CN101749978A - 制冷循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制冷循环装置，提供了一种考虑到了在带有散热片的换热器的传热管背面形成的静止区域对整体的热传性能带来的影响的、最合适的散热片形状。本发明的制冷循环装置，具备换热器，该换热器具备沿着厚度方向排列的散热片，和在厚度方向上贯通上述散热片且在内部流动有制冷剂的多根传热管，上述传热管沿着上述散热片的长度方向配列，在相对于上述散热片的长度方向以及厚度方向垂直的方向上，朝向上述传热管及上述散热片吹送空气，与制冷剂进行热交换，其中，使相对于送风方向是上述传热管的下游侧、且位于上述传热管附近的散热片的面积，大于在其上游侧且位于上述传热管附近的散热片的面积。

Description

制冷循环装置

技术领域

本发明涉及在空气和作为热交换介质的制冷剂之间进行热交换的换热器，尤其涉及采用该换热器的制冷循环装置，特别是空调、热泵供给热水机。

背景技术

作为涉及以提高换热器的性能为目的的散热片形状的发明，已知有例如在实开昭62-75383号公报(专利文献1)中公开的发明。作为最基本的构成，由在表面上设置了多个带状切起片(4等)的多枚散热片(2等)，和在厚度方向上贯通上述散热片并且沿着上述散热片的长度方向以一定间隔配列的多根传热管(1等)构成，以便通过在相对于上述散热片的长度方向以及厚度方向垂直的方向上，向上述散热片和上述传热管吹送空气的方式与制冷剂进行热交换。

并且，使相对于送风方向是传热管的上游侧、且位于传热管附近的散热片端部，相对于散热片的送风方向上游侧端部鼓成凸型。或者也可以说在增加散热片整体的宽度之后，使相对于送风方向是带状切起片的上游侧、且位于带状切起片附近的散热片端部，相对于散热片的送风方向上游侧端部凹陷成凹型。

除了这些构成之外，还提出了在散热片的送风方向下游侧，大面积削减掉下游侧端部整体的散热片形状(或者是缩短传热管和下游侧端部的距离的散热片形状)的换热器的方案。根据专利文献1，通过尽可能地增加传热管附近的散热片效率较高部分的散热片面积，并且大幅度地削减除此之外的散热片效率较低的部分以及包括传热管背面的静止区域的送风方向下游侧整体，大大提高相对于散热片的传热面积的热交换效率。

专利文献1：实开昭62-75383号公报

在上述带有散热片的换热器中，通过根据散热片效率的好坏，相应地增减各自的散热片面积，可以较大地提高相对于散热片的传热面积的热交换效率。

在此，我们试着从由制冷剂到送风空气的总的热交换效率的观点，来考虑例如送风空气的吸热，即由制冷剂到送风空气的散热。在这种情况下，相对于送风方向在传热管的下游侧，存在基本上没有空气流动的静止区域。因此，在与该静止区域相接的传热管上，几乎不能期待“制冷剂→传热管→送风空气”这样的不经由散热片的直接的热交换。即，在相对于送风方向是传热管的下游侧，几乎不能期待得到像上游侧那样的热交换。

因而，该下游侧的主要的散热工具就成了散热片。因此必须形成从传热管到静止区域外的散热片表面通过经由了散热片的热传递来传热、然后再向空气散热的，“制冷剂→传热管→散热片→送风空气”这样的间接热交换的散热路径。

因此，对于相对于送风方向而言面向传热管内壁的下游侧的制冷剂(与静止区域相接的制冷剂)来说，确保静止区域周围的充分的散热片面积是很重要的。另外，如专利文献1那样大幅度地削减掉散热片的包括静止区域在内的送风方向的下游侧全域，便会部分地使原本就较大的、到空气的热阻进一步增大。

