2023中国制冷展技术总结报告连载（三）技术进展
2. 制冷系统换热器及辅助设备
（本节作者：华南理工大学刘金平教授、硕士生王宇洁、硕士生刘凯）
2.1技术特点
换热器是制冷空调系统中最重要的部件之一，其性能好坏直接影响整个系统的性能。各大厂商展示的换热器也在换热性能、紧凑性、抗腐蚀性、结构质量等方面进行了优化提升。同时，各类控制阀件的性能对于制冷系统优化与能效提高影响很大，本次展会也展示了一系列控制阀件，主要在智能化、高效节能、稳定性等方面有了提升。
2.2制冷系统换热器特色产品
本次展会中，各厂商展示了多种类型的换热器，包括近年来由于其高效的换热性能被各大厂商重视的微通道换热器、用作经济器和复杂制冷系统的板式换热器、可用于采暖系统的套管式换热器、耐高压抗腐蚀性好的壳管式换热器、常用于蒸发及冷凝等相变换热场景的翅片管式换热器等。
2.2.1微通道换热器
微通道换热器是指通道水力直径在0.01~1 mm的换热器，随着扁管型材开发、翅片加工工艺以及钎焊技术的发展，微通道换热器由于其换热效率高、可控性好、抗腐蚀以及加工成本低等优势被越来越多的厂商使用。目前各厂商所展示的微通道换热器结构（图2-1）主要由微通道口琴管、翅片以及集流管组成。
图2-1 微通道换热器结构
杭州三花微通道换热器有限公司展示了采用不同抗腐蚀涂层的微通道换热器（图2-2）和用于数据中心冷却的微通道空调蒸发器（图2-3）。其根据换热器不同的使用环境（室内、沿海、工业区、高污染城市）提出了不同的解决方案，分别对换热器采用了亲水涂层、E-coating涂层、TCP涂层等以应对不同的腐蚀条件，使蒸发器寿命延长1000 h以上；同时，在微通道扁管的加工上，采用三花专利高耐蚀扁管合金及高耐蚀芯体设计，优化了微通道芯体的材料及电位匹配，大幅度延长了翅片对扁管的牺牲防护时间；自主开发的无锌扁管SWAAT自腐蚀寿命比现有3102铝合金提高2倍以上，比现有3103铝合金提高50%以上。
浙江康盛科工贸有限公司展示了蛇形管换热器、空气源热泵用微通道板和平行流蒸发器等一系列微通道换热器（图2-4）。其中：蛇形管换热器与传统旋翅式冷凝器相比，体积减小60%，质量减小50%，充注量减少30%，成本降低20%，有比较大的优势；空气源热泵微通道结构和传统铜管结构相比，抗腐蚀性更强、接触面更大、换热效率提升30%、阻力更小、压缩效率提升6%。
图2-4 康盛微通道换热器
浙江新金宸机械有限公司展示了一系列微通道换热器，其中一款双排高能效微通道换热器（图2-5），可以超越传统铜管换热器的能效要求，采用波浪形翅片设计增大了换热面积减小了风阻，同时微通道扁管内部增加了齿肋结构，进一步提升换热效率。
图2-5 新金宸双排高能效微通道换热器
杭州微控节能科技有限公司展示了一种集成式微通道换热器（图2-6），可以有效冷却功率器件、印制板组装件及电子机箱所耗散的热量。其采用了化学刻蚀技术，蚀刻出微米及毫米量级的换热单元通道，并利用真空扩散焊技术，降低了接触热阻。该换热器具有极高的紧凑度和换热性能，紧凑度达5000 m2/m3，并且可满足200~300 W/cm2的冷却需求。
图2-6 印刷电路板式换热器
2.2.2 板式换热器
