2. 制冷系統換熱器及輔助設備
2.1技術(shù)特點(diǎn)
實(shí)現碳達峰、碳中和對節能降碳工作提出了更高的要求,提高制冷(熱)系統的能效是其中的重要一環(huán)。作為制冷系統的主要部件,換熱器的性能對制冷系統性能的影響僅次于壓縮機,各廠(chǎng)商也致力于推出結構更加緊湊、冷媒充注量更小、換熱性能更好的換熱器;此外,隨著(zhù)大功率芯片、5G通訊、電動(dòng)汽車(chē)等行業(yè)的發(fā)展,液冷板也受到越來(lái)越多的關(guān)注。
各種閥件在制冷系統的控制、流量調節等方面起著(zhù)重要作用,本次展出的控制閥件部分主要體現著(zhù)兩點(diǎn)趨勢:一是產(chǎn)品趨于精細化、特定化,二是產(chǎn)品更趨于智能化、集成化。各公司根據各類(lèi)適用場(chǎng)景推出了不同系列的閥件產(chǎn)品,使產(chǎn)品更契合實(shí)際應用場(chǎng)景,具有更好的經(jīng)濟性;電控閥件在控制精度上不斷提高,在與其他元器件的關(guān)聯(lián)性及與用戶(hù)的交互性上也有很大的突破,控制平臺趨于人性化與多功能化。
2.2特色產(chǎn)品
2.2.1 制冷系統換熱器特色產(chǎn)品
本次展會(huì )中各廠(chǎng)商展示了各種不同類(lèi)型的換熱器,包括可以減小冷媒充注量、強化傳熱的微通道換熱器,應用于雙壓縮機系統和經(jīng)濟器等不同場(chǎng)景的板式換熱器,用于大功率電子芯片散熱、5G基站散熱以及電動(dòng)汽車(chē)電池熱管理的液冷板;減少占地面積,減少制冷劑充注量的殼管式換熱器,提高傳熱性能、防腐蝕的高效罐換熱器,提高防腐蝕性能的翅片管換熱器,提高換熱器性能的微小內徑內螺紋管、盤(pán)管以及螺旋內管等。
(1)微通道換熱器
微通道換熱器是指通道當量直徑在10-1000μm的換熱器,其內部扁平管內有數十條細微流道,在扁平管的兩端與圓形集管相聯(lián),集管內設置隔板,將換熱器流道分隔成數個(gè)流程。具有體積小、重量輕、結構緊湊、換熱系數高、表面溫度均勻、電化學(xué)腐蝕小等優(yōu)良特性,在航空航天熱控制系統、微電子器件冷卻、空調換熱設備等領(lǐng)域展有廣闊的應用前景。杭州三花微通道換熱器有限公司展示了微通道熱水器內膽冷凝器換熱器(圖2?1)和外機橢圓管蒸發(fā)器(圖2-2)。微通道內膽冷凝器用于家用熱泵熱水器,具有接觸面積大、換熱性能好、冷媒充注量低、無(wú)需反復纏繞加工便利等特點(diǎn),使用該換熱器后,熱水器平均能效水平可提升6%以上,平均加熱時(shí)間縮短4%,平均出水溫度提升4%以上;外機橢圓管蒸發(fā)器可用于家用熱泵、商用熱泵內外機、機房冷凝器/蒸發(fā)器、熱泵熱水器外機、駐車(chē)熱泵外機等場(chǎng)景,具有傳熱性能好、內容積小、冷媒充注量更低、可靠性高、排水速度快等特點(diǎn),風(fēng)阻衰減特性?xún)?yōu)于翅片管換熱器。
浙江富源制冷設備股份有限公司展示了一系列微通道換熱器,其中新型全鋁除濕機換熱器(圖2-3)采用前排豎管蒸發(fā)、后排橫管冷凝方式,可用于工業(yè)除濕機等領(lǐng)域,具有流阻低、換熱面積大、噪音小、制冷劑充注量小、重量輕、成本低等特點(diǎn)。
浙江盾安人工環(huán)境股份有限公司展示了R290微通道換熱器(圖2-4),具有重量輕體積小、冷媒充注量少,換熱效率高、低壓降、環(huán)境友好等技術(shù)優(yōu)勢。
聊城萬(wàn)合商貿有限公司展示了一系列鋁管(圖2?5)和微通道管,有不同尺寸、不同內部結構的微通道管(圖2?6、表2?1),可用于微通道蒸發(fā)器、冷凝器、熱泵熱水器內膽換熱器。

(2)板式換熱器
