マイクロチャネル蒸発器の流れ分布に対するヘッダー構造の影響

Update:Mar 07, 2024

マイクロチャネルエバポレーター (MCE) カーエアコンなどに広く活用されている熱伝達技術。容量が小さく、効率が高く、メンテナンスが簡単なため、人気の選択肢となっています。ただし、冷媒の不均一分布の影響を受けやすく、熱性能に重大な影響を与えるため、チャネル内の流れの分布を改善することで効果的に対処する必要があります。したがって、この論文では、ヘッダー構造がマイクロチャネル蒸発器内の流れ分布にどのような影響を与えるかを実験的に調査します。

マイクロチャネル蒸発器は、ヘッダー内の流体の流れを制御するためにヘッダー内の流動状況に依存します。これらのマイクロチャネル内の流れ状態は流体温度の影響を受け、流体温度は入口冷媒に作用する形状と表面張力の両方によって決まります。不均衡な分布は、ヘッダーに沿った圧力勾配を最小限に抑えることによってのみ防止できます。

マイクロチャネル内の液体と蒸気の分布を最適化することで蒸発器の圧力損失を低減するために、さまざまな戦略が提案されています。これらの戦略のほとんどは、マイクロチャネルの流れ特性または形状の変更に依存しています。効果的ではありますが、複雑さと資本コストにより、その用途は限定される傾向があります。また、蒸発器のマイクロチャネル内の蒸気分布に関連する問題に対する包括的な解決策も提供しません。

最も有望なソリューションの 1 つは、垂直チューブ配向と特大マニホールドを備えたマイクロチャネル蒸発器を採用し、さまざまな動作条件下で最適な熱性能を提供することです。内部冷媒ディストリビュータにより、マルチポートマイクロチャネルチューブ全体に均等に冷媒が注入され、大型マニホールドにより自由に結露が排出されます。さらに、垂直方向に配置されているため、インレットマニホールドやエバポレーターの壁に水が溜まるのを防ぎます。

研究により、マイクロチャネル蒸発器は、マイクロチャネル内の流れ分布を制御するためのさまざまな戦略を採用することで大きな利益を得ることができることが実証されています。そのような戦略の 1 つは、熱交換器の空気側の圧力降下を減らすためにフィンのスペースを増やすことです。別の方法では、均一な冷媒分布を持つマニホールドを設計します。最後に 3 番目は、各マイクロチャネルの空気側と冷媒側の熱伝達係数を個別に変更することで、両方の戦略を修正します。

マイクロチャネル蒸発器の性能と丸管熱交換器の性能を比較する広範なテストを実施し、冷却能力が等しければ空気側の圧力降下がより低いことを発見しました。彼らはさらに、マイクロチャネル熱交換器のこの要因を予測するための計算モデルを開発し、それが実験データとよく相関していることを発見し、それを使用することで性能や信頼性に影響を与えることなく空気側の圧力降下を最大 27% 低減できることを実証しました。