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摘要：随着居民消费需求不断升级、中产阶级数量增多，食品保鲜意识不断提高，这些因素促进了我国冷链物流行业逐渐增长，陈列柜、冰激凌柜、厨房冰箱、智能无人售卖柜等冷链物流终端设备需求不断增大。相比家用制冷设备的销量而言，轻型商用制冷设备还处于初步发展阶段，产品存在能耗大、噪音高等问题，如陈列柜的能耗占据了超市总能耗的2/3。本文主要分析轻型商用制冷设备的冷凝器关键技术分析。
关键词：轻型商用设备;冷凝器;性能提升;除尘
引言
在立式陈列柜、卧式冷冻柜等轻型商用制冷设备中，开发高效节能换热器依然是制冷系统节能的主要途径。冷凝器作为制冷系统四大部件之一，在效率和功耗方面都占很大比重。提升冷凝器的换热能力、减少压降一直是制冷技术研究的重点。从“能量守恒”的角度来说，冷凝器散失的热量一部分来自于压缩机消耗的轴功，另一部分来自于蒸发器吸收的热量。因此，冷凝器的性能优化显得十分必要。
1、冷凝器关键技术分析
1.1冷凝器概述
轻型商用制冷设备常用的冷凝器主要有丝管冷凝器、翅片管式冷凝器、旋翅冷凝器和微通道冷凝器。丝管冷凝器是由冷凝管、固定在冷凝管上的散热钢丝和支架组成，冷凝管上设置有与散热钢丝外表面适配的圆弧凹槽，散热钢丝放置在圆弧凹槽中并焊接固定。小型立式展示柜上应用丝管冷凝器较多。翅片管式冷凝器是目前应用最为广泛的换热器型式，它通过在普通的传热管上加装翅片来达到提高传热系数和传热面积的目的。与光管相比，散热翅片与传热管接触面变大，传热能力增强。热量通过紧绕在钢管上翅片传给经过翅片间的空气，达到加热和冷却空气的作用。旋翅冷凝器是一种使用螺旋翅片紧密地缠绕在冷凝管的外表面，与传统丝管冷凝器、翅片管式冷凝器相比，换热效率可以提高30%。微通道冷凝器是由内置微通道的铝制扁管，开窗铝翅片，集流管组成。翅片开窗角度，片间距，集流管的布置方向，扁管内通道数也可根据实际系统配置需要确定。与翅片管式冷凝器相比，微通道冷凝器因其质量较轻，减少制冷剂充注量，高效节能的优点在轻型商用制冷设备中的应用已成为趋势。
1.2风冷冷凝器强化传热
冷凝器的优化是轻型商用制冷设备提升能效、降低不可逆损失的关键，强化传热措施一般通过提高传热温差、拓展传热面积和提高传热系数来实现。翅片管式冷凝器的强化换热一般包括传热面的强化和管内强化。传热面的强化一般通过改变翅片类型和翅片开缝位置实现，翅片型式一般有波纹菱形开缝翅片、波纹片和平直翅片，平直翅片表明温度分布较为均匀，而波纹菱形开缝翅片和波纹片由于流体扰动较大，温度分布不均匀，因此换热性能也优于平直片，波纹菱形开缝翅片的传热效果提高了95～97%。管内强化换热技术一般通过改变传热管结构和制造工艺，例如变螺距内螺纹换热管、小管径换热管，从而提高制冷剂在管内的换热系数。微通道冷凝器在饮料柜上应用广泛，常见的强化换热方式一般有翅片的优化、扁管的通道数和宽度、回路设置和集流管的布置方向。研究表明，不同流路布置方案对冷凝器换热量和制冷剂侧压降影响较大，相同流程不同扁管通道数对换热量影响较小。
2、冷凝器技术分析
2.1常规除尘技术
