Vnitřně drážkovaná měděná trubka - Internally grooved copper tube

Vnitřně drážkované měděné trubky „Mikrofinové trubice“ jsou také technologie cívek s malým průměrem pro moderní klimatizační a chladicí systémy. Drážkované cívky umožňují vyšší účinnost přenos tepla než hladké cívky.[1][2] Cívky s malým průměrem mají lepší rychlost přenosu tepla než konvenční kondenzátor a výparník cívky s kulatými měděnými trubkami a hliníkovým nebo měděným žebrem, které jsou standardem v HVAC průmysl po mnoho let. Cívky s malým průměrem vydrží vyšší tlaky požadované novou generací ekologicky šetrnějších chladiv. Mají nižší náklady na materiál, protože vyžadují méně chladiva, žeber a cívek. A umožňují konstrukci menších a lehčích vysoce účinných klimatizací a ledniček, protože spirály výparníků a kondenzátorů jsou menší a lehčí.

Mezi výkonnostní výhody mědi jako materiálu pro přenos tepla patří její vysoké vlastnosti výměny tepla, dlouhodobá životnost, odolnost proti korozi, nízké náklady na údržbu a antimikrobiální vlastnosti.

Díky technologii MicroGroove je přenos tepla vylepšen drážkováním vnitřního povrchu trubky. Tím se zvyšuje poměr povrchu k objemu, míchá se chladivo, a homogenizuje teploty chladiva v trubici.[3][4][5][6]

Trubky s technologií MicroGroove mohou být vyrobeny z mědi nebo hliníku. Měděná žebra jsou atraktivní alternativou k hliníku díky lepší korozní odolnosti mědi a jejím antimikrobiálním výhodám.[7][8][9][10][11]

Design

Chcete-li v klimatizačních zařízeních používat menší trubky než trubky běžných rozměrů, je nutné přepracovat tepelné výměníky. To zahrnuje přepracování obvodů žeber a trubek.[12] Optimalizace designu vyžaduje použití výpočetní dynamiky tekutin k analýze proudění vzduchu kolem trubek a žeber, jakož i počítačové simulace toku chladiva a teplot uvnitř trubek. To je důležité, protože celkový součinitel prostupu tepla cívkou je funkcí proudění z chladivo uvnitř trubice ke stěně trubice, vedení skrz stěnu trubice a rozptýlení přes žebra.[13][14][15]

Technické aspekty pro použití Microgroove zahrnují:

  1. Stanovení nejlepšího poměru příčného stoupání trubky k podélnému stoupání trubky pomocí analýzy účinnosti žeber.[16]
  2. Optimalizace příčného a podélného stoupání trubky pomocí analýzy výkonu a nákladů na materiál.[16]
  3. Optimalizace vzoru žeber porovnáním výkonu žeber s různými vzory prostřednictvím simulací založených na výpočetní dynamice tekutin.[16]
  4. Testování výkonu výměníků tepla s trubkami menšího průměru.[16]
  5. Vývoj empirických rovnic pro predikci výkonu tepelných výměníků s trubkami menšího průměru.[16]

Publikované experimenty týkající se výkonu cívky MicroGroove a energetické účinnosti berou v úvahu účinky rozteče a konstrukce žeber, průměru trubek a obvodů trubek.[17] Trubkové obvody se podstatně liší od konvenčních cívek. Cívky by měly být optimalizovány s ohledem na počet cest mezi vstupním a výstupním potrubím. Trubky s menším průměrem obvykle vyžadují více cest kratších délek. Publikovaný výzkum obvodů trubek[18] a žebrové provedení pro tepelné výměníky vyrobené s trubkami 4 mm[19] jsou dostupné.

