汽车空调平行流冷凝器的轻量化研究

会议论文汽车空调平行流冷凝器的轻量化研究谢繁华，雷虎，陈晓妮，陈基镛，江春燕阳江市宝马利汽车空调设备有限公司，广东阳江529500一中图分类号U463851文献标识码A文章编号100994922010LLOL36一O3L刖吾汽车空凋平行流冷凝器是由集流管、多孑L扁管、散热片等主要部件构成的芯体与支架、接头等附件经焊接组成，其中多孔扁管和散热翅片是冷凝器的主要冷媒导流及散热部件。为提高产品的散热性能、减轻产品重量，实现平行流冷凝器的轻量化，本文是对多孔扁管和散热翅片进行结构优化设计的研究。2技术背景。随着我国汽车制造业整体水平的提高，汽车正向性价比高、舒适、安全、节能、环保型方向发展，对汽车空调系统的舒适性、安全性、节材节能、环境保护提出了更高要求。冷凝器是汽车空调系统的关键部件，随着汽车空调系统新技术研发和应用的日新月异。冷凝器也逐步由低级向高级发展，汽车空调经过了铜铝管片式、全铝管带式和平行流式等产品结构形式。平行流冷凝器是先进的汽车空调冷凝器已广泛应用于轿车、微型面包车和中型客车空调系统，产品主要朝着如何强化传热、提高换热效率以及减轻重量、缩小体积的方向发展。发达国家已有厚度为】4MM孔数为1820多孔扁管，散热片波高为56RAM厚度为0085MM的平流式冷收稿日期20101019。LLL凝器应用于轿车和微型车空调系统。而我国汽车空调产业起步较晚。平行流冷凝器技术依然落后于发达国家在轿车、微型车空调系统上推广应用的平行流冷凝器较多产品的多孔扁管仍采用厚度为2MM。孔数为812，散热片厚度为01MM，波高为8MM的结构形式产品散热效率相对较低，而相同散热量的产品比国外同厚度产品重NQ处放大1左集流管2保护边板3右集流管4散热片5多孔扁管A冷凝器高度B冷凝器宽度C冷凝器厚度D冷媒进口尺寸E冷媒出口尺寸F多孔扁管厚度G散热片高度H多孔扁管排列节距图L产品结构示意图二二二粤港会议3平行流式冷凝器产品结构原理高温高压冷媒从M处进入冷凝器，按设计的工作流程在两集流管间的多孑L扁管中迂回流动，通过多孔扁管和散热片把热量传递至空气中形成中温中压的冷媒从N处连接至制冷系统，从而实现冷凝器的冷却散热过程。4平行流冷凝器轻量化理论1应用散热量随散热面积增加而增加的科学原理。从压缩机输入冷凝器的高温高压气态制冷剂主要是通过多孔扁管和散热片的热传导而变成中温中压制冷剂的由结构图中可见，增加单位面积内多孔扁管和散热片的数量，可以增大散热面积而达到提高散热性能，在长度为L1_的集流管上，能平行排列多孔扁管和散热片数量越多结构中散热片的高度和多孔扁管厚度、排列的节距就越小，则散热片和多孑L扁管的材料显得越薄从而实现材料重量上的轻量化。2采用强化型材料，通过对产品结构进行微通道优化设计，引入微传热理论，提高产品散热性能。相同的散热量条件下产品可以比同厚度同类产品做得更小从而达到减轻重量的目的。5关键技术及其解决办法51超薄型材料应用技术应用厚度小于14RAM的多孔扁管和厚度小于008MM、高度小于的散热翅片，多孔扁管与散热翅片的排列数量多、间距小单位迎风面积的散热量提高，产品重量降低了但增加了制冷系统的空气侧和制冷剂阻力，强度有所降低、抗坍塌性下降。为了解决上述技术关键，采用如下措施。1通过制冷剂侧换热和压降关联式，研究分析多孔扁管管内的热传递特性图2。因内部流动制冷剂流动状态和RE不同，建立了多孔扁管通道内部流动模型是理论分析的依据。引入微传热理论，分析多孔扁管管内的热传递特性，确定了多孑L扁管的最佳参数。圆孔设计提高了多孔扁管耐压爆破性能降低了制冷剂流动阻力，提高了多孑L扁管强度图3。图2制冷剂侧换热和压降关联分析示意图RF16图3圆孔多孑L扁管2根据空气侧和压降关联式优化散热片结构设计，提高散热性能和薄型铝合金片的焊接可靠性。采用数学模型与实验模型相结合的方法，确定散热翅片的参数。双U形结构提供的焊接面比焊接面为线的常规波形百叶窗散热片图4更具有焊接可靠性提高了散热翅片的抗坎塌性。同时增加了散热片与多孔扁管问的传热面积和提高传热系数，也降低了空气侧的风阻图5、6。雨时窗图4波形百叶窗散热片图5双U形百叶窗散热翅片图6双U形百叶窗散热翅片3冷凝器性能影响因素复杂，参数众多，从众多参数中寻找适合换热器的参数族，采用参数族优化设计方法确定了项目产品最合理的制冷流程表1和产品结构，解决了因多孔扁管宽度变薄孔数增多而使制冷剂的流动二丑L会议论文阻力增加的同时平衡散热片降低风阻的问题、提高了产品的散热性能。表1冷凝器断面减少率52铝钎焊技术单位面积排列的多孔扁管、散热片增加，钎焊接合面亦增加，同时多孔扁管和散热片材料厚度变薄，经高温焊接钎焊温度等工艺参数很难控制，选择不当就会造成焊合率降低和过烧等严重质量问题，为此，应用正交试验法，确定最佳工艺参数。解决了材料变薄焊接面增加，焊合率低和翅片过烧的技术关键。