения распространения грибков в системах кондиционирования воздуха, построенных с использованием меди вместо алюминия». Летт. Прил. Микробиол . 50 (1): 18–23. дои : 10.1111/j.1472-765X.2009.02753.x . ПМИД 19943884 .
- ^ Шмидт, Майкл Г.; и др. (2012). «Характеристика и контроль микробного сообщества, связанного с медными или алюминиевыми теплообменниками систем отопления, вентиляции и кондиционирования» . Современная микробиология . 65 (2): 141–149. дои : 10.1007/s00284-012-0137-0 . ПМЦ 3378845 . ПМИД 22569892 .
- ^ Лонго, Джорджия; Мансин, С.; Ригетти, Дж.; Зилио, К. (2017). «Кипение в потоке R245fa внутри микроребристой трубки с внутренним диаметром 4,2 мм» . Физический журнал: серия конференций . 923 (1): 012016. Бибкод : 2017JPhCS.923a2016L . дои : 10.1088/1742-6596/923/1/012016 .
- ^ Лонго, Джованни А.; Мансин, Симона; Ригетти, Джулия; Зилио, Клаудио; Доретти, Лука (2017). «Поток насыщенного R134a кипит внутри микроребристой трубки с внутренним диаметром 4,3 мм» (PDF) . Наука и технологии для искусственной среды . 23 (6): 933–945. дои : 10.1080/23744731.2017.1300012 . HDL : 11577/3232958 . S2CID 136381840 .
- ^ Принцип проектирования пластинчато-трубного теплообменника с трубками меньшего размера для кондиционераВэй Ву, Голян 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
- ^ Дин, Г.Л., Рен, Т., Чжэн, YX, и Гао, YF (2011). Метод моделирования комнатного кондиционера с медными трубками меньшего диаметра, 23-й Международный конгресс по холодильному оборудованию IIR; Прага, Чехия; Июль; Бумага 2232.
- ^ Ву, В., Дин, Г.Л., Чжэн, YX, Гао, Ю.Ф. и Сун, Дж. (2012). Принцип проектирования пластинчато-трубного 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; Проектирование бытовой техники, июль; http://www.appliancedesign.com/articles/93186-designing-for-efficient-heat-transfer
- ^ Jump up to: а б с д и Новое исследование подчеркивает передовой опыт проектирования катушек; Информационный бюллетень об обновлениях Microgroove™: том 2, выпуск 3, июнь 2012 г.; http://www.microgroove.net/sites/default/files/microgroove_nl_june2012b.pdf
- ^ Г.Л. Дин и др. (ГОД), 23-й Международный конгресс по холодильному оборудованию IIR, Прага, 23–26 августа.
- ^ Вэй-кун Дин и др. (Сиань и ICA) «Разработка трубчатого теплообменника малого диаметра: проектирование схемы и моделирование производительности», представлено на конференции по термическим и экологическим проблемам в энергетических системах, Сорренто, Италия, май 2010 г. (CTEI-ES 2010).
- ^ Цзюй-фан Фан и др.; «Разработка трубчатого теплообменника малого диаметра: конструкция ребер и исследование производительности», представлено на CTEI-ES 2010.
- ^ Принцип проектирования пластинчато-трубного теплообменника с трубками меньшего размера для кондиционера; Вэй Ву, Голян 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
- ^ Прохладная технология: небольшие 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
- ^ Цзюй-фан Фань, Вэй-кунь Дин, Вэнь-цюань Тао, Венсон Чжэн, Фрэнк Гао и Керри Сонг; Разработка трубчатого теплообменника малого диаметра: конструкция ребер и исследование характеристик.
- ^ Шабтай, Йорам, Блэк, Дж. и Крафт, Фрэнк (2014). Новые медные теплообменники для альтернативных хладагентов, Пятнадцатая Международная конференция по охлаждению и кондиционированию воздуха; Конференции Purdue в Уэст-Лафайете, Индиана; Бумага 1532; https://docs.lib.purdue.edu/iracc/1532/
- ^ Jump up to: а б Информационный бюллетень об обновлениях Microgroove™: том 2, выпуск 1, январь 2012 г.: http://www.microgroove.net/sites/default/files/4600_microgroove_nl_jan2012_2.pdf
- ^ Jump up to: а б с Часто задаваемые вопросы: тридцать вопросов с ответами об экономичных и экологически чистых медных трубках для кондиционеров; http://www.microgroove.net/sites/default/files/overview-ica-questions-and-response-qa30.pdf
- ^ Jump up to: а б Информационный бюллетень об обновлениях Microgroove™: том 1, выпуск 3, декабрь 2011 г.: http://www.microgroove.net/sites/default/files/4473_ica_microgroove_nl_final.pdf
- ^ Филиппини С., Мерло У. (2011). Теплообменники с воздушным охлаждением для холодильных циклов CO2; 23-й Международный конгресс по холодильному оборудованию IIR; Прага, Чехия; Июль; Бумага 2232.
