冷凝器设计指南

1、冷凝器设计指南编制日期：编者：版次：页次：-1 -XXXXX股份有限公司冷凝器设计指南编制:审核:批准:设计指南编号:冷凝器设计指南目录目录 21.1简要说明31.1.1 综述 31.1.2 基本组成 31.2设计构想61.2.1 设计原则 61.2.2设计步骤和参数 61.2.3冷凝器总成的性能及其与系统其它组成部件的匹配 121.2.4冷凝器布置工作程序： 131.2.5冷凝器EBOM数据 141.2.6环境条件 141.3、冷凝器的测试规范 151.3.1 测试内容 151.4 一般注意事项 151.5 图纸模式161.5.1 图纸主要内容和形式 161.5.2 图纸其它要求 16设计指

2、南编号:编制日期：编者：版次：页次：-3 -1.1简要说明1.1.1综述汽车空调制冷系统中的冷凝器是一种由管子与散热片组合起来的热交换器。其作用是：将压缩机排 出的高温、高压制冷剂蒸气进行冷却，使其凝结为高压制冷剂液体。对于轿车，冷凝器一般安装在发动机冷却系散热器之前，利用发动机冷却风扇吹来的新鲜空气和行驶 中迎面吹来的空气流进行冷却。对于一些大、中型客车和一些面包车，则把冷凝器安装在车厢两侧或车 厢后侧和车厢的顶部。当冷凝器远离发动机散热器时，在冷凝器旁都必须安装辅助冷却风扇进行强制风冷，加速冷却。1.1.2 基本组成汽车空调系统冷凝器的结构形式主要有管片式、管带式、鳝片式和平行流式四种。是

3、由管子与散热 片组合起来的。管片式它是由铜质或铝质圆管套上散热片组成，如图1-1所示。片与管组装后，经胀管处理，使散热片与散热管紧密接触，使之成为冷凝器总成。这种冷凝器结构比较简单，加工方便，但散热效果较差。一般 用在大中型客车的制冷装置上。管片式帧器L-SSi 散热比A吒畫制睜啣;B-蔽态膳冷利图1-1管片式冷凝器及管带式冷凝器.管带式它是由多孔扁管与 S形散热带焊接而成，如图 1-2所示。管带式冷凝器的散热效果比管片式冷凝器好一些（一般可高10%左右，但工艺复杂，焊接难度大，且材料要求高。一般用在小型汽车的制冷装置上。图1-2管带式冷凝器实物鳝片式它是在扁平的多通管道表面直接锐出鳝片状散热

4、片，然后装配成冷凝器，如图1-3所示。由于散热鳝片与管子为一个整体，因而不存在接触热阻，故散热性能好；另外， 管、片之间无需复杂的焊接工艺，加工性好，节省材料，而且抗振性也特别好。K 13 第片式冷凝霸图1-3 鳝片式冷凝器平行流式它是由平行排列的多孔扁管、散热片及连接多孔扁管两端的集流管组成，集流管按变截距原理用隔 片分段，从而合理地实现制冷剂的分流和汇流，制冷剂同时通过多条平行排列的多孔扁管和散热片实现 热交换，如图1-4所示。不仅可靠的提高了散热性能，同时大大降低了制造成本。冷凝器设计指南编制日期：编者：版次：页次：-5 -图1-4 平行流过冷式冷凝器我们公司的车型采用了目前较为先进的平

5、行流过冷式冷凝器，过冷式冷凝器也是以后汽车使用的趋 势，它的特点是：采用高性能的平行流式，并将储液器并为一体，实现过冷循环。这种冷凝器在原有冷 却冷媒机能的基础上，在其下部设置了过冷区域；而储液器被做成细长形状，同平行流冷凝器的集液管 焊接为一体；同时因储液器为细长形状，与车辆的安装性较好。这种冷凝器既能保证汽车空调系统有较 高的效率，又能节省冷媒量（如图 1-5）。图1-5平行流过冷式冷凝器冷凝器设计指南编制日期：编者：版次：页次：-6 -1.2设计构想1.2.1 设计原则冷凝器是将压缩机排出的高温高压过热制冷剂蒸气，通过散热管放出热量给冷凝器外的空气，从 而使过热气态制冷剂冷凝成高温高压液