发明内容

本发明的目的在于提高从制冷剂到空气的热交换效率。

上述目的可以通过扩大相对于送风方向是传热管的下游侧的面积的方式来达成。

根据本发明，可以提高从制冷剂到空气的热交换效率。

附图说明

图1是说明带有散热片的换热器的主要部分的图。

图2是带有散热片的换热器的概略图(对比图)。

图3是以往的带有散热片的换热器的说明图。

图4是本申请的带有散热片的换热器的说明图。

图5是带有散热片的换热器的概略图(对比图)。

图6是带有散热片的换热器的分析实施例。

图7是带有散热片的换热器的概略图。

图8是带有散热片的换热器的散热片下料的例子。

图9是带有散热片的换热器的散热片下料的例子。

图10是带有散热片的换热器的散热片下料的例子。

图11是制冷循环的概略图。

图中：

1-散热片，1′-散热片的送风方向下游侧端部，2-传热管，3-带状切起片，4-凹部，5-凸部，6、7-传热路径

具体实施方式

以下，具体说明本发明的带有散热片的换热器等的适合的实施形态。

实施例1

图11是展示一般的空调的制冷循环的构成图。如果用供暖运转时的制冷剂的流动来说明，就是被压缩机101压缩的高温·高压的制冷剂通过四通阀102流入室内换热器103。然后，室内空气和流入室内换热器103内的制冷剂利用室内风扇104进行热交换，由此空气变暖，室温上升，而制冷剂在散热的同时液化，并流入膨胀阀105。

在膨胀阀105中制冷剂被减压，变成低温·低压，并流入室外换热器106。在此，室外空气和流入室外换热器106内的制冷剂利用室外风扇107进行热交换，室外空气被制冷，制冷剂蒸发。之后，蒸发的制冷剂再次流入四通阀102，返回压缩机101并再次被制成高温·高压的制冷剂。空调通过重复这一循环来进行供暖运转。

相反，在冷气运转时，由四通阀102切换制冷剂的流动方向，从而室内换热器103和室外换热器106的任务互换，室内换热器103成了蒸发器，室外换热器106成了冷凝器。

在图1中展示了换热器的基本构成图。它是带有散热片的换热器模型，它具有沿着厚度方向(传热管2的轴向)以一定的间隔多枚平行地排列的散热片1和沿着厚度方向贯通散热片1并且制冷剂在其内部流动的多根传热管2，传热管2沿着散热片1的长度方向(图1的上下方向)以一定的间隔配列，在散热片1的表面上，在顺着散热片1的长度方向相邻的传热管2之间，相对于散热片1的长度方向大致平行地形成有多个带状切起片3，通过从相对于散热片的长度方向以及厚度方向垂直的方向(图1的左右方向)，向传热管2以及散热片1吹送空气的方式，使制冷剂和空气进行热交换。

其次，为了说明散热片形状的特征，用图2的(a)和(b)展示与以往散热片的对比。这是沿着厚度方向看图1记载的带有散热片的换热器的图，(a)是以往的散热片，(b)是本申请的散热片。

将图2的(a)和(b)比较来看，在本申请的散热片上，在相对于送风方向是下游侧的端部(送风方向下游侧端部)，使相对于送风方向是传热管2的下游侧、且位于传热管2附近的散热片端部，相对于以往的散热片的送风方向下游侧端部1′鼓出成矩形。这一鼓出部分为凸部5。也可以说与从相对于送风方向是上游侧的端部到传热管2的长度相比，从相对于送风方向是下游侧的端部到传热管2的长度更长。再换言之，也可以说与相对于送风方向是传热管2的上游侧的面积相比，下游侧的面积更大。

因而，在室内换热器103而言，室内风扇104侧的散热片便具有凸部，在室外换热器106而言，室外风扇107侧的散热片便具有凸部。这样，通过设置成凸状，便可以充分地确保形成在传热管的送风方向下游侧的静止区域周边的散热片传热面积。另一方面，对于大部分的换热器而言，都有配置空间的限制，在上述凸部的高度方面存在上限的情况有很多。于是，通过以大致矩形的形状来形成凸部的轮廓，在相同凸部高度的条件下，与以圆弧或曲线来形成轮廓的情况相比，可以更大地确保凸部的面积，并可以最大限度地发挥该散热片形状的效果。

为了说明在这样的传热管2的附近形成凸部5时的效果，在图3和图4中分别展示了显示传热管2周围的送风空气的流动状态的图。图3是以往的散热片，图4是本申请的散热片。

首先，是图3的使用以往的散热片的换热器的情况，如图3(b)的A-A剖视图所示，在送风方向上游侧(图的左半部分)，有所谓的“制冷剂→传热管2→空气”的传热路径6，或者所谓的“制冷剂→传热管2→散热片1→空气”的传热路径7这2条传热系统。在此，用图中的细线表示的传热路径6、7的箭头表示热的移动。另外，由于散热片1的相对于送风空气的传热面积足够大，因此从制冷剂到空气的总的热阻小，因而可以指望得到较大的热交换量。

