1、 低温与超导 第40卷第3期 制冷技术 Refrigeration Cryo&Supercond Vo140 No3 铜铝复合管在空调蒸发器中应用的试验研究 金听祥，曹玉龙 (郑州轻工业学院机电工程学院，郑州450002) 摘要：主要针对铜铝复合管(CCA管)在空调蒸发器集气(液)管替代铜管应用进行了试验研究。从焊接工艺、 弯曲性能和弯曲后抗压性能方面对 5207型号的铜铝复合管进行替代研究。结果表明：铜铝复合管焊接处 的抗拉强度为1141MP，延伸率为30，可以满足产品要求。它具有良好的弯曲性能和弯曲抗压性能，经过不多于 四次的弯曲试验，复合管集气管的极限压力为19MP，高于饱和制冷剂3倍工
2、作压力。将铜铝复合管集气管的空调 与原机在焓差实验室进行整机性能试验，结果表明：它们的制冷量相差10W，能效比基本不变，可以满足国家标准， 对空调器的性能基本没有影响。同时在噪声实验室对整机进行噪声测试，测试结果显示，与原机型相比，在高中低 三种风量状态下，噪声分别增加05061 dB(A)，满足原机型噪声标准。与铜管相比，在相同条件下，复合管集 气(液)管可以降低成本292。 关键词：铜铝复合管；集气(液)管；空调；蒸发器 Experimental research on the application of copper clad aluminum tube in air conditio
3、ner evaporator Jin Tingxiang，Cao Yulong (School of MechanicalElectricity Engineering，Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450002，China) Abstract：In this paper，the copper clad aluminum tube was investigated to replace copper tube as collector of air condition- er evaporatorThe experimenta
4、tions of welding processing，bend and pressure were carried out in the type of copper clad alumi- num tube 6952 x 07The experimental results show that the type of copper clad aluminum tube has a good welding processing The elongation percentages of welding spot is 30，the strengths of extension is 141
5、1 MPaAfter no more than four times ben ding tests，the safety resistantpressures of the type of copper clad aluminum tube is three times higher than the required pres SUre of the refrigerants of R22 and R410aThe type of copper clad aluminum tube collector( 52 x 07)was tested in the air conditioner in
6、 a enthalpy difference bench testerCompared with original air conditioner，the difference of cooling capacity is 10W and the coefficient of performance of air conditioner is almost the same，which can meet the standardsIn addition，corn- pared with original air conditioner，the experimental noise result
7、s show that the noise increases 05061 dB(A)in the high， middle and low air volume statesAt the same conditionals，the costs of collector with the copper clad aluminum tube Can be re duced 292compared with copper tube Keywords：Copper clad aluminum tube(CCA)，Collector，Air conditioner，Evaporator 1 引言 空调