商用制冷设备的冷凝器使用一定年限后，空气中的灰尘会粘附在冷凝器翅片表面，形成空气侧污垢，影响冷凝器的换热性能，因此，定期对冷凝器进行除尘有助于提高制冷系统的整体性能。冷凝器常规除尘技术主要有静电除尘技术、安装过滤器、优化冷凝器结构和EC电机除尘。静电除尘技术是利用两极之间的高压电场形成电晕进行工作的，在电晕区里的自由带电粒子吸附在颗粒物上使其带电，粉尘与负离子结合带电后，趋向阳极表面放电而沉积;安装过滤器是指在冷凝器前端安装过滤器，在气体吹向换热器表面之前先将气体里面的粉尘颗粒吸附下来;优化冷凝器结构主要是翅片结构设计需要找到换热能力与防积灰之间的平衡以满足换热器高效和长效的要求;EC电机除尘是控制设备控制风扇反转除尘，进入除尘运行后压缩机停止运行，风扇以正常运行时相反的方向旋转，从而实现冷凝器除尘的目的。其中，EC电机除尘是通过控制器定时让风扇自动地为微通道冷凝器进行除尘，不再需要人工进行除尘，节省了人力，同时极大地提高了除尘的效率，在轻型商用制冷设备中应用较多。
2.2翅片
翅片是在换热管周围增加的金属片，可分为内部和外部，用于增加换热管的表面积（外表面积或内表面积），从而提高换热效率。商用空调室外机冷凝器的翅片材料为铝箔，分为亲水性铝箔和非亲水性铝箔。非亲水铝箔仅由铝层和铝组成，成本低但换热性能差。亲水铝箔是对非亲水铝箔的亲水处理，具体来说就是在铝箔表面涂上一层导水膜，这样可以使冷凝水充分延伸，防止冷凝成水滴，加速水的蒸发，从而提高换热性能。此外，还可以避免冷凝水堆积造成的风阻增大和空气受阻产生的噪音，减少冷凝水对铝箔的腐蚀，减少霉菌和灰尘的凝结，减少空调异味。研究表明，如果换热器使用亲水铝箔，制冷效率可提高5%。商用空调室外机冷凝器常见的翅片类型有直翅片、波纹翅片和百叶窗翅片。平翅片的特点：由于表面没有突起，在相同間距下，平翅片的风阻最小，但传热性能不如其他两种翅片。刚度比百叶窗翅片强，但比波纹翅片差。平翅片结霜周期更长，除霜效果更好。波纹翅片的特点：波纹翅片的风阻和传热性能介于直翅片和百叶窗翅片之间，刚性最好。百叶翅片的特点：百叶翅片的传热性能最好，但风阻比其他两种翅片大，所以这种翅片不适合排数较多的冷凝器。由于表面开窗导致翅片的刚性减弱，在加工安装过程中容易出现掉片损坏的现象。设计要点：为了保证换热能力，降低空气通过冷凝器时的风阻，单排换热器可以设计较小的片间距，多排换热器可以设计较大的片间距。冷凝水和霜会堵塞翅片间隙，增加风阻。对于使用环境中冷凝水和霜较多的冷凝器，应选用排水效果较好、不易堵塞的波纹翅片和直翅片，并适当加大片间距。百叶窗翅片结霜周期短，容易被灰尘堵塞，应选择较大的间距。 3、商用顶出风空调室外机的结构特点和冷凝器布局
商用出口空调机组的外部结构大致如下：风扇部件位于机组顶部，叶片为轴向叶片;电源盒位于风扇部件和机箱之间，靠近电源盒前端，通过打开电源盒可以看到，以便于电源盒的调试和电路的维护;压缩机、蒸汽分离器、机油分离器等罐。，位于设备下方并固定在机箱上;冷凝器位于风扇部件和机箱之间，容器周围和机箱周围，尽可能靠近机箱边缘，以优化热回收表面。此布局允许空气进入设备侧，并允许空气通过冷凝器后从设备顶部排出。
4、商用顶出风空调室外机冷凝器的优选设计方案