另一方面，在传热管2的送风方向下游侧(图3(b)的右半部分)，形成如图3(a)中的斜线部所示的静止区域，在这一区域内，基本上不可能指望得到像上游侧那样由送风空气形成的对流热传递。这样，在送风方向下游侧，主要的热移动被集中于由传热路径7形成的热传递。并且，这时的散热片1的相对于送风空气的传热面积被静止区域大幅度地削减，成为如图3(b)的右半部分所示那样被限制在散热片前端附近的一小部分。

由此，从制冷剂到送风空气的、相当于“散热出口”的部分成为热传递骤然挤在一起的情况，从制冷剂到空气的总的热阻增大，结果与送风方向上游侧相比，形成较小的热交换量。

如以上所述，从以往的散热片来看，来自于面向送风方向上游侧传热管2内壁的制冷剂的散热很活跃，与此相对，来自于面向送风方向下游侧传热管2内壁的制冷剂的散热变得不活跃，从制冷剂到空气的整体的热交换效率大幅度地降低。

与此相对，在使用本申请的散热片的情况下，如图4所示，由于在上述静止区域的附近确保了传热面积，即实质性地增加了散热片传热面积，因此可以在传热方面加大拥挤的“散热出口”，并可以减小从下游侧制冷剂到送风空气的总的热阻。进而，从面向传热管2内的送风方向下游侧的制冷剂到空气的散热变得相当活跃，制冷剂和空气的整体的热交换效率提高。

为了进一步说明散热片形状的特征，在图5的(a)和(b)中展示了与以往的散热片的对比。这是从与图2相同的方向来看的图，(a)是以往的散热片，(b)是本申请的散热片。

将图5的(a)和(b)比较来看，在本申请的散热片上，我们看到在相对于送风方向是下游侧的端部(送风方向下游侧端部)，与凸部5不同的是，使在相对于送风方向是带状切起片3的下游侧、且位于带状切起片3的附近的散热片端部，相对于以往的散热片的送风方向下游侧端部1′凹陷成矩形。该凹陷部分就是凹部4。也可以说与从相对于送风方向是上游侧的端部到传热管2的长度相比，从相对于送风方向是下游侧的端部到传热管2的长度较短。再换言之，也可以说与相对于送风方向是带状切起片3的上游侧的面积相比，下游侧的面积较小。

作为在这样的带状切起片3的附近形成凹部4时的效果，就是通过带状切起片3的送风空气的传热率，比通过传热管2附近的送风空气的传热率高。因此，流入的空气的温度过早地接近散热片1表面温度，即空气和散热片的热交换过早地达到饱和状态，在通过带状切起片3之后的下游侧端部，不能期望得到较大的热交换量。

于是，通过如图5(b)所示那样削减掉该部分，就可以改良相对于散热片1的传热面积的热交换效率。另外，由于送风空气在通过带状切起片3时所产生的压力损失比通过传热管2附近时的高，因此通过削减掉带状切起片3的下游侧散热片部，可以减少压力损失，并可以改善整体的空气流动平衡。

为了从理论方面确认以上的效果，实施了采用简易模型的热流体分析。

在图6的(a)中，展示了使用的分析模型。关于分析模型，考虑到实用性，以与一般家庭用空调所使用的散热片相同的形状、尺寸、间距来制成。另外，在这次的分析中，关于设在散热片的送风方向下游侧端部的凸部5的宽度b和凹部4的宽度c，以相对于作为基础的散热片的宽度a而言，是b/a＝c/a＝0.04的方式设定。关于作为分析条件的送风空气的散热片前面风速，设想为一般家庭用空调，所以设为0～1.5[m/s]的范围，关于送风空气温度和传热管表面温度，假设为使用在冷凝器上的，所以设为35[K]左右的温度差。

以上的散热片模型，根据境界条件用热流体分析工具计算的结果，关于在相同风速下的从散热片表面到送风空气的热交换量，比较以往的散热片和本申请的散热片，发现可以确保大致相等的热交换量，因此比较了在相同风速下的通风阻力。

