空调冷凝器技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

冷凝器的型式按冷却方式可把冷凝器分为三大类：空气冷却式冷凝器，水冷式冷凝器，空气与水联合冷却式冷凝器。

1、空气冷却式冷凝器

这类冷凝器简称为风冷式冷凝器，制冷剂放出的热量由空气带走，制冷剂在管内冷凝。由于空气的对流传热系数很低，故在盘管外侧通常加肋片以增加空气侧的传热面积。这种冷凝器的传热系数比较小，冷凝温度较高，使冷凝压力升高，制冷机效率降低。空气冷却式冷凝器的最大优点是不需冷却水，因此特别适用于缺水地区或者供水困难的场合。

2、水冷式冷凝器

用水作为冷却介质，使高温高压的气态制冷剂冷凝的设备，称为水冷式冷凝器。水冷式冷凝器的冷凝温度较风冷式冷凝器低，这对压缩机的制冷能力和运行的经济性都比较有利，目前在国内工业制冷系统中得到了广泛应用。水冷式冷凝器中使用的冷却水，可以一次流过，也可以循环使用。由于水资源短缺，目前普遍采用循环水的形式。使用循环水时，需设有冷却水塔等装置，使离开冷凝器的水得到冷却降温，以便重复循环使用。常用的水冷式冷凝器有卧式壳管式冷凝器、立式壳管式冷凝器和套管式冷凝器等型式。

3、空气与水联合冷却式冷凝器

1）淋水式冷凝器

冷却水通过配水槽流到换热管组上，以水膜的形式往下流，水蒸发带走热量，即水以显热和潜热的方式起到冷却作用。但由于水膜外的空气，并不是在风机作用下以较高的速度流过，影响了水的蒸发，传热的效果较差。由于传热管之间需保持较大的距离使空气畅通，故这种冷凝器占地面积大，金属耗量大，目前生产和使用较少。

2）蒸发式冷凝器

蒸发式冷凝器是以蒸发冷凝和显热交换为基础，温度不同的两股流体(空气和水)混合时便放出蒸发潜热，引起较热流体(水)发生冷却，这种冷却效应是借一部分液体变成汽态因而放出蒸发潜热来实现。
蒸发式冷凝器是从凉水塔改进而来的，其操作原理和凉水塔基本相同，但相对于凉水塔，由于它省去冷却水在冷凝器中显热传递阶段，使冷凝温度更接近空气的湿球温度，其冷凝温度可比冷却塔／水冷式冷凝器系统低3～5℃，这可大大降低压缩机的功耗，其循环水用量减少，只有凉水塔的三分之一左右。

蒸发式冷凝器主要由换热器、水循环系统及鼓风机三部分组成，其中传热部分的换热器是一个蛇形管组，装在一个立式箱体内，箱体的底部为水盘。水盘内保持一定的水位(用浮球阀控制)。冷却水用循环水泵压送到冷凝器管的上方，经喷嘴喷淋到蛇形管组上面，当压缩机排出的过热蒸汽进入冷凝盘管内时，冷却循环水连续不断的喷淋在盘管外侧，沿冷凝器管的外表面成膜层下流，水膜从冷凝管壁吸取制冷剂的热量后，部分水蒸发为水蒸汽，被鼓风机抽吸的快速流动的空气带走，这样就有效的利用水的蒸发潜热，以较少的水达到盘管内气体冷却冷凝的目的。水受热后一部分变成蒸汽，其余的水沿蛇形管表面流下，在下降过程中，被高速气流吹托滞缓下降或被打碎形成更小水滴，漂飞上扬，有较多时间将热量传与气流带走。所以足够的配风量和冷却水量，分布均匀的水膜等对提高冷凝效果很重要。流下的水汇集于水盘内，经水泵再送至喷嘴循环使用。空气的作用主要是将冷凝器管外激化的水蒸汽带走，而当空气的温度低于水温时，它还可以起一定的冷却作用，空气自下而上从水膜表面吹过时，除把水蒸汽带走外，还夹带一部分小水滴。为了减少水的吹散损失，在箱体的上部装有挡水板。