结合机组性能、成本和工艺，商用顶出式空调室外机冷凝器的优化设计方案为：1）选用波纹翅片，既保证结构强度，又保证换热性能，选用亲水铝箔作为铝箔。2）长U型管采用内螺纹铜管，传热性能更好。3）根据机组的性能要求，排数应为2排和3排。4）结构型式为单风机C型，双风机G型。单风扇是指一个扇叶的单元，双风扇是指两个扇叶的单元。通常，双风扇单元的宽度较宽。虽然G型两个装置部分遮挡了机组正面，但留下的空间足够正常运行维护。而且双风机机组的容量和性能要求更高，G型机组可以实现更大的换热面积，提高机组的换热能力。5）与家用空调机组相比，商用空调机组体积较大，因此侧板厚度通常较厚，材料可根据使用环境自由选择。6）弯头规格应根据长U管内径匹配选择。
结束语
本文阐述了轻型制冷设备的冷凝器应用现状和冷凝器性能提升方案，同时对冷凝器除尘技术进行了验证分析，主要结论如下：1）翅片管式冷凝器、微通道冷凝器是轻型商用制冷设备应用较广泛的换热器，冷凝器强化换热技术主要分管外侧强化和管内强化两方面;成本低、换热效率高是冷凝器的发展趋势;2）微通道冷凝器采用EC电机除尘的方式效果较好，在实际使用中可以推广应用。
参考文献：
[1]劉国强，晏刚，陆宇，等.中小型商用制冷设备的技术现状及发展趋势[J].制冷与空调，2020，20，（7）：9-16.
[2]陈洁璐，蔡姗姗，陈焕新，等.翅片类型对风冷冷凝器空气侧特性影响的分析[J].制冷技术，2017，37（3）：49-52+75.
[3]唐家俊，詹飞龙，胡海涛，等.翅片结构对翅片管换热器积灰与压降影响的实验研究[J].制冷学报，2017，38，（1）：1-7.
[4]张智.空调用冷凝器中的空气流动与传热分析[J].制冷技术，2002，（1）：8-13.
[5]丁国良，吴国明，刘挺.制冷空调换热器的研究进展（一）——小管径翅片管换热器[J].家电科技，2019，（4）：40-45+58.
关键词：轻型商用设备;冷凝器;性能提升;除尘
引言
在立式陈列柜、卧式冷冻柜等轻型商用制冷设备中，开发高效节能换热器依然是制冷系统节能的主要途径。冷凝器作为制冷系统四大部件之一，在效率和功耗方面都占很大比重。提升冷凝器的换热能力、减少压降一直是制冷技术研究的重点。从“能量守恒”的角度来说，冷凝器散失的热量一部分来自于压缩机消耗的轴功，另一部分来自于蒸发器吸收的热量。因此，冷凝器的性能优化显得十分必要。
1、冷凝器关键技术分析
1.1冷凝器概述
轻型商用制冷设备常用的冷凝器主要有丝管冷凝器、翅片管式冷凝器、旋翅冷凝器和微通道冷凝器。丝管冷凝器是由冷凝管、固定在冷凝管上的散热钢丝和支架组成，冷凝管上设置有与散热钢丝外表面适配的圆弧凹槽，散热钢丝放置在圆弧凹槽中并焊接固定。小型立式展示柜上应用丝管冷凝器较多。翅片管式冷凝器是目前应用最为广泛的换热器型式，它通过在普通的传热管上加装翅片来达到提高传热系数和传热面积的目的。与光管相比，散热翅片与传热管接触面变大，传热能力增强。热量通过紧绕在钢管上翅片传给经过翅片间的空气，达到加热和冷却空气的作用。旋翅冷凝器是一种使用螺旋翅片紧密地缠绕在冷凝管的外表面，与传统丝管冷凝器、翅片管式冷凝器相比，换热效率可以提高30%。微通道冷凝器是由内置微通道的铝制扁管，开窗铝翅片，集流管组成。翅片开窗角度，片间距，集流管的布置方向，扁管内通道数也可根据实际系统配置需要确定。与翅片管式冷凝器相比，微通道冷凝器因其质量较轻，减少制冷剂充注量，高效节能的优点在轻型商用制冷设备中的应用已成为趋势。