图6的(b)是以横轴为散热片前面风速，以纵轴为通风阻力比(凹凸有/凹凸无、表示为百分率)，从而确认有无凹凸的影响的图。根据图6的(b)，我们了解到在0～1[m/s]的风速区域内，通过设置凹部4、凸部5，具有0.1～0.9[％]左右的通风阻力降低效果。作为通风阻力比的倾向，是在低速区域，降低效果明显，随着风速变快，降低效果衰减，我们认为由于随着风速变快，特别是通过带状切起片3时的压力损失明显增大，因此削减掉其下游侧额平板面的效果，即设置凹部4的效果的比例衰减。

但是，如果考虑到实际上一般家庭用空调所使用的风速多为1[m/s]以下，则通过使用本申请的散热片，可以在确保交换热量的同时还可以降低通风阻力。因而，可以实现如下的效果，即能够降低风扇输入，或者能够通过将风扇的转速提高到达到使用以往散热片时的通风阻力的程度来获得传热性能的提高。

另外，到目前为止所叙述的散热片形状，是只由凸部5和凹部4构成送风方向下游侧端部时的例子，但根据作为对象的换热器的用途，当然也可以考虑如图7所示那样的散热片形状。通过使用图7所示那种形状的散热片，就可以自由地设定考虑到散热片1上的空气流动、压力损失、传热性能等的平衡的凹凸部4、5的尺寸。另外，还可以考虑如下的形状，即用直线连接将凸部5看作台形时的上边的中心，和将凹部4看作台形时的上边的中心而成的形状(山形形状·谷形形状)(参照图10)。

这样，通过削减掉没有什么效果的部分，具有提高散热片自身性能的效果。

就以上的散热片形状而言，通过将散热片的送风方向下游侧端部的矩形凸部和矩形凹部的形状以及面积设为相同，在如图8、图9、图10那样进行散热片下料之际，原料完全不会浪费，材料成本与没有附加凹凸时的以往散热片相同。即，能够实现不增加所使用的散热片的成本地提高性能的效果。

如果更简单地说，就是通过将相对于空气流而言位于传热管2的下游侧的凸部5那样的部分，和同样位于带状切起片3的下游侧的凹部4那样的部分设置成对称形状，在散热片制作下料之际，原料不会浪费，因此可以预料到不增加原料成本地提高散热片的性能。

以上，主要以空调为基本构成来说明，但只要是具有在和作为热交换介质的制冷剂之间进行热交换的换热器的制冷循环装置(除了空调之外，例如热泵供给热水机)，就适用于上述的说明，并可以适用本发明。

Claims (5)

1.一种制冷循环装置，具备换热器，该换热器具备沿着厚度方向排列的散热片和在厚度方向上贯通上述散热片且在内部流动有制冷剂的多根传热管，上述传热管沿着上述散热片的长度方向配列，在相对于上述散热片的长度方向以及厚度方向垂直的方向上，朝向上述传热管及上述散热片吹送空气，与制冷剂进行热交换，其特征在于：

使相对于送风方向是上述传热管的下游侧、且位于上述传热管附近的散热片的面积，大于在其上游侧且位于上述传热管附近的散热片的面积。

2.如权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，将在相对于送风方向是上述传热管的下游侧、且位于上述传热管附近的散热片端部，设为相对于上述散热片的送风方向下游侧端部鼓出成大致矩形的形状。

3.如权利要求2所述的制冷循环装置，其特征在于，将在相对于送风方向是配设在上述传热管之间的带状切起片的下游、且位于上述带状切起片附近的散热片端部，设为相对于上述散热片的送风方向下游侧端部凹陷成大致矩形的形状。

4.如权利要求3所述的制冷循环装置，其特征在于，将上述鼓出成大致矩形的形状和上述凹陷成大致矩形的形状设为对称的形状。

5.一种制冷循环装置，具备换热器，该换热器具备沿着厚度方向排列的散热片和在厚度方向上贯通上述散热片且在内部流动有制冷剂的多根传热管，上述传热管沿着上述散热片的长度方向配列，在相对于上述散热片的长度方向以及厚度方向垂直的方向上，朝向上述传热管及上述散热片吹送空气，与制冷剂进行热交换，其中：

使从相对于送风方向是上游的上述散热片的端部到上述传热管的长度比从相对于送风方向是下游的上述散热片的端部到上述传热管的长度长。

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