【技术】R290空调换热器，换上小管径铜管后性能如何？
在成本与环保的双重压力下，小管径在制冷系统越来越具有市场优势。缩小铜管管径不仅可以减小换热器体积，使换热器结构更紧凑，还可减少制冷剂的充注量，使 R290等具有易燃特性但环境友好的制冷剂得到广泛应用。今天，我们就通过技术研究来看一看，如果把制冷剂为R22的7 mm管径两回路翅片管蒸发器进行改进，改为制冷剂为 R290，管径为 5 mm 的小管径换热器，会发生什么变化？
R290制冷剂为环境友好型制冷剂，如表1所示。然而，R290 的易燃特性使得其使用受到限制，小管径翅片管换热器可减少R290 充注量并降低其安全隐患。
本文对某品牌制冷剂为R22的7 mm管径两回路翅片管蒸发器进行改进，改为制冷剂为 R290，管径为 5 mm 的小管径换热器，制冷剂与换热器进风为逆交叉换热。仿真所用软件为美国 NIST 的 Domanski 设计的EVAP-COND。原蒸发器结构及仿真条件如表 2 所示。
管径减小会引起换热器内管路压降的急剧增大，压降的增加意味着机械能损失的增加，显然对于已经选定的压缩机来说不能使系统的压降增加；故改进后的小管径翅片管换热器需重新设计分路数，计算得5 mm 管径翅片管蒸发器的分路数增加至 5 使得 5 mm 管路压降不大于 7mm 时的管路压降。如表 3 所示。
本文设计的三种流路布置方案（见图 1），利用仿真软件分析不同流路布置对 5 mm 小管径翅片管蒸发器换热性能的影响，并将结果与 7 mm 蒸发器进行比较。铜管管径由 7 mm 缩小为 5 mm，一方面使得空气侧与换热器换热面积减小，另一方面管径缩小，管后尾部绕流区明显减小使得传热能力减弱。故通过减小管间距、排间距、翅片间距，增加换热管数量、管长等来保证换热效果。改变量如表 4 所示。
图 2~图 5 为 7 mm 管蒸发器与 5 mm 小管径蒸发器 3 种方案的换热性能比较，图 2 为制冷剂测压降、图 3 为换热量与制冷机流量、图 4 为制冷剂测传热系数、图 5 为铜和铝的使用量。
由图 2 可以看出改进后的5 mm 管蒸发器的三种流路布置方式的压降均<7 mm 管压降，符合改进要求。其中方案 1 压降最小，为原蒸发器管路压降的46.9%；方案 3 压降最大，为原蒸发器管路压降的58.4%，表 5 为三种方案压力降的具体数值。
图 3 为换热量与制冷剂流量随不同方案的变化曲线，由曲线可以看出，经改进后的小管径换热器三种方案的换热量均高出 7 mm 蒸发器，其中第三种方案的换热量最大，换热量高出 7 mm 管 34.10%。由图 3 可以看出，三种方案的制冷剂流量都远低于 7 mm 蒸发器。结合图 1 三种流向布置形式，方案三制冷剂流向高进低出，没有重力影响，所以换热效果最佳。
图 4 为制冷剂侧传热系数变化曲线，结合图 3的换热量曲线，两者趋势近似一致，方案 3 的制冷剂侧传热系数高出 7 mm 蒸发器约 24.2%。
当前，铜价上升使得常规换热器造价升高，降低换热器的铜使用量是空调行业发展的必然趋势。随着加工工艺的提高，小管径换热器得到了广泛的应用，小管径（铜管直径≤5 mm）换热器优势突出且正在逐渐取代 7 mm 和 9.52 mm 等较大管径换热器。
小管径翅片管换热器因管径缩小，故铜管铜材、翅片铝材的用量均会减少。本文中 5 mm 管的三种方案仅流路布置不同，其金属用材量相等。
结合表 2 和表 3 两种管径和翅片的基本尺寸计算铜和铝的使用量，由图 5 可知，小管径翅片管蒸发器的铜、铝用量相比 7 mm 管减少 28.6%、30%，可见小管径蒸发器在节约制作成本上优势明显。综上比较，方案 3 的传热系数最大，换热量最大，制冷剂流量最小，为最佳的流路布置方式，表 6 为第三种方案的 5 mm 蒸发器与 7 mm 换热器的对比。