4、汽车空调用冷凝器

汽车空调冷凝器属于风冷式冷凝器，其冷凝效果的好坏与冷凝器本身的散热能力及通风效果有关，它受外界气候条件变化的影响较大，例如当夏季室外温度比较高时，就需要较大的换热面积才能满足冷却要求，但是由于受汽车空间尺寸的限制，车用冷凝器的迎风面积往往不能做得足够大，因而需要采用传热效率较高的结构形式，为此国内外相关学者对现有的管片式、管带式和平行流式汽车空调冷凝器的性能进行了对比，结果显示平行流式冷凝器的传热系数要比管带式的高20％～40％，重量比管带式的轻30％～50％，制冷剂侧的阻力损失约比管带式的低70％～80％，因此多元式平行流冷凝器就以其传热系数高、压力损失小、结构紧凑、质量轻的优点，成为目前最有发展前途的汽车空调冷凝器形式。

目前，有关汽车空调平行流冷凝器的研究已较为成熟，《汽车空调平行流式冷凝器热力性能计算机辅助分析》建立了多元平行流冷凝器的分布参数模型，编制了稳态分布参数模型仿真程序，着重对管路流程安排、翅片布置进行了研究探讨，并利用试验结果对比进行了验证，得出制冷剂流程分配的最佳比值以及翅片高度和间距的最佳值，以期在不需很大改动的前提下，为汽车空调平行流冷凝器的性能改良提供理论参考。《平行流式冷凝器的热力性能研究》阐述了扁管微通道形状和扁管微通道孔数对多元平行流冷凝器的换热性能和压力损失的影响，指出在相同扁管宽度的情况下，多孔三角形微通道的换热性能低于多孔矩形微通道，压力损失大于矩形微通道，但是其耐压性能优于多孔矩形微通道，因此平行流冷凝器通常使用多孔矩形微通道，只有在较高的冷凝压力的工质中才使用多孔三角形微通道；该文献还指出平行流冷凝器的换热性能随扁管微通道孔数的增加而增加，而压力损失随微通道孔数增加的幅度很小，因此在加工工艺允许的范围内，应尽可能采用较多的微通道孔数。

第二节 产品工艺特点或流程

空调冷凝器的加工工艺

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

1、国内外仍在积极进行强化传热元件的研究，无论是水冷或风冷，高效传热元件是开发高效冷凝器的技术关键。近10多年来针对冷凝器的换热规律，已不是纯粹去增加传热面积或增大流速去提高其传热效能．而是从传热、传质及流体力学以及深入研究传热介质的物性去设计符合这种传热规律的传热元件。从而取得了突破性的进展，已取得了很高的效益，并已引起足够的重视。随着大规模的工业化应用，新的要求不断反馈出来，另方面随着基础研究的不断深入．相信强化传热元件的技术进展将会不断地涌现出来。

2、对国内外公认的已趋成熟的CFC替代工质．如R134a，R123，R152a，正在抓紧传热特性方面的研究。除性能研究外，针对新的替代工质的物性重新设计、选择井研制新的高效传热面，并对其传热性能及机理进行研究，作为CFC替代的预前开发工作是十分有意义的。

3、在压缩式氟里昂制冷系统中，润滑油始终伴随着冷剂在系统中循环。在冷凝器中，由于润滑油存在会令工质侧的舞动阻力增加，工质热物性改变，冷凝传热效能也会受到影响，特别是针对强化传热目的而设计的微细加工的传热元件的传热规律正在深入研究。

4、由于计算机已进一步应用于制冷空调行业，其冷凝器的计算机模拟、计算机辅助制造等新的应用也会大大加速其研究和技术开发的发展。

而汽车空调冷凝器主要朝着平行流式结构方向发展，并在此结构的基础上，改进其与储液干燥器、过冷器等部件的匹配。过冷式冷凝器把制冷剂的贮液干燥器及其出口流经的过冷器，跟其上游的平行流冷凝器三者做成一体，成为所谓的过冷式冷凝器。这样不仅可以减小设备的质量和外形尺寸，而且可以确保节流结构前的制冷剂过冷度而提高制冷循环效率，还可以随着贮液干燥器内容积的减小而减小制冷剂的充注量。

其整体结构的设计趋势：一是单箱结构，合格便宜，风道短，零部件少，易于组装。由于没有多箱间的分界面限制，换热器芯子的位置更加灵活自由，泄漏少，不易漏水，更容易以单元方式供货，但对于横断面的设计，难以设计出相应的模具，维修换热器芯子较困难。二是三箱结构，便于售后市场维修，其优缺点和单箱的正好相

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