6、体的换热设备。冷凝器冷凝效果的好坏与冷凝器本身的散热 能力和通风效果有关，前者由冷凝器本身的结构、材料、工艺决定，后者与冷凝风扇的通风能力、 冷凝器安装位置有关。经过对冷凝器的分析，综合考虑经济性，提升冷凝器的冷凝效果是通过提高 冷凝器冷凝热和加大冷凝器有效散热面积来实现。1.2.1.1功能要求A. 满足整车装配要求和布置要求。B. 冷凝器的通风效果符合要求。C. 冷凝器的换热能力符合整车空调系统要求。1.2.1.2 顾客要求A. 冷凝器功能满足要求。B. 冷凝器布置合理，安装牢固。C. 方便拆卸、维修。D. 价格低，使用寿命长。E. 标识清楚。1.2.1.3性能要求换热性能具体参数见认可的图

7、纸。其他性能如密封性、爆破压力、耐交变压力、耐高温 性、耐低温性、耐温度交变、内部清洁度、残留杂质、盐雾试验、振动试验、干燥性能（仅 针对过冷式冷凝器中的贮液干燥器）等参见冷凝器标准。1.2.2设计步骤和参数冷凝器的材料：汽车用冷凝器均采用铝，主要是考虑铝的重量比较轻，作为铝质的冷凝 器来讲需要采取防腐蚀措施，如阳极氧化、化学处理、阴极防腐等方法。根据空调整车的制冷量计算冷凝器的热负荷：设计指南编号：冷凝器设计指南编制日期：编者：版次：页次：-7 -冷凝器制冷计算实际范例：设计制冷剂为R134a的空气冷却式冷凝器，采用平行流式。冷凝器的负荷包括制冷量和压缩机消耗的指示功，汽车空调冷凝器的负荷约

8、为制冷量的1.42.0倍。取1.4倍举例说明,故换热量Q=1.4 X 5809w=8133w。冷凝器有5 C过冷，已知压缩机在过冷度te =5C及冷凝温度tc=60 C时排气温度td=85C ,空气进风温度ta1 =40 C.A. 计算制冷剂和空气流量根据tc =60 C和td =85 C ,以及te =5 C ,查HFC134a热力性质表，可得排气比焓hd =456.5kj/kg,过冷液体比焓 hec=278.7kj/kg .故制冷剂质量流量qm，r为：qm, rQ8133hdhec = 456.5 278.710 3 kg/s2=4.57X 10 kg/s取进出口的空气温差ta=12 C，

9、空气密度3 ca=1.091kg/ m , p，a 1.01kj/(kgC ),空气的体积流量qv，a为qv, a8133aCp, a ta =1.0911.01103m3 /s312=0.615 m /sB. 结构初步规划,尺寸如下：翅片宽度冷凝器采用平流结构，多孔扁管截面与百叶窗翅片的结构型式=16mm,翅片高度hf =8.1mm,翅片厚度f 0.135mm,翅片间距Pf1.4mm；百叶窗间距pi1.1mm,百叶窗长度li 6.5mm ,百叶窗角度丨27 c ;多孔扁管分四个内孔，每个内孔高度为2mm,宽度为3.35mm,扁管外壁面高度为 3mm,宽度为 t =16mm,分三个流程，扁管数

10、目依次为12、8、5.取迎风面风速为a=4.5m/s.参数计算：编号:设计指南冷凝器设计指南编制日期：编者：版次：页次：-8 -.每米管长扁管内表面积Ar为A32Ar =2 X (2+3.3 X 10 X 4 m2 /m=4.28 X 10 怦 /m.每米管长扁管外表面积Ab，a为Ab，a =2 X (18+ X 10 3 m2 /m=3.8 X 10 2 m2 /m.每米管长翅片表面积 Af，a为m2 /m=0.185 m2 /mAf33f，a=2 X 8.1 X 10 x 18X 10 /(1.4 X 0.00.每米管长总外表面积 Aa为Aa = Ab，a + Af，a =(3.8 X 1

11、02+0.18 m2 /m=0.223 m2/m.百叶窗高度hl为1 =0.5 X Pl X tan 1 =(0.5 X 1.1 X tan27° )mm=0.2802mm.扁管内孔水力直径 Dh,为4 2 3.5Dh, r = 223.5 mm=2.4047mm.翅片通道水力直径 Dh, a为21.4 0.1358.10.135Dh, a=1.4 O.135 8.10.135mm=2.183mmC. 空气侧表面传热系数a根据已知条件，最小截面处风速a，max为1.4(8.13)a,max=4.5 x 1.40.28020.135)8.10.135 m/s=8.916m/s按空气进口

12、的平均温度的平均值ta =ta1 + ta /2=(40+12/ C =46 C ,查取空气的密度设计指南编号：冷凝器设计指南编制日期：编者：版次：页次：-9 -=1.0715kg/m 3、动力粘度 =18.13 x 10 6 kg/(m s)、热导率=2.665 x 10 ?w/(m k)、普郎特数Pr=0.71,计算雷诺数Re、传热因子j、努塞尔数Nu及空气侧表面传热系数Rea3amaxPl 1.0715 8.916 1.110§8018.13 10 6Re由于 300< a =580<4000,故0.420.33''j 0.249Reah|1.1 0