丹佛斯（上海）投资有限公司展示了C12L-EZ-22微板换热器（图2-7），主要用于多联机系统、热泵机组的经济器及制冷量在5.5 kW以下的冷水机组当中。其采用了Z型通道板片技术，充分混合气态和液态制冷剂，提升了换热器的性能，在同样蒸发压力下其换热效率比传统鱼骨型板换高出40%。另外，由于其点阵式微板设计，水侧压降和材料使用量也得以减小。其外形紧凑，占地空间小，抗腐蚀抗震动能力强。
图2-7 丹佛斯C12L-EZ-22微板换热器
高力科技（宁波）有限公司展示了一系列硬焊型（硬钎焊）板式换热器，其中，C系列为CO2超高压硬焊型板式热交换器（图2-8），用于R744（CO2）热泵、冷冻冷藏系统与超高压工况，可作为气体冷却器、冷凝器、蒸发器、经济器等，具有结构紧凑、传热性能优异、低压降、耐压高的特点。
图2-8 高力CO2超高压硬焊型板式换热器
2.2.3 套管式换热器
同轴套管换热器是内管与外管紧密套装并且同轴的换热器，由螺旋槽纹内管和外套光滑管组成，冷热流体分别在内管和外套管环隙中流动。套管换热器由于其换热效率高、耐压抗振、耐脏耐垢、安装方便的特点被广泛用于热泵机组当中。
杭州沈氏节能科技股份有限公司展示了几款同轴套管换热器（图2-9）。沈氏超临界二氧化碳换热器可用于二氧化碳热泵或二氧化碳制冷（冷冻）主机，具有耐高压、传热系数极高、抗冻性好、可靠性强的特点。沈氏双壁内管同轴换热器采用双层内管具有极强的安全性。若内管内层发生泄漏，水会从内管夹层中流出，起到预警作用；若内管外层发生泄漏，则制冷剂从夹层泄漏，不会进入水中，更加安全可靠。
图2-9 沈氏套管换热器
2.2.4壳管式蒸发器/冷凝器
本次展会多家厂商展示了冷水机组中的壳管式换热器（图2-10），多采用降膜蒸发的形式进行蒸发换热，底部部分管为满液式蒸发冷却，比满液式蒸发器充注量减少50%以上，换热性能提升15%，同时添加了分配器，提高了换热效率。
图2-10 壳管式换热器
2.2.5翅片管式换热器
翅片管式换热器由于结构简单、改造灵活、易于加工的特点被广泛使用，其中又以铜管铝翅片换热器为主。铜管铝翅片换热器是制冷空调领域应用最广泛的换热器，主要朝着减小管径、变翅片间距以及铝管代替铜管的方向发展。
浙江盾安人工环境股份有限公司展示了一款φ5 mm铜管翅片换热器（图2-11），相比于φ7mm、φ9.52 mm铜管，减小了铜的消耗量、提高了铜管耐压强度减小了制冷剂的充注量。同时翅片可以选用亲水铝箔、铜箔并添加纳米涂层、喷漆等表面处理工艺，翅片结构也可以选择平片、百叶窗片、桥片等应对不同换热场景。
图2-11 盾安翅片式换热器
浙江海亮股份有限公司展示了多款用于不同场景的铜管（图2-12），包括产品规格覆盖φ4~φ30 mm的盘管、蚊香管和不同材质的直铜管。海亮在实现较高成材率和较高生产效率的情况下，保证了工艺的先进性，提高了产品生产质量的稳定性。
图2-12 海亮铜管
常州常发制冷科技有限公司展示了一系列用于不同场景的铝箔（图2-13），包括适用于沿海及化工区的黑色高防腐铝箔、防止细菌滋生的无机亲水铝箔、降低摩擦系数并降低挥发油的使用延长模具维护期的金色自润滑亲水铝箔以及超高耐腐蚀、疏水的油性环氧铝箔。
图2-13 常发多类型铝箔
2.2.6冷却塔
