积极的环保立法推动了ACR设备的设计，这些设备使用低或超低GWP制冷剂，但仍能提供高的系统效率。为了达到这些设计标准，热交换器工程师试图在不增加材料使用和总重量的情况下增加热交换器盘管的容量。作为回应，管材制造商开始供应直径更小、表面增强范围更广的铜管。
同时，设备制造商已经加倍努力生产制造设备，以处理大量的较小直径管;小直径管技术的可用性还刺激了计算机仿真工具的开发，以优化管道电路和翅片几何形状。这两项发展都涵盖了2013年我白皮书[1]。
在管制造，线圈制造和系统设计中继续进行预付款。在一起，这三个学科有助于创造性，想象力和产品设计的创新氛围。本文介绍了材料，设备和设计软件的最新发展。它是线圈设计师和系统制造商的指南，他们希望能够及时了解最新发展。有关更多详细信息，读者称该领域的优秀技术文献称为直接联系管供应商，软件开发商，制造设备制造商和卷材制造商。
“进入”低gwp制冷剂
可以说，HVAC&R行业不会迅速变化，但它确实会随着时间而变化，无论是受到竞争、政府干预还是两者的结合。人们只要回顾一下上个世纪的臭氧危机和工业的成功应对，就会意识到变化不仅是可能的，而且是不可避免的。
如今，使用中的大部分制冷剂都有接近零臭氧耗尽潜力，并将注意力转向制冷剂的全球变暖潜力。这对业界提供了更多挑战，但解决方案似乎可用。
候选制冷剂包括全球变暖潜能值(GWP)较低的氢氟碳化合物(hfc)，如全球变暖潜能值为675的HFC-32;以及GWP极低的氢氟烯烃(HFOs)，如HFO-1234yf和HFO-1234-ze，它们的GWP分别为4和6。许多由氢氟碳化物混合而成的制冷剂也被考虑用于各种用途。通过在性能、成本、GWP和可燃性之间进行权衡，这种制冷剂混合物可以根据应用情况进行定制。
管直径越来越小
制冷剂和制冷剂管“紧密相连”。对于大多数制冷剂来说，没有比铜更合适的了，它的高导热性，优越的强度和优异的耐腐蚀性使它有别于其他任何材料。不锈钢管和铝管已经存在，但绝大多数的热交换器盘管和制冷剂分配管道仍然是由铜制成的。
过去十年的趋势是向小直径铜管发展，这在许多方面都是有利的。首先，管径越小，内部传热系数(HTCs)越高，无论是蒸发器还是冷凝器，为提供相同的容量，所需的管材料和制冷剂就越少，因此可以立即获得回报。其次，更小直径的管可以允许更有效和更流线型的气流在管外，可以很容易地显示模拟。第三，给定的管壁厚度可以支持更小直径的管的更高的压力，这意味着管壁可以做得更薄，从而导致更少的材料使用和更轻的重量。
有时，铝管的启动子指向“微通道”或“多通道”钎焊铝，这是一种从汽车行业借来的技术，如铜的更好的性能。如果一个人仔细检查这种比较的细节，则通常证明，扁平管中的多个小通道与大直径铜管，通常是3/8英寸管（9.52mm管）进行比较。比较是误导性，因为较小的铜管是铜管的新基准。当使用微型直径较小的铜管进行比较时，夸大关于铝微通道的呼吸均倾向于放气[4]。此外，微通道管呈现自身的缺点，例如制冷剂，排水和除霜障碍物的恶性，以及其他挑战。同时，微血管线圈越来越好。
就材料而言，很难想象比铜的热传递更好的材料。少数材料具有更好的导热率，特别是银或钻石。尽管如此，铜提供了热导率和强度的独特组合，这使得它可能是可用于可预见的未来的管材的首选材料。
完善内槽
另一个趋势是对铜管的内表面进行表面增强。再次，这增加了管内传热特性。许多研究都致力于理解各种制冷剂以不同速度流过小的内槽管时的行为。在这里，理论和制造能力紧密地交织在一起。一般来说，一个沟槽内表面混合制冷剂更有效的传热之间的制冷剂和管壁。表面强化可以提高冷凝器盘管和蒸发器盘管的性能。
在管的内槽或微翅的情况下，槽的顶部有数百微米的宽度。值得注意的是，根据管径、流量、制冷剂和增强类型的不同，这些内槽可以将高温超导换热器提高300%。HTC增强管的多样性引发了管供应商之间的竞争，这些供应商是制造各种增强管的专家，例如人字形或螺旋形。