8、作为改善家居环境、提高生活品质的电 器，在人们的生活中起着十分重要的作用。随着 国民经济的快速发展，人民生活水平的不断提高， 对空调系统及其相关设备需求量不断增加。由于 空调的蒸发器、冷凝器及配管需要消耗大量的铜 材，随着近年来铜材价格的上涨，给空调企业带来 很高的成本压力。空调企业为降低成本，提升 产品竞争力，想尽各种办法来减少铜材的消耗。 分体式空调室内机蒸发器用集气(液)管，是指蒸 发器集气、集液器前，且与室内外连接管连接的部 分管道，具体见图1。本文提出采用一种新的材 料铜铝复合管代替铜管作为空调器的集气 (液)管，来达到降低成本的目的。 铜铝复合管是最近出现的一种新材料，主要 采用轧
9、机对铜铝复合管坯进行复合轧制，通过轧 制中产生的变形热和轧制压力及大变形形成的新 收稿日期：20111202 作者简介：金听祥(1976一)，男，博士，副教授，主要研究方向：制冷空调设备新技术研究。 第3期 制冷技术 Refrigeration 37 鲜金属表面，使铜铝在界面原子间相互扩散形成 冶金结合层，得到一体化的铜铝复合管，再将铜铝 复合管按类似铜管生产方法进行后续加工生产出 各种规格的铜铝复合管成品_2 。铜铝复合管有 两种类型：一种为铝制外层和铜制内层的铜铝复 合管(英文简称ACC：Aluminum Clad Copper Tube)，另一种为铜制外层和铝制内层的铜铝复合 管(英文简
10、称CCA：Copper Clad Aluminum Tube)。 本文主要采用铜制外层和铝制内层的铜铝复合管 (CCA)在空调器室内中应用研究。在前期的研究 工作中对铜铝复合管应用于空调室内外机连接管 进行了实验研究，实验结果显示铜铝复合管的力 学性能、弯曲性、工艺性、耐压性、耐腐蚀能力 J 满足连接管使用要求。在此基础上将这种新型管 材应用于空调蒸发器中的集气(液)管，看其是否 满足集气(液)管的使用要求。 1蒸发器端钣；2高效内螺纹铜管；3铜质集液器；4 铜质集气器；5集液管；6集气器管；7集气管单接头(与 室内外连接管连接)；8集液管单接头(与室内外连接管 连接) 图1集气管示意图 Fi
11、g1 Structure of collector pipe 2铜铝复合管的性能试验 21 室内外连接管的技术要求 铜铝复合管集气(液)管由三部分组成，主体铜 铝复合管(英文简称CCA：Copper Clad Aluminum Tube)外层为T2M铜_6，内层为3003铝，两端分别 焊接铜质集气(液)器和铜质单接头。铜管和铝管 两种金属管的性能如表1所示。作为集气(液)管， 其在空调室内机中的固定属于刚性固定，不需要作 为受力零件使用，但考虑到使用过程中管路承受制 冷工质的冲击，应满足以下几个要求：可靠的焊接 工艺、良好的抗弯曲能力和耐压性。 目前空调常用的集气(液)管主要有三种类 型，分别
12、为 635， 952， l27。本文主要针对 95207规格的铜铝复合管集气(液)管进行 试验，看其是否能达到空调蒸发器集气(液)管的 使用要求。 表1 铜管、铝管材料力学性能数据对比 Tab1 Comparison of mechanical properties between copper pipe and aluminium pipe 22焊接点的力学性能测试 力学性能，即材料的抗拉伸和延展的能力。 以集气管为例，在制造安装过程中，会涉及到管路 的弯曲，进而会涉及焊接处可靠性，这就要求集气 管的焊接处具有良好的力学性能，保证其在安装 过程中不会因为拉伸导致管路损坏。 针对 5207规格
13、的焊接的铜铝复合管 管材，采用LWKC20型微控电子试验机对其进 行力学性能试验，检测焊接处的可靠性。具体实验 方法按照标准金属材料室温拉伸试验方法(GB T 228-2002)要求进行，实验结果如表2所示。 表2铜铝复合连接管焊接处力学实验 Tab2 Soldering point mechanical properties of CCA 结合表1中铜管和铝管中的相关要求判断， 铜铝复合管焊接处的抗拉强度稍低于铜管，但在 铝管抗拉强度范围内，而铝管目前已经在空调冷 冻系统中得到广泛使用，因此可以判断，管材的焊 接点的抗拉强度都能满足使用要求。对于焊接点 38 制冷技术 Refrigerati
14、on 第3期 的延伸率而言，由于焊接点经过高温加热焊接，因 此其延伸率会低于铜管或者铜铝复合管的延伸 率，为了严格检验焊接的质量，因此取标准空调 与制冷设备用无缝铜管(GBT177912007)中 软管延伸率(i40)和半硬管延伸率(15) 的平均值来作为判断依据(延伸率约为27 5)，试验测试数据显示，复合管的焊点都能达到 要求，因此可以判断，复合管焊接点的延伸率满足 使用要求。 23弯曲实验研究 集气(液)管因为制造误差在整机安装过程 中会涉及到弯曲，空调器在使用安装过程中，也会 因管路走向涉及大角度弯曲，因此集气(液)管要 具有一定的弯曲性能，才能防止在制造安装和实 际使用时由于弯曲发生
15、管路泄漏。 弯曲性能实验中，将 95207规格的铜铝 复合管集气管安装在室内机上，一端(进蒸发器 端)固定，另外一端均匀用力，沿着管路走向方向 在一个水平面上将管路弯曲180。，然后再扳回原 来位置，循环反复。实验结果如3表所示。 表3铜铝复合管集气管室内机180。弯曲实验 Tab3 Results of bending test of 180。collector of CCA on indoor air conditioner 实验结果显示，四次弯折时，管路没有出现明 显折痕，实际安装过程中，只涉及一到两次的弯 曲，所以就安装这一标准来看铜铝复合管集气管 满足蒸发器集气管的使用标准。 24弯