Výzkum redesignu výměníku tepla s trubkami o průměru 5 mm prokázal o 5% větší kapacitu výměny tepla než výměník tepla stejné velikosti s trubkami o průměru 7 mm. Také náplň chladiva u trubek o průměru 5 mm byla menší než u trubek o průměru 7 mm.[20] V Číně vyrábějí Chigo, Gree a Kelon klimatizační zařízení s cívkami, které mají trubky o průměru 5 mm.[21]

Pro použití s ​​měděnými trubkami o malém průměru byla vyvinuta celá řada žeber. Byly vyhodnoceny a porovnány výkony štěrbinových a žaluziových žeber v závislosti na různých rozměrech žeber. K optimalizaci výkonu ploutví byly použity simulace.[22]

Chladiva

Postupné vyřazování CFC a HCFC chladiva (např. HCFC-22, také známý jako R22 ) kvůli globální oteplování obavy pomohly urychlit inovace v chladicích technologiích.[23][24] Přírodní chladiva jako např oxid uhličitý (R744 ) a propan (R290 ), stejně jako R-410A, se staly atraktivní náhradou za klimatizace a chlazení aplikace.

Ke kondenzaci těchto nových ekologicky šetrných chladiv jsou obvykle zapotřebí vyšší tlaky ve srovnání s těmi, které jsou postupně vyřazovány. Měděné trubky malého průměru jsou vhodnější pro aplikace s vyššími tlaky. U trubek stejné tloušťky mohou trubky s menším průměrem odolat vyšším tlakům než trubky s větším průměrem.[3][4][5][6][25] Proto, jak se zmenšují průměry trubek, zvyšují se tlaky při roztržení. Je to proto, že pracovní tlak je přímo úměrný tloušťce stěny a nepřímo úměrný průměru. Navrhováním cívek s kratšími délkami trubek je potřeba méně práce s cirkulací chladiva. Proto je možné vyrovnat faktory poklesu tlaku chladiva v důsledku trubek s malým průměrem.

V moderní technologii se používají chladiva na bázi oxidu uhličitého (R744) prodejní automaty, chlazené supermarket vitríny, kluziště a další nově vznikající aplikace.[26][27] Měděné trubky Microgroove s menším průměrem mají sílu odolat velmi vysokému plynovému chladiči a roztržení R744 a zároveň umožňuje nižší celkový objem chladiva.[28]

Propan (R290 ) je ekologické chladivo s vynikajícím termodynamické vlastnosti.[29][26] Požadavky na tlak pro R290 jsou mnohem menší než pro oxid uhličitý, ale R290 je extrémně hořlavý. Výzkum prokázal, že MicroGroove je vhodný pro pokojové klimatizační jednotky s náplní R290, protože u měděných trubek s menším průměrem se dramaticky snižuje požadavek na náplň chladiva. Dramaticky se také snižuje riziko výbuchu trubice.[30][31] Výzkum prováděný s propan v MicroGroove má důsledky pro výměníky tepla používané v ledničky, tepelná čerpadla a komerční klimatizace systémy.[32]

Úspora hmotnosti

V konstrukční studii funkčně ekvivalentního 5 kW HVAC tepelné výměníky, materiály trubek ve svitcích vážily 3,09 kg pro trubku o průměru 9,52 mm, 2,12 kg pro trubku o průměru 7 mm a 1,67 kg pro trubku o průměru 5 mm. Hmotnost trubek byla snížena o 31%, když byly průměry měděných trubek zmenšeny z 3/8 palce na 7 mm. Hmotnost trubek byla snížena o 46%, když byly průměry měděných trubek zmenšeny z 3/8 palce na 5 mm. Hmotnost cívkových materiálů ve svitcích byla 3,55 kg pro svitky 9,52 mm, 2,61 kg pro svitky 7 mm a 1,55 kg pro svitky 5 mm.[3][4][5][6][33]

Antimikrobiální

Měď je antimikrobiální materiál. Biologický nános lze omezit měděnými cívkami. To pomáhá udržovat vysokou úroveň energetické účinnosti po delší dobu a předchází jejímu poklesu v průběhu času.

