一種自適應(yīng)周邊流場的車用空調(diào)冷凝器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)周邊流場的車用空調(diào)冷凝器，包括兩側(cè)的集流管、設(shè)置在集流管上的冷媒總進(jìn)口和總出口、平行布置在兩側(cè)集流管之間的扁管組；一組扁管為一個流程，按換熱能力由強到弱分別為第一流程、第二流程……第n流程，n為奇數(shù)或偶數(shù)，它們順序串聯(lián)；其特征在于，所述換熱能力較強的流程設(shè)計在冷凝器安裝后表面接受風(fēng)量較大的區(qū)域，而所述冷凝能力較差的流程則設(shè)計在冷凝器安裝后表面空氣流動不暢的區(qū)域。本發(fā)明所述冷凝器具有自我適應(yīng)于實際車輛發(fā)動機機艙空氣流動特點，通過改變平行流冷凝器的冷媒側(cè)回路設(shè)計，使得換熱能力較強的部分接受較強的空氣流量分配，而在總體上獲得較高的冷凝換熱量，以改善空調(diào)系統(tǒng)能力。
【專利說明】一種自適應(yīng)周邊流場的車用空調(diào)冷凝器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽車部件，具體涉及一種可自適應(yīng)周邊流場而改進(jìn)熱力性能的車用冷 凝器。

【背景技術(shù)】
[0002] 汽車空調(diào)是汽車油耗的第二大來源，典型油耗值為整車的30到40%。冷凝器實際 性能對空調(diào)系統(tǒng)的制冷量和性能系數(shù)C0P有直接而關(guān)鍵的影響，因此對汽車整車的油耗以 及污染排放也有顯著影響。
[0003] 車用空調(diào)系統(tǒng)主要由四個部件組成：蒸發(fā)器、壓縮機、膨脹閥、冷凝器，以及起到連 接作用的空調(diào)管路。其中蒸發(fā)器、膨脹閥集成在空調(diào)箱（HVACMODULE)上，一般位于車內(nèi)， 壓縮機處于發(fā)動機上，而冷凝器一般置于車輛前端，但不限于前端。
[0004] 近年來，車用空調(diào)冷凝器基本以平行流類型為主流，冷凝器冷媒側(cè)流程（流程又 稱為回路）可以有不同設(shè)計，但在當(dāng)前工業(yè)界的流道設(shè)計上幾乎千篇一律，即從頂部第一 流程分配給較多的流道（截面上帶有微孔的扁管），向下順序給予較少的流道。如以較為常 見的四流程的設(shè)計方式為例，參見圖1，一個總扁管數(shù)為28根的冷凝器，第一流程設(shè)為10個 管簇，第二流程為8個，第三流程為6個，第四為4個。冷媒如R134A，在扁管內(nèi)通道內(nèi)流動， 不同流程的設(shè)計決定了換熱器管內(nèi)冷媒在各個流程上流速流態(tài)，影響到冷媒側(cè)的換熱系數(shù) 以及流阻，因而引起總換熱效果的不同。
[0005] 現(xiàn)代汽車發(fā)動機功率較高，電器越來越多，使得發(fā)動機艙越發(fā)擁擠。冷凝器安裝在 如此擁擠的環(huán)境里，周邊空氣回流、系統(tǒng)反壓對其實際性能造成越來越大的負(fù)面影響。因此 新型、合理的冷凝器熱力結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要的技術(shù)進(jìn)步意義。
[0006] 當(dāng)今世界上，無論是部件供應(yīng)商還是整車廠，冷凝器熱力性能的衡量主要集中在 臺架試驗結(jié)果上，而臺架試驗是以均勻風(fēng)速流過冷凝器表面為基礎(chǔ)的，例如迎面風(fēng)速2M/ S，3. 0M/S以及作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速的4. 5M/S。這與發(fā)動機艙內(nèi)部的實際空氣流場差別極大， 因此只具有相對比較意義。經(jīng)常出現(xiàn)臺架試驗結(jié)果改進(jìn)高達(dá)10%，而已經(jīng)裝車實測所得實 際改進(jìn)或許小于1 %水平的尷尬局面。
[0007] 對于常見的平行流冷凝器而言，通常對于偶數(shù)流程設(shè)計，如四流程，冷媒入口與出 口經(jīng)常在冷凝器的同一側(cè)，如圖1中的進(jìn)口 1、出口 2所示。而對于奇數(shù)流程設(shè)計則可能進(jìn) 出口在不同側(cè)。
[0008] 冷凝器一般與散熱器、電子風(fēng)扇集成放置于發(fā)動機前端，車輛前保險杠的后端。在 整車設(shè)計時，由于考慮到整車風(fēng)阻系數(shù)，車輛的前端進(jìn)風(fēng)面積一般較小，而且會設(shè)置很多條 紋狀格柵。尤其是保險杠處于來流空氣正中部，也是冷凝器進(jìn)風(fēng)中部，相對的幾何位置使得 冷凝器進(jìn)風(fēng)表面空氣分布相當(dāng)不均勻，因而使得實際冷凝排熱量也不均勻（參見圖3)。對 于所論典型四流程冷凝器而言，以均勻風(fēng)速吹過進(jìn)口表面，第一流程之大部為兩相換熱區(qū)， 因此換熱能力較強，冷媒側(cè)理論換熱系數(shù)在4200到5000w/k.m2之間；第二流程基本處于兩 相換熱區(qū)，亦屬于換熱能力較強區(qū)域，冷媒側(cè)理論換熱系數(shù)在3200到4200w/k.m2之間，而 三和四流程換熱較差，尤其是第四流程，由于處于冷凝過冷段，基本流態(tài)為單相液態(tài)，其換 熱系數(shù)僅在2000左右（參見圖2)。
