一、印制板電路通風(fēng)機(jī)

在液-液換熱用換熱器中，要想比板式換熱器更高的換熱器的緊湊性，需要進(jìn)一步縮小流動尺度，而目前緊湊性最好的是印刷版爐換熱器（PCHE）。圖13顯示了典型的PCHE結(jié)構(gòu)和換熱芯、流道軸向、流道軸向顯示流道截面。PCHE的單位體積比表面積高達(dá)2500m2/m3，滿足高效緊湊的要求。

PCHE是利用化學(xué)腐蝕在換熱板上蝕刻微流道的，由經(jīng)過化學(xué)腐蝕的多層薄板擴(kuò)散連接形成的換熱器芯體和封蓋組成。具體制造過程如下：

1）用化學(xué)腐蝕的方法腐蝕板片，對流道進(jìn)行換熱，將流道腐蝕后的所有換熱板根據(jù)流道介質(zhì)的性質(zhì)，交替排列冷熱流體流道進(jìn)行疊加。

2）相鄰板之間的接觸面通過擴(kuò)散焊接成為換熱器芯體。

3）組裝熱交換器，通過焊接固定封頭和熱交換器芯體。

擴(kuò)散連接是PCHE制造中的一個(gè)重要步驟，焊接溫度和壓力設(shè)置是通過真空擴(kuò)散焊接爐來完成的，真空擴(kuò)散焊接爐根據(jù)焊接組件的材料和尺寸來確定。采用這種連接方式，可以連接性能相同的材料，界面不產(chǎn)生液態(tài)，界面的結(jié)合強(qiáng)度與母材相似，因此原材料的可以保持強(qiáng)度?，F(xiàn)階段的焊接工藝主要集中在不銹鋼、鈦合金和鋁合金等材料上。

為了提高PCHE的性能，必須優(yōu)化孔徑、孔間距、孔數(shù)、曲角、螺距、延拓長度、芯長、芯寬、芯高等參數(shù)（見圖13）?？讖酵ǔ？刂圃?.5至1.8毫米之間。為了使PCHE盡可能小，在板厚固定的情況下，孔徑要盡可能大?？组g距一般為0.3~0.7mm?？组g距越小，PCHE越致密，相鄰?fù)ǖ乐g的溫度場越均勻，導(dǎo)熱性能越好；但是，如果孔之間的距離太小，在延伸焊縫時(shí)板的變形會加劇。

二、制冷劑的換熱性能

換熱器換熱性能的提高離不開冷媒側(cè)換熱能力的加強(qiáng)，選擇換熱能力強(qiáng)的冷媒是一個(gè)很自然的考慮，只是在選擇冷媒時(shí)需要考慮的因素很多，會影響對冷媒本身換熱性能的考慮，例如，近年來的制冷劑選擇大多將環(huán)保性能作為首要考慮因素，臭氧層破壞潛力（ODP）為零。溫室效應(yīng)潛力（GWP）要求盡可能小?？照{(diào)用制冷劑上個(gè)世紀(jì)我國大量生產(chǎn)使用的制冷劑是R22，ODP不是0。從本世紀(jì)初開始，空調(diào)常用ODP為0的R410A代替R22。但R410A的GWP，R32的GWP值僅為R410A的三分之一左右，因此可以用R32代替?？梢缘腉WP高。另外，R32容積制冷量較高，系統(tǒng)充電量約為R22的60%，因此與R22相比，R32溫室氣體直接減排率接近80%；考慮到R32產(chǎn)品能效的提高，采用R32作為替代技術(shù)將帶來更高的溫室氣體減排效果。