Použití měděných cívek k zabránění růstu houby a bakterie představuje nedávný vývoj v oblasti inovativních klimatizačních a chladicích produktů. OEM společnosti, jako je Chigo v Číně a Hydronic ve Francii, nyní vyrábějí celoměděné antimikrobiální klimatizační systémy pro zlepšení kvality vnitřního ovzduší.[24]

Materiály

Cesty chladiva s menším průměrem lze realizovat také pomocí extrudovaných hliníkových trubek. Ty byly navrženy s několika mikrokanály v jedné ploché trubičce. Technologie hliníkového mikrokanálu nabízí oproti konvenční měděné-hliníkové kruhové trubkové vinuté cívce významné výhody, včetně zlepšeného přenosu tepla a snížené náplně chladiva.[34]Měděný MicroGroove však nabízí vyšší účinnost přenosu tepla než hliníkové mikrokanálové trubky a umožňuje menší objemy chladiva, protože konce trubek MicroGroove jsou spojeny spíše malými U-klouby než velkými sběrači.[35]

Výrobní

Měděné trubky se často vyrábějí procesem lití a válcování. Měď ingoty jsou odlévány do mateřských zkumavek a tyto zkumavky jsou poté taženy do konečného tvaru, žíhaný a vylepšené vnitřní povrchovou strukturou pro zlepšení výkonu při přenosu tepla. Výroba měděných trubek malého průměru vyžaduje k dosažení průměrů trubek 5 mm pouze přidání jednoho nebo dvou dalších tažných průchodů.[36][37]

Stávající klimatizační cívky vyrobené z kulatých měděných trubek a hliníkových žeber (CTAF cívky) jsou obvykle mechanicky sestaveny pomocí expanze trubek.[37][25]

Zařízení používané při výrobě produktů Microgroove rozšiřuje trubky po obvodu (tj. Obvod trubky se zvětšuje beze změny délky). Toto „nesrážení“ rozšíření umožňuje lepší kontrolu délek trubek při přípravě na následné montážní operace. Trubky jsou vloženy nebo zašněrovány do otvorů v hromádce přesně rozmístěných žeber. Do trubek jsou vloženy expandéry a průměry trubek se mírně zvětšují, dokud není dosaženo mechanického kontaktu mezi trubkami a žebry. Vysoká tažnost mědi umožňuje tento proces provádět přesně a přesně. Cívky výměníku tepla vyrobené tímto způsobem mají vynikající trvanlivost a vlastnosti přenosu tepla.[38][39]

Projekt trubek s malým průměrem v Číně zahrnuje výrobce, kteří společně tvoří více než 80 procent HVAC výroba přibližně 75 milionů kusů. Několik OEM v Severní Americe uvádějí na trh rezidenční klimatizační produkty s měděnými trubkami.[25] OEM klimatizačních zařízení, včetně klimatizace Guangdong Chigo,[40] Chladicí výzkumný ústav skupiny pro chlazení spotřebičů v Guangdongu Midea,[41] a Shanghai Golden Dragon Refrigeration Technology Co., Ltd.[42] popsali výhody měděných trubek malého průměru ve srovnání se standardem pro různé konstrukce a průměry. K dispozici jsou také cívky ACR od výrobců originálních zařízení (OEM) Gree, Haier, Midea, Chigo a HiSense Kelon.[43]

Viz také

Měď ve výměnících tepla

Další čtení

Porovnání optimalizovaných střídavých cívek pomocí měděných a hliníkových mikrokanálových trubek s malým průměrem na základě simulace, John Hipchen, Robert Weed, Ming Zhang, Dennis Nasuta (2012). Čtrnáctá mezinárodní konference o chlazení a klimatizaci; Červenec 2012; (Purdue)