[0009] 進(jìn)而考慮實車的實際流程分布，由于前保險杠的位置基本處于冷凝器的中段，遮 擋住了進(jìn)風(fēng)方向，增加了額外阻力，使得第二流程的幾乎全部、第一流程的部分區(qū)域、以及 第三區(qū)的部分區(qū)域?qū)嶋H風(fēng)量大為減?。▍⒁妶D3)。該現(xiàn)象會導(dǎo)致冷凝器的有效換熱量減 小，怠速時尤為顯著。此時，冷凝器進(jìn)風(fēng)完全依賴電子風(fēng)扇的吸風(fēng)，風(fēng)量較小，冷凝器能力大 為減小，最終影響到空調(diào)系統(tǒng)的總體效果以及能耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠適應(yīng)于實際車輛冷凝器空 氣流場的空調(diào)冷凝器，以求有效增加實車上冷凝器換熱量；具體而言采用優(yōu)化冷媒側(cè)流程 設(shè)計，提高部件對周邊流場的自適應(yīng)能力，使換熱能力較強的區(qū)域處于風(fēng)量較大的冷凝器 表面，而將冷凝能力較差的回路置于空氣流動不暢空間，提升冷凝器實際換熱性能。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0012] 本發(fā)明首先提出一種車用空調(diào)冷凝器的自適應(yīng)周邊流場的流程布置方法，適用于 平行流冷凝器，所述方法是將換熱能力較強的流程設(shè)計在冷凝器安裝后表面接受風(fēng)量較大 的區(qū)域，而將冷凝能力較差的流程設(shè)計在冷凝器安裝后表面空氣流動不暢的區(qū)域。
[0013] 基于以上方法，進(jìn)一步提出一種自適應(yīng)周邊流場的車用空調(diào)冷凝器，所述冷凝器 包括兩側(cè)的集流管、設(shè)置在集流管上的冷媒總進(jìn)口和總出口、平行布置在兩側(cè)集流管之間 的扁管組；一組扁管為一個流程，按換熱能力由強到弱分別為第一流程、第二流程……第n 流程，n為奇數(shù)或偶數(shù)，它們順序串聯(lián)；并且換熱能力較強的流程設(shè)計在冷凝器安裝后表面 接受風(fēng)量較大的區(qū)域，而所述冷凝能力較差的流程則設(shè)計在冷凝器安裝后表面空氣流動不 暢的區(qū)域。
[0014] 具體地，對于被保險杠遮擋住中間部位的四流程冷凝器，第一流程和第二流程分 別設(shè)計在冷凝器的上部和下部位置，第三和第四流程設(shè)計在冷凝器的中間位置。
[0015] 對于被保險杠遮擋住中間部位的五流程冷凝器，第一流程和第二流程分別設(shè)計在 冷凝器的上部和下部位置，第四和第五流程設(shè)計在冷凝器的中間位置，第三流程設(shè)計在冷 凝器的上部與中部之間的位置。
[0016] 對于被保險杠遮擋住中間部位的六流程冷凝器，第一流程和第二流程分別設(shè)計在 冷凝器的上部和下部位置，第五和第六流程設(shè)計在冷凝器的中間位置，第三和第四流程設(shè) 計在冷凝器的上部與中部之間和下部與中部之間的位置。
[0017] 本發(fā)明所述冷凝器具有自我適應(yīng)于實際車輛發(fā)動機機艙空氣流動特點：通過改變 平行流冷凝器的冷媒側(cè)回路設(shè)計，使得換熱能力較強的部分接受較強的空氣流量分配，而 在總體上獲得較高的冷凝換熱量，以改善空調(diào)系統(tǒng)能力。
[0018] 以下是對發(fā)明提出的設(shè)計方案的實驗研究：
[0019] 發(fā)明人使用專業(yè)換熱器設(shè)計軟件對冷凝器進(jìn)行模擬仿真，以同一冷凝器為目標(biāo)， 完全相同邊界條件，迎面風(fēng)速3. 5M/S得出現(xiàn)有設(shè)計和本發(fā)明設(shè)計冷凝器性能分布曲線，如 圖6所示。
[0020] 圖6的上圖是本發(fā)明設(shè)計；圖6的下圖為現(xiàn)有設(shè)計。圖中，X坐標(biāo)為由上到下的冷 凝器管排位置，Y坐標(biāo)為單個管的換熱能力。
[0021] 圖6中下圖，在位置13到28扁管之間，A、B、C連線是在自由風(fēng)速時該冷凝器的換 熱量，而在實際裝車條件下，由于保險桿的阻礙，其能力僅為EF線所示。因此，區(qū)域A4表示 了能力損失率。
