雙D 形管高效換熱平行流蒸發(fā)器設計

謝紅勛

（廣東鑫統(tǒng)仕集團有限公司，清遠 511500）

蒸發(fā)器是把經(jīng)過壓縮、液化的制冷劑氣化，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，同時吸收熱量，作用是降低周圍介質(zhì)的溫度，起到制冷作用。蒸發(fā)器從結(jié)構(gòu)類型上劃分，可分為傳統(tǒng)的管片式結(jié)構(gòu)、層疊式結(jié)構(gòu)以及新型的平行流結(jié)構(gòu)。

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，車載空調(diào)成為汽車必不可少的部分，而蒸發(fā)器是汽車空調(diào)的重要部件。為了提高汽車空調(diào)用蒸發(fā)器的換熱效率，減小其安裝所需空間和重量，它的結(jié)構(gòu)形式已從管片式、管帶式發(fā)展到層疊式。目前，層疊式蒸發(fā)器又被結(jié)構(gòu)更緊湊、表面溫度更均勻、換熱效率更高、加工工藝更加簡單的平行流式蒸發(fā)器所取代。平行流蒸發(fā)器采用高效的換熱多孔扁管提高換熱效率，是一種高效、緊湊的汽車空調(diào)蒸發(fā)器[1-2]。

常見平行流蒸發(fā)器的主要部件包含扁平換熱管、翅片、上下集流管以及其他輔助零件[3-4]。其中：扁平換熱管一般為多通道結(jié)構(gòu)；翅片一般為百葉窗結(jié)構(gòu)；上下集流管的結(jié)構(gòu)形式很多，主要分為一體式結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu)。為了提高蒸發(fā)器溫度的均勻性，平行流蒸發(fā)器的冷媒通道一般設計有多個流程。不同結(jié)構(gòu)類型的平行流蒸發(fā)器，其產(chǎn)品性能和制造工藝各不相同。

1 現(xiàn)有平行流蒸發(fā)器技術(shù)存在的問題

與其他類型蒸發(fā)器比較，平行流蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)緊湊，芯體厚度較?。ㄒ话阍?0 ～50 mm），換熱效率高。同時，由于平行流蒸發(fā)器在芯體高度和寬度方向的尺寸可方便調(diào)節(jié)，產(chǎn)品具有較高的靈活性。但是，目前的平行流蒸發(fā)器也存在一些問題[5-7]。

第一，芯體表面的排水性能差，冷媒流動阻力較大，溫度均勻性差。現(xiàn)有平行流蒸發(fā)器的不足主要體現(xiàn)在3 個方面。一是為提高蒸發(fā)器芯體空氣側(cè)的換熱效率，現(xiàn)有平行流蒸發(fā)器翅片高度設置較低，波距和開窗較密，導致芯體表面的冷凝水排出不暢，使蒸發(fā)器單芯體和空調(diào)系統(tǒng)的通風阻力上升，長期使用在空調(diào)后引起空氣質(zhì)量下降。二是為提高蒸發(fā)器芯體冷媒側(cè)的換熱效率，現(xiàn)有平行流蒸發(fā)器采用的扁平換熱管的內(nèi)部流道截面尺寸較小，導致冷媒的流通阻力明顯上升，使空調(diào)系統(tǒng)的總體制冷性能降低、能耗增加。三是現(xiàn)有平行流蒸發(fā)器芯體的流程布置和設計不合理或者內(nèi)部均流不充分，導致芯體的溫度均勻性較差，冷媒的流通阻力較大，降低了空調(diào)系統(tǒng)的總體制冷性能，增加了蒸發(fā)器芯體表面結(jié)霜的風險?？梢姡F(xiàn)有平行流蒸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上還有較大的改進和提升空間。

第二，傳統(tǒng)蒸發(fā)器通過進液管使液態(tài)制冷劑直接進入扁管，中間沒有設置過濾裝置，導致制冷劑中帶有的諸多雜質(zhì)降低了蒸發(fā)器的工作效率，且雜質(zhì)極易造成堵塞，不便于清理。大多數(shù)傳統(tǒng)蒸發(fā)器雖然意識到氣密性是影響其工作效率的關(guān)鍵因素，但是在具體工作中并沒有解決氣密性問題，導致使用效率不高。此外，傳統(tǒng)蒸發(fā)器殼體直接與外界環(huán)境接觸，而大多殼體是具有防腐蝕性的金屬，不具有保溫作用，導致蒸發(fā)器內(nèi)部溫度受外界影響過大。

