Zwiększone zapotrzebowanie na kompaktowe urządzenia chłodnicze. jest zgodne z trendem XXI wieku, zmierzającym do zastosowania miniaturowych urządzeń technicznych energooszczędnych i przyjaznych środowisku.

W przypadku urządzeń chłodniczych sprężarkowych problem dotyczy przede wszystkim budowy sprężarek i wymienników ciepła. Wymienniki ciepła powinny być tak zaprojektowane, aby przy użyciu małej ilości czynnika chłodniczego można było przekazać dużą gęstość strumienia ciepła, przy wysokiej efektywności energetycznej. Oznacza to, że zapotrzebowanie energii napędowej czynnika chłodniczego i chłodzonego powinno być również małe, co jest związane z gwarancją małych oporów przepływu w układzie kanałów wymiennika [2, 12].

Kompaktowe wymienniki ciepła
Kryteria stawiane wysokoefektywnym wymiennikom chłodniczym spełniają tzw. kompaktowe wymienniki ciepła, które charakteryzują się dużą zwartością konstrukcji, wyrażoną stosunkiem powierzchni wymiany ciepła A do objętości gabarytowej wymiennika V, przekraczającą 700 m2/m3. Spełnienie tego kryterium wymaga odpowiedniego doboru wymiarów geometrycznych kanałów. W praktyce stosuje się zwykle klasyfi kację kanałów zaproponowaną przez Kandlikara et al. [14, 15]. Według tej propozycji kanały wymienników ciepła kwalifi kuje się w zależności od ich średnicy hydraulicznej dh. Jeżeli: dh <0,1 μm – nanokanały, dh = 10÷200 μm – mikrokanały, dh =0,2÷3 mm – minikanały, zaś w przypadku dh >3 mm – kanały konwencjonalne.
W pracy Mehendale et al. [17] podjęto próbę kwalifi kacji wymienników ciepła innej, niż wg propozycji Kandlikara. Jeżeli w budowie wymiennika ciepła zastosowano kanały o średnicy dh = 1÷100 μm, wtedy taki wymiennik nosi nazwę mikrowymienni-ka, w przypadku, gdy dh = 0,1÷1 mm – mesowymiennika, dh = 1÷6 mm – wymiennika kompaktowego i w przypadku dh >6 mm – wymiennika konwencjonalnego.
Ograniczając rozważania do problemu skraplaczy kompaktowych zbudowanych na bazie minikanałów, trzeba podkreślić, że w konstrukcji tego typu wymienników wykorzystuje się kanały o małej średnicy hydraulicznej oraz o różnym kształcie przekroju (rys. 1):
- kołowym,
- kwadratowym,
- prostokątnym (o różnej kombinacji wymiarów boków a : b),
- trójkątnym,
- płaskoowalnym itp.

W budowie skraplaczy kompaktowych występują różne kombinacje przepływu czynników roboczych realizujących proces wymiany ciepła. Zwykle łączy się mikro- i minikanały w równolegle zasilane czynnikiem pęczki wielorurowe (multiport). Na rysunku 2 przedstawiono przykładowy skraplacz kompaktowy. Istotnym węzłem konstrukcyjnym takiego skraplacza jest sposób doprowadzenia czynnika chłodniczego, który podlega skraplaniu w przepływie. Czynnik ten dopływa do zespołu kilku (lub kilkunastu) mikrolub minikanałów zasilanych równolegle. W przypadku, jak na rysunku 2, skraplacz jest chłodzony wodą. Podobne rozwiązania są możliwe przy chłodzeniu powietrzem [13, 19]. (...)

Opory przepływu w multiportach złożonych z mikroi minikanałów (...)

Przedmiot badań eksperymentalnych (...)

Stanowisko badawcze (...)

Wyniki badań eksperymentalnych (...)

Analiza wyników badań (...)

Podsumowanie
1. Prezentowane badania eksperymentalne dotyczyły określenia oporów przepływu podczas skraplania czynników chłodniczych R134a i R407C w multiportach zbudowanych z 4 i 8 minikanałów rurowych o średnicy wewnętrznej 0,64 mm i zasilanych równolegle.
2. Stwierdzono, że w porównywalnym zakresie parametrów skraplania opory przepływu czynnika chłodniczego R134a są większe od R407C; w zakresie x = 1÷0, wzrost ten wynosi 20÷50%.
3. Zaproponowano nową korelację, która opisuje średnie opory przepływu (Δp/L) w dwufazowej strefi e skraplania multiportów 4- i 8-minikanałowych z dokładnością ±20%.
4. Prowadzone są dalsze prace dotyczące charakterystyk przepływowych multiportów zmierzające do uogólnienia zakresu ich stosowalności.