当今管制造商可以在许多方面改变微生物的特征。它们可以改变凹槽顶部的宽度。它们可以改变凹槽的深度。它们可以改变凹槽壁角，螺旋角度和凹槽之间的间隔。顺便提一下，术语“微血管”是让创业行业的想起，其中该术语用于描述20世纪40年代后期介绍的长播放记录的狭窄凹槽。与早期粗糙的槽相比，这些“微槽”在顶部的50微米（2密耳）或更小，在顶部的150微米（米尔）或更小。因此，该术语“微槽”是用于描述铜管内表面增强的apropos，其具有类似的数量级[7]。
如今，管增强的数量增强了这种程度，即必须与管供应商密切合作，以优化任何给定应用的配置。然后必须与特定制冷剂，流速，压力和质量因素相关的实验室实验相关的性能。管供应商和/或研究实验室可以提供必要的相关性，以便准确地预测通过使用内沟的较小直径管可以实现的效率增益。
OTS和BOTI最近编写了一份白皮书，对从9.5 mm到5mm及更小的不同管径的管材进行了改进。目前正在与OTS、BOTI和Copper联盟进行联合研究，将表面增强与HTC值增强和压降降低联系起来。这些数值已经被精确测量，用于常用的表面增强，并且在许多情况下已经被包含在用于设计热交换器盘管的行业标准软件中。
高强度铜合金
制冷循环通常对生态友好的制冷剂更苛刻，而不是逐步逐步淘汰的制冷剂。特别是，管，配件和部件必须承受高压。
一种可用于热交换器的铜合金是脱氧，高磷铜（也称为Cu-DHP）。磷除去氧气，但不显着影响导热系数，尽管它确实影响了电导率[9]。该合金的标准名称为ASTM / USA CDA C12200。该合金可根据管道直径和管壁厚度有用，最多120杆或更多。
平管和内槽无缝管和配件采用高强度铜铁合金CuFe2P(也称为C19400或CW107C)。合金元素是铁、锌、磷和镁。这些合金可以减少壁厚，从而减少材料的使用。此外，现有的机器和工具通常可以加工这些合金，而且它们是完美的钎焊性和可焊性。这些合金管可以承受比标准ACR管高100%的压力。用于制冷剂分配的各种尺寸的管通常额定处理压力高达120bar(即1740psi或12mpa)。
应咨询铜管供应商的产品文献，了解有关高强度铜合金的更多信息。
现代制造业
微血管技术在所有方面都稳步推进。较小直径的铜管的开发伴随着生产技术生产技术的平行开发，用于生产微型换热器换热器线圈。
如今，用于为业界提供蒸发器，冷凝器和气体冷却器的制造基础设施已经发展到它易于使用的程度。特别是，已经开发了专门的设备来建立现代，高度自动化的生产线。
这些生产线包括:
- 用于冲压翅片的压力机和模具，为更小直径的管优化模式;
- 可高速加工小直径管材的发夹弯管机;
- 用于将精致的发卡穿过鳍片的材料处理工具;
- 管扩展器，用于在管和翅片之间建立热接触;最后
- 各种自动化或半自动化方法的插入和钎焊回流弯到喇叭口，开口的铜管，完成管电路。
在某些情况下，ACR oem已经开发了他们自己的“内部”设备，以提供高效率线圈，使他们具有竞争优势。如今，这类设备在全球设备制造商那里随处可见。今天，任何公司都可以购买交钥匙系统来制造自己的更小直径的“圆管，板翅”(RTPF)线圈。
上面的每一个步骤都是独立的，有专门的设备将中间产品传递到生产线的下一个步骤。每一步都在不断发展，并得到了高度的细化。例如，翅片冲压，利用先进的翅片模具，允许紧密间隔的孔模式和优化的领高。压力机可以施加160吨的力在冲压过程中，以允许高吞吐量，同时最大限度地减少地板空间的要求。高吨位压机允许使用更厚的鳍片和具有更高抗拉强度的鳍片材料。翅片设计和翅片模具的后续加工是热交换器线圈竞争性生产的关键因素。
设备方面的其他进步包括如下所述的各种管膨胀方法的发展。
加入管和鳍
RTPF线圈的制造过程创建了一个刚性的组件，每个部件都相当精致。如前所述，小直径管有更高的强度，以抵抗内部压力。然而，当不组装成一个线圈，这些管的小直径可以使他们在抵抗弯曲和屈曲较弱。
