平行流换热器应用问题研究

何业龙

摘要：平行流（微通道）换热器是一种高效紧凑式热交换器，在汽车行业已使用多年，因其外形紧凑、换热效率高、重量轻、可靠性高等优势，正逐步成为换热器的主流。然而因平行崔春燕-杂志论文发表编辑流换热器的特殊形式，也出现了比如芯体堵、芯体泄露、抗腐蚀性差以及用于热泵时结霜后融霜水不能完全排除等问题。对此，我们应该分析平行流换热器的失效原因，并给出相应的处理方法。

关键词：平行流换热器；失效分析；处理措施

一、换热芯体堵

平行流换热器的芯体堵，分芯体内侧内堵和外侧长期运转尘堵两种。内侧内堵主要失效模式为多孔扁管端面成型变形和芯体组装后钎焊内堵。芯体长期运转后换热器会聚集灰尘，随着运行时间的加长，换热效果会严重衰减，但由于换热器翅片的结构所限，灰尘清理起来较困难而导致的尘堵，在尘堵情况下，系统过载保护时排气压力较翅片式换热器偏高。多孔扁管端面成型变形有效控制措施为定期更换成型刀具，质量检验人员定期检查端面变形程度，可采用显微镜观看变形量，及时发现因刀具磨损导致端面变形严重。同时也有必要采用微孔直通规进行检验。多孔扁管被装配至集流管中心位置，因此芯体组装后钎焊内堵失效频率较小。对于尘堵的避免，需要缩减换热器的清洗间隔时间，避免污垢聚集较厚时清理。

二、芯体泄漏

平行流换热器其特殊结构方式，该产品容易出现损伤导致芯体泄漏的现象。芯体泄漏主要存在于钎焊不良导致泄漏和运输、安装过程中碰伤泄漏。出现钎焊不良导致泄漏，有可能的原因是焊锡涂料的均匀性问题和焊锡涂料较薄引起的。另外微通道换热器通过钎焊炉整体焊接，钎焊炉温度的控制对焊接的质量影响较大，一般控制在577℃到612℃，温度过低有可能导致焊锡不熔化，温度过高有可能导致焊锡向翅片扩散。运输、安装过程中碰伤泄漏也占泄露问题的较大比例。因微通道冷凝器其特殊结构参数，其多孔扁管壁厚只有0.3mm左右，外加部分区域无翅片保护，该区域很容易被破坏泄漏。另外平行流换热器最早应用在汽车空调上，换热器与管路多数采用柔性连接，而家用空调要求的特殊性，绝大部分采用焊接的方式，因此震动泄露的可能性会更大。建议：每件微通道冷凝器都要经过约3.5Mpa压力氮气检测，同时在整机上线时再次全检，避免有漏点的换热器进入整机生产线。对于运输、安装过程中碰伤泄漏需要在空调生产组装期间对员工进行培训，从工艺指导文件进行控制。同时也要加强运输过程中的包装控制，换热器之间应有一定间隙并用可重复使用的木箱包装；整机上设置可靠的防护结构；改善扁管设计，比如在换热器迎风侧增加壁厚；设计可靠的补救措施。同时为了避免刚性连接导致的震动破坏，需要加强验证管路应力应变：在设计平行流换热器的集气管时，应尽量增加壁厚，减小集气管管径，这样可以减小圆周应力；支架与集气管间接触部位应有尽量大的接触面积，以改善该部位的散热能力和热应力；尽量在支架和集氣管间采用圆角过度，防止应力集中。在设计时可以增加软件模拟，降低管路设计不合理性；在可靠性验证时重点把关，避免有质量隐患的产品流入市场。