16、曲后抗压实验研究 集气管安装使用过程中，在满足焊接工艺、抗 弯曲能力的同时，要求能承受机组运行的工作压 力，确保其使用过程中安全性。为了检测集气 管的弯曲后的安全性，将弯曲试验后的集气管组 件进行水压实验。实验设备和实验方法同空调室 内外连接管耐压实验相同。将4次弯曲后的集气 管进行水压测试，实验结果如表4所示。根据国 家标准制冷和供热用机械制冷系统安全要求 (GB 92372001)要求，其耐压强度应该能承受3 倍最大工作压力，最大工作压力是制冷剂在63 时的饱和压力。 结合表5常用制冷剂饱和压力值可以得出， 经过不多于4次弯曲的集气管，其极限压力值完 全高于常用制冷剂3倍饱和压力，由此判断
17、铜铝 复合管集气管的耐压强度完全满足使用要求。 表4耐压实验测试结果 Tab4 Experiments of pressure resistance between CCA and copper tube 表5常用制冷剂饱和压力值 Tab5 Saturation pressure of commonly used refrigerants 3性能测试对比研究 整机性能实验测试主要通过焓差实验室来进 行，实验的机型为CS一25H3AM84AY2F，此款 机型为出口产品，其铭牌标注制冷量为270ow(标 准要求标称值的90，即2430W)、制冷输入功 率840W(标准要求标称值的110，即924W
18、) 、制热量为2900W(标准要求标称值的90，即 2610W)、制热输入功率780W(标准要求标称值 表6额定制冷工况测试数据 Tab6 Test data of rated cooling condition 测试机型 制冷量W 制冷输入功率w 能效E匕(Ww) 标准 铜管 复合管 标准 铜管 复合管 标准 铜管 复合管 CS一25H3AM84A 2F 2430 264|D 2650 924 896 900 276 295 295 的110，即858W)，能效为321WW(标准要求标称值的86，即276WW)。 第3期 制冷技术 Refrigeration 39 将更换铜质集气管( 952
19、07)的室内机与原机型进行实验对比，实验数据如表6和表7所示。 表7额定制热工况测试数据 Tab7 Test data of rated heating condition 测试机型 制冷量W 制热输入功率w 性能系数(ww) 标准 铜管 复合管 标准 铜管 复合管 标准 铜管 复合管 CS一25H3AM84AY2F _ 2610 3O47 2913 858 836 828 320 364 352 从表中数据可以看出，采用铜铝复合管集气 管，与原铜管集气管相比，制冷量相差IOW，制冷 消耗功相差4W，能效比不变；制热量相差134W、 制热消耗功率相差8W，考虑到实验室之间的测 试偏差，可以判定
20、，采用铜铝复合集气管代替铜集 气管，对性能基本没有影响。根据出口空调器 产品技术及性能检测通用要求(JGJY 18 2008)标准判断，采用铜铝复合管集气管的整机 性能满足要求。 4噪音测试对比研究 室内机在使用的过程中，在满足制冷与制热 要求的同时，还应该满足舒适性的要求，机组运行 过程中产生的噪音要控制在相应国家标准内。对 装有 95207规格的铜铝复合管集气管的室 内机与原机进行噪声对比实验，实验通过噪音实 验室来进行，实验结果如表8所示。 表8噪音测试一览表 Tab8 Noise test between copper pipe and CCA 序号 材质 规格 铭牌标准 联机运行dB
21、(A) 不联机运行，风口空转dB(A) dB(A) 高风 中风 低风 高风 中风 低风 1 铜质 52075 2838 369 314 262 36 307 23 2 CCA 695207 2838 374 32 272 365 31 243 实验结果表明，与原机型对比，联机运行状态 下，采用复合管集气管，在高中低风三档状态 下，噪音分别高05061 dB(A)，不联机运行状 态下，风口空转，噪音分别高0503I3 dB (A)，由此说明，采用铜铝复合管集气管，管内制 冷剂流动产生的噪音与采用铜管是一致的，产生 的噪音差别的原因，不是由于CCA管造成的，而 是由于不同室内机零部件装配差异、零部
22、件自身 复合管集气管，对室内机噪音没有影响，满足使用 要求。 5经济性分析 复合管由于材料的特殊性，铜的使用量大大 减少，这在国际铜价目益增长的今天，对控制生产 成本意义重大 ，以06米集气管为标准，剔除单 性能差异等原因造成。因此可以判断，采用铜铝 接头、集气器，材料节约成本见表9所示。 表9铜集气管和复合集气管材料成本对比一览表 Tab9 Comparison of material cost between CCA and copper pipe 规格 米克重克 每米单价元 集气管价格( 条) 差价 铜管 铜铝复合管 铜管 铜铝复合管 铜管铜铝复合管 (元条) _ _ 5207 1429