管和翅片的加入是使组装强的。对于较小的直径管，取决于壁厚，可能需要较高的力来扩展管，但是管膨胀仍然是实用的。除了产生刚性组件之外，管和翅片之间的接头可以产生用于热传导的路径。如果管子不正确地连接到翅片，则管和翅片之间的边界可以成为热流的障碍。
连接管和翅片的优选方法是通过管膨胀的过程，以产生在管和挤出的翅片套环之间的过盈配合。这种膨胀通常使用球形“子弹”进行，该球形“子弹”通过较小的直径杆推穿管子。子弹直径大于原始管内径，导致管膨胀。
管和子弹之间的摩擦诱导柱加载在管，这可能导致管弯曲，如果不包含。同样，随着管的直径扩大，沿管的长度的材料被拉进增加的管的周长;因此，管子在膨胀过程中长度收缩。早期采用小直径管的用户在膨胀过程中面临挑战，这导致oem开发了“有限收缩”膨胀技术。这种方法通过将管置于张力中防止屈曲和控制收缩，从而实现了成功的膨胀。子弹摩擦力和管子张力的适当平衡也允许管子零收缩。
非侵入式管膨胀突破
USA由密歇根州斯特尔加的Burr Oak工具推出的新技术采用了验证的管膨胀技术加入管和鳍。根据橡木业务开发和销售经理的Jason Halling，根据橡木商业发展和营销经理，使用精确控制的压力来扩大管材和翅片之间的干扰压力使用压力膨胀管的方法通常用于液压成型工业中，其中用封装材料的模具测定最终管形状的遏制。在将微血管管膨胀成翅片的情况下，翅片套环提供必要的容纳，抵抗膨胀并在管和翅片之间建立牢固的粘合。Halling解释说，压力扩张不是HVAC行业的新过程。一些制造商经常使用加压流体来膨胀线圈。“这种解决方案具有固有的益处，即该行业将用于将微型漫游到下一个级别，”州长“。
根据rogerTetzloff，橡木的创新经理，有三个福利：
1.零收缩过程
Tetzloff解释说，压力膨胀本质上是一个零收缩过程。用Lévy-Mises方程描述材料中的塑性流动，表明当施加压力使管径塑性扩大[14]时，管的侧向应变为零。实际上，内部压力在管中引起环向应力，导致管直径的膨胀，同时也在管上施加了所需的精确张力，以防止管收缩。Tetzloff解释说:“当你了解压缩载荷和子弹的相互作用对管和鳍片连接的影响时，这真的很令人兴奋。”上海机械工程学院的Tang, Li和Peng研究了项圈压缩[15]的影响。测试结果表明，采用非侵入式压力方法而不是机械子弹式膨胀的线圈在管-鳍接触方面有所改进。
2.没有微砾岩的变形
使用压力膨胀管的第二个显著优点是，内部管的增强不像使用机械子弹时那样受到干扰。这种对比可以用小直径内部增强微槽管的图像来说明。对于枪弹法，管的内部增强所施加的应力是重要的。子弹法可以使脆性类型的内翅片顶部变形。用压力扩大管将使管制造商和研究人员探索新的表面增强设计。
由此可见，非侵入式扩张过程的使用为使用更精细的内鳍结构打开了大门。直接的影响是现有的增强将不受制造过程的影响。ICA、OTS和BOTI已经在联合研究中测试了这种现象，以确定膨胀法对表面增强的性能和传热系数值有什么影响(如果有的话)。
如上所述，微素可以增加制冷剂侧传热系数，这取决于管直径。对于用5毫米微血管管制成的热交换器，使用微生物管而不是光滑的管可以使热容量增加20％以上;或者，它可以将翅片材料质量和管材质量降低至10％，高达17％。额外的工作正在进行进一步调查微血管行为和潜力。通过新的软件方法，可以探索增强功能的影响，以识别增加传热性能的新几何形状。
唱片设计软件
在理想的世界中，可以立即模拟不同管尺寸和表面增强对HTC和压力下降的影响，这取决于制冷剂流量和温度。
事实上，这种情况已经很接近被实现。实验室正在测量各种内表面增强与供应管的性能相关的。然后可以将这些现实世界的相关性建立在CoIndesigner®软件的未来版本中[16]。
