Wewnętrznie rowkowana rura miedziana

Wewnętrznie rowkowane rury miedziane, znane również jako „rury z mikropłetwami”, to technologia wężownic o małej średnicy dla nowoczesnych systemów klimatyzacji i chłodzenia. Cewki rowkowane ułatwiają bardziej efektywne przenoszenie ciepła niż cewki gładkie. Wężownice o małej średnicy mają lepsze współczynniki wymiany ciepła niż skraplacza i parownika o konwencjonalnych rozmiarach z okrągłymi rurami miedzianymi i aluminiowymi lub miedzianymi lamelami, które były standardem w instalacjach HVAC branży od wielu lat. Wężownice o małej średnicy mogą wytrzymać wyższe ciśnienia wymagane przez nową generację przyjaznych dla środowiska czynników chłodniczych. Koszty materiałów są niższe, ponieważ wymagają mniej czynnika chłodniczego, żeber i cewek. Umożliwiają również projektowanie mniejszych i lżejszych, wysokowydajnych klimatyzatorów i lodówek, ponieważ wężownice parowników i skraplaczy są mniejsze i lżejsze.

Dzięki technologii MicroGroove przenoszenie ciepła jest wzmocnione przez rowkowanie wewnętrznej powierzchni rury. Zwiększa to stosunek powierzchni do objętości, miesza czynnik chłodniczy i homogenizuje temperaturę czynnika chłodniczego w rurze.

Rury z technologią MicroGroove mogą być wykonane z miedzi lub aluminium. Żebra miedziane są atrakcyjną alternatywą dla aluminium ze względu na lepszą odporność miedzi na korozję i jej właściwości antybakteryjne.

Projekt

Aby zastosować w klimatyzatorach mniejsze rurki zamiast rurek o konwencjonalnych rozmiarach, wymienniki ciepła muszą zostać przeprojektowane. Obejmuje to przeprojektowanie obwodów żeber i rur. Optymalizacja projektu wymaga wykorzystania obliczeniowej dynamiki płynów do analizy przepływu powietrza wokół rur i żeber, a także symulacji komputerowych przepływu czynnika chłodniczego i temperatur wewnątrz rur. Jest to ważne, ponieważ całkowity współczynnik przenikania ciepła cewki jest funkcją konwekcji czynnika chłodniczego wewnątrz rury do ścianki rury, przewodnictwa przez ściankę rury i rozpraszania przez żebra.

Zagadnienia techniczne dotyczące korzystania z Microgroove obejmują:

1. Określenie najlepszego stosunku poprzecznego skoku rury do wzdłużnego skoku rury za pomocą analizy wydajności żeber.
2. Optymalizacja poprzecznego i wzdłużnego rozstawu rur poprzez analizę wydajności i kosztów materiałów.
3. Optymalizacja wzoru płetwy poprzez porównanie wydajności płetw o różnych wzorach za pomocą symulacji opartych na obliczeniowej dynamice płynów.
4. Badanie wydajności wymienników ciepła z rurkami o mniejszej średnicy.
5. Opracowanie równań empirycznych do przewidywania wydajności wymienników ciepła z rurami o mniejszej średnicy.

Opublikowane eksperymenty dotyczące wydajności cewki MicroGroove i efektywności energetycznej uwzględniają wpływ rozstawu żeber i konstrukcji żeber, średnicy rurki i obwodów rurowych. Obwód rurowy jest zasadniczo inny niż w przypadku konwencjonalnych cewek. Wężownice powinny być zoptymalizowane pod kątem ilości ścieżek między kolektorami wlotowymi i wylotowymi. Zazwyczaj rury o mniejszej średnicy wymagają większej liczby ścieżek o krótszych długościach. Dostępne są opublikowane badania dotyczące obwodów rurowych i konstrukcji żeber dla wymienników ciepła wykonanych z rurek 4 mm.

Badania nad przeprojektowaniem wymiennika ciepła z rurami o średnicy 5 mm wykazały o 5% większą wydajność wymiany ciepła niż w przypadku tego samego rozmiaru wymiennika ciepła z rurami o średnicy 7 mm. Również ładunek czynnika chłodniczego w rurach o średnicy 5 mm był mniejszy niż w rurach o średnicy 7 mm. W Chinach Chigo, Gree i Kelon produkują klimatyzatory z wężownicami, które mają rurki o średnicy 5 mm.

