不同翅片間距蒸發(fā)器對冷藏車空調(diào)的影響分析

王婧雅 郭瑞安

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

1 引言

近幾年，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，民眾對食品、藥品供應(yīng)的質(zhì)量有著更高的要求，高質(zhì)量冷鏈物流的需求量也隨之日益增長。在過去的20多年里，我國國內(nèi)的冷藏車在數(shù)量和質(zhì)量上已經(jīng)達(dá)到了一定的規(guī)模，在技術(shù)、工藝、產(chǎn)能、銷量方面都有了十足的發(fā)展和進(jìn)步，但與歐美發(fā)達(dá)國家的冷鏈物流產(chǎn)業(yè)相比卻還相差甚遠(yuǎn)。

近幾年，每年冷藏車的市場需求在7000～8000輛，果蔬、乳制品、肉制品和水產(chǎn)品的冷藏運(yùn)輸率明顯提高，預(yù)測未來3～5年冷藏車數(shù)量有望超過15萬輛[1]。而我國國內(nèi)大多數(shù)冷藏車用制冷機(jī)組生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小，能夠保證冷藏車空調(diào)的優(yōu)良品質(zhì)變得尤為重要，除幾家老牌冷藏車企業(yè)外，不少大型商用車企業(yè)也紛紛涉足冷藏車行業(yè)，冷藏車相關(guān)技術(shù)問題也越來越受技術(shù)專家的重視。

目前，冷藏車結(jié)霜、化霜問題一直是行業(yè)人士高度重視的關(guān)鍵性技術(shù)問題。行業(yè)內(nèi)多選用蒸發(fā)溫度較低，傳熱系數(shù)較小，相對于其他結(jié)構(gòu)更易于排水的翅片管式換熱器。由于冷藏車車廂內(nèi)溫度一般低于0℃，而當(dāng)蒸發(fā)器溫度低于露點(diǎn)溫度時，冷藏車廂內(nèi)的濕空氣接觸蒸發(fā)器，翅片表面就會有凝露，而當(dāng)蒸發(fā)器溫度低于0℃時，凝露水就會迅速結(jié)霜，且霜層會越積越厚。由此造成的危害，不僅會增大空氣進(jìn)入蒸發(fā)器的阻力和內(nèi)風(fēng)機(jī)的功耗，而且會導(dǎo)致蒸發(fā)器翅片的傳熱系數(shù)減小。同時，霜層的出現(xiàn)會使蒸發(fā)器的溫度降低，使蒸發(fā)器部件乃至整個系統(tǒng)在超負(fù)荷工況下工作，增大對系統(tǒng)的損耗[2]?；诖?，本次對比的目的是在翅片管式換熱器的緊湊結(jié)構(gòu)和換熱阻力中間尋找最優(yōu)值，尋求性能最優(yōu)的換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)，以逐步解決冷藏車換熱器優(yōu)化問題。本文將選用不同翅片間距的蒸發(fā)器進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，對比不同翅片間距的蒸發(fā)器對系統(tǒng)性能和排水性能的影響。

2 冷藏車空調(diào)系統(tǒng)介紹

本次試驗(yàn)對比在整車系統(tǒng)中進(jìn)行，該系統(tǒng)為整體非獨(dú)立式。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為兩部分：提供動力部分的斜盤式壓縮機(jī)在冷藏車底部，由發(fā)動機(jī)帶動皮帶輪提供動力；空調(diào)部分則安裝在冷藏車車廂內(nèi)部，負(fù)責(zé)提供冷量。系統(tǒng)設(shè)有壓縮機(jī)、四通換向閥、冷凝器、熱力膨脹閥、蒸發(fā)器、內(nèi)外風(fēng)機(jī)，化霜管等裝置。

系統(tǒng)原理圖如圖1所示。系統(tǒng)使用R404A冷媒，根據(jù)蒸發(fā)溫度范圍可實(shí)現(xiàn)冷藏、冷凍功能。其中車廂內(nèi)可調(diào)溫度范圍為-30℃～15℃。當(dāng)車廂內(nèi)溫度設(shè)定為0℃時，制冷量可以達(dá)到3kW。

3 試驗(yàn)方案及實(shí)施

3.1 蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)

本次對比所選用的是多用于冷庫或低溫試驗(yàn)裝置的翅片管式換熱器，翅片選用V型翅片。本文選用三種管外徑相同、管間距相同、翅片管間距不同的蒸發(fā)器，銅管選用了Φ7.94尺寸，三種翅片間距分別為3.0mm、3.2mm、3.3mm，三種方案的具體參數(shù)如表1所示。