53集流管冲子L技术产品每根集流管上要冲压数十个长度小于16RAM、宽度小于14RAM、间距小于6NUN的长孔，尺寸精度要求高，采用一次性精密成型技术，解决模具设计和制造的关键技术。6技术推广及应用平行流冷凝器的轻量化技术不仅可广泛应用于轿车、微型面包车和中型客车空调系统，还可以在散热量小的散热系统中应用。如微型散热器、电脑散热器等散热系统。7结语汽车空调用平行流冷凝器轻量化技术的推广应用使产品结构得到最合理的优化，散热性能进一步提高，而零部件使用的材料变薄，结构尺寸变得更小，可以减轻产品重量，符合汽车空调冷凝器的发展方向，节约材料，降低了平行流冷凝器的制造成本，更有利于小排量轿车、微型车等车身的轻量化设计。第一作者简介谢繁华，男，1977年生，广东阳江人，大学专科，工程师。研究领域汽车空调技术、制冷技术、机械制造及产品没汁与开发。已发表论文1篇。编辑王智圣”IO”“一一”十一一”一一”一一”一一一N卜一一一一_。卜4上接第100页至少减少耗能5，则每年可节省3O万美元的费用。3另外还可在轧辊寿命、电机电刷寿命、轴承寿命和其它运动机械零件的寿命方面获益并且从其它部分节省的成本比如机床的停机时间，人力的节省，水和润滑油的消耗量的节省以及其它无形的获益可能远远超过直接的能源节省。参考文献1REMNMINGUO，SEHUNK，JH一”DETERMINATIONOFOPTIMALWORKROLLCROWNFORAHOTSTRIPMILLJIRONANDSTEELENGINEER，VO166，NO8，1989，PP52602REMNMINGUOIMPLEMENTATIONOFAPLANTWIDECONTROLANDINFORMATIONSYSTEMFORCOLDMILLSUSINGTHREETIERARCHITECTUREJSTEELTECHNOLOGY，AISE，MAREH2000，VO177，NO3，PP41483REMNMINGUO”ANALYSISOFDYNAMICBEHAVIORSOFTANDEMCOLDMILLSUSINGGENERALIZEDDYNAMICANDCONTROLEQUATIONSJIEEETRANSACTIONSONINDUSTRYAPPLICATIONS，VO136，NO3MAYJUFLE2000PP8428534REMNMINGUO”RECENTADVANCESOFMILLAUTOMATIONSYSTEMINTHEMETALINDUSTRY”RINVITEDSPEECHINGEORGEWASHINGTONUNIVERSITY，WASHINGTONDC，MAY，19995REMNMINGUO”WALKINGTHROUGHTHEKEYERAOFCONTROLLINGTECHNOLOGYJINVITEDSPEECHINMETALINSTITUTEOFRESEARCHANDDEVELOPMENTCENTERMIRDC，ROC，101920016ARIFMALIK，REMNMINGUOROLLPROFILEOPTIMIZATIONUSINGTHELINEARPROGRAMMINGMETHOD”，PRESENTEDINAISEFALLCONFERENCE，NASHVILLE，TN，SEPT29一OCT2，2002C7REMNMINGUO”SOFTWAREARCHITECTUREANDAPPLICATIONFUNCTIONSOFL,EVE12PLUSSYSTEMFORPLANTWIDEROLLINGMILLS”RTOBEPRESENTEDINSATECCONFERENCE，BEIJING，CHINA，APR19一OCT24，20048ARIFMALIK，REMNMINGUOHARDWAREANDSOFTWAREARCHITEETUREANDFUNCTIONSFORRELIABLELEVEL一2PLUSSYSTEMSINMULTIPLEMILLOPERATIONSRPRESENTEDINAISTANNUCONFERENCE，NASHVILLE，TN，SEPT15一SEPT17，20049RERANMINGUO，ARIFMALIK，”DEVELOPMENTOFNEWCROWNSHAPECONTROLMODELFORCLUSTERMILLSJAISTJOURNAL，AUGUST，200510GERLINDEUMLIJA，REINHOLDFOGEL，ETA1”DESIGNINGINHOTSTRIPMILLSDESIGN，TECHNOLOGYANDPRODUCTIMPROVEMENT”JA1SESTEELTECHNOLOGY，JUNE2003，PP788311LIU，TAIZHONG，ETA1OPTIMIZATIONOFSH0RTSTROKECONTROLFORROUGHROLLINGONHOTSTRIPMILLJJOURNALOFIRONANDSTEELRESEARCH，VO114，NO4，PP525512YUEFAXIAO