1.2风冷冷凝器强化传热
冷凝器的优化是轻型商用制冷设备提升能效、降低不可逆损失的关键，强化传热措施一般通过提高传热温差、拓展传热面积和提高传热系数来实现。翅片管式冷凝器的强化换热一般包括传热面的强化和管内强化。传热面的强化一般通过改变翅片类型和翅片开缝位置实现，翅片型式一般有波纹菱形开缝翅片、波纹片和平直翅片，平直翅片表明温度分布较为均匀，而波纹菱形开缝翅片和波纹片由于流体扰动较大，温度分布不均匀，因此换热性能也优于平直片，波纹菱形开缝翅片的传热效果提高了95～97%。管内强化换热技术一般通过改变传热管结构和制造工艺，例如变螺距内螺纹换热管、小管径换热管，从而提高制冷剂在管内的换热系数。微通道冷凝器在饮料柜上应用广泛，常见的强化换热方式一般有翅片的优化、扁管的通道数和宽度、回路设置和集流管的布置方向。研究表明，不同流路布置方案对冷凝器换热量和制冷剂侧压降影响较大，相同流程不同扁管通道数对换热量影响较小。
2、冷凝器技术分析
2.1常规除尘技术
商用制冷设备的冷凝器使用一定年限后，空气中的灰尘会粘附在冷凝器翅片表面，形成空气侧污垢，影响冷凝器的换热性能，因此，定期对冷凝器进行除尘有助于提高制冷系统的整体性能。冷凝器常规除尘技术主要有静电除尘技术、安装过滤器、优化冷凝器结构和EC电机除尘。静电除尘技术是利用两极之间的高压电场形成电晕进行工作的，在电晕区里的自由带电粒子吸附在颗粒物上使其带电，粉尘与负离子结合带电后，趋向阳极表面放电而沉积;安装过滤器是指在冷凝器前端安装过滤器，在气体吹向换热器表面之前先将气体里面的粉尘颗粒吸附下来;优化冷凝器结构主要是翅片结构设计需要找到换热能力与防积灰之间的平衡以满足换热器高效和长效的要求;EC电机除尘是控制设备控制风扇反转除尘，进入除尘运行后压缩机停止运行，风扇以正常运行时相反的方向旋转，从而实现冷凝器除尘的目的。其中，EC电机除尘是通过控制器定时让风扇自动地为微通道冷凝器进行除尘，不再需要人工进行除尘，节省了人力，同时极大地提高了除尘的效率，在轻型商用制冷设备中应用较多。
2.2翅片
翅片是在换热管周围增加的金属片，可分为内部和外部，用于增加换热管的表面积（外表面积或内表面积），从而提高换热效率。商用空调室外机冷凝器的翅片材料为铝箔，分为亲水性铝箔和非亲水性铝箔。非亲水铝箔仅由铝层和铝组成，成本低但换热性能差。亲水铝箔是对非亲水铝箔的亲水处理，具体来说就是在铝箔表面涂上一层导水膜，这样可以使冷凝水充分延伸，防止冷凝成水滴，加速水的蒸发，从而提高换热性能。此外，还可以避免冷凝水堆积造成的风阻增大和空气受阻产生的噪音，减少冷凝水对铝箔的腐蚀，减少霉菌和灰尘的凝结，减少空调异味。研究表明，如果换热器使用亲水铝箔，制冷效率可提高5%。商用空调室外机冷凝器常见的翅片类型有直翅片、波纹翅片和百叶窗翅片。平翅片的特点：由于表面没有突起，在相同間距下，平翅片的风阻最小，但传热性能不如其他两种翅片。刚度比百叶窗翅片强，但比波纹翅片差。