汽车空调第八章制冷系统部件

第八章制冷系统部件•一、换热器的基本原理•基本热交换过程•蒸发器、冷凝器和加热器都是热交换器，它们的作用都是实现两种不同温度的流体之间的热交换。•蒸发器是管内的低温低压液态制冷剂通过管壁和翅片吸收来自车内的空气中的热量，然后沸腾汽化。管内是制冷剂吸热过程，而管外的空气则被降温减湿，是放热过程。•冷凝器是管内的高温高压气态制冷剂通过管壁和翅片放出热量给周围空气，从而冷凝成液体，是放热过程。而通过冷凝器的空气则被加热升温，是吸热过程。•加热器则是管中的热水通过管壁将热量传给车内空气，热水被降温，是放热过程。而车内空气因吸收热量而升温。二、换热器的主要材料•原来以铜为主，后来发展成铜管铝片。•现在除大客车及部分中型客车空调的换热器还采用铜管铝片，绝大部分汽车空调的蒸发器和冷凝器都全铝化了，主要原因是追求质量轻，另外价格也比较便宜。•换热器的重量占整个汽车空调装置重量的50％～70％。三、冷凝器1.冷凝器的作用和要求冷凝器是用来排除制冷剂蒸气热量的换热设备。为了达到较好的冷凝效果，冷凝器应满足如下基本要求：①要有高的换热效率，冷凝器的热交换能力应该是蒸发器吸热量与压缩机做功之和，实际上汽车空调中应达到Qk=(1.35～1.55)Q0冷凝器的作用和要求②重量轻，安装空间小。③制冷剂侧及空气侧的阻力要小，④抗震性良好，⑤耐腐蚀性能好，⑥不会引起眩目。2.冷凝器的结构形式•冷凝器主要有管和散热片两部分组成，•根据管和片的具体结构、形状的不同，主要由：管片式，管带式、鳍片式及平流式四种。管片式冷凝器管翅式冷凝器管带式冷凝器鳍片式冷凝器平流式冷凝器•管片式冷凝器制造工艺简单，其散热效率较低。•管片式的连接方法主要有钎焊和机械连接（胀管法）两大类。•所谓钎焊就是金属母体本身不熔化而靠填充金属（即钎料）熔化成液态，从而将两种金属母材连接。•管带式冷凝器的传热效率比管片式可提高15％～20％。•鳍片式冷凝器是在特殊形状型材的散热管表面直接铣削出鳍片状散热片。由于片、管是一体，抗振性特别好，散热性能可提高5％，省材25％，管片之间无须焊接。•平流式冷凝器也是一种管带式结构，它由圆筒集管、铝制内肋扁管、波形散热翅片及连接管组成。它是适应新工质R134a而研制的新结构冷凝器。•平流式与普通管带式冷凝器的最大区别是，管带式只有一条扁管自始至终地呈蛇形弯曲，制冷剂只是在这一条通道中流动进行交换。•又由于进入冷凝器时制冷剂是气态，比容大，需要的通径大；出冷凝器时已完全变成液态，比容小，只需要较小的通径。•而普通管带式结构的管径从头至尾是相同的，这对充分进行热交换是不利的，管道内空间未被充分利用，而且增加了排气压力及压缩机功耗。•平流式冷凝器则是在两条集流管间用多条扁管相连，将几条扁管隔成一组，形成进入处管道多，逐渐减少每组管道数，实现了冷凝器内制冷剂温度及流量分配均匀，提高了换热效率，降低了制冷剂在冷凝中的压力损耗，这样就可减少压缩机功耗。•由于管道内换热面积得到充分利用，对于同样的迎风面积，平行流冷凝器的换热量得到了提高。这种新结构与管带式相比较，其放热性能提高30％～40％，通路阻力降低25％～33％，内容积减少20％，大幅度地提高了其放热性能。3.冷凝器的工作过程制冷剂蒸气在冷凝器中放热变成液体时的变化过程可分为三个阶段：①降低过热②冷却凝结③过冷阶段冷凝效果•汽车空调的冷凝器属于风冷式的，需要冷却风扇将冷凝器管片表面的热量带走•所以冷凝效果的好坏就与冷凝器本身的散热能力及通风效果有关，冷凝效果•前者由冷凝器本身的结构，尺寸，材料和工艺所决定，•后者则与风扇的通风能力，冷凝器的安装位置及周边导流措施有关。冷凝效果•在汽车上，冷凝器的布置较为困难，冷却条件差，以及各个部件之间连接管长，阻力损失大，造成系统工况不够理想。所以，要求有更大的散热面积和结构有更高的传热效率。•因此，实际的空调中的Qk一般都取得较大，达到Qk=(1.35～1.55)Q0。4.