LITERATURA
[1] BAROCZY C. J.: Correlation of liquid fraction in two-phase fl ow with application to liquid metals. Chemical Engineering Progress Symposium. 1965. vol. 61. no. 57. pp. 179–191.
[2] BOHDAL T., CHARUN H., KUCZYŃSKI W.: Investigation of the condensation process in the mini-systems of compressor refrigerating systems. Conference COMPRESSORS 2009. pp. 1–8.
[3] BOHDAL T., CHARUN H., KUCZYŃSKI W., SIKORA M.: Investigation of heat exchange and fl ow resistances during condensation of refrigeration media in minichannels. XIX International Symposium, Research-Education- Technology. Bremen, 2009. pp. 118–121.
[4] BOHDAL T., CHARUN H., SIKORA M.: Comparative investigations of the condensation of R134a and R404A refrigerants in pipe minichannels. Int. J. Heat Mass Transfer. 2011. vol. 54. pp. 1963–1974.
[5] CAVALLINI A., DORETTI L., MATKOVIC M., ROSSETTO L.: Update on condensation heat transfer and pressure drop inside minichannels. Proc. of ICMM2005. 3rd International Conference on Microchannels and Minichannels. Toronto, 2005.
[6] CAVALLINI A., CENSI G., DEL COL D., DORETTI L., LONGO G. A., ROSSETTOL.: Condensation of halogenated refrigerants inside smooth tubes. HVAC and Research. 2002. vol. 8. no. 4. pp. 429–451.
[7] CHEN J. Y., YANG K. S., CHANG Y. J., WANG C. C.: Two-phase pressure drop of air-water and R410A in small horizontal tubes. Int. J. of Multiphase Flow. 2001. vol. 27. no. 7. pp. 1293–1299.
[8] COLEMAN J. W., GARIMELLA S.: Two-phase fl ow regimes in round, square and rectangular tubes during condensation of refrigerant R134a. Int. Journal Refrigeration. 2003. vol. 26. no. 1. pp. 117–128.
[9] FRIEDEL L.: Improved friction pressure drop correlation for horizontal and vertical two-phase pipe fl ow. European Two-Phase Flow Group Meeting. Paper no. 2. Ispra, Italy, 1987.
[10] GARIMELLA S.: Condensation fl ow mechanisms in microchannels: basis for pressure drop and heat transfer models. Heat Trans. Eng. 2004. vol. 25. no. 3. pp. 104–116.
[11] GARIMELLA S.: Near critical / supercritical heat transfer measurements of R410A in small diameter tubes. Georgia Institute of Technology. Compact Heat Exchangers in heat pumping equipment. Chicago, IL, 2009. (presentation).
[12] GARIMELLA S., AGARWAL A., KILLION J. D.: Condensation pressure drp in circular microchannels. Heat Transfer Engineering. 2005. vol. 26. pp. 1–8.
[13] GHIAASIAAN S. M.: Two multi-phase fl ow, boiling and condensation in conventional and miniature systems. Cambridge University Press. 2008.
[14] KANDLIKAR S. G.: Microchannels and minichannels – history, terminology, classifi cation and current research needs. First International Conference on Microchannels and Minichannels. New York, 2003.
[15] KANDLIKAR S. G., GARIMELLA S., LI D., COLIN S., KING M. R.: Heat Transfer and Fluid Flow in Minichannels and Microchannels. Elsevier. 2006.
[16] LOCKHART R. W., MARTINELLI R. C.: Proposed correlation of data for isothermal two-phase, two-component fl ow in pipes. Chem. Eng. Prog. 1949. vol. 45. no. 1. pp. 39–45.
[17] MEHENDALE S. S., JACOBI A. M., SHAH R. K.: Fluid fl ow and heat transfer at micro- and meso-scales with application to heat exchanger design. Applied Mechanics Reviews. 2000. vol. 53. no. 7. pp. 175–193.
[18] SHIN J. S., KIM M. H.: An experimental study of condensation heat transfer inside a mini-channel with a new measurement technique. Int. Journal of Multiphase Flow. vol. 30. pp. 311–325. 2004.
[19] ZHANG M., WEBB R. L.: Correlation of two-phase friction for refrigerants in small-diameter tubes. Exp. Thermal and Fluid Science. 2001. vol. 25. pp. 131–139.
[20] ZHANG W., XU J., LIU G.: Multi – channel eff ect of condensation fl ow in a micro triple – channel condenser. International Journal of Multiphase fl ow. 2008. vol. 34. pp. 1175–1184.

AUTORZY: prof. dr hab. inż. Tadeusz BOHDAL, dr inż. Henryk CHARUN, mgr inż. Małgorzata SIKORA
– Politechnika Koszalińska, Katedra Techniki Cieplnej i Chłodnictwa