论文价值的评定意见：
本文论述了空调系统中采用铝管换热器的可行性，在当前换热器铝代铜的趋势下，具有较强的实用性。文章内容完备，能够给工程设计提供一定指导。
仲明凯 聂源基
珠海格力电器股份有限公司
摘要
Abstract
为了降低空调整机成本，从物理性能、耐压、耐腐蚀和成本四个维度进行了对空调铝管蒸发器替代铜管蒸发器的综合实验评估。通过试验得出，同规格的铜管蒸发器和铝管蒸发器的换热效率差值在1%之内，在耐压的要求下铝管的壁厚应大于0.5 mm，而在使用中应避免在强酸和强碱性环境下使用铝管蒸发器，同时在成本方面以某出口北美窗机为例，铝管相对于铜管可降低30%。通过对铝管蒸发器的边板材料、流路和管路等进行分析表明，边板材料需避免采用铁，且应采用与铝属性相同的材料，以防止铝铁发生电化学反应；同时由于铝管熔点的特性以及需满足耐压性能要求，铝管蒸发器排数推荐使用两排、流路使用一进一出的方式以及管径优选ϕ7及以上管径。
关键词
Keywords
铜管蒸发器；铝管蒸发器；空调
DOI:10.19784/j.cnki.issn1672-0172.2022.02.004
0 引言
铜管换热器具有较高的热传导率、较强的耐腐蚀性以及较好的延展性和加工性能，被当前国内的空调行业广泛使用。由于换热器是空调机组的关键器件，其成本占整机成本的25%以上，而铜管换热器成本构成中，铜的占比超过70%。因此行业内通过缩小铜管管径的方法来降低成本[1]，但随着当前铜价的增高，利润空间被进一步压缩，可能会使空调行业发展受到制约[2,3]。
目前欧美市场均有高能效铝管换热器空调产品，日本和韩国空调生产企业的铝管换热器也处在产业化阶段[4]。迫于成本压力，国内空调厂商开始通过以铝代铜的方式来降低管路原材料的成本，从而提高产品的市场竞争力[5]。但由于在潮湿的户外空气环境中容易发生电化学腐蚀，为保证空调的长期运行性能，室外侧的换热器以及易腐蚀地区不推荐使用铜铝复合管[6]，因此本文仅针对室内侧的蒸发器进行分析，并从物理性能、耐压、耐腐蚀和成本四个方面来阐述空调蒸发器管路材料由铝管替代铜管的可行性。
1 铝代铜的可行性分析
1.1 铜、铝材料物理性能对比
通过厂家反馈以及测试得到，铜、铝材料物理性能对比如表1所示。铝管米克重系数远低于铜管，因此使用铝管蒸发器可以减小蒸发器和空调整机的重量，符合空调轻量化的开发方向。机械性能方面，铝管抗拉强度虽然明显弱于铜管，但是具有更好的屈服强度，而且结合蒸发器工作的实际情况，抗拉强度的减弱，并不影响其使用性能。铝管的导热系数不到铜的一半，然而陈剑波等[7]在空调冷凝器中以铝管替代铜管的研究发现两者的换热量无明显差异，因此针对蒸发器进行测试，结果也表明相同规格的铜、铝管蒸发器性能差值并不大，换热效率差值在1%以内，实际对比数据如表2所示。
表1 铜、铝材料物理性能对比
表2 出口北美窗式空调器某机型对比
因此，通过对比同管径的铜、铝管蒸发器，铝管蒸发器具备空调轻量化发展的基础以及换热效率与铜管蒸发器相近，并且屈服强度比铜管更高，更易于加工制作。
1.2 铝管蒸发器的耐压性能
从换热性能角度考虑，管壁的厚度越薄则换热效果越好，但在实际使用中，壁厚过薄会导致耐压强度不足，无法达到制冷系统的耐压性要求，因此蒸发器管路的壁厚需要参照经验值以及通过系统压力、水压压力来进行计算，最终设计所选取的壁厚能满足蒸发器的耐压性能。
目前蒸发器的壁厚主要通过静水水压试验的压力反推出管壁中空圆柱体承受的张力从而得到壁厚值。参考GB/T 18033-2007《无缝铜水管和铜气管》标准，静水水压试验的计算公式为：
其中：P为最大工作压力，单位为MPa；S为材料的允许应力，单位为MPa；t为管材壁厚，单位为mm；D为管材外径，单位为mm；Pt为试验压力，单位为MPa；n为安全系数。
对3003合金铝管进行计算，Pt取19 MPa，S取46 MPa，D取ϕ7 mm，n取2.7，可得合金铝管的壁厚t应大于0.5 mm。因此，目前市场上的成熟产品中，3003合金铝光管的规格常选用ϕ7×0.6 mm或者ϕ7×1 mm，以满足管壁厚以及耐压性能要求。
1.3 铝管蒸发器的耐腐蚀性能
铝和氧的亲和力很强，因此铝在空气中极易氧化，氧化后的铝表面会生成极薄、致密的氧化膜，从而保护铝材内部免受腐蚀，因此铝在空气和淡水中的耐腐蚀性是比较强的。通过图1所示的纯铝电位-pH表可知，在水溶液中，当电极电位在-1.66 V以下时，铝位于免蚀区，不发生腐蚀。在免蚀区以上，有腐蚀区和钝化区，这与介质的pH有关。当pH位于4.5～8.5之间时，铝处于钝化区，此时铝的表面会生成钝化膜，使铝具有很好的耐蚀性；而当pH＜4.5时，为酸性腐蚀区，当pH＞8.5时，为碱性腐蚀区。因此，铝蒸发器在使用过程中，需要避免暴露在强酸或者强碱性环境中。
