İçten yivli bakır boru - Internally grooved copper tube
"Mikro kanatlı borular" olarak da bilinen içten yivli bakır borular , modern klima ve soğutma sistemleri için küçük çaplı bir bobin teknolojisidir. Yivli bobinler , düz bobinlere göre daha verimli ısı transferini kolaylaştırır . Küçük çaplı serpantinler , HVAC endüstrisinde uzun yıllardır standart olan yuvarlak bakır borular ve alüminyum veya bakır kanatlı geleneksel boyutlu kondansatör ve evaporatör serpantinlerinden daha iyi ısı transfer oranlarına sahiptir . Küçük çaplı serpantinler, yeni nesil çevre dostu soğutkanların gerektirdiği daha yüksek basınçlara dayanabilir. Daha az soğutucu akışkan, kanatçık ve serpantin malzemesi gerektirdiklerinden daha düşük malzeme maliyetlerine sahiptirler. Daha küçük ve daha hafif, yüksek verimli klimaların ve buzdolaplarının tasarımını mümkün kılar çünkü evaporatör ve kondansatör bobinleri daha küçük ve daha hafiftir.
Bakırın bir ısı transfer malzemesi olarak performans avantajları arasında yüksek ısı değişim özellikleri, uzun süreli dayanıklılık, korozyona karşı direnç, düşük bakım maliyeti ve antimikrobiyal özellikler bulunur.
MicroGroove teknolojisi ile, borunun iç yüzeyine kanal açılarak ısı transferi artırılır. Bu hacim oranı karışımları yüzeyi artar soğutucu ve homojenize tüp boyunca soğutucu sıcaklıkları.
MicroGroove teknolojisine sahip tüpler bakır veya alüminyumdan yapılabilir. Bakır kanatlar, bakırın daha iyi korozyon direnci ve antimikrobiyal faydaları nedeniyle alüminyuma çekici bir alternatiftir.
Tasarım
Klimalarda geleneksel boyutlu tüpler yerine daha küçük tüpler kullanmak için ısı eşanjörleri yeniden tasarlanmalıdır. Bu, kanatçık ve boru devrelerinin yeniden tasarlanmasını içerir. Tasarım optimizasyonu, tüpler ve kanatçıklar etrafındaki hava akışını analiz etmek için hesaplamalı akışkan dinamiğinin kullanılmasını ve ayrıca soğutucu akışkan akışı ve tüplerin içindeki sıcaklıkların bilgisayar simülasyonlarını gerektirir. Bir bobin Toplam ısı transferi katsayısının bir fonksiyonudur Bu önemlidir çünkü konveksiyon bir soğutucu boru duvarına tüp içinde, kanatçıklarını boru duvarı ve yayılımı yoluyla iletimi.
Microgroove'u kullanmak için mühendislik konuları şunları içerir:
- Kanat verimlilik analizi ile enine boru hatvesinin boylamasına boru hatvesine en iyi oranının belirlenmesi.
- Performans analizi ve malzeme maliyeti ile enine ve boyuna boru hatvesini optimize etme.
- Hesaplamalı akışkan dinamiği tabanlı simülasyonlar aracılığıyla farklı desenlere sahip kanatçıkların performanslarını karşılaştırarak kanatçık desenini optimize etme.
- Daha küçük çaplı tüplere sahip ısı eşanjörlerinin performansının test edilmesi.
- Daha küçük çaplı tüplere sahip ısı eşanjörlerinin performansını tahmin etmek için ampirik denklemler geliştirmek.
MicroGroove bobin performansı ve enerji verimliliği üzerine yayınlanmış deneyler, kanatçık aralığı ve kanat tasarımı, tüp çapı ve tüp devresinin etkilerini hesaba katmaktadır. Tüp devresi, geleneksel bobinlerden önemli ölçüde farklıdır. Bobinler, giriş ve çıkış manifoldları arasındaki yolların sayısına göre optimize edilmelidir. Tipik olarak, daha küçük çaplı borular, daha kısa uzunluklarda daha fazla yol gerektirir. 4 mm borularla yapılan ısı eşanjörleri için boru devresi ve kanat tasarımı üzerine yayınlanmış araştırmalar mevcuttur.