13、.26 h hf hf0 420.249 580 .1.10.28020.33 658.10.268.11.53 10 2Nu j Rea Pr1/30.01548 580 0.711/37.92Nu 7.92aPl2.765 10 21.1 10 3w/( m2 k)=199w/( m2 k)设计指南编号:口D. 制冷剂侧表面传热系数r根据tc =60c，查HFC134a饱和状态下的热力性质表和热物理性质图，可以求得：3液态制冷剂密度'=1055.13kg/m3气态制冷剂密度v =86.67kg/m液态制冷剂的动力粘度'=135.35 x 10 6 kg/(m s)液态制冷剂

14、的热导率'=66.64 x 10 /(m k)Pri丄 0.1283 10 63.3325液态制冷剂的普郎特数ai0.0385 10 6由于冷凝器中制冷剂进口过热而出口过冷，因此计算制冷剂当量质量流量时，取平均干度=0.5,故当量质量流量qmr，eq为mr，eq编制日期：编者：版次:q mr, eq= (1-)+0.5Vq mr冷凝器设计指南页次：-10 -3设计指南编号:0.5=(1-0. +0.5 X 1055.13/86.67 X 0.0457kg/s=0.1173kg/sI .第一流程的参数计算单一孔内当量制冷剂质量流量q mr，eq = qmr，eq/(4 X 1 =0.11

15、73/(4 X 1 kg/s=2.4435 X 10 ' kg/sReq mr, eqDh, r/4h,4qmr, eql Dh, r4 2.4435 10362.5047 10135.35 10=9177Nu=0.02650.8 Reeq,0.333Pr0.8=0.0265 X 91770.333X 3.3325=58.547制冷剂表面传热系数r为Nu 1/Dh, rr 一58.547 66.64 102.5047 10w/(k)=1558 w/( k)n .第二流程的参数计算当量制冷剂质量流量q mr，eq为qq3q mr, eq= mr，eq/(4 X =0.1173/(4 X

16、kg/s=3.6656 X 10 kg/sRe eq,q mr, eqDn, r/4h,4qmr, eq1 Dh , r4 3.6656 10362.5047 10135.35 10=13767Nu=0.02650.8 RQq,0.333Pr0.8=0.0265 X 137670.333X 3.3325=80.98冷凝器设计指南编制日期：编者：版次：页次：-11 -Nu 1 / Dh, rr 一80.98 66.64 102.5047 10 3w/( tfk)=2155 w/( k)制冷剂表面传热系数r为设计指南编号:川第三流程的参数计算 当量制冷剂质量流量q mr，eq为q3q mr，eq=

17、 mr，eq/(4 x(5) =0.1173/(4 x kg/s=5.865 x 10 kg/sReq mr, eqDh, r/4h,4qmr, eql Dh, r4 5.865 10362.5047 10135.35 10=22027肌=0.0265 Re0q8 r Ph =0.0265 x 22027 0'8 x 3.3325=117.95制冷剂表面传热系数r为:Nu l/Dh, rr 一117.95 66.64 102.5047 10 3w/( tfk)=3138 w/( k)IV .由于三个流程的表面传热系数不一样，传热面积也不同，因此必须按面积百分比计算其平均值。平均表面传热

18、系数r为:_ 1558 12 2155 8 3138 5r =1285w/(k)= 2065w/( k)E. 如果忽略管壁热阻及接触热阻，忽略制冷剂侧污垢热阻，取空气侧污垢热阻ra =0.0003 tf-k/w，则传热系数K=1 Aar Arra10.2232065 0.04280.0003199 w/k) =127.4w/ (tf k)冷凝器设计指南编制日期：编者：版次：页次：-12 -对数平均温差 tm为ta12ln tc talin 60 40t m =tc talt a =60 40 12=13 1所以所需传热面积(以外表面为基准)Ao为Ao=Q/(K tm )=8133/(127.4

19、 X 13.怦=4.87 m2所需扁管长度L为L=Ao/25Aa=4.87/(25 X 0.22 m=0.874m取 L=0.880mF. 校核空气流量按迎风面积和迎面风速计算空气体积流量qv，a为q33333v a= a (3+8.X 10 X 25Lm /s=4.5 X 11.1 X 10 X 25X 0.880m /s=1.09m /s以上是冷凝器的详细计算过程，由于数据、参数、经验值等等较多，计算中难免会出现一些错 误，需要反复计算。根据以上数据得出冷凝器的换热能力和迎风面积，根据这些我们可以进一步推 算出来冷凝器的实际面积和风阻；根据这些参数选择合适的冷凝器。1.2.3冷凝器总成的性