平翅片结霜周期更长，除霜效果更好。波纹翅片的特点：波纹翅片的风阻和传热性能介于直翅片和百叶窗翅片之间，刚性最好。百叶翅片的特点：百叶翅片的传热性能最好，但风阻比其他两种翅片大，所以这种翅片不适合排数较多的冷凝器。由于表面开窗导致翅片的刚性减弱，在加工安装过程中容易出现掉片损坏的现象。设计要点：为了保证换热能力，降低空气通过冷凝器时的风阻，单排换热器可以设计较小的片间距，多排换热器可以设计较大的片间距。冷凝水和霜会堵塞翅片间隙，增加风阻。对于使用环境中冷凝水和霜较多的冷凝器，应选用排水效果较好、不易堵塞的波纹翅片和直翅片，并适当加大片间距。百叶窗翅片结霜周期短，容易被灰尘堵塞，应选择较大的间距。 3、商用顶出风空调室外机的结构特点和冷凝器布局
商用出口空调机组的外部结构大致如下：风扇部件位于机组顶部，叶片为轴向叶片;电源盒位于风扇部件和机箱之间，靠近电源盒前端，通过打开电源盒可以看到，以便于电源盒的调试和电路的维护;压缩机、蒸汽分离器、机油分离器等罐。，位于设备下方并固定在机箱上;冷凝器位于风扇部件和机箱之间，容器周围和机箱周围，尽可能靠近机箱边缘，以优化热回收表面。此布局允许空气进入设备侧，并允许空气通过冷凝器后从设备顶部排出。
4、商用顶出风空调室外机冷凝器的优选设计方案
结合机组性能、成本和工艺，商用顶出式空调室外机冷凝器的优化设计方案为：1）选用波纹翅片，既保证结构强度，又保证换热性能，选用亲水铝箔作为铝箔。2）长U型管采用内螺纹铜管，传热性能更好。3）根据机组的性能要求，排数应为2排和3排。4）结构型式为单风机C型，双风机G型。单风扇是指一个扇叶的单元，双风扇是指两个扇叶的单元。通常，双风扇单元的宽度较宽。虽然G型两个装置部分遮挡了机组正面，但留下的空间足够正常运行维护。而且双风机机组的容量和性能要求更高，G型机组可以实现更大的换热面积，提高机组的换热能力。5）与家用空调机组相比，商用空调机组体积较大，因此侧板厚度通常较厚，材料可根据使用环境自由选择。6）弯头规格应根据长U管内径匹配选择。
结束语
本文阐述了轻型制冷设备的冷凝器应用现状和冷凝器性能提升方案，同时对冷凝器除尘技术进行了验证分析，主要结论如下：1）翅片管式冷凝器、微通道冷凝器是轻型商用制冷设备应用较广泛的换热器，冷凝器强化换热技术主要分管外侧强化和管内强化两方面;成本低、换热效率高是冷凝器的发展趋势;2）微通道冷凝器采用EC电机除尘的方式效果较好，在实际使用中可以推广应用。
参考文献：
[1]劉国强，晏刚，陆宇，等.中小型商用制冷设备的技术现状及发展趋势[J].制冷与空调，2020，20，（7）：9-16.
[2]陈洁璐，蔡姗姗，陈焕新，等.翅片类型对风冷冷凝器空气侧特性影响的分析[J].制冷技术，2017，37（3）：49-52+75.
[3]唐家俊，詹飞龙，胡海涛，等.翅片结构对翅片管换热器积灰与压降影响的实验研究[J].制冷学报，2017，38，（1）：1-7.
[4]张智.空调用冷凝器中的空气流动与传热分析[J].制冷技术，2002，（1）：8-13.
[5]丁国良，吴国明，刘挺.制冷空调换热器的研究进展（一）——小管径翅片管换热器[J].家电科技，2019，（4）：40-45+58.