控制制冷劑流動狀態(tài)是改善制冷劑換熱性能的重要方法，其中控制制冷劑流速可以發(fā)揮顯著作用，一般制冷劑流速越高，換熱系數(shù)越大，可以減小電熱溫差，減少不可逆損失，降低制冷系統(tǒng)的能效比。有利于提高。但流速越高，可能會導(dǎo)致流動壓力太低的問題。這樣又會增加不可逆的損失。因此，制冷劑合理流速的確定要同時(shí)考慮提高傳熱的正面效果和增大壓降的負(fù)面效果，以獲得綜合性能的最佳。制冷劑總流量一定時(shí)，改變制冷劑流速的主要方法是換熱器的流量。改變。增加相互平行的流動數(shù)可以減少制冷劑的流速，降低壓力。換熱器的用途不同（用作蒸發(fā)器和冷凝器），對換熱系數(shù)和壓降的關(guān)注重點(diǎn)也不同。對于蒸發(fā)器，更要避免壓降過大。這是因?yàn)檎舭l(fā)器內(nèi)壓力低，氣體密度小，在相同質(zhì)量流量下體積流量大，加速壓降和摩擦壓降具有重復(fù)效應(yīng)。這樣不僅蒸發(fā)器的總壓降較大，而且對應(yīng)低壓下相同壓降的溫度降較大。即對應(yīng)的不可逆損失較大，冷凝器內(nèi)壓力高，氣體密度大，相同質(zhì)量流量下的體積流量小，加速壓降和摩擦壓降相互抵消，因此冷凝器的總壓降較??；高壓下對應(yīng)相同壓降的溫度降較小。即對應(yīng)的不可逆損失較小。

控制制冷劑潤滑油含量也是提高制冷劑換熱性能的方法之一。制冷劑在蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)中循環(huán)時(shí)，不可避免地要與壓縮機(jī)內(nèi)的潤滑油接觸混合。潤滑油的存在對制冷劑的物性及管內(nèi)類型的轉(zhuǎn)換起到不同的作用，從而影響制冷劑的換熱性能。圖14顯示了R32-潤滑油混合物在管徑為7mm的光管內(nèi)流動的沸騰換熱系數(shù)隨干度和油濃度的變化。當(dāng)蒸發(fā)溫度為5℃時(shí)，可以看出R32-潤滑油混合物管內(nèi)局部換熱系數(shù)在干度（x<0.4）下隨油濃度的升高而升高。中、中、在高干度（x>0.5）下，局部換熱系數(shù)隨油濃度的增加先增加后減少，在3%油濃度下獲得最大值；隨著干度的增加，局部換熱系數(shù)的最大值逐漸趨于低油濃度，在高干度（0.6<x<0.7）下，在3%油濃度下獲得局部換熱系數(shù)的最大值。

潤滑油對換熱系數(shù)的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，潤滑油的存在是液相的表面張力，增加液面的延展性及潤滑油與管壁的接觸面積的同時(shí)，增加發(fā)泡點(diǎn)，強(qiáng)化換熱；另一方面，潤滑油增加液體的粘性，削弱換熱，這兩方面的綜合作用決定了油的存在對混合物換熱的增強(qiáng)或減弱作用。等換熱在制冷劑-潤滑油混合物管內(nèi)流動沸騰換熱中占主導(dǎo)地位。此時(shí)潤滑油的存在增加了制冷劑的發(fā)泡點(diǎn)，強(qiáng)化了核態(tài)沸騰換熱，起到了強(qiáng)化換熱的作用。在中高干度下，對流換熱在制冷劑-潤滑油混合物管內(nèi)流動沸騰換熱中占主導(dǎo)地位。此時(shí)潤滑油的存在會增加液膜的粘度，使強(qiáng)制對流換熱惡化，從而削弱換熱。

三、加熱器的長期工作性能

制冷空調(diào)產(chǎn)品出廠時(shí)顯示的性能是產(chǎn)品狀態(tài)全新時(shí)的性能，用戶真正需要關(guān)注的是產(chǎn)品在整個(gè)實(shí)際使用過程中的性能：換熱器性能衰減、壓縮機(jī)磨損、鼓風(fēng)機(jī)功率下降、由于冷媒泄漏等原因，制冷空調(diào)產(chǎn)品在使用過程中會出現(xiàn)制冷量或制熱量明顯下降、能耗明顯上升的問題。在上述影響長期運(yùn)行性能的因素中，敵陣、腐蝕、微生物污染等因素會降低換熱器的性能，也是導(dǎo)致制冷空調(diào)產(chǎn)品性能下降的主要原因，其中換熱器的敵陣也是最主要的因素。

