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汽车空调系统中热交换器内漏形成的原因及检测技术(一)
(上海陆灵精密机械有限公司撰稿,未经书面许可,不得转载)

一、概述
        汽车空调系统由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀及管路系统组成(如下图)。
空调制冷系统
        除上述部件以外,由于汽车空调系统加热时采用发动机运转形成的热量作为热源,所以汽车空调系统中的热交换器包括蒸发器、冷凝器和暖风器。
        目前,热交换器系统的泄漏检测技术已十分成熟,对于密封性能要求很高的热交换器(蒸发器、冷凝器)大多采用真空氦检法,该方法可检出漏率为10-8pa.m3/s的泄漏。一些生产维修配件的小厂家也有使用水检法进行检漏的。通常来讲,采用水检法可检出漏率为10-3-10-4pa.m3/s的泄漏。对于密封性能要求较低的暖风器,大多采用干检法,即使用差压检漏仪进行检测。
        在热交换器的实际生产过程中,存在着另一种对制冷系统十分有害的泄漏——内漏。由于内漏现象极其隐蔽,不能通过目视和常规的检测方法进行检测,所以在很长的时间内,这一质量缺陷一直不为人们所关注。
        随着中国汽车工业和迅猛发展,汽车厂家对整车质量的要求越来越高,导致对热交换器的一次合格率、售后不良率制定了极其严格、甚至苛刻的标准。内漏,这一不太引人关注的质量缺陷从背后走向了前台。
二、内漏的危害
        内漏(Inner Leak)是热交换器制造和使用过程中产生的一种质量缺陷,是指换热器内部让流体折流、导流作用的隔板或换向板失效,导致部份和全部的冷媒从热交换器进口进入芯体后,不经过预先设计的流道,而是以更短的路径流至出口(short circuit)的现象。
        内漏最直接的影响就是让制冷剂部份和全部形成短路,内漏造成的影响与内漏点的大小、内漏点与热交换器的进出口的距离等参数有关,目前没有定量的数学模型可以描述其特性。但总体来讲,热交换器一旦出现内漏,将对空调系统造成极大的不利影响,具体来讲:当内漏点较大、或者内漏点与热交换器的进出口相距较近、制冷剂绝大部份或全部从内漏点流过时,热交换器中被内漏短路的那一部份不再参与换热,相当于热交换器的换热面积变小。当内漏点较小、或者内漏点与热交换器的进出口相距较远、制冷剂的一部份从内漏点流过,另一部份仍从设计的流道流过时,交换器的换热面积不变,但制冷剂的压力变小,热交换器的换热性能降低。以上两种情形都会进一步导致空调系统的系统平衡被重置,最初设计的温度参数、制冷量等不再有效,空调系统的性能下降,严重时导致整个空调系统完全失效。
三、内漏形成的原因
        热交换器结构不同,生产工艺迥异,因此热交换器内漏形成的原因也各不相同。下面分别以层叠式蒸发器、平行流蒸发器、冷凝器、暖风器三个不同的产品进行分析。
3.1 层叠式蒸发器内漏
        层叠式蒸发器是由二块冲压成复杂形状的铝板叠在一起形成小水力直径的矩形制冷剂通道,并在每二片铝板之间放置波纹形百叶窗翅片,然后一层层叠置起来,如图一所示。在换热板内部采用交叉纹、点状纹、平行纹等异形表面增大制冷剂侧传热面积,提高紊流程度和表面换热系数。单个换热板由中筋隔开,形成U形制冷剂通道。制冷剂在流动过程中将沿中筋发生180度的折转。通常,层叠式蒸发器也会在储液室设置隔板,将整个蒸发器分隔成若干流程,每一流程有不同的换热板层数,让蒸发器在实际使用过程中的热性能更均匀,更有效。
层叠式蒸发器内漏有三种表现形式,这三种内漏的表现形式及形成原因如下:

  1.         中筋内漏。中筋内漏是发生最频繁的内漏形式。表现为换热板上起折流作用的中筋未能形成两个制冷剂流道的有效隔离,致使部份制冷剂直接从换热板的一侧短路流向另一侧。中筋内漏形成的原因有以下几点:

图一:层叠式蒸发器结构图

         换热板模具的原因,致使中筋冲制时成型不足,中筋的成形高度偏小,两片换热板相向放置时,中筋不能有效贴合。蒸发器焊接后,相邻两片换热板的中筋没有焊合在一起,或者焊接强度不足,在泄漏检测的加压时(一般为18-20kg/cm2)胀开,形成内漏。
1、 翅片原因。翅片轧制成型时高度偏差,中间低两边高。蒸发器装配夹紧后,中筋部位夹紧力度偏小,贴合不紧实,使蒸发器焊接后中筋部份未焊好。并且蒸发器设计时,在翅片横截面上一般采用四组、六组百叶窗,每组叶窗之间有1-3mm的不开窗区域。这些区不开窗区域在高度尺寸上都是偏低的,这一特性不利于换热板中筋部位夹紧贴实。
2、 炉焊原因。目前换热器普遍采用氮气保护连续隧道焊接炉,如果炉内的温度设定偏低、在炉膛横截面上的温度分布不平衡、氮气的流量、流向、流速控制不当,均会导致蒸发器焊接不良,如果换热片、翅片、夹具等因素导致中筋部位隐患,则会出现中筋焊接不良的后果。
3、 上述因素的叠加。由于在生产过程中,上述单个因素如果偏差太大,会造成较明显的泄漏、内爆等不良,通常较容易发现。但在很多时候,上述单个因素的偏差较小,不容易发觉,但几个偏差较小的因素叠加在一起时,造成内漏。这种缺陷不易发觉,最有极大的隐蔽性。
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