客車空調(diào)冷凝器動態(tài)氣流換熱性能試驗與優(yōu)化設(shè)計

歐陽榮華，佘友會

（1.廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州　510520；2.廣州精益汽車空調(diào)有限公司，廣州　510880）

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客車空調(diào)冷凝器動態(tài)氣流換熱性能試驗與優(yōu)化設(shè)計

歐陽榮華1，佘友會2

（1.廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州510520；2.廣州精益汽車空調(diào)有限公司，廣州510880）

摘要：頂置式客車空調(diào)冷凝器的布置結(jié)構(gòu)導(dǎo)致車輛行駛時空氣流通受阻，影響制冷效率。本文通過切實可行的方法對客車空調(diào)冷凝器的動態(tài)氣流進行優(yōu)化處理。結(jié)果表明，優(yōu)化后的冷凝器散熱較好,動態(tài)降溫性能得到改善。

關(guān)鍵詞：客車空調(diào)；冷凝器；動態(tài)氣流；換熱性能

1　客車空調(diào)存在的問題及制冷測試

客車空調(diào)的性能測試需在模擬使用環(huán)境中進行才能得出其真實性。在通常情況下，冷凝器設(shè)計為迎風(fēng)式，借助車輛行駛時的速度將空氣流導(dǎo)入冷凝器散熱翅片中，增加冷凝器的散熱效果[1]。

在大客車空調(diào)系統(tǒng)中，由于制冷量大，冷凝器的體積相對龐大。當(dāng)結(jié)構(gòu)布置需要安裝于車頂時，如果設(shè)計成迎風(fēng)式冷卻，會影響整車高度。因此，采用銅管鋁片式的冷凝器通常設(shè)計成兩側(cè)進風(fēng)形式（如圖1所示）。兩側(cè)式布置冷凝器為大客車空調(diào)冷凝器最通用的布置方式，其優(yōu)點是安裝布置方便，結(jié)構(gòu)緊湊，可以盡可能地降低空調(diào)機組的高度；缺點是客車行駛時，通過冷凝器的風(fēng)阻加大，冷凝器進風(fēng)不足，導(dǎo)致冷凝器的散熱效果變差，空調(diào)制冷量下降，壓縮機功耗增加[2-3]。

圖1　頂置冷凝器結(jié)構(gòu)

對于圖1所示的頂置冷凝器結(jié)構(gòu)，當(dāng)客車以一定速度行駛時（動態(tài)），冷凝器的進風(fēng)和出風(fēng)狀態(tài)與車輛靜止時完全不同，行駛時產(chǎn)生的風(fēng)阻使進風(fēng)量減少，同時，排出的氣流（熱空氣）由于受到行駛風(fēng)阻不能沿著風(fēng)機軸向吹出，導(dǎo)致部分熱空氣沿葉片圓周方向運動而被重新吸入冷凝器，形成熱風(fēng)短路循環(huán)，使冷卻狀態(tài)惡化，降低了空調(diào)機的制冷量，使壓縮機的能效比降低[4-7]。

為了確認(rèn)同一臺空調(diào)機在行駛和靜止時的空調(diào)效果差別，將改進型的30 kW客車空調(diào)機安裝在一輛ZK6127H2的新客車上，進行降溫能力對比測試，實驗方法參考文獻[8-9]。測試時室外氣溫35℃。

1）靜止時降溫測試。將客車停在室外，打開車窗讓車室內(nèi)外溫度平衡，然后關(guān)閉車門車窗，起動發(fā)動機，開啟空調(diào)，壓縮機轉(zhuǎn)速為1 800 r/min和2 100 r/min時，車內(nèi)3個測試點的平均降溫記錄見表1。

表1　 1 800 r/min和2 100 r/min車內(nèi)3個測試點的平均降溫記錄　　℃

2）客車行駛時降溫測試。靜止降溫測試完成后，重新回到試驗的起始狀態(tài)，分別進行壓縮機轉(zhuǎn)速為1 800 r/min和2 100 r/min的客車行駛降溫試驗，記錄見表2。

