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紧凑式换热器 汽车空调换热器 目录 车用换热器的发展历史 自从1927年世界上第一台汽车空调器的诞生,汽车空调系统发展至今己经历四代,即单纯供热系统、冷暖合一系统、自动控温系统、微机控制空调系统。汽车空调换热器的换热和阻力性能直接影响整体空调系统的性能,同时由于其体积直接决定整个空调系统的体积,因此,换热器的优化设计不但能够有效提高空调性能,而且还能提高整车装配的紧凑性,这对于汽车的设计具有重要意义。 车用换热器的发展历史 汽车空调换热器按照不同的结构可分为:管片式换热器、管带式换热器、平行流式换热器、层叠式换热器。 早期汽车空调的冷凝器和蒸发器一般均为管片式(又称套片管、翅片管)结构。 上世纪80年代末90年代初,管带式结构逐渐成熟并开始取代管片式结构。这种当时的新型换热器结构具有良好的换热性能,并且相对于管片式结构其换热量的提升幅度大于阻力的提升幅度。在90年代中期,汽车空调的冷凝器和蒸发器广泛采用这种结构。 现在，随着汽车空调系统全面采用替代工质，冷凝器采用的平行流结构和蒸发器采用的层叠式结构,这两种结构的换热器具有相对良好的性能,被引入汽车空调系统。 紧凑式换热器的分类 紧凑式换热器的分类 管片式换热器 管片式结构是一种传统结构,它是由铜管套上铝翅片组成,经胀管工艺使得铝翅片与铜管紧密接触。 紧凑式换热器的分类 管带式换热器 管带式结构的管子是由一条连续的铝合金材料经挤压而成的多孔通道扁管,然后将其机械弯曲成等间距的蛇形管,同时把带状铝箔(翅片)冲压开缝,加入管子中间,施加一定的压力,最后将翅片与管整体钎焊,这是一种永久性的联结方式。 紧凑式换热器的分类 平行流式换热器 平行流式换热器的结构形式是在管带式冷凝器的基础上通过变制冷剂单路进出或双路并串联为多流程进出设计而成。它同样采用扁管挤压技术、百叶窗翅片成型技术和真空焊接技术。 紧凑式换热器的分类 层叠式换热器 层叠式蒸发器继承了管片式和管带式蒸发器的结构上的优点,是一种流道为U形的板式换热器,冲压成型的流路板两两焊接,构成制冷剂流道。 紧凑式换热器的分类 微通道（气体冷却式）换热器 为适应工作在CO2的跨临界区的高压，采用微通道（直径为0.01~0.2mm），在翅片侧开百叶窗以强化空气侧传热,制冷剂流程采用平行流方式布置,这种紧凑的结构有效地提高了单位体积的换热量。 微通道换热器的发展历史 微通道换热器的工程背景来源于上个世纪80年代高密度电子器件的冷却和90年代出现的微电子机械系统的传热问题。 换热器工质通过的水力学直径从管片式的10~50mm,板式的3~10mm,不断发展到小通道的0.6~2mm,微通道的10~600μm,这既是现代微电子机械快速发展对传热的现实需求,也是微通道具有的优良传热特性使然。微通道技术同时触发了传统工业制冷、汽车空调、家用空调等领域提高效率、降低排放的技术革新。 微通道换热器的发展历史 1981年,Tuckerman和Pease提出了微通道散热器的概念; 1985年,Swife,Migliori和Wheatley研制出了用于两流体热交换的微通道换热器。随着微制造技术的发展,人们已经能够制造水力学直径10~1000μm通道所构成的微尺寸换热器。 1986年,Cross和Ramshaw研制了印刷电路微尺寸换热器,体积换热系数达到7MW/(m3·K); 1994年,Friedrich和Kang研制的微尺度换热器体积换热系数达45MW/(m3·K); 2001年,Jiang等提出了微热管冷却系统的概念,该微冷却系统实际上是一个微散热系统,由电子动力泵、微冷凝器、微热管组成。如果用微压缩冷凝系统替代微冷凝器,可实现主动冷却,支持高密度热量电子器件的高速运行。 目前欧盟已做好准备,将于2011年全面使用CO2工质的汽车空调系统。 微通道换热器的结构特点 平行流管束 集流管 翅片 微通道换热器的特点 流动特性 微尺度效应、入口效应 换热效率特性 热导率、流量、管道材质、热流阻塞、入口效应 微通道换热器的热力学特点 微通道换热器的应用 1990~1991年国外首次研制出CO2汽车用气体冷却器，,这种铝制管翅式换热器的管外径和内径分别为4.9/3.4 mm。由于存在热短路问题,并且没有考虑最小爆裂压力 1994年又提出了第二代管翅式气体冷却器模型,所用管内、外径分别为2.0/3.2 mm,符合最小爆裂压力要求。由于小直径管存在机械涨管问题,进而又提出了平行流或多通道换热器的概念伴随CO2的发展 微通道换热器的应用 CO2制冷系统蒸发器的历史发展过程类似于气体冷却器,第一代为机械扩展管翅式结构,第二代换热器由一些小直径圆管组成,为解决耐压问题和小管径涨管加工困难,开发了第三代“平行流”微通道蒸发器,如图7所示。采用多个平板组成传