发展趋势的研究汽车空调换热器

点击：2149 日期：[ 2014-04-26 21:35:55 ]

发展趋势的研究汽车空调换热器聂永红（东风贝洱热系统有限公司，武汉430056）摘要：汽车空调中的换热器是非常重要的部件，它们是空调换热性能最关键的部件，当今汽车零部件的发展是体积小型化、高性能的要求，在换热器上的发展也是日新月异。通过研究世界上著名的汽车空调厂家的换热器的最新的发展趋势，为国内换热器的发展提供一定的参考。关键词：平行流；高效；环保中图分类号：TB657.2文献标志码：A文章编号：1005-2550（2010）03-0028-05 1·汽车空调的发展的历史 1.1空调使用（1）原始的空调方式：开窗换气；（2）1927年：最早由加热、通风装置、空气过滤器组成功能仅是供暖通风；（3）20世纪30年代末，制冷技术应用到汽车上，开始真正意义的汽车空调；（4）20世纪60年代，制冷技术普及应用到汽车上。技术日趋完善、功能日趋全面。 1.2空调功能技术应用（1）单一的供暖空调（1927年），现仍用于部分寒冷带的车辆；（2）单一供冷空调（1939年），现仍用于部分热带的车辆；（3）冷暖型空调（1954年），具有降温，除湿、通风、过滤、除霜等调节功能；（4）1964以前，汽车空调依靠人工控制，现大量用于低档车辆上；（5）1964年以后，自动控制技术应用于汽车空调，空调在用户设定的温度范围内自动运行，现用于高级小车及高级大客车上；（6）1977年，电脑芯片控制用于汽车空调上，数字化显示、控制更精确。空调与汽车行驶之间的动力协调性更好；空调更舒适。现用于豪华汽车如别克、凌志等。 2·汽车空调的发展方向汽车空调的发展方向是受人、社会、汽车综合的影响因素所驱动，具体见图1。 2.1提高舒适性当前大部分汽车空调采用的是制冷与采暖分开的两套独立的系统，控制上没有达到精确的量化水平，只能冬天开制暖，夏天开制冷，温度差不多就可以了。到了湿度大的冷天开暖气只会使人感觉浑身潮湿，闷的慌，这就需要开制冷来除湿。至于换气，也大多是打开门窗。随着人们生活水平的提高，对舒适性会提出更高的要求，因此以后的空调将是更加舒适的，全功能的，自动调节，使温度、湿度、空气新鲜度、气味等能同时达到要求。 2.2更趋自动化最早的汽车空调是由一个加热器、一套通风系统和一个空气过滤器组成的。控制系统也是很简单的，手动控制，凭人的感觉来调节开关。因而温度、湿度及风量难以控制。随着电脑技术的日益发展，逐渐应用在汽车空调上，再加上各种先进的控制方法的应用，也使汽车空调的控制效果日趋完善，性能充分发挥出来。它利用多个传感装置感知车内及外界的状态，将信息传递给中央芯片进行处理，得出系统最佳运行模式，并控制运行。使得无论何种天气，车内始终保持最佳舒适状况。 2.3注重环保早期的汽车空调制冷剂都是用R12，通称氟利昂，它们都属卤代物，分子中含有氯元素。众所周知，氟利昂在高空受紫外线照射催化分离出的氯原子与臭氧发生反应，生成氧气。近些年已经发现大气层存在臭氧层空洞，这与空调业广泛使用氨利昂有直接关系。1987年签署的《蒙特利尔公约》要求限制使用氟利昂，并逐步禁用，1992年更进一步提出了对氟利昂的禁用期提前。目前公认的氟利昂替代物是R134a，它对臭氧基本没有破坏作用。华友公司在成立之初就意识到了环保的重要性，所生产的汽车空调都是采用R134a的环保型空调。但R134a同样存在温室效应，所以R134a也是过渡性的介质，CO2空调的发展已经在欧美等发达国家进行开发，并且在部分车型进行产业化，所有这些的变化，都要求换热器要进行革命性的变更。 2.4小型节能车上空间有限，空调装置占用的空间越大，给人的空间就越少，使人感觉压抑，不舒服。因此空调装置会不断改进设计、加工工艺，以使其体积缩小，效能不减。而目前冷凝器、蒸发器方面，老的管片式、管带式换热器正在逐渐被高效的平行流式所代替，但同样平行流结构也在发生很多的变化。在接下来我将对蒸发器、冷凝器、暖风芯体的发展趋势作相应的阐述。 3·换热器的发展趋势 3．1蒸发器蒸发器是吸热产生制冷作用重要的部件，发展的结构从最早的管片式、管带式、层叠式，而今的一个重大的发展有向扁管式（有称平行流式，PFE，RS结构）。