广东新菱空调科技有限公司展示了CEF系列鼓风式逆流冷却塔（图2-14），其将动力部件和风筒下置，有效地降低了动力部件的噪音，而且便于冷却塔的日常检修和维护。同时，调整鼓风设计将进风口设置在冷却塔底部，利用分风散流器和静压空间使新鲜空气均匀的向上运行，有效地避免了空气在填料内形成无效区，也降低了出风口的风速，使出风口噪音降至最低。另外，下进风和统一的塔体高度的设计，可使冷却塔根据现场的环境需要进行任意的拼装，将进风口与出风口距离延长，避免了热回流的形成，保证了换热效果。
图2-14 新菱鼓风式逆流冷却塔
2.2.7、防火湿帘
水喷淋在湿帘上，在波纹状纤维材料表面形成水膜，当流过的空气经过湿帘时，水膜中的水会吸收空气中的热量而蒸发，使经过湿帘的空气实现降温制冷和加湿的目的，被广泛用于商场、数据中心、机房的冷却当中。
澳蓝（福建）实业有限公司展示了阻燃型湿帘（图2-15），采用高分子有机无机复合材料，具有B1级的阻燃特性，蒸发效率最高可达94%。
图2-15 澳蓝防火湿帘
蒙特空气处理设备（北京）有限公司展示了FA6蒸发式加湿器与冷却器（图2-16），其采用了GLASdekTMGX40无机材料和独特的模块设计。其介质材料在制造过程中固化和烘烤，并增加陶瓷涂层，最高防火等级可达A1级，极端使用寿命可达8~10年。安装DropSTOPTM挡水板，可以以非常低的压损处理更高的风速。
图2-16 蒙特FA6蒸发式加湿器与冷却器
2.3制冷系统阀件及其他特色产品
阀件是流体输送系统中的控制部件，与压缩机协同控制制冷剂的流量。本次展会上展出的阀件种类众多，包括电子膨胀阀、热力膨胀阀、球阀、蝶阀、四通换向阀等。其中，电子膨胀阀、电磁阀、四通换向阀及电动切换阀都有较大的创新与提升。
2.3.1 电子膨胀阀
浙江盾安人工环境股份有限公司展示了LPV系列低内漏电子膨胀阀（图2-17），该阀采用内平衡设计，与同类产品相比质量减小70%，安装空间减小60%，另外双向精密调节使其流量精度较高。另外，该阀具有较高MOPD，反向MOPD>3.5 MPa，在热泵型空调中可以实现小开度稳定控制，特别适用于低环温热泵，提高系统可靠性。广泛应用于多联机外机、模块机、单元机、热泵热水机、商用制冷等，实现制冷剂流量的自动调节，使制冷系统在最佳工况下运行，并达到快速制冷或制热、精确控温和节能运行等目的。
图2-17 盾安LPV系列电子膨胀阀
丹弗斯（天津）有限公司展示了ETS 8M电子膨胀阀（图2-18）。该阀采用小线圈、平衡式设计，将平压孔放在了阀芯上，能够承受较大的压力范围，并且在不同开度和压差下都能维持基本平衡，可以提供稳定的低开度流量控制和高压差的双向流工作能力，并可以需求定制不同流量曲线的解决方案。同时该阀和常规产品相比减轻了50%的质量并进行了尺寸优化，也定制了可靠的无油系统解决方案，在具体应用当中能在低环温热泵中进行稳定控制同时提高能效约5%。
图2-18 丹弗斯ETS 8M电子膨胀阀
浙江三花智能控制股份有限公司展示了DBF系列电子膨胀阀（图2-19）。采用平衡流口设计，反向开阀压差高达3.5 MPa，覆盖30~100 kW冷量范围，双向流通，更低内漏，从而实现制冷剂流量的双向精确调节，动作快速，节能高效。阀体和线圈采用紧凑型设计，所需安装空间大大减小。该阀适用于商用空调、热泵等可逆系统，使系统在最佳工况下运行，达到快速制冷制热、精确控温和节能等目的。
图2-19 三花DBF系列电子膨胀阀
2.3.2 四通换向阀