Reference

  1. ^ Cotton, Nigel (2012). „TECHNOLOGIE COOL: Malé měděné trubky mají velký vliv na účinnost klimatizace,“ Konstrukce stroje, 23. srpna; http://machinedesign.com/news/cool-technology-small-copper-tubes-make-big-impact-air-conditioner-efficiency/
  2. ^ Weed, Robert and Hipchen, John (2011). „Výhody měděných trubek se sníženým průměrem ve výparnících a kondenzátorech,“ výroční konference ASHRAE, Montreal, Quebec, Kanada, 25. – 29. Června; http://www.thefreelibrary.com/Výhody+redukovaných+průměrů + měď + trubky + v + výparnících + a ...-a0272754902
  3. ^ A b C Cotton, Nigel (2013). Budování lepších spotřebičů s měděnými trubkami menšího průměru, Mezinárodní výroba spotřebičů, 23. října; http://www.appliancedesign.com/articles/93807-building-better-appliances-with-smaller-diameter-copper-tubes
  4. ^ A b C Hipchen, John (2010). „Malé trubky z mědi v aplikacích ACR,“ představil webinář Zprávy ACHR a design zařízení.
  5. ^ A b C Ding, Guoliang et. al (2010). „Kondenzační přenos tepla charakteristický pro směs oleje R410A uvnitř hladkých měděných trubek s malým průměrem,“ Konference ASME-ATI-UIT o tepelných a environmentálních problémech v energetických systémech, Sorrento, Itálie, květen 2010.
  6. ^ A b C Ding, Guoliang et. al (2010). „Dvoufázové charakteristiky přenosu tepla kondenzace směsi oleje s olejem R410A uvnitř měděných trubek s malým průměrem z mikrofinů,“ Konference o tepelných a environmentálních problémech v energetických systémech, Sorrento, Itálie, květen 2010.
  7. ^ „Objevování úžasného světa antimikrobiálních cívek“. Novinky v oblasti klimatizace a chlazení. 29 (13): 34. 2013.
  8. ^ Weaver, L; Michels, HT; Keevil, CW (leden 2010). „Potenciál k zabránění šíření hub v klimatizačních systémech konstruovaných s použitím mědi místo hliníku“. Lett. Appl. Microbiol. 50 (1): 18–23. doi:10.1111 / j.1472-765X.2009.02753.x. PMID  19943884.
  9. ^ Schmidt, Michael G .; et al. (2012). „Charakterizace a řízení mikrobiální komunity přidružené k měděným nebo hliníkovým výměníkům tepla systémů HVAC“. Současná mikrobiologie. 65 (2): 141–149. doi:10.1007 / s00284-012-0137-0. PMC  3378845. PMID  22569892.
  10. ^ Longo, G. A .; Mancin, S .; Righetti, G .; Zilio, C. (2017). „Průtok R245fa ve varné trubce o průměru 4,2 mm ID. Journal of Physics: Conference Series. 923 (1): 012016. Bibcode:2017JPhCS.923a2016L. doi:10.1088/1742-6596/923/1/012016.
  11. ^ Longo, Giovanni A .; Mancin, Simone; Righetti, Giulia; Zilio, Claudio; Doretti, Luca (2017). „Nasycený tok R134a vroucí uvnitř mikrofinální trubice o vnitřním průměru 4,3 mm“ (PDF). Věda a technologie pro zastavěné prostředí. 23 (6): 933–945. doi:10.1080/23744731.2017.1300012.
  12. ^ Princip konstrukce fin-a-trubkový výměník tepla s menšími trubkami pro klimatizaci Wei Wu, Guoliang Ding, Yongxin Zheng, Yifeng Gao, Ji Song; Mezinárodní konference o chlazení a klimatizaci v Purdue, 16. – 19. Července 2012http://www.conftool.com/2012Purdue/index.php?page=browseSessions&abstracts=show&mode=list&search=2223
  13. ^ Ding, G.L., Ren, T., Zheng, Y.X. a Gao, Y.F. (2011). Metoda návrhu založená na simulaci pro pokojovou klimatizaci s měděnými trubkami menšího průměru, 23. mezinárodní kongres chlazení IIR; Praha, Česká republika; Červenec; Papír 2232.
