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中小型商用制冷設備：壓縮機、換熱器、制冷劑替代優化
閱讀：1479 發布時間：2022-9-24中小型商用制冷設備廣泛應用于超市、便利店、飯店等場所，包括制冷陳列柜、冷柜、廚房冰箱、飲料柜、酒柜、自動售賣機、冰淇淋柜及商用制冰機等。
中小型商用制冷設備的技術發展趨勢主要包括３個方面：一是減少用冷需求，增強設備絕熱性能；二是制冷系統的優化，如循環流路的改進、系統部件的性能優化及新型制冷劑的應用等；三是智能化管理系統的應用。本文，我們將來分享提高制冷系統性能的一些技術手段。主要包括：蒸氣壓縮制冷系統循環改進、重要部件性能優化、新型制冷劑替代。
1、壓縮機效率提升
中小型商用制冷設備主要采用全封閉活塞式壓縮機、轉子壓縮機和渦旋式壓縮機。目前，全封閉活塞式壓縮機占95%以上，但是轉子式壓縮機保持快速增長趨勢，搶占全封閉活塞式壓縮機和渦旋式壓縮機的市場。中小型商用制冷設備用壓縮機的發展趨勢如下：
１）緊湊化、輕量化，可降低材料成本，節約空間；
２）變頻化，具有溫度控制精度高、能量調節范圍大、部分負荷效率較高等優點；
３）制冷劑替代對壓縮機的研究、設計和制造提出了許多新的要求，如為減少制冷劑泄漏而提高壓縮機的密封性和可靠性等；
４）多物理場耦合仿真、液冷替代風冷消除通風噪聲及高速低噪聲軸承技術是壓縮機低噪聲化的主要研究方向。
2、換熱器強化傳熱
換熱器的強化傳熱一直是熱門的研究方向，通過強化傳熱減少不可逆損失。從原理來說有增大傳熱積、增大傳熱溫差、提高傳熱系數３類強化傳熱技術。中小型商用制冷設備兩器（蒸發器和冷凝器）如下圖所示。
2.1翅片管式換熱器翅片
管式換熱器是應用Z為廣泛的換熱器，具有結構緊湊、質量輕、成本低等特點。空氣側熱阻占主導，為總熱阻的85%以上。利用翅片強化換熱的機制主要包括２個方面：
①特殊的翅片通道，如波紋片通道，因其內部會產生邊界層分離現象而導致混合作用；
② 在翅片通道內會產生邊界層的重復生長與尾流破壞。常用的翅片型式有平片、波紋片、百葉窗片、鋸齒片和打孔片。
2.2微通道換熱器
微通道換熱器具有結構緊湊、質量輕、換熱效率高、成本低等特點，近年來在中小型商用制冷領域得到了較快發展。對翅片管式冷凝器的飲料柜和微通道冷凝器的飲料柜進行性能試驗，結果表明：用微通道換熱器作為飲料柜的冷凝器具有高效、減少制冷劑充注量、成本低等優點。微通道換熱器在中小型商用制冷領域的優化方向：
１）研究翅片型式及其參數，如開窗角度、片間距等與流量、壓降、空氣側氣流組織及風機功耗間的關系；
２）換熱器的集流管的布置方向，水平、垂直或是傾斜；
３）扁管的寬度及其內部開孔的型式和數目，對換熱性能和制冷劑充注量影響較大，針對不同的需求，對扁管的結構進行優化設計；
４）流路優化是重要影響因素；
５）特殊結構集流管的設計使得微通道換熱器做蒸發器時，制冷劑分配較為均勻，換熱性能得以改善。
3、制冷劑替代
3.1 R290的推廣
碳氫化合物制冷劑丙烷（R290）因具有無氟、低碳、天然、高效、價格低等諸多優勢，可用于中小型商用制冷領域。產業在線監測數據顯示，2018年 R290在中小型商用制冷設備中的應用在30%左右。
如在立式冷柜中應用R290替代R404A，換熱器的內容積比原型機小40%，開機周期功率和開停機周期功率分別降低2.7%和0.6%，并且工況下的制冷劑充注量低于原型機30%。
在商用冷柜中，與原R134a系統相比，制冷溫度下降１℃，耗電量減少約10%。此外，制冷劑充注量降低可減少冷凝器耗材。然而，R290的可燃性限制了其在行業內的推廣使用，這也是下一步需要重點解決的問題。
3.2 co2的使用
co2具有良好的低溫流動特性和換熱特性，co2制冷系統可用于超市食品的保鮮儲藏和低溫冷凍保存。在歐美和日本，co2在商業和超市制冷系統的使用處于地位。
在我國，2008年北京會期間，A公司曾為可口可樂生產數千臺co2冷柜；B公司于2011年研發了co2商用制冷陳列柜和制冷機組產品，并通過試驗研究發現在環境溫度低于20℃時，co2商用制冷陳列柜比傳統產品的能效提高16%。受運行壓力的限制，co2在中小型商用制冷領域的推廣應用，給系統及部件的設計帶來許多新的挑戰。
翅片成型機，脹管機，翅片沖床
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