5 mm çaplı borularla yeniden tasarlanmış bir ısı eşanjörü üzerine yapılan araştırma, 7 mm çaplı borulara sahip aynı boyuttaki ısı eşanjörüne göre% 5 daha fazla ısı değişim kapasitesi gösterdi. Ayrıca, 5 mm çaplı tüplerin soğutucu yükü 7 mm çaplı tüplerden daha azdı. Çin'de Chigo, Gree ve Kelon 5 mm çapında tüplere sahip serpantinli klimalar üretiyor.
Küçük çaplı bakır borularla kullanılmak üzere çeşitli kanat tasarımları geliştirilmiştir. Yarıklı ve panjurlu kanat tasarımlarının performansı değerlendirilmiş ve çeşitli kanat boyutlarının bir fonksiyonu olarak karşılaştırılmıştır. Kanatçık tasarım performansını optimize etmek için simülasyonlar kullanılmıştır.
Soğutucular
Küresel ısınma kaygıları nedeniyle CFC ve HCFC soğutucularının (örneğin, HCFC-22 , R22 olarak da bilinir ) aşamalı olarak kaldırılması , soğutma teknolojilerindeki yenilikleri teşvik etmeye yardımcı oldu. Karbondioksit ( R744 ) ve propan ( R290 ) gibi doğal soğutkanların yanı sıra R-410A, klima ve soğutma uygulamaları için çekici alternatifler haline geldi .
Bu yeni çevre dostu soğutkanları, aşamalı olarak kaldırılanlara kıyasla yoğunlaştırmak için tipik olarak daha yüksek basınçlar gerekir. Daha yüksek basınçlı uygulamalarda küçük çaplı bakır borular daha çok tercih edilir. Aynı kalınlıktaki borular için, daha küçük çaplı borular, daha büyük çaplı borulara göre daha yüksek basınçlara dayanabilir. Dolayısıyla, boru çapları azaldıkça patlama basınçları artar. Bunun nedeni, çalışma basıncının duvar kalınlığı ile doğru orantılı ve çap ile ters orantılı olmasıdır. Daha kısa boru uzunluklarına sahip serpantinler tasarlayarak, soğutucuyu sirküle etmek için daha az iş gerekir. Bu nedenle, küçük çaplı borular nedeniyle soğutucu akışkan basınç düşüşü faktörleri dengelenebilir.
Karbondioksit (R744) soğutucular modern otomat makinelerinde , soğutmalı süpermarket vitrinlerinde, buz pateni pistlerinde ve diğer yeni ortaya çıkan uygulamalarda kullanılmaktadır. Mikro oluk en küçük çaplı bakır borular çok yüksek gaz soğutucusu ve patlama baskılara dayanmak için yeterli güce sahip R744 genel olarak daha az soğutucu hacim mümkün olur.
Propan ( R290 ), olağanüstü termodinamik özelliklere sahip çevre dostu bir soğutucudur . R290 için basınç gereksinimleri karbondioksitten çok daha azdır, ancak R290 son derece yanıcıdır. Araştırmalar, MicroGroove'un R290 şarjlı oda klimaları için uygun olduğunu gösterdi çünkü soğutucu şarj gereksinimi daha küçük çaplı bakır borularla önemli ölçüde azaldı. Tüp patlaması riski de önemli ölçüde azaltılır. MicroGroove'da propan ile yapılan araştırmanın , buzdolaplarında , ısı pompalarında ve ticari klima sistemlerinde kullanılan ısı eşanjörü serpantinleri için çıkarımları vardır .
Ağırlık tasarrufu
İşlevsel olarak eşdeğer 5-kW HVAC ısı eşanjörlerinin tasarım çalışmasında , serpantinlerdeki boru malzemeleri 9,52 mm çaplı tüp için 3,09 kg, 7 mm çaplı tüp için 2,12 kg ve 5 mm çaplı tüp için 1,67 kg ağırlığındaydı. Bakır boru çapları 3/8 inçten 7 mm'ye küçültüldüğünde boru ağırlığı% 31 azaltıldı. Bakır boru çapları 3/8 inçten 5 mm'ye küçültüldüğünde boru ağırlığı% 46 azaltıldı. Bobinlerdeki kanat malzemelerinin ağırlıkları 9.52 mm bobinler için 3.55 kg, 7 mm bobinler için 2.61 kg ve 5 mm bobinler için 1.55 kg idi.
Antimikrobiyal
Bakır, antimikrobiyal bir malzemedir. Biyo birikimi bakır bobinler ile azaltılabilir. Bu, daha uzun süreler boyunca yüksek enerji verimliliği seviyelerini korumaya yardımcı olur ve zaman içinde enerji verimliliğinin düşmesini önler.