  14. ^ Wu, W., Ding, G.L., Zheng, Y.X., Gao, Y.F. a Song, J. (2012). Princip konstrukce tepelného výměníku s trubkami s trubkami menšího průměru pro klimatizaci; 14. mezinárodní konference o chlazení a klimatizaci, Purdue Conferences, West Lafayette, Indiana; Červenec; Papír 1217; https://docs.lib.purdue.edu/iracc/1217/
  15. ^ Cotton, Nigel and Zheng, Wenson (2012). Projektování pro efektivní přenos tepla; Design spotřebiče, Červenec; http://www.appliancedesign.com/articles/93186-designing-for-efficient-heat-transfer
  16. ^ A b C d E Nový výzkum podtrhuje osvědčené postupy při navrhování cívek; Zpravodaj Microgroove ™ Update: Volume 2, Issue 3, June 2012; http://www.microgroove.net/sites/default/files/microgroove_nl_june2012b.pdf
  17. ^ G.L. Ding a kol. (YEAR), 23. IIR International Congress of Refrigeration, Praha, 23. – 26. Srpna.
  18. ^ Wei-kun Ding a kol. (Xi’an a ICA) „Vývoj trubkového výměníku tepla s malým průměrem: návrh obvodu a simulace výkonu“, představený na konferenci o tepelných a environmentálních problémech v energetických systémech, Sorrento, Itálie, květen 2010 (CTEI-ES 2010)
  19. ^ Ju-fang Fan a kol .; „Vývoj trubkového výměníku o malém průměru: Výzkum konstrukce a výkonu,“ představený na CTEI-ES 2010
  20. ^ Princip konstrukce žebrovaného výměníku tepla s menšími trubkami pro klimatizaci; Wei Wu, Guoliang Ding, Yongxin Zheng, Yifeng Gao, Ji Song; Mezinárodní konference o chlazení a klimatizaci v Purdue, 16. – 19. Července 2012; http://www.conftool.com/2012Purdue/index.php?page=browseSessions&abstracts=show&mode=list&search=2223
  21. ^ Cool Technology: Malé měděné trubky mají velký vliv na účinnost klimatizace; MachineDesign.com; 23. srpna 2012; http://machinedesign.com/article/cool-technology-small-copper-tubes-make-a-big-impact-on-air-conditioner-efficiency-0823?page=0%2C3
  22. ^ Ju-fang Fan, Wei-kun Ding, Wen-quan Tao, Wenson Zheng, Frank Gao a Kerry Song; Vývoj trubkového výměníku tepla o malém průměru: návrh žeber a výzkum výkonu.
  23. ^ Shabtay, Yoram, Black, J. a Kraft, Frank (2014). Nové měděné výměníky tepla pro alternativní chladiva, Patnáctá mezinárodní konference o chlazení a klimatizaci; Konference Purdue ve West Lafayette v Indianě; Papír 1532; https://docs.lib.purdue.edu/iracc/1532/
  24. ^ A b Zpravodaj Microgroove ™ Update: Svazek 2, vydání 1, leden 2012: http://www.microgroove.net/sites/default/files/4600_microgroove_nl_jan2012_2.pdf
  25. ^ A b C Často kladené dotazy: Třicet otázek s odpověďmi na ekonomické, ekologické měděné trubky pro aplikace klimatizací; http://www.microgroove.net/sites/default/files/overview-ica-questions-and-answers-qa30.pdf
  26. ^ A b Zpravodaj Microgroove ™ Update: Svazek 1, 3. vydání, prosinec 2011: http://www.microgroove.net/sites/default/files/4473_ica_microgroove_nl_final.pdf
  27. ^ Filippini S., Merlo U. (2011). Vzduchem chlazené výměníky tepla pro chladicí cykly CO2; 23. mezinárodní kongres chlazení IIR; Praha, Česká republika; Červenec; Papír 2232.
  28. ^ „Natural Refrigerant CO2“, příručka vydaná Walterem Reulensem, ATMOsphere 2009. Kompresory jsou popsány v části 8.1 (str. 348-382) a tepelné výměníky jsou popsány v sekci 8.2 (str. 383-410) příručky, která je k dispozici online zdarma ve formátu PDF zde: www.atmosphere2009.com/files/NaReCO2-handbook-2009.pdf
