1、緊湊式換熱器緊湊式換熱器汽車空調換熱器汽車空調換熱器演講人演講人: 趙曉剛趙曉剛Page 2目錄目錄車用換熱器的發展歷史車用換熱器的發展歷史緊湊式換熱器的分類緊湊式換熱器的分類微通道換熱器的發展歷史微通道換熱器的發展歷史微通道換熱器的特點微通道換熱器的特點微通道換熱器的應用微通道換熱器的應用緊湊式換熱器的應用緊湊式換熱器的應用Page 3車用換熱器的發展歷史車用換熱器的發展歷史n 自從自從1927年世界上第一臺汽車空調器的誕生年世界上第一臺汽車空調器的誕生,汽車空調系統發展至今汽車空調系統發展至今己經歷四代己經歷四代,即單純供熱系統、冷暖合一系統、自動控溫系統、微機即單純供熱系統、冷暖合一系統

2、、自動控溫系統、微機控制空調系統。汽車空調換熱器的換熱和阻力性能直接影響整體空調控制空調系統。汽車空調換熱器的換熱和阻力性能直接影響整體空調系統的性能系統的性能,同時由于其體積直接決定整個空調系統的體積同時由于其體積直接決定整個空調系統的體積,因此因此,換熱換熱器的優化設計不但能夠有效提高空調性能器的優化設計不但能夠有效提高空調性能,而且還能提高整車裝配的而且還能提高整車裝配的緊湊性緊湊性,這對于汽車的設計具有重要意義這對于汽車的設計具有重要意義。Page 4車用換熱器的發展歷史車用換熱器的發展歷史n 汽車空調換熱器按照不同的結構可分為汽車空調換熱器按照不同的結構可分為:管片式換熱器、管帶式換

3、熱管片式換熱器、管帶式換熱器、平行流式換熱器、層疊式換熱器。器、平行流式換熱器、層疊式換熱器。n 早期汽車空調的冷凝器和蒸發器一般均為管片式早期汽車空調的冷凝器和蒸發器一般均為管片式(又稱套片管、翅片又稱套片管、翅片管管)結構。結構。n 上世紀上世紀80年代末年代末90年代初年代初,管帶式結構逐漸成熟并開始取代管片式結管帶式結構逐漸成熟并開始取代管片式結構。這種當時的新型換熱器結構具有良好的換熱性能構。這種當時的新型換熱器結構具有良好的換熱性能,并且相對于管并且相對于管片式結構其換熱量的提升幅度大于阻力的提升幅度片式結構其換熱量的提升幅度大于阻力的提升幅度。在在90年代中期年代中期,汽車空調的

4、冷凝器和蒸發器廣泛采用這種結構。汽車空調的冷凝器和蒸發器廣泛采用這種結構。n 現在，現在，隨著汽車空調系統全面采用替代工質隨著汽車空調系統全面采用替代工質，冷凝器采用的平行流結冷凝器采用的平行流結構和蒸發器采用的層疊式結構構和蒸發器采用的層疊式結構,這兩種結構的換熱器具有相對良好的這兩種結構的換熱器具有相對良好的性能性能,被引入汽車空調系統。被引入汽車空調系統。Page 5緊湊式換熱器的分類車用空調換熱器車用空調換熱器緊湊式換熱器緊湊式換熱器管片式管片式管帶式管帶式平行流式平行流式微通道（氣體冷卻）式微通道（氣體冷卻）式層疊式層疊式Page 6緊湊式換熱器的分類n 管片式換熱器管片式換熱器管片

5、式結構是一種傳統結構管片式結構是一種傳統結構,它是由銅管套上鋁翅片組成它是由銅管套上鋁翅片組成,經脹管工藝經脹管工藝使得鋁翅片與銅管緊密接觸。使得鋁翅片與銅管緊密接觸。Page 7緊湊式換熱器的分類n 管帶式換熱器管帶式換熱器管帶式結構的管子是由一條連續的鋁合金材料經擠壓而成的多孔通道管帶式結構的管子是由一條連續的鋁合金材料經擠壓而成的多孔通道扁管扁管,然后將其機械彎然后將其機械彎曲成等間距的蛇形管曲成等間距的蛇形管,同時把帶狀鋁箔同時把帶狀鋁箔(翅片翅片)沖沖壓開壓開縫縫,加入管子中間加入管子中間,施加一定的壓力施加一定的壓力,最后將翅片與管整體釬焊最后將翅片與管整體釬焊,這是這是一種永久性

6、的聯結方式。一種永久性的聯結方式。Page 8緊湊式換熱器的分類n 平行流式換熱器平行流式換熱器平行流式換熱器的結構形式是在管帶式冷凝器的基礎上通過變制冷劑平行流式換熱器的結構形式是在管帶式冷凝器的基礎上通過變制冷劑單路進出或雙路并串聯為多流程進出設計而成。它同樣采用扁管擠壓單路進出或雙路并串聯為多流程進出設計而成。它同樣采用扁管擠壓技術、百葉窗翅片成型技術和真空焊接技術。技術、百葉窗翅片成型技術和真空焊接技術。Page 9緊湊式換熱器的分類n 層疊式換熱器層疊式換熱器層疊式蒸發器繼承了管片式和管帶式蒸發器的結構上的優點層疊式蒸發器繼承了管片式和管帶式蒸發器的結構上的優點,是一種是一種流道為流