換熱器表面的裝載是空氣中固體懸浮顆粒物在換熱器表面的堆積，其來源包括粉塵、煤炭、汽車排放、有機(jī)物燃燒、工業(yè)排放和其他二次顆粒物等；也可能有衣服、紙屑、寵物毛等纖維。纖維本身具有對粒子的捕集效果，如果纖維附著在換熱器表面，換熱器表面的粉塵沉積量就會明顯提高。

換熱器結(jié)構(gòu)形式對葉片表面積灰狀況有明顯影響，開縫葉片和百葉窗葉片管式換熱器比波紋葉片和平直葉片管式換熱器更容易積灰。因?yàn)闄C(jī)翼表面的開縫結(jié)構(gòu)擴(kuò)大了塵粒與機(jī)翼表面的接觸面積。在翅片管式換熱器中，機(jī)翼間距越小，灰塵越容易堆積。管道倍數(shù)越多，灰塵越容易堆積。對機(jī)翼表面堆積的灰塵質(zhì)量及塵粒直徑的調(diào)查研究結(jié)果顯示，粉塵沉積率與粉塵濃度成正比。大直徑的粉塵顆粒比小直徑的粉塵顆粒更不容易沉積；換熱器的迎風(fēng)面是粉塵的主要堆積處。

換熱器表面積對其性能的影響主要集中在降低空氣側(cè)換熱量和提高空氣側(cè)壓力兩個(gè)方面，研究表明，空調(diào)室外機(jī)使用一定年限后，表面會沉積大量粉塵污垢，嚴(yán)重降低換熱性能，根據(jù)實(shí)際調(diào)研案例，室外6年期間正常運(yùn)行的表面式冷卻器，由于灰塵和污垢，換熱量下降14%，空氣側(cè)壓力下降增幅達(dá)145%；使用7年的空調(diào)換熱器積灰，換熱量減少10%至15%，空氣側(cè)壓降增加幅度為44%。

換熱器葉片表面在干燥和石濕情況下的積灰情況不同，對于高濕度空氣流動的情況，濕空氣中的水蒸氣使顆粒物表面潤澤，濕顆粒物聚集，形成濕顆粒群，濕顆粒物比表面干燥的大氣顆粒物更容易附著在表面和換熱管束表面，形成厚厚的可吸入顆粒物污物層。

對于石濕作業(yè)情況，一方面換熱器葉片表面的灰塵受結(jié)構(gòu)因素和作業(yè)狀況因素的影響；另一方面，含塵液滴的生長和運(yùn)動過程會導(dǎo)致?lián)Q熱器的性能衰減，當(dāng)空調(diào)以制冷模式運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)器向室內(nèi)提供冷量，葉片表面會發(fā)生石濕現(xiàn)象。如圖15（a）所示。此時(shí)，機(jī)翼表面的溫度一般低于空氣露點(diǎn)，當(dāng)室內(nèi)空氣經(jīng)過冷機(jī)翼表面時(shí)，空氣中的水蒸氣在機(jī)翼表面形成水滴。在水滴在機(jī)翼表面形成的過程中，空氣中的塵埃顆粒不斷地吸附在水滴上，形成含塵液體；如果壁面水滴繼續(xù)生長，可吸入顆粒物在壁面上的堆積量將明顯提高，達(dá)到最大干燥狀態(tài)時(shí)的6.7倍。如圖15（b）所示。當(dāng)這么多污垢覆蓋葉片表面時(shí)，換熱器空氣側(cè)的流通面積減小，空氣側(cè)的熱阻增大，導(dǎo)致?lián)Q熱器的長效性能嚴(yán)重下降。

換熱器運(yùn)行一段時(shí)間后，其長效性能除積灰外，還具有鹽霧腐蝕、微生物污染、受間歇運(yùn)行等三個(gè)方面的影響，鹽霧腐蝕的影響主要采用試驗(yàn)方式，對腐蝕程度不同的翅片管式換熱器展開研究，集中在換熱器對空氣側(cè)壓降的影響上；微生物污染主要是由于換熱器在潮濕操作情況下的運(yùn)行，導(dǎo)致翅片表在潮濕陰暗的環(huán)境中，微生物容易滋生，產(chǎn)生污物熱阻。