浙江盾安人工环境股份有限公司展示了大容量交叉式电磁四通换向阀（图2-20），该阀通过对外置导阀电磁线圈的通断电控制，引导外部高压气体在阀体内部的流向切换，改变活塞两端压力差，使活塞在阀体内部移动，改变活塞流道与阀体外部四根接管的位置配合，从而改变制冷剂在系统中的流向，实现制冷模式与制热模式的切换。其采用了交叉十字低流阻结构且全钢管制造，内部设置自润滑衬套结构及精密的间隙控制，优化设计了壳体壁厚与接管壁厚、避免了使用过程中应力集中而导致的壳体变形，使产品在全生命周期内能够可靠运转、换向寿命达10万次以上且市占率达到了50%。解决了大容量制冷系统同时具有热泵供热功能所需要的四通换向阀的需求，广泛应用于大型热泵制冷系统、大型制冰机等产品中。
图2-20 盾安大容量交叉式电磁四通换向阀
2.3.4 双向电磁阀
浙江盾安人工环境股份有限公司展示了创新结构设计的RSV电磁阀（图2-21），该阀可双向流通、双向截止，且具有低流阻、大流量的特性，在相同接管管径下，RSV双向电磁阀相对于普通电磁阀Kv值增加3～5倍，可广泛用于需要流体通断控制的制冷空调系统中，助力系统能效和可靠性提升。
图2-21 盾安RSV电磁阀
2.3.5智能阀
浙江三花智能控制股份有限公司展示了QSF电动切换水阀（图2-22），该阀由步进电机驱动，精度高；具备良好的密封性能和耐腐蚀性能，上下止动，可靠性高；采用卡扣式连接，安装方便。适用于GHP燃气热泵系统，AWHP系统和新型混合能源热泵系统等类似用途系统。
图2-22 三花QSF电动切换水阀
北京海林自控科技股份有限公司展示了SRV系列智慧调节阀（图2-23），该阀主要用于中央空调、采暖、水处理等系统，是集传感技术、智能执行器与调节阀于一体的智能阀控产品，在温度、压力变化频率相对较高的场合，或者能量消耗有明显峰值或谷值的环境中，有较好的性能表现。智慧调节阀可通过收集到的实际温度、温差、压力、压差、流量或能量变化，实时调整阀门开度，确保被控温度、温差、压力、压差、流量或能量保持在设定范围内，起到节能环保作用。
图2-23 海林SRV系列智慧调节阀
搏力谋自控设备（上海）有限公司展示了其研发的具有极高的集成度的能量调节阀（图2-24），将能源计量、能源控制和物联网计费集成在一个设备中。在一个设备中，设置了能量计量、不依赖压力的流量监控、能效以及功率控制和Delta T管理，利用集成的流量计、供/回水温度传感器测量盘管的各项数据后通过内置的能量控制逻辑，实时监测盘管运行数据，提供动态实时的能耗数据和积累量，管理盘管实时热交换量，通过即时优化能源消耗，以实现最佳的系统性能。
图2-24 搏力谋能量阀
2.4评价与展望
本次展会展出的换热器产品依旧朝着强化传热、提高换热器紧凑性方向发展。各厂商不断提升和优化加工工艺，在提升换热器换热效果同时，进一步提高换热器的紧凑性，降低了材料成本，减少了制冷剂的充注量。各厂商也尤为注重材料方面的进步，从材料和涂层两方面出发，提升换热器的抗腐蚀能力，进一步提高换热器的可靠性和使用寿命。
控制阀件部分主要体现两点趋势：一是产品趋向于高可靠性、高紧凑性。各厂商推出的产品更加注重在不同使用场景下有更高的使用寿命同时提高阀件的紧凑性，减小安装空间；二是产品趋于高效、智能。通过高精度的传感器与系统联动对阀件精准控制，提升阀件的使用效率。
