平行流冷凝器在12m客车空调中的应用研究_王铁军

第29卷 第5期2008年10月

文章编号：0253-4339(2008)05-0024-04

制 冷 学 报

Journal of Refrigeration

Vol.29,No.5October. 2008

平行流冷凝器在12m客车空调中的应用研究

王铁军 江 斌 刘向农 刘 杰 韩丰云

(合肥工业大学 合肥 230009)

摘 要 设计了平行流冷凝器，对12m客车空调的管片式冷凝器实现整体替代。在标准空调工况进行的焓差法对比性能实验表明：制冷量Q和能效比EER都略有提高，技术指标满足设计要求。替代后，冷凝器的质量减轻30kg、尺寸减少40%，制冷剂R134a的充灌量减少16%，推进了客车空调系统的轻量小型化，成本效益显著。同时，发现平行流式冷凝器制冷剂侧流动阻力相对于管片式明显增大。

关键词 市政工程；客车空调；应用研究；平行流冷凝器

中图分类号：TU831.4; U270.38+3 文献标识码：A

Application of Parallel Flow Condenser in Bus Air Conditioning

Wang Tiejun Jiang Bin Liu Xiangnong Liu Jie Han Fengyun

(Hefei University of Technology, Hefei, 230009, China)

Abstract A parallel flow condenser has been designed to replace the conventional finned-tube condenser for the bus air conditioning. The experiment was conducted using the enthalpy difference method under the standard conditions. The results show that the refrigerating capacity and the energy efficiency ratio of the system improved slightly. Compared with the finned-tube condenser, the weight, the size, and the refrigerant charge of the condenser assembly decreased by 30 kilogram, 40%, and 16%, respectively. However, the ow resistance of the refrigerant side increased obviously.Keywords Municipal engineering; Bus air conditioning ; Application research; Parallel ow condenser

平行流冷凝器是继管带式冷凝器之后发展起来的高效换热器。平行流式和管带式冷凝器的换热主体匀是由多孔扁管和波浪形翅片组成，翅片上开有百叶窗条缝以强化对流换热；与管带式显著不同的是：平行流式冷凝器采用变通流程设计，即每根截断的扁管两端有分段的集流管。这种设有隔片分段的集流管，使得制冷剂在冷凝过程中体积流速相对均匀，即随着制冷剂的冷却、冷凝和过冷，制冷剂的比容减小，流通截面(扁管数)也相应减少，从而使冷凝器的工作容积和换热面积得到高效地利用，制冷剂的流动和换热过程更趋合理[1,2]。

平行流冷凝器采用铝合金材料制造，重量轻、易成型和成本低，在相同迎风面积下，与管片式和管带式冷凝器相比，换热效率得到大幅提高 [2,3,4]。由于平行流冷凝器具有传热系数高、重量轻、结构紧凑等优点，目前已成为轿车空调冷凝器的首选型式。然而在大、中型客车空调中，仍以使用管片式冷凝器为主。管片式冷凝器由铜管和铝材翅片通过涨管工艺联结，换热系数低，在汽车的强

收稿日期：2008年2月17日

烈振动下易引起管片之间的微观松动，导致接触热阻进一步增大。随着平行流冷凝器制造技术的成熟和铜铝价差的拉大，平行流冷凝器在客车空调中推广应用的技术和成本优势逐渐显现。

1 12m客车空调平行流冷凝器设计

1.1 汽车空调冷凝器的发展方向

汽车空调的运行特点主要表现在以下5个方面：1)运行气候环境变化幅度大，热、湿负荷大，制冷量变化幅度大；2)采用汽车发动机或辅助发动机驱动制冷压缩机，制冷剂的流量变化大，动力匹配相对复杂；3)目前汽车空调的能效水平低[5](通

常EER<2.5)，节能减排的要求强烈；4)汽车行驶过程振动严重，防漏、防振、防腐蚀要求高；5)汽车空调设备的重量、安装尺寸和位置等受到整车空间和载荷中心的限制，轻量、小型化的发展趋势明显。在汽车空调系统中，冷凝器担负着向高温热源释放热量的任务，是制冷系统的关键换热设备。传热效率高，抗振、耐压、密封性能好，重量轻、结

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构紧凑是汽车空调冷凝器的发展方向。实验系统的技术指标为：1)制冷量测定范围：7000~40000W；2)放热量范围：10000~58000W；3)重复性精度：一次安装的重复性精度为：±1%；4)风量范围：蒸发器：300~7500m3/h，冷凝器：2000~9000m3/h。