Opracowano różne konstrukcje żeber do użytku z rurami miedzianymi o małej średnicy. Oceniono i porównano wydajność żeber ze szczelinami i żaluzjami w funkcji różnych wymiarów żeber. Zastosowano symulacje, aby zoptymalizować wydajność konstrukcji płetwy.

Czynniki chłodnicze

Stopniowe wycofywanie czynników chłodniczych CFC i HCFC (np. HCFC-22 , znanego również jako R22 ) w związku z globalnym ociepleniem pomogło pobudzić innowacje w technologiach chłodzenia. Naturalne czynniki chłodnicze, takie jak dwutlenek węgla ( R744 ) i propan ( R290 ), a także R-410A, stały się atrakcyjnymi zamiennikami w zastosowaniach klimatyzacyjnych i chłodniczych .

Do skraplania tych nowych, przyjaznych dla środowiska czynników chłodniczych zazwyczaj wymagane jest wyższe ciśnienie w porównaniu z tymi, które są wycofywane. Rury miedziane o małej średnicy są bardziej pożądane w zastosowaniach z wyższymi ciśnieniami. W przypadku rur o tej samej grubości rury o mniejszej średnicy mogą wytrzymać wyższe ciśnienia niż rury o większej średnicy. Dlatego wraz ze spadkiem średnicy rury wzrasta ciśnienie rozrywające. Dzieje się tak, ponieważ ciśnienie robocze jest wprost proporcjonalne do grubości ścianki i odwrotnie proporcjonalne do średnicy. Dzięki zaprojektowaniu wężownic o krótszych długościach rur, cyrkulacja czynnika chłodniczego wymaga mniej pracy. Dlatego współczynniki spadku ciśnienia czynnika chłodniczego spowodowane rurami o małej średnicy mogą być kompensowane.

Czynniki chłodnicze będące dwutlenkiem węgla (R744) są stosowane w nowoczesnych automatach sprzedających , witrynach chłodniczych w supermarketach , na lodowiskach i w innych pojawiających się zastosowaniach. Miedziane rurki Microgroove o mniejszej średnicy mają wytrzymałość, aby wytrzymać bardzo wysokie chłodnice gazu i ciśnienia rozrywające R744 , jednocześnie pozwalając na mniejsze całkowite objętości czynnika chłodniczego.

Propan ( R290 ) jest ekologicznym czynnikiem chłodniczym o wyjątkowych właściwościach termodynamicznych . Wymagania dotyczące ciśnienia dla R290 są znacznie mniejsze niż dla dwutlenku węgla, ale R290 jest wyjątkowo łatwopalny. Badania wykazały, że MicroGroove nadaje się do klimatyzatorów pokojowych napełnianych czynnikiem R290, ponieważ zapotrzebowanie na czynnik chłodniczy jest znacznie zmniejszone dzięki rurkom miedzianym o mniejszej średnicy. Ryzyko eksplozji rur jest również znacznie zmniejszone. Badania przeprowadzone z propanem w MicroGroove mają wpływ na wężownice wymienników ciepła stosowane w lodówkach , pompach ciepła i komercyjnych systemów klimatyzacyjnych .

Oszczędność masy

W badaniu projektowym funkcjonalnie równoważnych 5-kW wymienników ciepła HVAC , materiały rur w cewkach ważyły ​​3,09 kg dla rury o średnicy 9,52 mm, 2,12 kg dla rury o średnicy 7 mm i 1,67 kg dla rury o średnicy 5 mm. Masa rury została zmniejszona o 31%, gdy średnice rur miedzianych zostały zmniejszone z 3/8 cala do 7 mm. Masa rury została zmniejszona o 46%, gdy średnice rur miedzianych zostały zmniejszone z 3/8 cala do 5 mm. Masa materiałów użebrowania w zwojach wynosiła 3,55 kg dla zwojów 9,52 mm, 2,61 kg dla zwojów 7 mm i 1,55 kg dla zwojów 5 mm.

Antybakteryjne

Miedź jest materiałem przeciwdrobnoustrojowym . Nagromadzenie biologiczne można zmniejszyć za pomocą cewek miedzianych. Pomaga to utrzymać wysoki poziom efektywności energetycznej przez dłuższy czas i zapobiega spadkowi efektywności energetycznej w czasie.