三、抗腐蚀性差

平行流换热器产品的腐蚀性能与各零部件材料的材质密切相关，两不同材质的零部件焊接在一起，因其电位腐蚀差异性容易在焊接处产生严重腐蚀现象。因此，在选择组成零部件材料材质时没有充分考虑此现象，就会造成不同系列材质之间产生的电位差，而出现腐蚀现象。同时，平行流换热器的扁管和翅片都采用的是铝制材料，因此扁管和翅片的腐蚀速率接近，这样就存在换热器扁管腐蚀开裂而整机报废的潜在危险。另外，由于下雨或者除霜等导致换热器聚集大量的水，水分在排除不畅的同时又积聚灰尘，导致酸性腐蚀。建议：（1）多孔扁管表面电弧喷涂6～12g/㎡的锌，钎焊加热时锌向扁管内扩散，最终形成100～150μm深度的Zn-Al保护层，Zn-Al保护层的腐蚀是均匀腐蚀，抗腐蚀性能好。（2）增加中性盐雾试验和醋酸试验验证：中性盐雾试验500h其芯体表面因无发现点蚀、锈蚀现象，同时对进行过1000h后的产品再次进行耐爆破试验，爆破压力应该大于14.7Mpa；醋酸试验进行500h试验后进行承压测试，芯体充4.41Mpa压力后芯体无泄漏。（3）改善凝结水的排除，避免

积尘。

四、用于热泵时结霜后融霜水不能完全排除

平行流换热器是多孔微通道换热器的另外一种称谓，只所以称为平行流换热器，是因为换热器在工作过程中，制冷剂在扁管中是平行流动的。因为此结构的特殊性就导致了作为蒸发器时的排水不畅。平行流换热器包括：集气管、集液管、微通道扁管、波纹翅片及连接于集气管和集液管的制冷剂进出接口。在机组制热运行时平行流换热器作蒸发器用，通常安装于室外侧，通过风机，将室外空气吹向平行流换热器，并从空气中吸热。当蒸发器表面的温度低于0℃时，空气中的水蒸气就会在蒸发器表面凝结，并结霜。霜层积累到一定厚度时，必须除霜。平行流换热器在化霜时的主要问题是，由于波纹翅片间距小，一部分化霜水附着在平行流换热器表面，不能顺利地流出。在下一个制热循环时，附着的水会很快结成冰，阻碍空气的流动及空气与制冷剂之间的换热。

改善排水可以从两方面入手：减少凝结水的产生和加快凝结水的排除两方面。大量研究结果表明，制冷剂流量分配不均是导致平行流蒸发器结霜的重要因素。同时风量过小和蒸发温度太低也会导致蒸发器结霜严重。制冷剂流量不均可以采用把扁管垂直布置的方式改善，此方式在车用空调蒸发器中普遍采用。在使用平行流换热器时，可以适当增加风量和换热器的面积，此可以减缓换热性能的衰减。现在已经有厂家为了改善凝结水的排除，采用扁管斜插的办法，使的扁管与水平方向有一个角度，这样凝结水珠在重力作用下可以顺着扁管和翅片下流，从而解决凝结水排除问题。也有厂家通过改变换热器的安装方式，使的换热器倾斜一定角度，解决凝结水排除问题，此方法已经普遍应用在柜机中。对于平行流换热器除霜时的排水问题，采用倾斜的设计，及借助网格、导水格栅等措施是比较容易想到的解决方案。其他有创新性的解决方案还包括：

在收集到的化霜水中，加入发泡剂，然后用排水泵将化霜水喷淋到平行流换热器上，同时开启风机。这样，平行流换热器被大量的泡沫覆盖，泡沫在气流的作用下可将化霜水带出。泡沫破裂后，平行流换热器上仅存在少量的水。借助化学的方法增加水和平行流换热器的浸润，使水发泡，并用风机吹出。

使平行流换热器分裂成单根的微通道和铝丝的新型换热器，单根微通道和铝丝的肋片的方案具有较高的理想化水平，是优选的方案。扁管或翅片倾斜设计的理想化水平也较高，是目前常用的一种方案。另外，风机的动态风场几乎不增加成本和系统复杂程度，也无明显的有害作用，可以与其他方案组合使用，其与扁管或翅片倾斜设计的组合可以作为近期的方案。

五、结论

本文针对平行流换热器结构特点，分析了平行流换热器在空调系统应用过程中需要注意的比如芯体堵、芯体泄露、抗腐蚀性差以及用于热泵时结霜后融霜水不能完全排除等一些问题，希望能对平行流换热器的大规模应用提供参考。

参考文献

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[2] 包振球，张志，周水洪，许玉周.平行流换热器疲劳故障分析及解决方案[J]. 制冷与空调. 2010（02）