Mantar ve bakterilerin büyümesini engellemek için bakır bobinlerin kullanılması, yenilikçi klima ve soğutma ürünlerinde yeni bir gelişmedir. Çin'deki Chigo ve Fransa'daki Hydronic gibi OEM şirketleri artık iç mekan hava kalitesini iyileştirmek için tamamen bakırdan antimikrobiyal klima sistemleri üretiyor.
Malzemeler
Ekstrüde alüminyum borularla daha küçük çaplı soğutucu akışkan yolları da gerçekleştirilebilir. Bunlar, düz, şerit benzeri bir tüp içinde birkaç mikro kanal ile tasarlanmıştır. Alüminyum mikro kanal teknolojisi, gelişmiş ısı transfer performansı ve azaltılmış soğutucu şarjı dahil olmak üzere, geleneksel bakır-alüminyum yuvarlak boru plaka kanatlı serpantine göre önemli avantajlar sunar. Bununla birlikte, bakır MicroGroove, alüminyum mikro kanallı borulardan daha yüksek ısı transfer verimleri sunar ve MicroGroove'un boru uçları büyük başlıklar yerine küçük U-bağlantıları ile bağlandığı için daha küçük soğutucu akışkan hacimleri sağlar.
İmalat
Bakır borular genellikle bir döküm ve haddeleme işlemiyle üretilir. Bakır külçeler ana borulara dökülür ve daha sonra bu borular son bir şekle çekilir, tavlanır ve ısı transfer performansını iyileştirmek için bir iç yüzey dokusu ile güçlendirilir. Küçük çaplı bakır boruların üretimi, 5 mm boru çaplarına ulaşmak için yalnızca bir veya iki ek çekme geçişinin eklenmesini gerektirir.
Yuvarlak bakır borulardan ve alüminyum kanatlardan (CTAF bobinleri) yapılmış mevcut klima bobinleri, tipik olarak boru genişletme kullanılarak mekanik olarak monte edilir.
Microgroove ürünlerinin imalatında kullanılan ekipman, tüpleri çevresel olarak genişletmektedir (yani, uzunluğu değiştirmeden tüpün çevresi arttırılmaktadır). Bu "büzülmeyen" genişleme, sonraki montaj işlemleri için hazırlık aşamasında boru uzunluklarının daha iyi kontrolüne izin verir. Tüpler, tam aralıklı kanatçıklardan oluşan bir istifin içindeki deliklere yerleştirilir veya bağlanır. Tüplere genişleticiler yerleştirilir ve tüpler ve kanatlar arasında mekanik temas sağlanana kadar tüp çapları hafifçe arttırılır. Bakırın yüksek sünekliği, bu işlemin doğru ve kesin bir şekilde yapılmasına izin verir. Bu şekilde yapılan eşanjör bobinleri mükemmel dayanıklılık ve ısı transfer özelliklerine sahiptir.
Çin'deki küçük çaplı boru projesi, birlikte yaklaşık 75 milyon birimlik HVAC üretiminin yüzde 80'inden fazlasını oluşturan üreticileri içeriyor . Kuzey Amerika'daki birçok OEM , bakır borulu konut tipi klima ürünleri pazarlamaktadır. Guangdong Chigo Klima, Guangdong Midea Soğutma Cihazları Grubu'nun Soğutma Araştırma Enstitüsü ve Shanghai Golden Dragon Soğutma Teknolojisi Co., Ltd. dahil olmak üzere klima OEM'leri, çeşitli tasarımlar için standartlara karşı küçük çaplı bakır boruların avantajlarını açıkladılar ve çaplar. Orijinal ekipman üreticilerinin (OEM'ler) Gree, Haier, Midea, Chigo ve HiSense Kelon'dan ACR bobinleri de mevcuttur.
Ayrıca bakınız
daha fazla okuma
John Hipchen, Robert Weed, Ming Zhang, Dennis Nasuta (2012) tarafından, Küçük Çaplı Bakır ve Alüminyum Mikro Kanallı Tüpler Kullanılarak Optimize Edilmiş AC Bobinlerin Simülasyon Tabanlı Karşılaştırması. On Dördüncü Uluslararası Soğutma ve İklimlendirme Konferansı; Temmuz 2012; (Purdue)