1.2 12m客车空调平行流冷凝器设计

在模型分析和实验研究的基础上，以12m大型客车为对象进行了冷凝器的改型设计。平行流冷凝器为2片并联，单片尺寸为800mm×530mm×16mm，设有冷却、冷凝和过冷3个流程。与原管片式(3排，34列，长1350mm，管径Φ7.94，正三角排列)相比，冷凝器芯体的体积减少70%。由于平行流冷凝器采用铝合金材料制造，其重量与使用铜材的管片式冷凝器相比大幅减小，冷凝器总成质量减轻30kg、体积减小约40%，制冷剂R134a的充灌量减少16%。

[4]

2.2 实验条件

室内侧干球、湿球温度分别为27℃、19.5℃，室外侧干球温度为35℃，制冷压缩机箱温度为40℃。

2.3 实验对象

实验对象为12m客车的顶置式空调(BJX12E)，制冷压缩机(BITZER-4NFCY)排量647mL/r，膨胀阀型号(制造商不二工机) E25K4QEX-2E。平行流、管片式系统的制冷剂R134a充灌量分别为6660g和8200g。客车空调性能实验时，除了更换冷凝器总成和调整制冷剂充灌量外，蒸发机组等其他构成不变。

2 平行流冷凝器的客车空调系统实验

2.1 实验系统

2.4 实验结果与分析

客车空调系统冷凝器改型对比性能实验结果如图2~7。由图2、3可知，采用平行流冷凝器的汽车空调的制冷量Q0和能效比EER都略有提高。

平行流冷凝器制冷剂侧流动损失相对增大(图4)，致使制冷压缩机的功耗小幅增加(图5)。采用平行流冷凝器的制冷系统，在高压部分压力平均提高约0.2MPa的情况下，制冷剂液体的出口温度

图1 汽车空调性能实验系统原理图

Fig.1 Principle diagram of an automobile air-conditioning

performance-testing system

与改型前相比略有降低(图6)，即制冷剂液体的过冷度增大，这对确保制冷系统高效、可靠运行非常有益；图7显示平行流冷凝风机功率相对下降约18%，表明其风侧阻力明显减少。蒸发机组受冷凝器改型的影响很小，蒸发风机功率大致在1660W附近作微小变化。综合以上对改型后制冷能力、能源效率、过冷度和风侧阻力的实验对比分析，可以认为：平行流冷凝器的工作性能优于原装冷凝器，满足设计和应用要求。

值得关注的是平行流冷凝器内的流动阻力增大明显，这与相关学者的研究结论[2,6,7]不完全一致，究其原因可能有3点：1)制冷剂流程的通道截面积分配不尽合理，使部分流程阻力损失偏大；2)在流程转换时集管内过渡过程产生局部压降的影响；3)对非圆截面小水力直径通道多元流的换热相变与流动阻力特性的认识不够完善。

客车空调焓差法性能实验系统如图1所示，为上下两层结构。两套空气调节机组分别控制上下层环境状态，为冷凝机组和蒸发机组提供规定的温、湿度条件的送风。上层为室外侧，测量冷凝器的空气流量和温度，计算放热量；下层为室内侧，采用焓差风洞测量制冷量。设有变频调速风机，调节出口风速以使风洞静压差为零。制冷压缩机由变频电机驱动，冷凝和蒸发风机由27V直流电源供能。热工动力参数测试系统分别测量和记录的过程参数为：制冷系统各循环点压力、温度，制冷剂质量流量，蒸发机组循环风量，压缩机转速和转矩，冷凝和蒸发风机电量。实验过程均可全自动或手动控制。

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图2 制冷量随压缩机转速变化

Fig.2 The variation of refrigerating capacity with the

compressor rotational speed

图4 冷凝器内流动损失变化

Fig.4 The variation of ow resistance in condenser

3 结论

研制的多元平行流冷凝器，实现了对12m客车空调管片式冷凝器的整体替代，并已在厦门金龙和安徽江淮两公司的12m客车上推广使用，实验和应用表明，技术和经济指标良好。

平行流冷凝器替代后，冷凝器总成质量减轻30kg、尺寸减少40%，制冷剂R134a的充灌量减少16%，推进了客车空调系统的轻量小型化。铝代铜成功并减少材料消耗，大幅降低了空调系统的制造成本。

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关于冷凝器改型和应用实验中出现制冷剂侧流动阻力明显增大的原因，值得进一步研究与改善。1)深入探究非圆截面小水力直径通道的传热流动与阻力特性；2)优化冷却、冷凝和过冷流程的流通面积设计，减少内部流动损失；3)改善集管设计，降低流程过渡时的局部压降。

平行流冷凝器具有传热系数高、体积小、重量轻以及节能节材的优点，是一种极具发展前景的空调换热器型式，应该加大力度推广使用。

参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4cdm.html