客车空调冷凝器动态气流换热性能试验与优化设计

欧阳荣华，佘友会

（1.广东工程职业技术学院，广州　510520；2.广州精益汽车空调有限公司，广州　510880）



客车空调冷凝器动态气流换热性能试验与优化设计

欧阳荣华1，佘友会2

（1.广东工程职业技术学院，广州510520；2.广州精益汽车空调有限公司，广州510880）

摘要：顶置式客车空调冷凝器的布置结构导致车辆行驶时空气流通受阻，影响制冷效率。本文通过切实可行的方法对客车空调冷凝器的动态气流进行优化处理。结果表明，优化后的冷凝器散热较好,动态降温性能得到改善。

关键词：客车空调；冷凝器；动态气流；换热性能

1　客车空调存在的问题及制冷测试

客车空调的性能测试需在模拟使用环境中进行才能得出其真实性。在通常情况下，冷凝器设计为迎风式，借助车辆行驶时的速度将空气流导入冷凝器散热翅片中，增加冷凝器的散热效果[1]。

在大客车空调系统中，由于制冷量大，冷凝器的体积相对庞大。当结构布置需要安装于车顶时，如果设计成迎风式冷却，会影响整车高度。因此，采用铜管铝片式的冷凝器通常设计成两侧进风形式（如图1所示）。两侧式布置冷凝器为大客车空调冷凝器最通用的布置方式，其优点是安装布置方便，结构紧凑，可以尽可能地降低空调机组的高度；缺点是客车行驶时，通过冷凝器的风阻加大，冷凝器进风不足，导致冷凝器的散热效果变差，空调制冷量下降，压缩机功耗增加[2-3]。

图1　顶置冷凝器结构

对于图1所示的顶置冷凝器结构，当客车以一定速度行驶时（动态），冷凝器的进风和出风状态与车辆静止时完全不同，行驶时产生的风阻使进风量减少，同时，排出的气流（热空气）由于受到行驶风阻不能沿着风机轴向吹出，导致部分热空气沿叶片圆周方向运动而被重新吸入冷凝器，形成热风短路循环，使冷却状态恶化，降低了空调机的制冷量，使压缩机的能效比降低[4-7]。

为了确认同一台空调机在行驶和静止时的空调效果差别，将改进型的30 kW客车空调机安装在一辆ZK6127H2的新客车上，进行降温能力对比测试，实验方法参考文献[8-9]。测试时室外气温35℃。

1）静止时降温测试。将客车停在室外，打开车窗让车室内外温度平衡，然后关闭车门车窗，起动发动机，开启空调，压缩机转速为1 800 r/min和2 100 r/min时，车内3个测试点的平均降温记录见表1。

表1　 1 800 r/min和2 100 r/min车内3个测试点的平均降温记录　　℃

2）客车行驶时降温测试。静止降温测试完成后，重新回到试验的起始状态，分别进行压缩机转速为1 800 r/min和2 100 r/min的客车行驶降温试验，记录见表2。

表2　 1 800 r/min和2 100 r/min时客车行驶降温试验数据　　℃

2　冷却气流动态优化及效果

从表1和表2可以看出，在车速40 km/h的时候，空调制冷量比静止时压缩机在1 800 r/min时的制冷量下降了4%；车速在78 km/h时，空调制冷量比静止时压缩机相同转速（2 100 r/min）状态下下降了6.5%，且随着高压的上升，压缩机的能效比随之下降。因此，改进客车行驶状态下的冷凝器散热效果，就能提高空调机的制冷能力，同时也能降低压缩机消耗的功率。

2.1优化措施

1）改进冷凝器盖板设计。为了改善冷凝器在客车行驶时的进风状态，在冷凝器盖板的进风区域，将原来的平面形通风孔，改为增加45°的翻边导风叶，朝向车前进的方向。这样当客车行驶时，气流连续地被导风叶引入到冷凝器芯体进风面，然后被冷凝风机吸入，具体结构如图2所示。

图2　改进后的冷凝器盖板

2）改进冷凝风机排风保护罩。通用的冷凝风机排风保护罩，是用φ5 mm的钢丝圈焊接而成的网罩。这样的结构仅仅考虑为保护冷凝风机，防止异物进入而损伤风机叶片。通过测试发现，经过保护罩的冷凝风机排风比无保护罩时更容易向圆周方向扩散。由于冷凝器芯体的进风区与冷凝风机距离很近，因此，冷凝风机排出的热风扩散后有一部分又被吸入冷却芯体，形成部分冷却风“短路”。这样的结果是提高了冷凝器进风温度，导致冷凝温度和压力升高。当客车高速行驶时，由于进风量降低，而使排出的热风扩散程度加剧。要想改善冷凝风机排风向圆周方向扩散的状况，必须分析形成扩散的原因。