Zastosowanie miedzianych cewek do hamowania wzrostu grzybów i bakterii to najnowsze osiągnięcie w innowacyjnych produktach klimatyzacyjnych i chłodniczych. Firmy OEM , takie jak Chigo w Chinach i Hydronic we Francji, produkują obecnie antybakteryjne systemy klimatyzacji wykonane w całości z miedzi, aby poprawić jakość powietrza w pomieszczeniach.

Materiały

Ścieżki czynnika chłodniczego o mniejszej średnicy można również zrealizować za pomocą wytłaczanych rur aluminiowych. Zostały one zaprojektowane z kilkoma mikrokanałami w jednej płaskiej rurce przypominającej taśmę. Aluminiowa technologia mikrokanałowa oferuje znaczące korzyści w porównaniu z konwencjonalnymi miedziano-aluminiowymi okrągłymi wężownicami lamelowymi, w tym lepszą wydajność wymiany ciepła i mniejszą ilość czynnika chłodniczego. Jednak miedziany MicroGroove oferuje wyższą wydajność wymiany ciepła niż aluminiowe rurki mikrokanalikowe i umożliwia stosowanie mniejszych objętości czynnika chłodniczego, ponieważ końce rur MicroGroove są połączone małymi przegubami w kształcie litery U, a nie dużymi głowicami.

Produkcja

Rury miedziane są często produkowane w procesie odlewania i walcowania. Wlewki miedziane są odlewane do rur macierzystych, a następnie rury te są ciągnione do ostatecznego kształtu, wyżarzane i wzmacniane teksturą powierzchni wewnętrznej w celu poprawy wydajności wymiany ciepła. Produkcja rur miedzianych o małej średnicy wymaga tylko jednego lub dwóch dodatkowych ciągnięć, aby uzyskać średnicę rury 5 mm.

Istniejące wężownice klimatyzatorów wykonane z okrągłych rurek miedzianych i aluminiowych żeber (wężownice CTAF) są zwykle montowane mechanicznie przy użyciu rozszerzania rur.

Sprzęt używany do wytwarzania produktów Microgroove rozszerza rurki obwodowo (tj. obwód rurki jest zwiększany bez zmiany długości). To rozszerzenie „bez skurczu” pozwala na lepszą kontrolę długości rur w ramach przygotowań do kolejnych operacji montażowych. Rury są wkładane lub sznurowane do otworów w stosie precyzyjnie rozmieszczonych płetw. Do rurek wkłada się ekspandery i lekko zwiększa średnicę rurki, aż do uzyskania mechanicznego kontaktu między rurkami a żeberkami. Wysoka plastyczność miedzi pozwala na dokładne i precyzyjne przeprowadzenie tego procesu. Wykonane w ten sposób wężownice wymienników ciepła charakteryzują się znakomitą trwałością i właściwościami przenoszenia ciepła.

Projekt rur o małej średnicy w Chinach obejmuje producentów, którzy łącznie odpowiadają za ponad 80 procent produkcji około 75 milionów jednostek HVAC . Kilku producentów OEM w Ameryce Północnej sprzedaje klimatyzatory do mieszkań z rurkami miedzianymi. Producenci OEM klimatyzatorów, w tym Guangdong Chigo Air Conditioning, Refrigeration Research Institute of Guangdong Midea Refrigeration Appliances Group oraz Shanghai Golden Dragon Refrigeration Technology Co., Ltd. opisali zalety miedzianych rurek o małej średnicy w porównaniu ze standardowymi dla różnych konstrukcji i średnice. Dostępne są również cewki ACR producentów oryginalnego sprzętu (OEM) Gree, Haier, Midea, Chigo i HiSense Kelon.

Zobacz też

Miedź w wymiennikach ciepła

Dalsza lektura

Oparte na symulacji porównanie zoptymalizowanych cewek prądu przemiennego wykorzystujących miedziane i aluminiowe rurki mikrokanałowe o małej średnicy, autorstwa Johna Hipchena, Roberta Weeda, Ming Zhanga, Dennisa Nasuty (2012). XIV Międzynarodowa Konferencja Chłodnictwa i Klimatyzacji; lipiec 2012; (Purdue)