第三，現(xiàn)有的平行流蒸發(fā)器由于結(jié)構(gòu)設計問題，端蓋易脫落，返工率較高，導致企業(yè)生產(chǎn)成本較高。

為了提高企業(yè)競爭力，需要對現(xiàn)有的平行流蒸發(fā)器生產(chǎn)技術(shù)進行優(yōu)化改進，提升集液管封堵的可靠性，使其更加適用于高壓力工況，提高換熱效率。

2 雙D 形管高效換熱平行流蒸發(fā)器

2.1 平行流蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)特征

為提升集液管封堵的可靠性，使其更加穩(wěn)固安全，提高換熱效率，設計了一種雙D 形管的平行流蒸發(fā)器。它主要包括兩層芯體、第一雙D 形管A、第二雙D形管B。其長度方向的剖面為D 形第一管體、D 形板的第一插板、第一插槽、第二插槽等，結(jié)構(gòu)如圖1 和圖2 所示。

圖1 雙D 形管的平行流蒸發(fā)器內(nèi)部主視圖

圖2 雙D 形管的平行流蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖

設計的雙D 形管的平行流蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特征主要涉及4 個方面。第一，第一雙D 形管中的第一管體上設有第二插槽和第二插板，第一管體上設有第一連接孔。第二，第二雙D 形管B 包括并排布置的2 根第二管體，第二管體垂直于其長度方向的剖面為D形，第二管體的下表面設有若干用于與散熱管插接的插口，第二管體的2 個端部均設有第三插槽和第三插板，第三插板由2 片D 形板連接形成。第三，第三插板的D 形板插入對應的第二管體的第三插槽內(nèi)，并通過焊接方式和第二管體密封連接。第四，兩層芯體的兩端插接在第一雙D 形管A 的插口上、第二雙D 形管B 的插口上。具體來說，第一雙D 形管A 的2 根第一管體之間不直接連通，第二雙D 形管B 的2 根第二管體之間通過第二連接孔直接導通。

2.2 平行流蒸發(fā)器工作原理

設計的雙D 形管高效換熱平行流蒸發(fā)器能有效提高換熱效率，流體經(jīng)過進口進入第一雙D 形管A 設有進口的第一管體中，進入其中一層芯體后到達第二雙D 形管B，流體再通過第二連接孔從第二雙D 形管B 中的一個第二管體進入另一個第二管體，然后經(jīng)過另一層芯體進入第一雙D形管A設有出口的第一管體并從出口處排出。

設計中，第二管體設有一個第四插板，另一個第二管體也設有一個第四插板。對第四插板的個數(shù)不作限制，因此第二管體內(nèi)的第四插板可以為多個，可根據(jù)實際生產(chǎn)所需而設。第四插板的設置可均勻輸送流體，有效延長了流體的路徑，提高了平行流蒸發(fā)器的熱交換效率。

設計中雙D 形管上設置第一插槽，第一插板插入第一插槽內(nèi)實現(xiàn)雙D 形管端部，并通過焊接的方式實現(xiàn)封堵，可承受更大的流體壓力，封堵可靠性高。

3 設計的優(yōu)點

設計采用雙D 型管型平行流冷凝器系列產(chǎn)品，產(chǎn)品向輕量化、節(jié)能、降低風阻和產(chǎn)品泄漏率、環(huán)保方向發(fā)展，縮小了體積，提高了單位體積的傳熱性能，提升了公司市場競爭力[8]。設計中接頭、鋁管和安裝支架采用內(nèi)脹式固定，降低了工藝成本和質(zhì)量成本，解決了接頭和鋁管用氬弧焊、火焰焊固定而在外觀上不美觀、不牢固且存在虛焊、火焰卒硬等不良缺陷的問題，同時減少了火焰釬焊造成的泄漏、外觀質(zhì)量不佳等問題。

4 結(jié)語

設計的雙D 形管平行流冷凝器可承受更大的流體壓力，封堵可靠性高，有效延長了流體的路徑，提高了平行流蒸發(fā)器的熱交換效率。該產(chǎn)品在減輕重量、提高集液管封堵的可靠性以及換熱效率等方面優(yōu)勢突出，是我國汽車空調(diào)行業(yè)推廣應用平行流冷凝器向輕量化、節(jié)能、環(huán)保方向發(fā)展的必然趨勢，具有廣闊的市場應用前景。