空調(diào)換熱器的密封與自動涂膠技術(shù)實踐研究

施芬芬

摘 要： 空調(diào)具有制熱和制冷功能，而空調(diào)換熱器則是空調(diào)的核心部件，其密封工藝對換熱器非常重要，直接影響到換熱器的換熱效率。針對密封膠對換熱器的換熱性能和空調(diào)器的性能，分析了空調(diào)換熱器的密封部件、材料生產(chǎn)和制造工藝，探討了空調(diào)換熱器的密封和換熱原理，并從產(chǎn)品設(shè)計、密封材料、工藝可靠性和自動化等方面進行了研究。結(jié)果表明：新開發(fā)的空調(diào)換熱器密封技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)生產(chǎn)線，提高了工業(yè)自動化水平，密封性能可靠。

關(guān)鍵詞： 空調(diào)換熱器；密封技術(shù)；密封膠

中圖分類號： TM425；TQ436+.6

文獻標志碼： A ?文章編號： 1001-5922（2023）08-0024-03

Research and application of sealing technology for air conditioner heat exchangers

SHI Fenfen

（ China Railway No.1 Survey and Design Institute Group Co.，Ltd.，Xi’an 71004，China）

Abstract： Air conditioners have the functions of heating and cooling，and the heat exchanger is the core component of it.The sealing process of the heat exchanger is crucial as it directly affects the heat transfer efficiency.This paper analyzed the sealing components，material production，and manufacturing processes of air conditioner heat exchangers，and explored the sealing and heat transfer principles of the heat exchanger.Research was conducted from the aspects of product design，sealing materials，process reliability，and automation.The results showed that the newly developed sealant technology for air conditioner heat exchangers，when applied to the production line，improved the level of industrial automation and ensures reliable sealing performance.

Key words： air conditioner heat exchanger;sealing technology;sealant

換熱器作為空調(diào)的主要部件，其密封性直接影響空調(diào)的運行效率，決定了空調(diào)能效、使用壽命。丁基橡膠（俗稱密封膠泥）和卡勾固定密封被廣泛使用，并由工人手動組裝。密封膠泥的分離直接影響空調(diào)換熱器的關(guān)鍵性能，如能效、容量、冷凝和噪音，產(chǎn)品可靠性難以滿足客戶質(zhì)量要求[1]。

1 空調(diào)換熱器密封概述

空調(diào)換熱器通常由許多部件組成，在這些部件之間的接頭處有一定的間隙或連接處換熱片比較薄。一般情況下要連接密封部件，如圖1所示。目前，空調(diào)行業(yè)中空調(diào)換熱器的密封部件通常由丁基合成橡膠（俗稱密封膠泥）、海綿、塑料密封條等材料制成。由于材料生產(chǎn)和制造工藝的影響，產(chǎn)品的質(zhì)量和性能受到不同程度的影響。

（1） 密封膠泥和海綿密封。由于密封膠劑和海綿材料的性能、制造工藝的一致性以及包裝和運輸?shù)挠绊懙纫蛩?，密封膠劑和海綿變形脫落，導(dǎo)致?lián)Q熱器密封不良，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量和性能[2]；

（2） 塑料密封條。在空調(diào)的制冷和制熱條件下，塑料材質(zhì)存在熱脹冷縮甚至變形，導(dǎo)致?lián)Q熱器密封不良，嚴重影響空調(diào)產(chǎn)品的冷凝性能、噪音、舒適性和質(zhì)量[3]；

（3） 密封膠泥、海綿、塑料密封條密封。生產(chǎn)過程需要進行人工裝配，無法實現(xiàn)自動化，所以存在成本高、效率低的問題。如下圖1所示為空調(diào)換熱器密封示意圖。

2 試驗概況

2.1 試驗材料

空調(diào)換熱器在空調(diào)中起到換熱的作用，密封膠

用來對換熱器組件連接處進行密封、粘接，確保換熱 ?器的化熱性能和空調(diào)器的性能?；诳照{(diào)換熱器的密封性、性能要求、可靠性和舒適性等條件，確定密封膠選型的技術(shù)條件[4]?；谶x型技術(shù)條件，結(jié)合

生產(chǎn)工藝要求，從各種材料表干時間、固化時間、高溫性能、低溫性能等維度來分析選型。另外，空調(diào)的電加熱體為額定工作狀態(tài)，換熱器處于高溫運行，所用密封材料要滿足制熱工況下的性能和粘接性能。而為了確?？照{(diào)的舒適，密封材料要在高溫狀態(tài)下不產(chǎn)生影響人體健康或人體不適的氣體。選擇聚烯烴類密封膠進行密封[5]。

2.2 實驗數(shù)據(jù)準備

聚烯烴類密封膠屬于高分子熱塑性密封膠，主要性能指標粘度、拉伸強度、開放時間、固 化時間、軟化點、斷裂伸長率等?；诟叻肿硬牧侠匣?，主要分為熱老化、光老化，根據(jù)空調(diào)產(chǎn)品使用工況、環(huán)境來進行驗證。在不同溫度下對取樣件進行測試，分別持續(xù)240、480、720、960、1 200、1 440 h后，驗證樣品質(zhì)量，觀察是否出現(xiàn)裂變、老化等情況[6-7]。在長時間高溫實驗下，膠品的外觀色澤出現(xiàn)輕微變黃、加深，未出現(xiàn)老化、裂變等現(xiàn)象，物性指標之軟化點、拉伸強度、稀稠度等均無改變，伸長率存在波動，但是基本在300%以上。高溫性能指標圖如表1所示。