①负压对排风扩散的影响。外界空气以一定速度流经冷凝器芯体后，已形成负压，冷凝风机将负压的热空气排出，可以在一固定位置检测到排风扩散的风速。通过改变冷凝风机的端电压而使风机的转速改变，结果发现当电压升高而使风机转速加快时，排风扩散的速度也加快，范围变大。因此，在额定电压下运行时，只有提高进风量，降低冷凝风机的吸风负压，才能减少排风扩散的程度。

②保护罩对排风扩散的影响。当冷凝风机在额定电压下运转时，发现去掉保护罩后，排风扩散的程度得以减弱。其原因是：排风经过钢丝圈时，由于钢丝是圆形的，排风被钢丝导引着向圆周方向扩散，因此，圆形钢丝保护罩加剧了排风的扩散，提高了热风被再吸入的比例。

为了防止保护罩使排风扩散加剧，且能减轻风机本身的排风扩散，我们设计了一种新型塑料导风罩。新导风罩设计了向中心倾斜的气流通道，使排风向风机垂直上空排出，而不会马上扩散又流入冷凝器芯体，具体结构如图3所示。

图3　改进后塑料保护罩

2.2优化设计后的制冷测试

为了检验新设计的冷凝器盖板及冷凝风机塑料保护罩的效果，在更换了冷凝器盖板及塑料保护罩后，又进行了两种车速下的动态降温测试，结果见表3。

时间/min转速/(r/min)　0　 510　 15　 20 1 800　 35　 31.929.6 27.9 26.3 25　 30　　备注25.1 24.1平均时速40 km/h 2 100　 35　 31.8 29.4 27.7 26.2 25.0 23.9平均时速78 km/h

3结束语

通过对冷凝器盖板进风口增加朝向车前行方向的导风叶片设计，气流能较顺畅地进入冷凝器，增加了冷凝器进风量；同时新型冷凝器出风导风罩设计了向中心倾斜的气流通道，使排风沿风机垂直向上排出，有效防止了冷凝风机保护罩使排风扩散加剧，且能减轻风机本身的排风扩散，防止排风回流入冷凝器芯体。通过降温能力对比测试，显示改进后的动态降温效果良好。因此，通过冷凝器进出风通道的优化设计，能够改进客车行驶状态下的冷凝器散热效果，提高了空调机的制冷能力，同时也降低了压缩机消耗的功率。

参考文献：

[1]潘永昌.全自动空调在城市客车上的应用[J].客车技术与研究，2013，35（6）：30-31.

[2] GB/T 21361-2008，汽车用空调器标准[S].北京:中国标准出版社,2008.5.

[3]刁薇.建立客车标准体系提升我国客车标准整体水平[J].客车技术与研究，2013，35（5）：1-4.

[4]苗长玉，纪绪北.基于Fluent的电动客车空调风道流场模拟[J].汽车零部件，2013（5）：67-70.

[5]包涛，孙宗鑫，袁秀玲，等.客车空调气流组织的改进及模拟分析[J].西安交通大学学报，2005，39（1）：61-65.

[6]黄定英.客车空调系统用管片式蒸发器流程的优化设计[J].制冷与空调（北京），2011，11（4）：12-13.

[7]张文灿，刘军.汽车空调风道流场分析与结构改进[J].公路与汽运，2015（4）：17-20.

[8]欧阳荣华.大客车空调换热器结构分析与性能优化研究[D].广州:华南理工大学，2009.

[9] JT/T216-2006，客车空调系统技术条件[S].北京：交通人民出版社，2006.

修改稿日期：2015-07-25

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《客车技术与研究》理事单位名录（后插八）

Test and Optimal Design About Dynamic-airflow Heat-exchange Performance
Through Condenser of Bus / Coach Air Conditioner

Ouyang Ronghua1, She Youhui2
（1. Guangdong Engineering Polytechnic，Guangzhou 510520, China；

2. Guangzhou Jingyi Automobile Air-Conditioner Co., Ltd, Guangzhou 510880, China）

Abstract：The structure and layout of the condenser roof-mounted of bus / coach air conditioners lead to the air-flowresistance increase when the bus / coach is running, thus the refrigeration efficiency is affected. This article studies the feasible methods to optimize the dynamic airflowof passing the condenser of bus / coach air conditioner. The results show that the heat-exchange performance of the optimized condenser is good, and the dynamic cooling capacityis improved.

Key words：bus / coach air conditioner; condenser; dynamic airflow; heat-exchange performance

作者简介：欧阳荣华（1968-），女，车辆工程硕士；高级工程师；长期从事与汽车空调相关的研究工作。

中图分类号：U463.85+1

文献标志码：B

文章编号：1006-3331（2016）01-0057-03