  29. ^ Ding, Guoliang et. al, (2012). Vývoj pokojové klimatizace R290 s nízkým nábojem pomocí měděných trubek s menším průměrem, 10. konference IIR Gustava Lorentzena o přírodních chladivech; Delft, Nizozemsko; Papír 183
  30. ^ „Princip navrhování trubkového výměníku tepla s trubkami s menším průměrem pro klimatizaci“ Wei Wu, Guoliang Ding, Yongxin Zheng, Yifeng Gao a Ji Song, Čtrnáctá mezinárodní konference o chlazení a klimatizaci, Purdue University, červenec 2012; http://www.conftool.com/2012Purdue/index.php?page=browseSessions&abstracts=show&mode=list&search=2223
  31. ^ Přečtěte si také: „Vývoj pokojové klimatizace R290 s nízkým nábojem pomocí měděných trubek s menším průměrem“ od Guoliang Ding, Wei Wu, Tao Ren, Yongxin Zheng, Yifeng Gao, Ji Song, Zhongmin Liu a Shaokai Chen; Desátá konference IIR Gustava Lorentzena o přírodních chladivech, červen 2012 (GLC)
  32. ^ Profesor Guoliang Ding ze Šanghajské univerzity Jiao Tong (SJTU) představuje nový výzkum měděných trubek s menším průměrem na desáté IIR konferenci Gustava Lorentzena o přírodních chladivech; 26. června 2012; http://www.microgroove.net/press/professor-guoliang-ding-shanghai-jiao-tong-university-sjtu-presents-new-research-smaller-diame
  33. ^ Časté dotazy: Třicet otázek s odpověďmi na ekonomické, ekologické měděné trubky pro aplikace kondicionéru vzduchu; http://www.microgroove.net/sites/default/files/overview-ica-questions-and-answers-qa30.pdf
  34. ^ Otázky a odpovědi: Mikrokanálový vzduchem chlazený kondenzátor; Celosvětové chlazení Heatcraft; Dubna 2011; http://www.heatcraftrpd.com/landing/2011/air-cooled-condenser/res/pdfs/H-ACCMCX-QA.pdf
  35. ^ Filippini, S., (2010). Nová geometrie výměníku tepla pro příští generaci kondenzátoru s ultra nízkou náplní chladiva; Konference IIR Druhý seminář o snižování dávky chladiva; Stockholm, Švédsko; Červen.
  36. ^ Cotton, Nigel (2014). Měděné trubky s menším průměrem podporují výrobu a design: Zpráva z konference Purdue 2014; Mezinárodní výroba spotřebičů; Říjen.
  37. ^ A b Shabtay, Yoram and Cotton, Nigel (2015). Trendy v designu a výrobě deskových cívek s kulatými trubkami z měděných trubek s menším průměrem; Mezinárodní výroba spotřebičů; Říjen.
  38. ^ Cotton, Nigel (2013). Budování lepších spotřebičů s měděnými trubkami menšího průměru; Mezinárodní výroba spotřebičů, 23. října ;. http://www.appliancedesign.com/articles/93807-building-better-appliances-with-smaller-diameter-copper-tubes
  39. ^ Shabtay, Yoram and Cotton, Nigel (2015). Trendy v designu a výrobě deskových cívek s kulatými trubkami z měděných trubek s menším průměrem; Mezinárodní výroba spotřebičů, Říjen.
  40. ^ Vy Shunyi a spol. (Guangdong Chigo Air Conditioning Co.) „Aplikace měděných trubek s vnitřním drážkováním s malým průměrem v klimatizačních systémech“, představená na druhém workshopu IIR o snižování dávky chladiva, Stockholm Švédsko, červen 2010 (RCR 2010)
  41. ^ Jia Qingxian et al. „Experimentální výzkum snižování náplně chladiva trubkovým výměníkem 4 mm,“ představený na RCR 2010
  42. ^ Wu Yang a kol. „Analýza výkonu a nákladů a výzkum vzduchem chlazeného výměníku tepla pomocí měděných trubek o malém průměru,“ představen na RCR 2010
  43. ^ China Refrigeration Expo (CR-2011) v čínském Šanghaji; v bulletinu s aktualizací Microgroove ™: Svazek 1, vydání 1, květen 2011: http://www.microgroove.net/sites/default/files/microgroove_nl_issue_1.pdf