板式換熱器是由一系列相互平行、具有一定波紋形狀的金薄屬片疊裝而成的一種高效換熱器。其按構造可分為可拆卸(密封墊式)、全焊式、半焊式三類(lèi),后兩者具有更高的耐溫耐壓能力,傳熱板片是其中的關(guān)鍵元件,各種板片之間形成薄矩形通道,冷熱流體在板片兩側各自的流道內流動(dòng),通過(guò)板片進(jìn)行熱量交換,傳熱板片的波紋形式對傳熱及流動(dòng)阻力有著(zhù)很大影響。板式換熱器是液—液、液—汽進(jìn)行熱交換的理想設備,具有換熱效率高、熱損失小、結構緊湊輕巧、占地面積小、應用廣泛、使用壽命長(cháng)等特點(diǎn)。
浙江三花板換科技有限公司展示了純鋁板式換熱器(圖2?7),可用于多聯(lián)機過(guò)冷器、汽車(chē)電池冷卻系統、油冷機、低溫熱泵系統等情景,同等性能下重量比不銹鋼板換輕40%,材料成本可減少30%,提升整機能效超過(guò)30%。
丹佛斯(上海)投資有限公司展示了C62-CX板式換熱器(圖2?9),可用于20kW-110kW的冷水機組,換熱器采用了非對稱(chēng)式設計減小了水側壓降,采用了微板技術(shù)和點(diǎn)陣式板片結構強化了傳熱、減少了材料使用量和冷媒充注量,有助于提高冷水機組的效率。
(3)冷板
近年來(lái),電力電子技術(shù)快速發(fā)展,出現了很多大功耗電子器件,熱流密度可高達500-1000W/cm2,對散熱和溫控提出了更高要求,傳統的風(fēng)冷已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足高熱流密度電子設備的散熱。液冷技術(shù)是通過(guò)冷卻板與熱源接觸進(jìn)行熱交換,再由流經(jīng)冷板冷卻液體通過(guò)顯熱或者潛熱的形式將熱量傳遞出去,冷板內設置經(jīng)過(guò)設計的流通截面和流道以強化換熱,具有高換熱系數、良好的流動(dòng)性及穩定的工作能力,根據冷卻液是否發(fā)生相變可分為相變液冷板和非相變液冷板。液冷板在IGBT模塊散熱、5G 基站散熱、電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池熱管理的領(lǐng)域有著(zhù)廣闊的應用前景。
寧波市哈雷換熱設備有限公司展示了采用冷媒傳熱的芯片冷卻器(圖2?11),采用SUS304不銹鋼材料進(jìn)行釬焊,銅管直接連接,利用低溫冷媒直接冷卻芯片控制器,具有體積小、重量輕、安裝方便、冷卻效率高、冷卻性能穩定等特點(diǎn),具有高傳熱系數的通道技術(shù)和高強度、高承壓能力。
江蘇豐潤電器集團有限公司展示了鋁制電動(dòng)車(chē)電池冷板(a)、芯片冷板(b)、5G基站冷板(c)等產(chǎn)品(圖2?13)。
(4)殼管式換熱器
殼管式換熱器具有結構簡(jiǎn)單、選材范圍廣、處理能力大、適應高溫高壓等優(yōu)點(diǎn),廣泛應用于中大型冷水機組。本次展會(huì )有多個(gè)廠(chǎng)家對中大型冷水機組進(jìn)行了展示。
珠海格力電器股份有限公司展出的永磁同步變頻螺桿式冷水機組(圖2?15),采用模塊化機組設計,每個(gè)機組可以獨立運行,互為備用,精確匹配負荷變化。其采用多系統水路串聯(lián)控制技術(shù),設計冷水機組單機尺寸小,同冷量機組占地面積減少50%,國標工況下機組EER突破7.0。該冷水機組冷凝器采用嵌入式油分離器,運用多級分離技術(shù),油氣分離效率提高3%-5%。同時(shí)采用超低壓降設計,壓降可降低20%-30%。
重慶通用工業(yè)(集團)有限責任公司展示了其生產(chǎn)的磁懸浮離心式冷水機組(圖2?17)。其機組整機無(wú)油,換熱和循環(huán)效率更高,采用變頻調節實(shí)現20%-100%冷量調節。該冷水機組具有高度一體化、控制單元全部機載、易于安裝維護等優(yōu)點(diǎn)。