20、能及其与系统其它组成部件的匹配从系统匹配角度来讲，所关心的是冷凝器总成的整体性能，不仅包括冷凝器的换热性能，而且 包括冷凝器与冷凝器风机、风道的空气流量匹，压缩机、蒸发器总成的匹配性能。1.2.3.1冷凝器总成的性能及其与压缩机的匹配根据整个制冷系统能量平衡。在稳定工况压缩机与冷凝器总成的匹配平衡点压缩机的放热量Qcc。、制冷量Qec、指示功率Pi和冷凝器的放热量 Qc之间有如下关系：Qc=Qcc=Qec+Pi以上说明，当压缩机选定之后对与一定的运行工况，如额定空调工况，对应于比缩机的制冷 量和指示功率，就有与之匹配的、能满足系统运行需求的冷凝器放热量，根据这一放热量去选配或 设计冷凝器，并考

21、虑冷凝器总成中换热器与流通匹配情况给气流组织并考虑冷凝器总成中换热器与 设计指南编号:冷凝器设计指南编制日期：编者：版次：页次：-13 -流通匹配情况给气流组织（冷凝器有效传热面积）带来的影响，就可以确定冷凝器的性能。虫呻44«苔帘墨谒巒图1-6 b .匸芒/;说的了3二；fv.二9 OWnr?b）123.2冷凝器与换热风扇、冷凝器风流场的匹配冷凝器的换热性能能否充分发挥，不仅与冷凝器的换热性能设计（包括冷凝器本身的结构、尺寸、 材料和工艺）有关，而且与冷凝换热风扇、冷凝器风流场相互之间的匹配状况很大关系。因为其匹配 的好坏，直接影响到冷凝器空气侧的空气流流型，从而也影响到冷凝器的有

22、效传热面积。要使冷凝 器的换热性能得到充分发挥，除了在冷凝器设计时，保证它在最大负荷工况有足够的有效传热面积 外，还须在冷凝器风机的风量、换热器及其风扇进出口的安装位置、安装角度，以及换热器周边风 道中影响空气流场形状的结构尺寸、导流措施等方面下功夫，保证空气能够均匀地流过冷凝器，避 免在冷凝器的局部区域出现涡流或死区，从而使冷凝器的换热面积得到充分利用，否则将影响其总 体性能。因此，设计时还应考虑到冷凝器、风机和迎风风道的匹配对气流组织的影响。1.2.4冷凝器布置工作程序：1.241冷凝器的初始数模制作根据1.2.2所计算出来的参数，来确定冷凝器的面积及体积；通过三维软件把冷凝器的初始数模

23、做出来，再结合前舱、前横梁及进风格栅的位置面积来确定冷凝器的固定方式及相应的固定结构。1.2.4.2冷凝器的工艺数模根据初始数模，进行冷凝器与水箱的配合设计，如果两者不集成设计，一般要求冷凝器与水箱 的距离为58mm，如果布置距离大于这个距离的话，需要再冷凝器的周边与水箱临近的地方加密 封（采用海绵或是塑料材料的）；如果冷凝器与散热器、风扇等集成为冷却模块，一般采用整体密封冷凝器设计指南编制日期：编者：版次：页次：-14 -框来安装，这种结构有利于散热；同时需要进行冷凝器与空调的管路连接装配设计。1.243供应商细化数据并进行数据冻结进行冷凝器的数据校核，并出具数据校核报告，校核无问题即发给供

24、应商进行数据细化，细化 完毕进行数据冻结。1.244手工样件制作要求供应商做出手工样件并进行装车确认，装车存在问题（干涉、装配工艺、制冷能力等等） 就需要进行修改调整，直到没有问题存在。1.2.4.5工装样件生产根据项目指令进行工装样件的生产，完成生产。1.2.4.6试验验证冷凝器的试验方法及标注严格按照企业标准进行试验验证。1.2.5冷凝器EBOM数据以下是某一车型的 EBOM清单：表1-1 空调冷凝器EBOM序号零件号零件名称箭头系统数量备注1 OO -8105130冷凝器芯体总成312 OO -8105021冷凝器衬套223 OO -8105025冷凝器固定垫片224Q1400620螺栓22固定（举例说明）5Q33006螺母22固定（举例说明）6 OO -8105017冷凝器橡胶垫片227 OO -8105015冷凝器橡胶垫块221.2.6环境条件A. 冷凝器