開發(fā)換熱器除塵技術(shù)，及時(shí)清除換熱器葉片表面的積灰，有助于改善換熱器的長期性能。換熱器葉片表面疏松的灰塵可以通過在其表面形成局部高風(fēng)速的方法吹出，代表性技術(shù)氣流定向除塵技術(shù)，該技術(shù)通過設(shè)置外部窗簾并通過相應(yīng)的控制方式，在換熱器的不同流道位置加強(qiáng)風(fēng)量，去除這里的灰塵。

對于換熱器表面的濃密粉塵，上述氣流定向除塵技術(shù)難以發(fā)揮作用，可通過粉塵內(nèi)部結(jié)冰膨脹剝落的方法進(jìn)行除塵。也就是說，積灰層吸濕后，可以凍脹剝離，然后通過化冰脫落。如圖16所示，首先將換熱器表面溫度降低到冰點(diǎn)以下，使水汽穿透灰塵，凝結(jié)在金屬冷表面上，然后將形成的冷凝水進(jìn)一步凍結(jié)和膨脹，將灰塵從金屬表面剝離；最后，提高換熱器葉片表面的溫度，融化冰層，降低脫落的灰塵，實(shí)現(xiàn)自身清潔。

在設(shè)計(jì)換熱器結(jié)構(gòu)時(shí)，可考慮提高紡紗灰效率適當(dāng)增加換熱器迎風(fēng)面的葉片間距，可以減緩換熱器迎風(fēng)面出現(xiàn)的灰色堵塞，減少波紋葉片的波紋高度和波紋角度，減少縫隙葉片的縫隙數(shù)?？梢詼p少灰塵附著在機(jī)翼表面的目的。在換熱器的設(shè)計(jì)中，大部分都不考慮長效性能，努力獲得最大的換熱能力，這包括更復(fù)雜的機(jī)翼幾何形狀、通過加密翅片間距等，翅片表面更容易積灰，對于翅片管式換熱器的翅片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要在防塵能力和換熱能力之間找到平衡，同時(shí)滿足換熱器效率和長期效果的要求。

四、結(jié)論

換熱器是制冷空調(diào)裝置不可缺少的組成部分，其產(chǎn)生的熱力學(xué)不可逆損失是制冷空調(diào)裝置實(shí)際能效低于逆卡諾循環(huán)的主要原因，筆者介紹了翅片管式換熱器、板式換熱器、印制板路換熱器、對微通道換熱器等代表性的制冷空調(diào)用換熱器形式進(jìn)行了總結(jié)：

1）翅片管式換熱器是應(yīng)用最廣泛的換熱器形式，主要用作蒸發(fā)器和冷凝器，該類換熱器發(fā)展的趨勢是采用更小管徑的換熱管，提高換熱器的致密性。大量應(yīng)用的換熱管外徑目前已達(dá)到5mm以下，采用小管徑換熱器可以降低換熱器的成本，降低制冷劑充量，但換熱管管徑縮小會帶來加工難度的上升，需要采用新工藝。例如，在采用膨脹管時(shí)，應(yīng)采用強(qiáng)制式膨脹管機(jī)。

2）微通道換熱器比翅片管式熱交換器更緊湊，但排水相對不暢，插片式微通道換熱器在葉片上加入導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，取代了常規(guī)波紋型葉片，葉片與微通道換熱器扁管之間卡合固定，有利于冷凝水的排除，同時(shí)比較敵人具有很高的致密性。

3）板式換熱器的性能主要取決于換熱板的波紋形態(tài)。因子波紋板片出現(xiàn)較早，點(diǎn)波紋的板式換熱器是近年來出現(xiàn)的新型板片結(jié)構(gòu)換熱器。板式換熱器除了用作換熱器外，近年來也得到了較多的應(yīng)用。

4）印制板道路熱交換器由經(jīng)過化學(xué)腐蝕的多層薄板擴(kuò)散連接后形成的熱交換器芯體和封頭組成，具有緊湊、高效、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是高壓、有限空間高效換熱的首選，但其價(jià)格較高。

5）要提高制冷劑的換熱性能，必須綜合考慮制冷劑的流速、類型、潤滑油的混入等因素。

6）制冷空調(diào)裝置長期運(yùn)行后性能可能會下降，換熱器表面積灰是重要原因，應(yīng)研究掌握及時(shí)除塵技術(shù)。