Миниканальные теплообменники в холодильной технике
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование» УДК 534.282
Миниканальные теплообменники в холодильной технике
№ 3, 2014
Д-р техн. наук, проф. Бараненко А.В. baranenko@mail.ifmo.ru Д-р техн. наук, проф. Цветков О.Б.
Канд. техн. наук Лаптев Ю.А. max-iar@ gunipt.spb.ru
Университет ИТМО 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9
Канд. техн. наук Ховалыг Д.М. khovalyg.d@gmail.com
University of Illinois at Urbana-Champaing, USA
В статье представлены сведения об эволюционном развитии теплообменных аппаратов, позволившем существенно повысить их удельную эффективность. Показано, что в теплообменных устройствах в последние десятилетия широко применяются микроканальные технологии, позволяющие создавать компактные аппараты. Чем меньше диаметр канала, тем большую теплообменную поверхность можно сконцентрировать в единице объема. Применительно к холодильной технике созданы миниканальные конденсаторы с воздушным охлаждением. Ими комплектуются холодильные агрегаты и кондиционеры относительно небольшой производительности. При этом улучшаются технические характеристики агрегатов, сокращается объем заправки хладагента в систему.
Для создания миниканальных испарителей требуется решение ряда технических проблем. Ключевые слова: холодильная техника, миниканальные теплообменники, конденсатор, испаритель, хладагент.
Minichannel heat exchangers in refrigerating equipment
D.Sc. prof. Baranenko A.V. baranenko@mail.ifmo.ru D.Sc., prof. Tsvetkov O.B.
Ph.D. Laptev Yu.A. max-iar@ gunipt.spb.ru
University ITMO 191002, Russia, St. Petersburg, Lomonosov str., 9
Ph.D. Hovalyg D.M. khovalyg.d@gmail.com
University of Illinois at Urbana-Champaing, USA
Data on the evolutionary development of heatexchange devices which allowed to increase significantly their specific efficiency are presented in article. It is shown that in heatexchange devices in the last decades the microchannel technologies allowing to create compact devices are widely applied. The diameter of the channel is less, the big heatexchange surface can be concentrated in unit of volume. In relation to refrigerating equipment minichannel condensers with air cooling are created. They complete refrigerating units and conditioners of rather small productivity. Thus technical characteristics of units improve, the volume of gas station of coolant in system is reduced.
Creation of minichannel evaporators requires the solution of a number of technical problems. Keywords: refrigerating equipment, minichannel heat exchangers, condenser, evaporator, coolant.
1
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
№ 3, 2014
Интенсивность теплообмена между средами в различных технических системах во многом определяет их эффективность. За период становления промышленности теплообменные аппараты претерпели существенное эволюционное развитие. Теплосъем с единицы объема или массы аппарата постоянно возрастает. Например, в кожухотрубных испарителях холодильных систем теплосъем с единицы массы медных теплообменных труб с 1960-70 гг. по 2000-2010 гг. увеличился почти на порядок [1], рис. 1.
Этот результат достигнут вследствие применения труб меньшей толщины и различных конструктивных решений.
Дальнейшим шагом существенного повышения эффективности теплообменных устройств явилось применение в них миниканальных технологий [2,3,4,5].
Научные исследования, проводимые в данной области в предшествующие 20-25 лет, значительно активизировались в последние годы, о чем свидетельствуют изданные монографии и увеличивающееся число публикаций в научно-технических журналах [6,7,8,9,10].
Рис.1. Повышение эффективности кожухотрубных испарителей холодильных машин с медными трубами [1]
Минимизация размера канала позволяет сконцентрировать в единице объема аппарата большую площадь теплообменной поверхности. Она может достигать чрезвычайно больших значений. Эта величина находится в степенной зависимости от размера канала с показателем степени k меньше нуля [11], рис. 2.
= ƒ(dr k
Миниканальные теплообменники в холодильной технике
№ 3, 2014
Д-р техн. наук, проф. Бараненко А.В. baranenko@mail.ifmo.ru Д-р техн. наук, проф. Цветков О.Б.
Канд. техн. наук Лаптев Ю.А. max-iar@ gunipt.spb.ru
Университет ИТМО 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9
Канд. техн. наук Ховалыг Д.М. khovalyg.d@gmail.com
University of Illinois at Urbana-Champaing, USA
В статье представлены сведения об эволюционном развитии теплообменных аппаратов, позволившем существенно повысить их удельную эффективность. Показано, что в теплообменных устройствах в последние десятилетия широко применяются микроканальные технологии, позволяющие создавать компактные аппараты. Чем меньше диаметр канала, тем большую теплообменную поверхность можно сконцентрировать в единице объема. Применительно к холодильной технике созданы миниканальные конденсаторы с воздушным охлаждением. Ими комплектуются холодильные агрегаты и кондиционеры относительно небольшой производительности. При этом улучшаются технические характеристики агрегатов, сокращается объем заправки хладагента в систему.
Для создания миниканальных испарителей требуется решение ряда технических проблем. Ключевые слова: холодильная техника, миниканальные теплообменники, конденсатор, испаритель, хладагент.
Minichannel heat exchangers in refrigerating equipment
D.Sc. prof. Baranenko A.V. baranenko@mail.ifmo.ru D.Sc., prof. Tsvetkov O.B.
Ph.D. Laptev Yu.A. max-iar@ gunipt.spb.ru
University ITMO 191002, Russia, St. Petersburg, Lomonosov str., 9
Ph.D. Hovalyg D.M. khovalyg.d@gmail.com
University of Illinois at Urbana-Champaing, USA
Data on the evolutionary development of heatexchange devices which allowed to increase significantly their specific efficiency are presented in article. It is shown that in heatexchange devices in the last decades the microchannel technologies allowing to create compact devices are widely applied. The diameter of the channel is less, the big heatexchange surface can be concentrated in unit of volume. In relation to refrigerating equipment minichannel condensers with air cooling are created. They complete refrigerating units and conditioners of rather small productivity. Thus technical characteristics of units improve, the volume of gas station of coolant in system is reduced.
Creation of minichannel evaporators requires the solution of a number of technical problems. Keywords: refrigerating equipment, minichannel heat exchangers, condenser, evaporator, coolant.
1
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование»
№ 3, 2014
Интенсивность теплообмена между средами в различных технических системах во многом определяет их эффективность. За период становления промышленности теплообменные аппараты претерпели существенное эволюционное развитие. Теплосъем с единицы объема или массы аппарата постоянно возрастает. Например, в кожухотрубных испарителях холодильных систем теплосъем с единицы массы медных теплообменных труб с 1960-70 гг. по 2000-2010 гг. увеличился почти на порядок [1], рис. 1.
Этот результат достигнут вследствие применения труб меньшей толщины и различных конструктивных решений.
Дальнейшим шагом существенного повышения эффективности теплообменных устройств явилось применение в них миниканальных технологий [2,3,4,5].
Научные исследования, проводимые в данной области в предшествующие 20-25 лет, значительно активизировались в последние годы, о чем свидетельствуют изданные монографии и увеличивающееся число публикаций в научно-технических журналах [6,7,8,9,10].
Рис.1. Повышение эффективности кожухотрубных испарителей холодильных машин с медными трубами [1]
Минимизация размера канала позволяет сконцентрировать в единице объема аппарата большую площадь теплообменной поверхности. Она может достигать чрезвычайно больших значений. Эта величина находится в степенной зависимости от размера канала с показателем степени k меньше нуля [11], рис. 2.
= ƒ(dr k