表2　 1 800 r/min和2 100 r/min時客車行駛降溫試驗數(shù)據(jù)　　℃

2　冷卻氣流動態(tài)優(yōu)化及效果

從表1和表2可以看出，在車速40 km/h的時候，空調(diào)制冷量比靜止時壓縮機在1 800 r/min時的制冷量下降了4%；車速在78 km/h時，空調(diào)制冷量比靜止時壓縮機相同轉(zhuǎn)速（2 100 r/min）狀態(tài)下下降了6.5%，且隨著高壓的上升，壓縮機的能效比隨之下降。因此，改進客車行駛狀態(tài)下的冷凝器散熱效果，就能提高空調(diào)機的制冷能力，同時也能降低壓縮機消耗的功率。

2.1優(yōu)化措施

1）改進冷凝器蓋板設(shè)計。為了改善冷凝器在客車行駛時的進風(fēng)狀態(tài)，在冷凝器蓋板的進風(fēng)區(qū)域，將原來的平面形通風(fēng)孔，改為增加45°的翻邊導(dǎo)風(fēng)葉，朝向車前進的方向。這樣當(dāng)客車行駛時，氣流連續(xù)地被導(dǎo)風(fēng)葉引入到冷凝器芯體進風(fēng)面，然后被冷凝風(fēng)機吸入，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　改進后的冷凝器蓋板

2）改進冷凝風(fēng)機排風(fēng)保護罩。通用的冷凝風(fēng)機排風(fēng)保護罩，是用φ5 mm的鋼絲圈焊接而成的網(wǎng)罩。這樣的結(jié)構(gòu)僅僅考慮為保護冷凝風(fēng)機，防止異物進入而損傷風(fēng)機葉片。通過測試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過保護罩的冷凝風(fēng)機排風(fēng)比無保護罩時更容易向圓周方向擴散。由于冷凝器芯體的進風(fēng)區(qū)與冷凝風(fēng)機距離很近，因此，冷凝風(fēng)機排出的熱風(fēng)擴散后有一部分又被吸入冷卻芯體，形成部分冷卻風(fēng)“短路”。這樣的結(jié)果是提高了冷凝器進風(fēng)溫度，導(dǎo)致冷凝溫度和壓力升高。當(dāng)客車高速行駛時，由于進風(fēng)量降低，而使排出的熱風(fēng)擴散程度加劇。要想改善冷凝風(fēng)機排風(fēng)向圓周方向擴散的狀況，必須分析形成擴散的原因。

①負(fù)壓對排風(fēng)擴散的影響。外界空氣以一定速度流經(jīng)冷凝器芯體后，已形成負(fù)壓，冷凝風(fēng)機將負(fù)壓的熱空氣排出，可以在一固定位置檢測到排風(fēng)擴散的風(fēng)速。通過改變冷凝風(fēng)機的端電壓而使風(fēng)機的轉(zhuǎn)速改變，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓升高而使風(fēng)機轉(zhuǎn)速加快時，排風(fēng)擴散的速度也加快，范圍變大。因此，在額定電壓下運行時，只有提高進風(fēng)量，降低冷凝風(fēng)機的吸風(fēng)負(fù)壓，才能減少排風(fēng)擴散的程度。

②保護罩對排風(fēng)擴散的影響。當(dāng)冷凝風(fēng)機在額定電壓下運轉(zhuǎn)時，發(fā)現(xiàn)去掉保護罩后，排風(fēng)擴散的程度得以減弱。其原因是：排風(fēng)經(jīng)過鋼絲圈時，由于鋼絲是圓形的，排風(fēng)被鋼絲導(dǎo)引著向圓周方向擴散，因此，圓形鋼絲保護罩加劇了排風(fēng)的擴散，提高了熱風(fēng)被再吸入的比例。

為了防止保護罩使排風(fēng)擴散加劇，且能減輕風(fēng)機本身的排風(fēng)擴散，我們設(shè)計了一種新型塑料導(dǎo)風(fēng)罩。新導(dǎo)風(fēng)罩設(shè)計了向中心傾斜的氣流通道，使排風(fēng)向風(fēng)機垂直上空排出，而不會馬上擴散又流入冷凝器芯體，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　改進后塑料保護罩