冷凝器的布置•在汽车上，冷凝器的布置较为困难，•要布置在最容易散热的地方。冷凝器布置、安装时的注意•对于布置在车底，应加设防护网罩，防止地面飞溅上来的沙石击坏冷凝器，•对布置在前轮后面的，则应考虑到前轮带出的尘土对冷凝器的影响，•对于布置在车顶，要考虑排雨水的问题。冷凝器布置、安装时的注意•冷凝器安装连接时，还要有较好的减震措施,冷凝器安装还要考虑到本身的维护保养。冷凝器冷凝作用好坏，对整个空调系统的工作影响极大，冷凝器不能对外散热那么蒸发器就产生不出冷气。5.冷凝器的维护①定期、定日或随时清除冷凝器前后外表灰尘、泥土。②散热片倒伏或损坏，可用扁平钳把肋片扶正及修复。5.冷凝器的维护③安装软管部分的突缘以及弯管处，如防锈涂料脱落，需要及时重新涂刷，防止生锈穿孔。④按规定使用１００小时后，一般用目测检查外表情况有否异常。每季度必须用校漏灯检查制冷剂有否泄漏。四、蒸发器蒸发器是吸收被冷却介质（空气）的热量，即产生冷量的设备。1.蒸发器的作用：①低温低压的液态制冷剂流经蒸发器,蒸发吸收周围空气的热量；②空气通过蒸发器的散热片时，空气中的水分由于温度降低而凝结在蒸发器的散热片上，使空气得到去湿处理。2.蒸发器的结构•管片式•管带式•层叠式①管带式蒸发器②管片式蒸发器③层叠式蒸发器•层叠式蒸发器是在管带式以后发展起来的新型结构形式。是有两片冲成复杂形状的铝板叠在一起组成制冷剂通道，每二组流道之间夹有波浪形散热带。层叠式蒸发器③层叠式蒸发器④蒸发器总成3.蒸发器的工作过程1)蒸发器的工作过程一般分为两个阶段:①第一阶段，节流后的湿蒸气进入蒸发器内吸热而沸腾汽化，变成饱和气体。②第二阶段，是继续吸热，成为过热蒸气阶段。过热度一般为３～８℃。2)鼓风机的辅助调节作用•鼓风机不但要把大量的热空气吹向蒸发器，还要使风通过蒸发器的蛇形管和散热片，并把风吹到需要制冷的每个角落。•鼓风机还能根据对制冷量的不同需要而改变风速。所以改变风量也是调节制冷量的一种辅助办法。•所以降温的同时还伴随着对空气的除湿处理。3)蒸发器表面温度的控制4.蒸发器的维护①定期清刷，一般要求每三个月用清水冲刷洗涤和压缩空气吹除蒸发器表面的灰尘与污物。②每隔三个季度应卸掉蒸发器上盖，对蒸发器内部，进行清扫，但不能用热蒸汽清除，否则引起制冷剂压力上升，而发生危险。4.蒸发器的维护③泄漏检查。使用１００小时后，用目测检查外观是否有渗漏现象。每季度由检漏仪检查一次是否有泄漏。五、节流膨胀机构五、节流膨胀机构•液态制冷剂在蒸发器内吸收了蒸发器管壁传来的热量而蒸发成气体，通过蒸发器管壁外的空气因为热量被吸走而降温成低温冷空气。这一过程发生的前提是液态制冷剂必须在低压状态下才容易吸热蒸发，而通过冷凝器出来的液体处于高压状态，因而它必须通过节流元件减压后才能变成低压的容易蒸发的雾状体。•节流元件一般有热力膨胀阀、毛细管或节流孔管。最常用的节流膨胀元件是膨胀阀。1.膨胀阀的作用热力膨胀阀以蒸发器出口的过热度为信号，根据信号偏差来自动调节制冷系统的制冷剂流量，因此，它是以发信器、调节器和执行器三位组合成一体的自动调节器。具体地说，热力膨胀阀一般有三个作用：1.膨胀阀的作用①节流降压。使从冷凝器来的高温高压液态制冷剂节流降压成为容易蒸发的低温低压雾状制冷剂进入蒸发器，即分开了制冷剂的高压侧和低压侧。②自动调节制冷剂流量。由于制冷负荷的改变以及压缩机转速的改变，要求流量作相应调节，以保持车室内温度稳定。膨胀阀能自动调节进入蒸发器的流量以满足制冷循环要求。1.膨胀阀的作用③控制制冷剂流量，防止液击和异常过热发生。膨胀阀以感温包作为感温元件控制流量大小，保证蒸发器尾部有一定量的过热度，从而保证蒸发器容积的有效利用，避免液态制冷剂进入压缩机而造成液击现象；同时又能控制过热度在一定范围内，防止异常过热的发生。•所谓“液击”就是含有未蒸发完的液态制冷剂的气体（过饱和气体）在压缩机中因压缩升温，成为过热蒸气的过程中，其中所含的液滴迅速蒸发膨胀，使汽缸中压力聚增，活塞阻力突然加大，就像受到重击一样。2.