7、道為U形的板式換熱器形的板式換熱器,沖壓成型的流路板兩兩焊接沖壓成型的流路板兩兩焊接,構成制冷劑流構成制冷劑流道。道。Page 10緊湊式換熱器的分類n 微通道（氣體冷卻式）換熱器微通道（氣體冷卻式）換熱器為適應工作在為適應工作在CO2的跨臨界區的高壓，采用微通道（直徑為的跨臨界區的高壓，采用微通道（直徑為0.010.2mm），在翅片側開百葉窗以強化空氣側傳熱），在翅片側開百葉窗以強化空氣側傳熱,制冷劑流程采制冷劑流程采用平行流方式布置用平行流方式布置,這種緊湊的結構有效地提高了單位體積的換熱量。這種緊湊的結構有效地提高了單位體積的換熱量。Page 11微通道換熱器的發展歷史微通道換熱器的發展

8、歷史n 微通道換熱器的工程背景來源于上個世紀微通道換熱器的工程背景來源于上個世紀80年代高密度電子器件的冷年代高密度電子器件的冷卻和卻和90年代出現的微電子機械系統的傳熱問題。年代出現的微電子機械系統的傳熱問題。n 換熱器工質通過的水力學直徑從管片式的換熱器工質通過的水力學直徑從管片式的1050mm,板式的板式的310mm,不斷發展到小通道的不斷發展到小通道的0.62mm,微通道的微通道的10600m,這既是現代微電這既是現代微電子機械快速發展對傳熱的現實需求子機械快速發展對傳熱的現實需求,也是微通道具有的優良傳熱特性也是微通道具有的優良傳熱特性使然。微通道技術同時觸發了傳統工業制冷、汽車空調

9、、家用空調等使然。微通道技術同時觸發了傳統工業制冷、汽車空調、家用空調等領域提高效率、降低排放的技術革新。領域提高效率、降低排放的技術革新。Page 12微通道換熱器的發展歷史微通道換熱器的發展歷史n 1981年年,Tuckerman和和Pease提出了微通道散熱器的概念提出了微通道散熱器的概念;n 1985年年,Swife,Migliori和和Wheatley研制出了用于兩流體熱交換的微研制出了用于兩流體熱交換的微通道換熱器。隨著微制造技術的發展通道換熱器。隨著微制造技術的發展,人們已經能夠制造水力學直徑人們已經能夠制造水力學直徑101000m通道所構成的微尺寸換熱器。通道所構成的微尺寸換熱

10、器。n 1986年年,Cross和和Ramshaw研制了印刷電路微尺寸換熱器研制了印刷電路微尺寸換熱器,體積換熱體積換熱系數達到系數達到7MW/(m3K);n 1994年年,Friedrich和和Kang研制的微尺度換熱器體積換熱系數達研制的微尺度換熱器體積換熱系數達45MW/(m3K);n 2001年年,Jiang等提出了微熱管冷卻系統的概念等提出了微熱管冷卻系統的概念,該微冷卻系統實際上該微冷卻系統實際上是一個微散熱系統是一個微散熱系統,由電子動力泵、微冷凝器、微熱管組成。如果用由電子動力泵、微冷凝器、微熱管組成。如果用微壓縮冷凝系統替代微冷凝器微壓縮冷凝系統替代微冷凝器,可實現主動冷卻可

11、實現主動冷卻,支持高密度熱量電子支持高密度熱量電子器件的高速運行。器件的高速運行。n 目前歐盟已做好準備目前歐盟已做好準備,將于將于2011年全面使用年全面使用CO2工質的汽車空調系統。工質的汽車空調系統。Page 13微通道換熱器的結構特點n 平行流管束平行流管束n 集流管集流管n 翅片翅片Page 14微通道換熱器的特點n 流動特性流動特性微尺度效應、入口效應微尺度效應、入口效應n 換熱效率特性換熱效率特性熱導率、流量、管道材質、熱流阻塞、入口效應熱導率、流量、管道材質、熱流阻塞、入口效應Page 15微通道換熱器的熱力學特點Page 16微通道換熱器的應用n 19901991年國外首次研

12、制出年國外首次研制出CO2汽車用氣體冷卻器，汽車用氣體冷卻器，,這種鋁制管這種鋁制管翅式換熱器的管外徑和內徑分別為翅式換熱器的管外徑和內徑分別為4.9/3.4 mm。由于存在熱短路問題。由于存在熱短路問題,并且沒有考慮最小爆裂壓力并且沒有考慮最小爆裂壓力n 1994年又提出了第二代管翅式氣體冷卻器模型年又提出了第二代管翅式氣體冷卻器模型,所用管內、外徑分別所用管內、外徑分別為為2.0/3.2 mm,符合最小爆裂壓力要求。由于小直徑管存在機械漲管符合最小爆裂壓力要求。由于小直徑管存在機械漲管問題問題,進而又提出了平行流或多通道換熱器的概念伴隨進而又提出了平行流或多通道換熱器的概念伴隨CO2的發展的發展Page 17微通道換熱器的應用n CO2制冷系統制冷系統蒸發器蒸發器的的歷史歷史發展過程類似于氣體冷卻器發展過程類似于氣體冷卻器,第一代為機第一代為機械擴展管翅式結構械擴展管翅式結構,第二代換熱器由一些小直徑圓管組成第二代換熱器由一些小直徑圓管組成,為解決耐壓為解決耐壓問題和小管徑漲管加工困難問題和小管徑漲管加工困難,開發了第三代開發了第三代“平行流平行流”微通