为了获得由小直径管制成的ACR系统的最高性能，有必要将某些原则应用到翅片管式换热器的设计中，包括翅片几何形状和间距的设计原则，翅片结构和管电路的设计原则。这些逐步的设计原则在其他地方也有介绍
最近，领先的国际大学的研究导致了新的空间和制冷剂侧相关性，特别是对于5毫米微血管管的相关性。为了使HVAC＆R系统设计人员和热交换器工程师易于使用这种相关性，铜联盟正在使用优化的热系统Inc.来实现CoIndesigner®软件的新开发的相关性，专有的热交换器仿真和由中心开发的设计优化工具马里兰大学环境能源工程（CEEE）。
结论
采用微槽技术的热交换器的制造主要使用成熟和成熟的设备，以满足日益增长的更高效率和环境问题的要求。然而，随着MicroGroove技术不断推进现有工艺的极限，设备制造商也在不断创新。随着直径的不断减小，生产商正在寻找新的解决方案，以应对这种令人兴奋的技术所面临的制造挑战。
参考
1.Nigel D. Cotton, Bob Weed和Wenson Zheng，“用更小直径的铜管制造更好的电器”，国际电器制造，2013年10月。
2.Yoram Shabtay和Nigel Cotton，“替代制冷剂的热交换器”，RSES杂志，2014年12月。
3. Yoram Shabtay，John Black，Frank Kraft，“新型铜基换热器，用于替代制冷剂”，国际制冷和空调会议。普罗丁大学纸张编号2570，2014年。
5.维基百科，参加留声机记录。https://en.wikipedia.org/wiki/carmophone_record#the_microgroove_.26_vinyl_era.
6. r.g.古普塔，“音频和视频系统”，Tata McGraw-Hill教育（2001）。
7. Guoliang Ding et alia，“小直径微素铜管内R410A-油混合物凝结的两相传热特性”能源系统中的热和环境问题，意大利索伦托，2010年5月。美国机械学会工程师（ASME），Associazione Termotecnica Italiana（ATI），IneLe Italiana Di Termoflyodinamica（Uit）和国际热量和传质（ICHMT）中心。
8.“微翅片增强对小直径管冷凝换热系数影响的综述”，OTS和Burr Oak工具公司未发表的报告，2015。
9.J.R. Davis，编辑，《ASM专业手册:铜和铜合金》，2001。
10.在RTPF制造设备方面具有专业知识的设备制造商有毛刺橡树工具公司和中山OMS工业公司。
11.Newell Franks，“线圈制造的新时代”，AHR博览会技术研讨会，达拉斯，2013。可以在www.microgroove.net/six-seminars-microgroove-technology-commercial-systems上看到幻灯片演示
12.微槽系列网络研讨会，“更小直径铜管ACR线圈的制造”，John Hipchen，参见www.microgroove.net/webinars。也可以在YouTube频道上看到。
13.微沟槽系列网络研讨会，“用微沟槽铜管制造高效线圈”，Brian McConnell, Burr OAK工具公司总裁。见www.microgroove.net/webinars。也可以在YouTube频道上看到。
14.“用于新型HVACR的内部加压铜管的力学行为”，《压力容器技术》，2012年12月，第134 / 061213-1期。
15.唐丁，李大勇，彭英红，“管胀过程中管翅接触状态的优化，”材料加工技术，21(2011)573-577。
16.Coildesigner®软件，由马里兰大学环境能源工程（CEEE）开发的专有热交换器仿真和设计优化工具。
17.魏武，国亮鼎等，“用较小的空调管设计翅片管式热交换器”，国际制冷和空调会议。纸牌号码1217，普渡大学，2012。
