基于平行流蒸发器结霜问题的试验研究及解决方案

　　通常，我们采用单位体积制冷量来评价汽车空调蒸发器的性能，这就要求在满足换热器性能的同时应尽可能地减少材料[1]。因此，近年来越来越多的紧凑型换热器被运用于汽车空调中，原先的管片式、 管带式换热器逐渐被层叠式、 平行流换热器所取代。相比其它换热器，平行流换热器具有高效、紧凑、质量轻等特点。在过去，它主要应用于冷凝器、暖风芯体上，在蒸发器上的应用还较少，这是由于其百叶窗翅片间距很小，冷凝水的排放相对较差，并且制冷剂在扁管内部分布不均、高湿情况下容易发生结霜现象等因素造成的。因此，平行流蒸发器易结霜问题一直是一大设计难点，同时结霜问题一直以来又是影响汽车空调性能的一个重要方面。

　　1 空调结霜机理

　　蒸发器表面温度较低， 当湿空气流经蒸发器表面时， 若冷表面温度低于其露点温度， 会产生结露， 出现冷凝水， 在鼓风机的作用下， 水分将被带出蒸发器但是如果鼓风机风量不够或者蒸发器结构设计不合理等，导致冷凝水的排放不畅，部分水分残留在翅片内部，着水珠的聚集，当蒸发器表面温度较低时，会出现过冷水珠;若冷表面温度既低于与其接触湿空气的露点温度，又低于水的三相点温度，空气中的水蒸气就会在表面凝结成霜，起初是以霜晶形式存在，进而霜晶倒伏、霜层变厚。概括地说，结霜过程并非单纯的凝华过程，而是经历了水珠生成、长大、冻结、初始霜晶生成以及霜晶成长(包括部分霜晶的倒伏)过程[2]。当结霜量达到一定程度时，蒸发器表面会被霜层所堵塞，甚至阻塞气流通道，这样就会导致蒸发器表面换热系数减小，气流阻力增大，相同电压下出风量减少[3]。

　　2 平行流蒸发器结构及设计难点

　　平行流蒸发器作为高效、 紧凑型换热器， 由扁管与百叶窗翅片所组成， 它是在管带式蒸发器的基础上发展起来的， 其结构示意图如图1所示。 其多通道扁管相应的水力直径较小， 同时对应的迎风截面积也很小， 能够有效避免背风侧涡流， 从而减小空气侧阻力。 而百叶窗翅片又具有较好的换热效果， 它能够有效破坏空气流动边界层， 加强空气的扰动， 增强空气侧的换热[4]。 但是，平行流换热器在汽车空调蒸发器上使用得却较少， 这是由于其较差的冷凝水排放特性以及制冷剂在扁管内部的均匀分配较难。 相比较冷凝器， 其内部工质均匀分配更难，这是因为进入冷凝器的是单相气态工质， 而进入蒸发器的为两相雾态工质。 Tushar Kulkarni等人的研究发现[5]， 当气液在扁管内部分配不均时， 换热性能下降可高达20%。