[0022] 類似地，圖6的上圖表示了本發(fā)明設(shè)計的對比情形。圖中斜線陰影覆蓋區(qū)A1和 A2是由于前保險杠遮擋的效應(yīng)而在本發(fā)明設(shè)計上產(chǎn)生的冷凝量損失;A4為現(xiàn)有設(shè)計的冷 凝量損失。對比之下，顯然本發(fā)明設(shè)計的損失有顯著減小。
[0023] 圖中交叉線陰影覆蓋區(qū)A3是在冷凝器下部的換熱能力；A5為原設(shè)計的冷凝能力。 對比之下，顯然新設(shè)計在此區(qū)域的換熱量較大。
[0024] 進(jìn)一步，參照CAE的風(fēng)速分布顯示，以及實拍照片的提示，實際車輛上，冷凝器的 空氣流動區(qū)域從垂直方向可約分為1/3, 1/3, 1/3,即垂直上部、中部，以及垂直下部的幾何 迎風(fēng)面積大約均分。這樣，管組13-26由于實際風(fēng)速在1 - 1. 5M/S的弱區(qū)則處于低換熱區(qū)。
[0025] 另外，按照本發(fā)明設(shè)計方案制成的冷凝器樣機經(jīng)過實際裝車，在環(huán)境模擬艙內(nèi)實 施NEDC路譜油耗惡化試驗，試驗結(jié)果指示出新型冷凝器有效地改進(jìn)了綜合油耗惡化率達(dá) 9. 55%。結(jié)果如表1所不。
[0026] 表格1NEDC路譜油耗惡化試驗結(jié)果指示出新型冷凝器（按本發(fā)明設(shè)計方案設(shè)計） 改進(jìn)了油耗惡化率9. 55%

【權(quán)利要求】
1. 一種車用空調(diào)冷凝器的自適應(yīng)周邊流場的流程布置方法，適用于平行流冷凝器；其 特征在于，所述方法是將換熱能力較強的流程設(shè)計在冷凝器安裝后表面接受風(fēng)量較大的區(qū) 域，而將冷凝能力較差的流程設(shè)計在冷凝器安裝后表面空氣流動不暢的區(qū)域。
2. -種自適應(yīng)周邊流場的車用空調(diào)冷凝器，所述冷凝器包括兩側(cè)的集流管、設(shè)置在集 流管上的冷媒總進(jìn)口和總出口、平行布置在兩側(cè)集流管之間的扁管組；一組扁管為一個流 程，按換熱能力由強到弱分別為第一流程、第二流程……第η流程，η為奇數(shù)或偶數(shù)，它們順 序串聯(lián)；其特征在于，所述換熱能力較強的流程設(shè)計在冷凝器安裝后表面接受風(fēng)量較大的 區(qū)域，而所述冷凝能力較差的流程則設(shè)計在冷凝器安裝后表面空氣流動不暢的區(qū)域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)周邊流場的車用空調(diào)冷凝器，其特征在于：對于被保 險杠遮擋住中間部位的四流程冷凝器，第一流程和第二流程分別設(shè)計在冷凝器的上部和下 部位置，第三和第四流程設(shè)計在冷凝器的中間位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)周邊流場的車用空調(diào)冷凝器，其特征在于：對于被保 險杠遮擋住中間部位的五流程冷凝器，第一流程和第二流程分別設(shè)計在冷凝器的上部和下 部位置，第四和第五流程設(shè)計在冷凝器的中間位置，第三流程設(shè)計在冷凝器的上部與中部 之間的位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)周邊流場的車用空調(diào)冷凝器，其特征在于：對于被保 險杠遮擋住中間部位的六流程冷凝器，第一流程和第二流程分別設(shè)計在冷凝器的上部和下 部位置，第五和第六流程設(shè)計在冷凝器的中間位置，第三和第四流程設(shè)計在冷凝器的上部 與中部之間和下部與中部之間的位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)周邊流場的車用空調(diào)冷凝器，其特征在于：所述具有 奇數(shù)流程的冷凝器，冷媒總進(jìn)口和總出口設(shè)置在相同一側(cè)集流管上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)周邊流場的車用空調(diào)冷凝器，其特征在于：所述具有 偶數(shù)流程的冷凝器，冷媒總進(jìn)口和總出口設(shè)置在相同一側(cè)或不同側(cè)集流管上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)周邊流場的車用空調(diào)冷凝器，其特征在于：所述冷凝 器的冷媒總進(jìn)、出口是水平的、垂直的或非水平布置的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)周邊流場的車用空調(diào)冷凝器，其特征在于：所述冷凝 器的扁管排列方向是水平的或是垂直的。
【文檔編號】F25B39/04GK104266414SQ201410470982
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】翟昱民, 游典, 周澤民, 尹海濤 申請人:重慶長安汽車股份有限公司