廣東芬尼克茲節能設備有限公司展示了其低溫型空氣源熱泵熱水機組中高效罐換熱器的結構(圖2?18)。其采用水和制冷劑逆流換熱的方法,提高高效罐傳熱性能。相比于殼管式換熱器,高效罐換熱器具有結構緊湊、占地面積小、可對多股流體同時(shí)進(jìn)行換熱等優(yōu)點(diǎn)。該高效罐換熱器采用1.5mm超厚紫銅管,大幅提高抗壓、耐磨損能力以及抗凍性能。
(6)翅片管換熱器
廣東芬尼克茲節能設備有限公司展示了低溫型空氣源熱泵熱水機組中防腐蝕爍金翅片換熱器(圖2?20)。其采用開(kāi)窗式翅片設計,強化空氣側擾動(dòng),空氣側傳熱系數是閉窗翅片的1.2倍。其采用爍金翅片,與傳統藍色翅片相比,具有較高的防腐蝕性能。同時(shí)該爍金翅片采用親水涂層,有利于盡快排走表面液滴,縮短除霜時(shí)間。
在本次展覽中,金龍精密銅管集團股份有限公司展示出一系列內螺紋銅管(圖0?21),包括光面銅盤(pán)管、光面直銅管、蚊香盤(pán)管、內螺紋盤(pán)管以及無(wú)縫翅片管。
其內螺紋銅管具有普通齒、交叉齒、瘦高齒和M型齒等強化齒形(圖2?22)。該產(chǎn)品具有組織均勻致密、尺寸精度高、齒型規范完整、內腔殘留物低等特點(diǎn),內表面積比同規格光面銅管增大65-100%,傳熱系數高于同規格光管1.8-2.0倍,廣泛用于空調與制冷行業(yè)。該內螺紋銅管直徑可達4mm,齒高最低可達0.1mm,能減少換熱器的體積,降低換熱器的成本。采用內螺紋管強化管內制冷劑側湍流流動(dòng),強化管內換熱。
無(wú)錫海特精密模具有限公司展示出其翅片加工模具(圖2?24),可針對翅片模具規格繁多、片型多變的特征設計出高效率的模塊。該公司研制出26排3步進(jìn)熱泵式全鋁微通道平行流翅片模具及集料裝置,滿(mǎn)足量產(chǎn)需求,為翅片管換熱器的生產(chǎn)和發(fā)展提供了技術(shù)支持。
無(wú)錫佳科科技有限公司展示出其空調翅片模具(圖2?25),該模具適用于家用空調、中央空調以及除濕機等。該公司能夠生產(chǎn)不同尺寸的空調翅片模具、冰箱翅片模具、高翻邊翅片模具以及特殊用具翅片模具。其模具維修使用方便,零件互換性好,且沖壓速度可達250-400次/分,可滿(mǎn)足生產(chǎn)翅片管企業(yè)的需求。
2.2.2 制冷系統閥件特色產(chǎn)品
閥件是控制系統流量的部件。本次展出的閥件類(lèi)型眾多,包括球閥、蝶閥、熱力膨脹閥、電磁閥、電子膨脹閥及四通閥等。球閥、蝶閥、熱力膨脹閥的結構及工藝較為簡(jiǎn)單,相關(guān)展品較為傳統。本次創(chuàng )新產(chǎn)品主要集中在電子膨脹閥和四通換向閥兩類(lèi)。閥件產(chǎn)品趨于精細化、特定化、智能化。
(1)自平衡閥
浙江溫嶺市恒發(fā)空調部件有限公司展示的自平衡膨脹閥加化霜閥部件(圖2?27)是由冷媒輸入壓力推動(dòng),打開(kāi)滑動(dòng)閥芯的自適應式變頻系統管路中冷媒輸出節流膨脹的一種全新節流方式。尺寸精度為μ m級,可適應制冷/制熱低到高全域流動(dòng)調節,低溫化霜時(shí)間7-10分鐘。內部設有阻尼結構,抑制由工況微調引起的閥芯頻繁動(dòng)作。設計限位結構,確定最大開(kāi)啟通徑??删哂袉蜗蚧螂p向流動(dòng)。結構簡(jiǎn)單,焊點(diǎn)少,泄露風(fēng)險小,防爆性能優(yōu)越,簡(jiǎn)化變頻空調匹配控制,可適應高溫、高濕和高鹽等惡劣工作環(huán)境,可修正制造和運行誤差,防止過(guò)載。
浙江三花智能控制股份有限公司展示的DPF-TS/S系列電子膨脹閥(圖2-28)在制冷、空調和熱泵系統中可實(shí)現制冷劑流量的自動(dòng)調節,使系統運行于最佳工況,達到快速制冷或制熱,精確控溫和節能等目的。最大工作壓差可達3.5MPa,最大工作壓力可達4.9MPa??呻p向流通,適用于可逆系統。