2.2優(yōu)化設(shè)計后的制冷測試

為了檢驗新設(shè)計的冷凝器蓋板及冷凝風(fēng)機塑料保護罩的效果，在更換了冷凝器蓋板及塑料保護罩后，又進行了兩種車速下的動態(tài)降溫測試，結(jié)果見表3。

時間/min轉(zhuǎn)速/(r/min)　0　 510　 15　 20 1 800　 35　 31.929.6 27.9 26.3 25　 30　　備注25.1 24.1平均時速40 km/h 2 100　 35　 31.8 29.4 27.7 26.2 25.0 23.9平均時速78 km/h

3結(jié)束語

通過對冷凝器蓋板進風(fēng)口增加朝向車前行方向的導(dǎo)風(fēng)葉片設(shè)計，氣流能較順暢地進入冷凝器，增加了冷凝器進風(fēng)量；同時新型冷凝器出風(fēng)導(dǎo)風(fēng)罩設(shè)計了向中心傾斜的氣流通道，使排風(fēng)沿風(fēng)機垂直向上排出，有效防止了冷凝風(fēng)機保護罩使排風(fēng)擴散加劇，且能減輕風(fēng)機本身的排風(fēng)擴散，防止排風(fēng)回流入冷凝器芯體。通過降溫能力對比測試，顯示改進后的動態(tài)降溫效果良好。因此，通過冷凝器進出風(fēng)通道的優(yōu)化設(shè)計，能夠改進客車行駛狀態(tài)下的冷凝器散熱效果，提高了空調(diào)機的制冷能力，同時也降低了壓縮機消耗的功率。

參考文獻：

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[9] JT/T216-2006，客車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)條件[S].北京：交通人民出版社，2006.

修改稿日期：2015-07-25

◆產(chǎn)品推介

鄭州奧特科技有限公司（封面）

浙江流遍機械潤滑有限公司（封二）

重慶機動車強檢試驗場（封三）

新南風(fēng)加熱制冷（滄州）有限公司（封底）

鄭州宇通客車股份有限公司（前插一）

四川和越氣壓減震器有限公司（前插二）

中通客車控股股份有限公司（前插三）

深圳市沃特瑪電池有限公司（前插四）

精進電動科技（北京）有限公司（前插五）

南京越博汽車電子有限公司（前插六）

湖南南車時代電動汽車股份有限公司（前插七）

鄭州宇通客車股份有限公司（前插八）

鄭州多元客車裝備有限公司（中插一）

武漢客車制造股份有限公司（中插二）

長春市恒豐客車裝備有限公司（中插三）

北汽福田北京歐輝客車分公司（中插四）

上海凱倫電子技術(shù)有限公司（后插一）

保定長安客車制造有限公司（后插二）

無錫市新高汽車電機廠（后插三）

山東沂星電動汽車有限公司（后插四）

西安中心熔電氣有限公司（后插五）

河谷（佛山）汽車潤滑系統(tǒng)制造有限公司（后插六）

大連威而裝備技術(shù)有限公司（后插七）

《客車技術(shù)與研究》理事單位名錄（后插八）

Test and Optimal Design About Dynamic-airflow Heat-exchange Performance
Through Condenser of Bus / Coach Air Conditioner

Ouyang Ronghua1, She Youhui2
（1. Guangdong Engineering Polytechnic，Guangzhou 510520, China；

2. Guangzhou Jingyi Automobile Air-Conditioner Co., Ltd, Guangzhou 510880, China）

Abstract：The structure and layout of the condenser roof-mounted of bus / coach air conditioners lead to the air-flowresistance increase when the bus / coach is running, thus the refrigeration efficiency is affected. This article studies the feasible methods to optimize the dynamic airflowof passing the condenser of bus / coach air conditioner. The results show that the heat-exchange performance of the optimized condenser is good, and the dynamic cooling capacityis improved.

Key words：bus / coach air conditioner; condenser; dynamic airflow; heat-exchange performance

作者簡介：歐陽榮華（1968-），女，車輛工程碩士；高級工程師；長期從事與汽車空調(diào)相關(guān)的研究工作。

中圖分類號：U463.85+1

文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：1006-3331（2016）01-0057-03