3.2 測試方案

針對3種不同結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)器，根據(jù)整機(jī)測試需求，結(jié)合冷藏車空調(diào)實(shí)際風(fēng)量需求，在熱平衡實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)行測試。安排工況及測試方案如表2所示，試驗(yàn)?zāi)M整車，動力由發(fā)動機(jī)皮帶輪帶動壓縮機(jī)提供。

3.3 測試結(jié)果及分析

3.3.1 換熱性能分析

本次試驗(yàn)，對三種不同片距的三種蒸發(fā)器樣件在表2工況下的試驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了整理并進(jìn)行比較，試驗(yàn)時，進(jìn)出風(fēng)溫度由熱電偶測量，數(shù)據(jù)結(jié)果如圖2所示。三種樣件在同樣風(fēng)量下，樣件1的空氣側(cè)換熱能力最好，樣件3的能力最差，即隨著翅片管間距的增大，其換熱能力逐漸減小。分析可知，三種樣件管外換熱總面積從大到小依次是樣件3、樣件2、樣件1，即隨著翅片管間距的減小，管外空氣側(cè)的實(shí)際換熱總面積是逐漸增大的，因而換熱能力越來越大。

再對比同種樣件不同風(fēng)量的性能，由圖3可得，隨著風(fēng)量的增加，三種樣件的換熱能力分別依次增加，其中在最大風(fēng)量下，樣件1的空氣側(cè)換熱性能是最好的。

綜合分析認(rèn)為：當(dāng)翅片間距較小時，實(shí)際參與換熱的總面積增大，流經(jīng)翅片的空氣氣流的流道截面積較小，翅片表面的氣流小渦源的數(shù)量增多，使得宏觀氣流擾動顯著[3]，故起到了增強(qiáng)換熱的效果。但是，隨著翅片管間距的減小，換熱阻力是逐漸增大的，因此在該試驗(yàn)條件下，選取適當(dāng)較小的翅片間距，同時增大空氣側(cè)風(fēng)量有助于提高蒸發(fā)器的換熱性能。

3.3.2 排水性能分析

本次試驗(yàn)主要通過觀察蒸發(fā)器在換熱過程中冷凝水排出的表現(xiàn)來直觀判斷排水性能。實(shí)驗(yàn)過程中，使用試驗(yàn)室監(jiān)控設(shè)備對化霜全程進(jìn)行監(jiān)控，并觀察記錄各工況下三種樣件的排水：記錄化霜水殘留的狀態(tài)、存水分布位置以及殘留水量來判斷[4]。系統(tǒng)化霜采用熱氣融霜方式，本試驗(yàn)中換熱器翅片為普通鋁箔。試驗(yàn)對比了三種樣件的排水情況，如表3所示。

由實(shí)驗(yàn)觀察得出，樣件3的排水性能最好，全部化霜完畢（沒有明顯掛水）用時6min，且水排的最干凈。霜層在鋁箔表面融化后，小水滴合并成為較大的水珠后從表面流下。而樣件2在系統(tǒng)完成化霜動作后，遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)一側(cè)1/5的翅片上仍有掛水，樣件1則有1/3的翅片上有掛水，排水效果較差。

由上分析認(rèn)為，針對熱氣融霜的普通翅片，由于化霜水是以液態(tài)水珠的形態(tài)排出，水珠在翅片間會形成大大小小的水橋，水珠是依靠重力排出的[5]，而翅片間距越小，所受到的上下翅片的表面張力就越大，水珠就越難掙脫，所以為便于化霜水的排數(shù)，翅片間距不宜過小。

圖1 冷藏車空調(diào)系統(tǒng)原理圖

表1 蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)方案

表2 蒸發(fā)器對比測試方案[4]

表3 三種樣件排水性能的比較

圖2 三種樣件空氣側(cè)換熱能力性能曲線

圖3 三種樣件不同風(fēng)量下?lián)Q熱性能曲線

4 結(jié)論

本文選取了蒸發(fā)器翅片間距分別為3.0mm、3.2mm、3.3mm的三種蒸發(fā)器樣件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。通過試驗(yàn)驗(yàn)證得知：

在相同實(shí)驗(yàn)條件下，蒸發(fā)器翅片間距越小，換熱器空氣側(cè)換熱性能越大，且隨著風(fēng)量的增加，換熱性能越大；但對于化霜水排水性能來看，隨著翅片管間距的減小，化霜水排出效果越差。因此，蒸發(fā)器翅片間距的選取要根據(jù)蒸發(fā)器總體尺寸及整機(jī)性能進(jìn)行合理匹配和選取，片距過小，將會導(dǎo)致化霜水較難排除，片距過大則不利于蒸發(fā)器換熱性能的提升。