23、 834 10 709 6 425 175 根据表中数据得出，与铜质集气管相比，以 5207规格集气管为例，在相同条件下，铜 铝复合管集气管可以减少重量416，可以降低 成本292，如果大规模推广应用，对空调企业 的制造成本的降低有很好的效果。 6 结论 本文提出用一种新的材料铜铝复合管替 (下转44页) 44 制冷技术 Refrigeration 第3期 响较小。 (4)对于小尺寸(=1mm)的窄间隙槽道， 出口干度与CHF关系很复杂，没有规律可言。而 对于小于1mm微槽道中，出口干度对CHF的影 响有递减的趋势。 参考文献 1过增元国际传热研究前沿微细尺度传热J 力学进展，2000，30(
24、1)：16 2Groeneveld D，Snoek CA comprehensive examination of heat transfer correlations suitable for reactor safety analy- sisJMultiphase Science and Technology，1986，12： 181274 3Katto YCritical heat fluxJIntJ Multiphase Flow， 1994，20(Supp1)：5390 4Ghiaaisiaan S，AbdelKhalik STwophase flow in microchannel
25、sJAdvHeat Transfer，2001，34：145 254 5Mishima K，Nishihara HThe Effect of Flow Direction on CHF for Low Pressure Water in Thin Rectangular ChannelJNuclear Engineering and Design，1985， 86：165178 6Kendall K，Griffith P，Bergles A，et a1Small diameter effects on internal flow boilingcProceedings of ASME 2001
26、 IMECENew York，November 1 126 2001，111 7Vandervort L，Bergles A，Jensen MAn experimental study of critical heat flux in very high heat flux sub cooled boilingJInt J Heat Mass Transfer，1994，37： 161173 8周继军，徐进良，甘云华，等微通道中临界热流密度 的实验研究J自然科学进展，2005，15(5)：585 590 9卢冬华，黄彦平，白雪松，等小流速工况下窄间隙矩 形通道临界热流密度研究J核动力工程，20
27、04，25 (4)：305308 1OYu W，France D，Wambsganss M，Twophase pres sure drop，boiling heat transfer，and critical heat flux to water in a smalldiameter horizontal tubeJ1Int J Muhiphase Flow，2002，28：927941 11罗小平，唐杨矩形微槽道饱和沸腾临界热流密度 特性J低温与超导，2010，38(6)：6670 12罗小平，唐杨，程炜矩形微槽道纳米流体饱和沸腾 I临界热流密度特性J低温与超导，2010，38(9)： 76
28、8O (上接39页) 代铜管在空调室内机蒸发器集气(液)管中应用， 在室内外铜铝复合连接管研究的基础上，主要针 对 5207型号的集气(液)管进行研究。对 铜铝复合管集气管的焊接工艺、弯曲性能、弯曲后 抗压性进行了试验，将 5207规格的铜铝 复合管管材安装在室内机中，分别就试验机和原 机在焓差实验室和噪声实验室进行性能测试、噪声 测试，并对其进行成本分析，可以得出以下结论： 与铜管相比较，铜铝复合作为空调的集气 (液)管，其焊接工艺、弯曲性能、弯曲抗压性能满 足空调集气管的使用要求。整机测试结果表明， 与原铜管集气管相比，制冷量相差lOW，制冷消 耗功相差4W，能效比不变；制热量相差134W
29、、制 热消耗功率相差8W，满足标准要求，对性能基本 没有影响。在高中低三种风量状态下，噪声分别 增加05061 dB(A)，满足原机型噪声标准。 铜包铝复合集气(液)管具有明显的成本优 势，06米长的 95207铜铝复合管材料成本 可以降低292。综上所述，铜铝复合集气管是 纯铜集气管的良好的替代材料，该管在空调上的 应用对于建设节约型社会具有现实的推动作用， 具有重大的经济意义。 参考文献 1肖跃进，王岸林铜铝冶金复合管应用于空调换热器 的研究J家电科技，2007，240(12)：6668 2肖跃进，王岸林新型高效换热管换热原理研究J 日用电器，2008(7)：6668 3田福生铜铝复合管的研发和应用J中国有色金 属，2008(7)：6869 41 Seligman R，Willams PThe effect of acetic acid on the corrosion behavior of aluminumJJSocChemInd， 191635：8891 5张卫星，张学伟浅谈空调行业中铜铝换热器的腐蚀 问题J制冷空调与电力机械，2010，131(31)：87 92 6马宗理，张金利，李德富，等空调制冷铜管使用中的 若干问题J制冷与空调，2003，3(4)：6670