- ^ «Природный хладагент CO2», справочник под редакцией Уолтера Рейленса, ATMOsphere, 2009. Компрессоры описаны в разделе 8.1 (стр. 348–382), а теплообменники описаны в разделе 8.2 (стр. 383–410) справочника, доступно бесплатно онлайн в формате PDF здесь: www.atmSphere2009.com/files/NaReCO2-handbook-2009.pdf.
- ^ Дин, Гуолян и др., (2012). Разработка комнатного кондиционера с низким зарядом R290 с использованием медных трубок меньшего диаметра, 10-я конференция IIR Густава Лоренцена по природным хладагентам; Делфт, Нидерланды; Бумага 183
- ^ «Принцип проектирования пластинчато-трубного теплообменника с трубками меньшего диаметра для кондиционера», Вэй Ву, Гуолян Дин, Юнксин 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 комнатного кондиционера с низким зарядом R290 с использованием медных трубок меньшего диаметра», авторы Гуолян Дин, Вэй Ву, Тао Жэнь, Юнсинь Чжэн, Ифэн Гао, Цзи Сун, Чжунминь Лю и Шаокай Чен; Десятая конференция IIR Густава Лоренцена по природным хладагентам, июнь 2012 г. (GLC)
- ^ Профессор Гуолян Дин из Шанхайского университета Цзяо Тонг (SJTU) представляет новые исследования медных труб меньшего диаметра на десятой конференции IIR Густава Лоренцена 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 и экологически чистых медных трубках дляПрименение кондиционеров; http://www.microgroove.net/sites/default/files/overview-ica-questions-and-response-qa30.pdf
- ^ Вопросы и ответы: Микроканальный конденсатор с воздушным охлаждением; Компания Heatcraft Worldwide Холодильное оборудование; апрель 2011 г.; http://www.heatcraftrpd.com/landing/2011/air-cooled-Container/res/pdfs/H-ACCMCX-QA.pdf. Архивировано 17 апреля 2012 г. в Wayback Machine.
- ^ Филиппини, С., (2010). Новая геометрия теплообменника для следующего поколения конденсаторов со сверхнизким содержанием хладагента; Второй семинар МИХ по сокращению заправки хладагента; Конференция; Стокгольм, Швеция; Июнь.
- ^ Коттон, Найджел (2014). Медные трубки меньшего диаметра способствуют производству и проектированию: отчет с конференции Purdue 2014 года; Международное производство бытовой техники; Октябрь.
- ^ Jump up to: а б Шабтай, Йорам и Коттон, Найджел (2015). Тенденции в проектировании и производстве круглых пластинчато-ребристых змеевиков из медных труб меньшего диаметра; Международное производство бытовой техники; Октябрь.
- ^ Коттон, Найджел (2013). Создание более совершенных приборов 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 проектировании и производстве круглых пластинчато-ребристых змеевиков из медных труб меньшего диаметра; Международное производство бытовой техники, октябрь.
- ^ Ю Шуньи и др. (Guangdong Chigo Air Conditioning Co.) «Применение медных трубок малого диаметра с внутренними канавками в системах кондиционирования воздуха», представлено на втором семинаре IIR по снижению заправки хладагента, Стокгольм, Швеция, июнь 2010 г. (RCR 2010).
- ^ Цзя Цинсянь и др. «Экспериментальное исследование по снижению заправки хладагента с помощью трубчатого теплообменника диаметром 4 мм», представленное на RCR 2010.
- ^ У Ян и др. «Анализ производительности и стоимости, а также исследование теплообменника с воздушным охлаждением с использованием медных трубок малого диаметра», представленный на RCR 2010.
- ^ Китайская выставка холодильного оборудования (CR-2011) в Шанхае, Китай; в информационном бюллетене обновлений Microgroove™: том 1, выпуск 1, май 2011 г.: http://www.microgroove.net/sites/default/files/microgroove_nl_issue_1.pdf