下面就层叠式和扁管式的特点及其优缺点阐述如下：某知名空调公司层叠式（MS）蒸发器的结构见图2，新开发的扁管式（RS）蒸发器见图3。从表1中可以看出新的扁管式结构，在性能提高8%、体积减小29%、重量减少46%。为达到这样的提升，该公司做了如下的改进：（1）缩小扁管高度、翅片高度、翅片间距，促进导热；（2）确立超高防腐材料的技术实现薄壁扁管。贝洱公司在蒸发器的研究上也是有类似的，并且在中国注册了专利［1］，目前生产及规划中有两代产品。第一代：从2002年起，扁管式蒸发器开始批量生产，厚度为65 mm和55 mm。第二代（见图4）：厚度为40 mm和50 mm；由于性能体积比率更高，其性能与一代产品一样；高抗腐蚀性；非六价铬亲水表面处理；更优化的排水能力。贝洱公司还从热成像方面展示了扁管式比层叠式更优的性能（见图5、图6）。从热成像图5和图6看出，扁管式在温差方面也有比较好的优势，这样的结果会在HVAC热平衡的设计上有比较好的帮助。其实蒸发器由层叠式向扁管式结构的变革还有另外的原因：（1）层叠式由于是叠片组成，在焊接炉中焊接形成封闭通道，所以模具要求非常高，并且在厚度和高度方向受限，变形困难。所以在批量不大时，模具摊销成本非常高（见图7）。（2）但对于扁管式相对在尺寸方面变形较容易，且制造工艺简单，尤其是中国市场多品种、小批量的市场，非常适合中国的市场。贝洱率先在国内引进扁管式蒸发器的生产，在上海贝洱热系统有限公司投资了针对55 mm芯厚的蒸发器生产线，并在2008年预备引进最新的40 mm平台的蒸发器生产线。东风贝洱在B53/T53空调、东风天龙重卡空调上采用了55 mm扁管式蒸发器，性能比同体积的层叠式蒸发器性能提高10%左右。 3.2暖风芯体目前在汽车空调中使用的暖风主要利用汽车的发动机余热进行加热的，其中暖风芯体是热交换的重要部件，它的发展基本结构有管片式、管带式等。目前在欧洲比较流行管片式，在以日本为代表的以铝焊接式为发展趋势，目前欧洲也在逐步以铝焊接结构为主流，主要原因是：管片式结构变形困难，一旦尺寸确定，除了在长度方向，厚度和宽度基本无法进行改变，生产柔性化不够；东风贝洱公司ZX1的散热器供应神龙公司富康系列轿车，其生产非常单一，投资几千万，只能生产单一品种，这也是该项目投资失败的很好的见证。随着工艺的进步与发展，铝焊接结构的暖风芯体也在发生改变，下面就日本某知名空调公司的变化进行阐述（见图8、图9）。通过以上的改进，该公司进行测定比较（见表2）。从表2中可以看出，新开发的SFAII在性能上提高了8%，体积缩小10%，重量减轻20%。 3.3冷凝器冷凝器是汽车空调中制冷系统中向外散热的重要部件，它的性能的好坏直接影响制冷性能及系统的稳定与可靠性。冷凝器的发展结构从管片式、管带式、平行流式。在当今的大多数汽车空调中采用平行流式，并且在厚度方面从26 mm、20 mm、16 mm、12 mm逐步发展。下面也是从日本某知名空调公司和贝洱公司的发展，来总结冷凝器的发展趋势。图10和图11是该知名空调公司在冷凝器的发展趋势的描述。通过以上的改善，同等正面面积的散热性能提高25%。贝洱公司在冷凝器的开发上有一个专利技术[2]，那就是称之为KOMO结构的冷凝器（见图12）。该冷凝器一个显著的特点就是干燥储液器与冷凝器成为一体，并且增加过冷区，大大提高冷凝效率和可靠性。图13是贝洱发展的三大系列。测试条件:进风温度=45°C正面面积FSt=20 dm2；冷凝器入口温度=100°C；冷凝器入口压力=20 bar；过冷度=-5 K 由图13可以看出12 mm冷凝器几乎达到与16mm相当的性能，但体积和重量大大减小，为汽车的空间布置、节能提供了技术支持。 4·结论综上所述，其实在空调换热器的发展趋势可以整理出以下特点：（1）降低波高、减小扁管截面等手段提高散热性能；（2）考虑生产的柔性化，适应批量生产和多品种的变化；（3）采用超高防腐材料达到扁管的薄壁化。参考文献：［1］贝洱两合公司.热交换器，特别是蒸发器［P］.中国专利：03822146.2，2005-10-12. ［2］贝洱两合公司.冷凝器［P］.中国专利：03806775.7，2005-07-20.

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