浙江三花智能控制股份有限公司展示的LPF系列電子膨脹閥(圖2-28)主要用于冷凍冷藏系統中。當LPF系列電子膨脹閥完全關(guān)閉時(shí),系統內漏量低于1mL/min,效果等同于電磁閥。當LPF系列電子膨脹閥用于冷凍冷藏時(shí),可完全替代電磁閥,節約安裝空間和成本。LPF-T系列可承受9MPa工作壓力,適用于CO2系統。
(3)四通換向閥浙江三花智能控制股份有限公司展示的旋轉四通閥(圖2?29)廣泛應用于大型熱泵型制冷系統。其結構為“等徑流道設計”,壓損較同類(lèi)型旋轉閥降低40%。具有防卡死設計,剛性主體采用大間隙,結合軟密封設計,有效解決閥芯動(dòng)作卡死問(wèn)題。該閥直接由電機驅動(dòng),無(wú)需建立壓差,系統控制可實(shí)現多樣化。
(4)智能閥
搏力謀自控設備(上海)有限公司展示的能量閥(圖2?30)由一個(gè)等百分比控制球閥、一個(gè)流量計、一對溫度傳感器及一臺智能執行器組成,是一種多功能的壓力無(wú)關(guān)型控制閥。利用集成的流量計、供/回水溫度傳感器測量盤(pán)管的各項數據后通過(guò)內置的能量控制邏輯,實(shí)時(shí)監測盤(pán)管運行數據,提供動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的能耗數據和積累量,管理盤(pán)管實(shí)時(shí)熱交換量。通過(guò)Delta T管理優(yōu)化盤(pán)管性能,降低運行成本,消除小溫差現象。能量控制模式下,用戶(hù)可將功率輸出設置為一個(gè)線(xiàn)性相應的特定值使得盤(pán)管和閥門(mén)特性不在與此相關(guān)。盤(pán)管控制不受壓力和溫度影響。能量閥可通過(guò)連接搏力謀云監測優(yōu)化冷、熱量的供應,使系統達到性能能耗比最優(yōu),并提供全面的能耗數據分析報告。具有實(shí)時(shí)性、可視化、云連接、高效能等特點(diǎn)。(5)變頻器
深圳市匯川技術(shù)股份有限公司展示的CA200系列變頻器(圖2?31)專(zhuān)用于驅動(dòng)渦旋和轉子壓縮機,散熱方式有風(fēng)冷和冷媒。采用板式結構設計,體積小,節省空間,安裝、操作、維護方便。運用薄膜電容方案匹配成熟的壓縮機庫,縮短客戶(hù)調試時(shí)間。全系列標配輸入濾波器,提高抗干擾能力。采用宏參數,將典型應用一鍵實(shí)現。還展示了MD100風(fēng)機水泵專(zhuān)用板式變頻器(圖2?32),運用超低噪聲設計、同步機效率IE5設計,接口功能齊全,集成度高,支持PLC編程和LCD顯示,適合水泵各專(zhuān)用功能。EMC標配過(guò)C2標準設計。
在本次展會(huì )中,各大廠(chǎng)商在強化傳熱和提升換熱器緊湊型方面不斷創(chuàng )新,展出了許多新型強化換熱設計與新型加工工藝。結構緊湊、強化換熱、減少制冷劑充注量仍是研究換熱器的熱點(diǎn)。企業(yè)也更加關(guān)注小內徑銅管、內螺紋銅管以及微通道換熱器。強化換熱器換熱能力、降低流動(dòng)阻力、提高換熱器防腐蝕和防結垢能力也是企業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)。
控制閥件部分主要體現著(zhù)兩點(diǎn)趨勢。一是產(chǎn)品趨于精細化、特定化。各公司根據各類(lèi)適用場(chǎng)景推出了不同系列的閥件產(chǎn)品,使產(chǎn)品更契合實(shí)際應用場(chǎng)景,具有更好的經(jīng)濟性。二是產(chǎn)品更趨于智能化、集成化。各公司推出的電控閥件在控制精度上不斷提高,在與其他的元器件的關(guān)聯(lián)性及與用戶(hù)的交互性上有很大的突破,控制平臺趨于人性化與多功能化。
(本節作者:華南理工大學(xué) 劉金平教授、碩士生王澤嵩、譚慶澎、鄭曉騰)
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