膨胀阀的分类①根据形状不同分为：Ｆ型和Ｈ型。②根据平衡方式的不同分为：内平衡式和外平衡式两种。③根据静止过热度调节方式（据弹簧预紧力的调整）分为：内调式、外调式内平衡式外平衡式3.膨胀阀的工作原理和结构工作原理：通过感温包感受蒸发器出口端过热度的变化，导致感温受压系统内充注工质产生压力变化，并作用于传动膜片上，促使膜片形成上、下位移，再通过传动片将此力传递给传动杆从而推动阀针上下移动，使阀门关小或开大，起到降压节流作用，同时自动调节蒸发器的制冷剂供给量并保持蒸发器出口端具有一定的过热度，以保证蒸发器传热面积的充分利用，以及减少液击冲缸现象的发生。①Ｆ型膨胀阀的结构⒈阀针⒉膜片⒊调节弹簧⒋感温包②Ｆ型膨胀阀的工作原理外平衡式膨胀阀Ｈ型热力膨胀阀•Ｈ型热力膨胀阀是一种整体型膨胀阀，又称块阀，其原理与外平衡式Ｆ型膨胀阀相同。4.Ｈ型膨胀阀及结构带有低压保护开关和恒温器的Ｈ阀②Ｈ型膨胀阀的特点1.感受信号灵敏度得到提高。2.调节精度得到提高。3.提高了膨胀阀的抗振性能。4.静止过热度调整为外调式，便于系统匹配调试。5.块阀强度高，寿命长。Ｈ型膨胀阀的工作原理•Ｈ型膨胀阀的工作原理同外平衡膨胀阀基本相同5.热力膨胀阀的不足•热力膨胀阀是一种自动调节阀，它根据空气热负荷的变化，通过加大或减少液态制冷剂的流量来适应热负荷的变化，为此蒸发器出口处的制冷剂蒸气有一定的过热度。•热力膨胀阀的自动调节范围是有限的。6．节流膨胀管•此种节流元件并与电磁离合器的通断条件相配合的制冷系统称之为CCOT系统(Cycling–ClutchOrificeTube)，CCOT系统又称膨胀管节流系统。•该系统是１９７４年美国通用汽车公司首先在轿车制冷系统中使用的新的制冷系统。7.节流膨胀管CCOT系统采取如下几条措施：①降低节流元件的设计阻尼，使高热负荷时蒸发器仍能得到充分的液态制冷剂，减少或消除出口处的过热度。CCOT系统采取如下几条措施：②为了防止低热负荷时的液击，在蒸发器出口处与压缩机吸入口之间设置气液分离罐。③取消冷凝后的储液干燥罐，将干燥剂转移到气液分离罐内CCOT系统与CCTXV系统的比较：•CCOT系统与CCTXV系统除了节流元件不同以外，•最大的区别在于气液分离罐取代了储液罐，并从高压边移到了低压边。CCOT系统的优缺点如下：优点：①CCOT系统在设计上总是使蒸发器工作在满液状态，这样使非常紧凑的蒸发器能充分发挥换热效率。②CCOT系统在蒸发器出口至压缩机入口之间一定要安装气液分离器，这也是CCOT系统和其他制冷系统的最大区别。优点：③压缩机停止工作时，由于孔管不能关死，使高、低压力平衡加快，从而压缩机再启动容易，这使得CCOT系统更趋节能。优点：④由于压缩机启动容易，离合器的寿命和压缩机的寿命可以延长一倍以上。由于起动扭矩小，压缩机可以做得更轻巧⑤简化了系统，降低了成本，因为塑料制成的节流孔管要比膨胀阀便宜得多。⑥方便了维修。优点：⑦最新款的CCOT系统已经不适用恒温控制器了，而是在气液分离干燥器上装有一个压力开关，感测蒸发器出来的压力，当蒸发压力在低于０．３０８ＭＰａ时，低压开关切断离合器电磁线圈的电路，制冷压缩机停止工作。优点：例如，当开关在０．３０８ＭＰａ时离合器接合，压缩机工作，而在降到０．２７３ＭＰａ时断开离合器，这种新颖的不用恒温器的CCOT系统，叫做用压力开关控制的CCOT制冷系统。优点：•系统的最大特点是节能和可靠，所以广泛使用在经济性能要求高的经济型轿车和中级轿车中，通用汽车公司和福特、丰田、大众等大汽车公司普遍采用。缺点：①分离出来的液态制冷剂不能再去有效地制冷，因此降低了系统的制冷效率。②气液分离器储液缸大得多，给在发动机舱内的布置增加了一定困难。六、储液干燥器及吸气储液器•由于压缩机的转速是变化的，从而造成系统中制冷剂的流量变化。•又由于空调的管路系统是封闭的，这使得实际的制冷剂流量又是固定的。•所以系统中需要安装贮藏流量的部件。1.储液罐1）储液干燥器的作用①过滤作用②储液作用③