集气管对蒸发器性能影响研究
1 引言
屋顶式空调机是一种单元整体式，安装于室外或屋顶上的大中型空调设备。其冷却方式为直接蒸发，送出来的是冷（热）风（如冷暖两用热泵机型）。屋顶机是型机组，不需复杂的系统，安装相对简便，但在热泵系统中,直接蒸发供液的紧凑式空气冷却器,功率在约5kW以上时,必须采用多路盘管并联的形式,以达到最佳的换热效果,保持最佳的制冷剂流速,并把压力降限制在一定的范围内。一方面要求管内制冷剂有一定的流速,以达到设定的换热系数；另一方面要求蒸发器表面均匀结霜,以保持换热系数的均匀[1]。作为目前提高热泵系统能效比的关键，蒸发器的换热一直是一个重点。
2 影响蒸发器结霜的三个因素
2.1 分液器的工作性能对系统的影响
在任何负荷情况下,分液器都应向蒸发器提供精确的制冷剂供给,保证各路盘管内流入等量的液体。分配性能好的分液器,可以使蒸发器均匀换热,维持较小的温差,而分配性能较差的分液器,常常造成分液器至蒸发器上的不均匀结霜,换热温差增大。
性能好的分液器,可以在工况变化时仍保证蒸发器换热面积的有效利用,提高制冷机的经济性。而性能较差的分液器,达不到均匀分液的效果,会造成蒸发器换热量减小,误动作,还会造成蒸发器不均匀的结霜,影响系统性能。因为从出来的制冷剂气液两相流，通常为气泡流或团状流的流型,经过分液器等量地分配到各路盘管中去。翅片分路数的减少会使得每个分路的制冷剂流量增加，因此制冷剂流速增加，换热加强；另外，分路数减少使得翅片管长度加长，使得蒸发面积增加，蒸发温度相应较高，所以换热性能更好。当然必须考虑制冷剂在管内的阻力来确定翅片的分路数。
2.2 风速（风量）对结霜的影响
风机风量对结霜的影响，同时也表现为风速对结霜的影响。风速较高，一方面能强化空气侧的换热，另一方面由于风量较大，空气的温降较小，蒸发温度相应较高，翅片表面温度较高，因此对抑止结霜有利。另外，由于风速能够吹走刚在翅片表面形成的冰晶，对换热和防止结霜都有利。
2.3 翅片间距对结霜的影响
翅片间距小，翅片数增加，因而换热器的换热面积增加。但翅片间距小会使空气阻力加大，因此风量减少，风速也相应减少。由于翅片间距小的换热器，蒸发面积相对较大，因此在开始运行时，蒸发温度较高，翅片表面温度也较高，虽然结霜量也相对较少，但结霜对间距较小的换热器的影响就相应较大，所以，在结霜过程中，蒸发温度的下降，翅片表面温度的下降也就比翅片间距较大的快，供热量的下降也更快。
分液器是保证液态制冷剂能够均匀地分配给各路肋管的主要部件。由于来自的制冷剂是湿蒸气，当安装不当时，将会导致某些肋管通过的气态制冷剂少，这种不均匀性会影响传热效果，分液器的作用是解决分液不均的问题。当制冷剂在各个蒸发管束中的阻力损失不相同，不能保证各路的供液量均匀了。此时，集气管对阻力影响具有一定的作用。
3. 实验研究
在同样的工况和迎面风速下，对蒸发器的集气管进行了三个方案测试，发现蒸发器的分液情况呈现规律性，将数据进行归纳，研究集液管对蒸发器性能的影响。图1分别为三次方案的结构图：
直接蒸发式空气冷却器由8排肋管组成，管材采用直径为9.52mm的铜管，外套连续整体铝片。铝片为波纹型，片厚0.3mm，片间距为2.1mm。分为4个系统，温度测量采用热电偶布置在每路9.52mm的铜管出口,实验结果如图2、3。
1T型集气管 2 L型集气管 3 Q型集气管
图1 集气管的三种形状
图2 系统1不同集气管温度变化情况
图3 系统2不同集气管温度变化情况
图4 系统3不同集气管温度变化情况
图5 系统4不同集气管温度变化情况
图6 系统1不同长度集气管温度变化情况
图7 系统2不同长度集气管温度变化情况
图8 系统3不同长度集气管温度变化情况
图9 系统4不同长度集气管温度变化情况
4. 实验结果分析及结论
蒸发器分液情况，随集气管形式不同，呈现不同的分液情况，由4个子系统数据反映出同样的集气管呈现同样的分液规律：第一种T型集气管时，最低温度点在第5、6路；第二种L型集气管时，最低温度点在第7、8路；如果要提高直接蒸发机组的能效，设计一个良好的集气管来充分利用蒸发器的面积也是很重要的。
参考文献
1高原，田怀璋，袁秀玲. 分液器的结构型式及其在制冷系统中的应用. 低温与超导 Vo l. 29 No. 1 2001
2 郑钢. 基于结构参数的热泵系统变工况性能预测上海：上海交通大学2002
3 蒋能照等. 空调用热泵技术及应用. 北京：机械工业出版社，1997
作者简介：王志毅：（1970－）， 男，博士，企业博士后。
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