經(jīng)過長期低溫耐久性測試，膠品的外觀和顏色沒有明顯變化，也沒有老化、開裂或其他現(xiàn)象的跡象。軟化點、稀稠度和抗拉強度指標的物性指標沒有變化，而伸長率可能有一些變化，但一般在300%以上。低溫性能指標如表2所示。

根據(jù)DSC分析和相關(guān)研究表明，在溫度小于等于80 ℃時，可以得到 t=8.19a 。因此，聚烯烴材料熱老化的壽命常數(shù)a如表3所示[8]。

正常情況下，空調(diào)制熱工作極限溫度大約為80 ℃，熱老化壽命常數(shù) a=2.93 ，則可以得知材料有效壽命為： t =8.19 a =8.19×2.93≈24年。

因此，在測試高分子材料的熱老化和光老化時，聚烯烴材料的使用壽命長達24年，高于空調(diào)的10年使用壽命?；诖?，聚烯烴材料符合空調(diào)質(zhì)量和可靠性要求，使用壽命為10年[9-10]。

3 空調(diào)換熱器密封技術(shù)實踐方案

聚烯烴密封膠作為一種熱熔型的固體密封膠，需要使用設(shè)備熔膠。利用技術(shù)創(chuàng)新理論，開發(fā)了自動機器人密封技術(shù)、可追溯技術(shù)、信息管理技術(shù)和設(shè)備防錯技術(shù)。實現(xiàn)了換熱器的自動上料、定位、檢測、自動機器人牽引、自動密封、自動切割和信息控制的全過程自動化和計算機自動化[11]。技術(shù)改造的同時，克服傳統(tǒng)工藝的局限性，徹底消除傳統(tǒng)工藝對手工裝配的依賴和人為因素對裝配質(zhì)量一致性的影響，提高工藝方法的穩(wěn)定性和制造工藝的可靠性。機器人全自動密封技術(shù)的設(shè)備包括自動涂膠機器人、熔膠設(shè)備、六軸機器人、自動送料機構(gòu)等，實現(xiàn)蒸發(fā)器的自動送料、檢測、機器人自動取料、自動涂膠、自動下料，完成全流程自動化生產(chǎn)[12]。

為了有效控制生產(chǎn)工藝和設(shè)備的穩(wěn)定性、一致性，同時確保粘膠劑的可靠性與穩(wěn)定性。利用防錯技術(shù)，建立設(shè)備防火墻，避免因為設(shè)備異常而出現(xiàn)不良產(chǎn)品流入市場的情況。對于設(shè)備工藝進行參數(shù)自動化監(jiān)控、信息化管理。采用信息技術(shù)實現(xiàn)空調(diào)換熱器需要使用到的膠機變頻器的故障自動報警，實現(xiàn)高溫保護、溫控參數(shù)自動檢測、自動監(jiān)控[13]。

4 密封膠可靠性實驗與結(jié)果分析

為了確保密封膠的可靠性、銅管的兼容性、密封膠與換熱器粘接可靠性，以及、密封膠與換熱器翅片。研究根據(jù)空調(diào)環(huán)境、使用工況、空調(diào)器產(chǎn)品可靠性要求分別進行試驗驗證。根據(jù)安全和質(zhì)量要求，將密封膠置于120 ℃的恒溫箱中48 h，膠不熔化這意味著滿足安全使用和質(zhì)量要求。然后將密封膠放置在-20、-30 ℃的恒溫試驗箱中試驗48 h， 反復(fù)折彎，如果密封膠沒有發(fā)生斷裂、裂紋、硬脆情況，則符合低溫性能要求。在蒸發(fā)器上使用密封膠，進行低溫-30 ℃、高溫+85 ℃（濕度95%）工況中進行測試。循環(huán)時間：4 h/次，實驗循環(huán)：336 h，密封膠無裂縫、變形、斷裂、密裂縫等異?，F(xiàn)象，符合要求[14]。

測試密封膠與銅管、鋁箔的兼容性，將密封膠分別涂在鋼管和翅片鋁箔上，放在高溫100 ℃的環(huán)境中，周期720 h，金相分析銅管和鋁箔無腐蝕性，符合要求。在溫度60 ℃、濕度95%和周期720 h的條件下，在銅管和鋁箔上涂抹密封膠。金相分析銅管、鋁箔無腐蝕，符合要求。對于密封膠、銅管、鋁箔開展環(huán)流水解（高溫100 ℃加熱240 h）后，進一步驗證是否產(chǎn)生酸根離子，銅管與鋁箔未腐蝕，符合要求。換熱器密封膠和鋁箔之間的結(jié)合強度直接影響結(jié)合可靠性。在換熱器上涂抹密封膠，該密封膠滲透到翅片1～2 mm，并在固化后用拉力計進行測量。密封膠與換熱器翅片的粘接強度大于等于25 N，相較于傳統(tǒng)密封泥（3 N）來說，粘接強度上升了8倍。經(jīng)過高低溫、液滴和隨機振動的可靠性檢查之后，密封膠未裂開，證明具有可靠的粘接性能。

5 結(jié)語

研究提出了機器人自動涂膠密封技術(shù)、設(shè)備防錯技術(shù)和信息化管理手段，實現(xiàn)了空調(diào)換熱器的自動送料、 自動定位、檢測、機器人自動取料、自動涂膠密封、自動下料、過程信息化管理的全流程信息化、自動化生產(chǎn)。在空調(diào)換熱器的密封研究中，利用自動化技術(shù)，既能夠提高生產(chǎn)效率，同時還可以促進產(chǎn)業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展。使用的空調(diào)換熱器新密封材料，故障率顯著下降，并且解決了傳統(tǒng)工藝膠泥脫落問題。

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