不同翅片间距蒸发器对冷藏车空调的影响分析

王婧雅 郭瑞安

珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070

1 引言

近几年，我国经济快速发展，人民生活水平不断提高，民众对食品、药品供应的质量有着更高的要求，高质量冷链物流的需求量也随之日益增长。在过去的20多年里，我国国内的冷藏车在数量和质量上已经达到了一定的规模，在技术、工艺、产能、销量方面都有了十足的发展和进步，但与欧美发达国家的冷链物流产业相比却还相差甚远。

近几年，每年冷藏车的市场需求在7000～8000辆，果蔬、乳制品、肉制品和水产品的冷藏运输率明显提高，预测未来3～5年冷藏车数量有望超过15万辆[1]。而我国国内大多数冷藏车用制冷机组生产企业规模较小，能够保证冷藏车空调的优良品质变得尤为重要，除几家老牌冷藏车企业外，不少大型商用车企业也纷纷涉足冷藏车行业，冷藏车相关技术问题也越来越受技术专家的重视。

目前，冷藏车结霜、化霜问题一直是行业人士高度重视的关键性技术问题。行业内多选用蒸发温度较低，传热系数较小，相对于其他结构更易于排水的翅片管式换热器。由于冷藏车车厢内温度一般低于0℃，而当蒸发器温度低于露点温度时，冷藏车厢内的湿空气接触蒸发器，翅片表面就会有凝露，而当蒸发器温度低于0℃时，凝露水就会迅速结霜，且霜层会越积越厚。由此造成的危害，不仅会增大空气进入蒸发器的阻力和内风机的功耗，而且会导致蒸发器翅片的传热系数减小。同时，霜层的出现会使蒸发器的温度降低，使蒸发器部件乃至整个系统在超负荷工况下工作，增大对系统的损耗[2]。基于此，本次对比的目的是在翅片管式换热器的紧凑结构和换热阻力中间寻找最优值，寻求性能最优的换热器结构参数，以逐步解决冷藏车换热器优化问题。本文将选用不同翅片间距的蒸发器进行试验验证，对比不同翅片间距的蒸发器对系统性能和排水性能的影响。

2 冷藏车空调系统介绍

本次试验对比在整车系统中进行，该系统为整体非独立式。该系统结构分为两部分：提供动力部分的斜盘式压缩机在冷藏车底部，由发动机带动皮带轮提供动力；空调部分则安装在冷藏车车厢内部，负责提供冷量。系统设有压缩机、四通换向阀、冷凝器、热力膨胀阀、蒸发器、内外风机，化霜管等装置。

系统原理图如图1所示。系统使用R404A冷媒，根据蒸发温度范围可实现冷藏、冷冻功能。其中车厢内可调温度范围为-30℃～15℃。当车厢内温度设定为0℃时，制冷量可以达到3kW。

3 试验方案及实施

3.1 蒸发器结构及主要参数

本次对比所选用的是多用于冷库或低温试验装置的翅片管式换热器，翅片选用V型翅片。本文选用三种管外径相同、管间距相同、翅片管间距不同的蒸发器，铜管选用了Φ7.94尺寸，三种翅片间距分别为3.0mm、3.2mm、3.3mm，三种方案的具体参数如表1所示。

3.2 测试方案

针对3种不同结构的蒸发器，根据整机测试需求，结合冷藏车空调实际风量需求，在热平衡实验台进行测试。安排工况及测试方案如表2所示，试验模拟整车，动力由发动机皮带轮带动压缩机提供。

3.3 测试结果及分析

3.3.1 换热性能分析

本次试验，对三种不同片距的三种蒸发器样件在表2工况下的试验的数据结果进行了整理并进行比较，试验时，进出风温度由热电偶测量，数据结果如图2所示。三种样件在同样风量下，样件1的空气侧换热能力最好，样件3的能力最差，即随着翅片管间距的增大，其换热能力逐渐减小。分析可知，三种样件管外换热总面积从大到小依次是样件3、样件2、样件1，即随着翅片管间距的减小，管外空气侧的实际换热总面积是逐渐增大的，因而换热能力越来越大。

再对比同种样件不同风量的性能，由图3可得，随着风量的增加，三种样件的换热能力分别依次增加，其中在最大风量下，样件1的空气侧换热性能是最好的。

综合分析认为：当翅片间距较小时，实际参与换热的总面积增大，流经翅片的空气气流的流道截面积较小，翅片表面的气流小涡源的数量增多，使得宏观气流扰动显著[3]，故起到了增强换热的效果。但是，随着翅片管间距的减小，换热阻力是逐渐增大的，因此在该试验条件下，选取适当较小的翅片间距，同时增大空气侧风量有助于提高蒸发器的换热性能。

3.3.2 排水性能分析

本次试验主要通过观察蒸发器在换热过程中冷凝水排出的表现来直观判断排水性能。实验过程中，使用试验室监控设备对化霜全程进行监控，并观察记录各工况下三种样件的排水：记录化霜水残留的状态、存水分布位置以及残留水量来判断[4]。系统化霜采用热气融霜方式，本试验中换热器翅片为普通铝箔。试验对比了三种样件的排水情况，如表3所示。

由实验观察得出，样件3的排水性能最好，全部化霜完毕（没有明显挂水）用时6min，且水排的最干净。霜层在铝箔表面融化后，小水滴合并成为较大的水珠后从表面流下。而样件2在系统完成化霜动作后，远离风机一侧1/5的翅片上仍有挂水，样件1则有1/3的翅片上有挂水，排水效果较差。

由上分析认为，针对热气融霜的普通翅片，由于化霜水是以液态水珠的形态排出，水珠在翅片间会形成大大小小的水桥，水珠是依靠重力排出的[5]，而翅片间距越小，所受到的上下翅片的表面张力就越大，水珠就越难挣脱，所以为便于化霜水的排数，翅片间距不宜过小。

图1 冷藏车空调系统原理图

表1 蒸发器结构方案

表2 蒸发器对比测试方案[4]

表3 三种样件排水性能的比较

图2 三种样件空气侧换热能力性能曲线

图3 三种样件不同风量下换热性能曲线

4 结论

本文选取了蒸发器翅片间距分别为3.0mm、3.2mm、3.3mm的三种蒸发器样件进行试验验证。通过试验验证得知：

在相同实验条件下，蒸发器翅片间距越小，换热器空气侧换热性能越大，且随着风量的增加，换热性能越大；但对于化霜水排水性能来看，随着翅片管间距的减小，化霜水排出效果越差。因此，蒸发器翅片间距的选取要根据蒸发器总体尺寸及整机性能进行合理匹配和选取，片距过小，将会导致化霜水较难排除，片距过大则不利于蒸发器换热性能的提升。