CN102066866B - 热交换器以及具备该热交换器的空气调节机 - Google Patents

热交换器以及具备该热交换器的空气调节机 Download PDF

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Abstract

本发明提供热交换器以及具备该热交换器的空气调节机，即使传热管形成为扁平也不会因传热管内压力产生传热管的变形，与板状翅片的紧密接合性良好且组装性良好，而且通过使用传热性能优异的传热管能够使通风阻力减小而使热交换能力增大。该热交换器具备：以规定间隔排列配置的多个板状翅片(2)、和在与上述板状翅片(2)正交的方向插通并在内部有制冷剂流动的扁平形状的多个传热管(3)，上述传热管(3)的沿着空气流动方向配置的外表面平坦，其剖面具有大体椭圆形状的外形形状，在其内部具有由夹着隔壁(32)的两个对称的大致D字形贯通孔构成的第一以及第二制冷剂流路(31a、31b)，通过利用扩管刮管球对上述第一以及第二制冷剂流路(31a、31b)进行扩径而接合到上述板状翅片(2)上。

Description

热交换器以及具备该热交换器的空气调节机
技术领域
本发明涉及热交换器以及具备该热交换器的空气调节机。
背景技术
在现有的构成空气调节机的热交换器中，有被称为翅片管型热交换器的类型。该热交换器由按一定间隔配置而在其间流过气体(空气)的板状翅片、和与该板状翅片正交地被插入而在内部流过制冷剂的扁平形状的传热管构成，形成在传热管的内表面在轴向设有多个突条的构成(例如参照专利文献1)。另外，有扁平形状的传热管形成为多孔结构的类型、或是在板状翅片上设有通过切起形成的多个狭缝的类型。并且，该狭缝群设置成狭缝的侧端部相对于空气流动方向相向，在狭缝的侧端部处减薄空气流的速度边界层以及温度边界层，由此进行传热促进而使热交换能力增大(例如参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开平11-94481号公报(图1至图3)
专利文献2：日本特开2003-262485号公报(图1至图4)
在专利文献1的热交换器中，由于传热管按照具有在内部有制冷剂流动的一个贯通孔的扁平长圆形状形成，所以，在冷冻系统的运转过程中，由于传热管内压力而使得传热管膨胀变形，因而，存在传热管与板状翅片的紧密接合性恶化这样的问题。
另外，以热交换器的高性能化作为目的，考虑如专利文献2那样将传热管形成为多孔结构并将其小型化、细径化。然而，通过将传热管小型化、细径化，管内热传递率增大，与此相对的是压力损失增大，因而，需要将这些要素最适当化。另外，小型化、细径化的传热管在传热性能方面是有利的，但是，由于传热管的制作或传热管与板状翅片的安装通过焊接进行，因而存在组装等的费用增大这样的问题。
发明内容
本发明是为解决上述问题而做出的，本发明的目的在于提供一种热交换器以及具备该热交换器的空气调节机，即使将传热管形成为扁平也不会因传热管内压力产生传热管的变形，与板状翅片的紧密接合性良好，组装性良好，而且通过使用传热性能优异的传热管，能够使通风阻力减小而使热交换能力增大。
本发明的热交换器具备多个板状翅片和扁平形状的多个传热管，所述板状翅片按规定间隔排列配置，所述传热管在与所述板状翅片正交的方向被插通并在内部有制冷剂流动，所述传热管的沿着空气流动方向配置的外表面是平坦的，所述传热管的剖面具有大体椭圆形状的外形形状，所述传热管在内部具有由夹着隔壁的两个对称的大致D字形的贯通孔构成的第一以及第二制冷剂流路，所述传热管通过利用扩管刮管球对所述第一以及第二制冷剂流路进行扩径而接合到所述板状翅片上。
根据本发明，由于在扁平形状的传热管的内部设有将两个制冷剂流路隔开的隔壁，所以，即使将传热管形成为扁平，也不会因传热管内压力造成传热管变形，与板状翅片的紧密接合性良好，而且组装性良好，能够获得传热性能优异的传热管。另外，通过利用传热性能优异的小型、细径化的扁平形状的传热管，能够获得可以将通风阻力减小而使得热交换能力增大的热交换器。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的热交换器的概略情况的主视图。
图2是实施方式1的传热管的主视图。
图3是图2的传热管的扩管机构的说明图。
图4是图3的扩管机构的A-A剖面图。
图5是实施方式2的传热管的主视图。
图6是表示扩管后的突条的高度与热交换率的关系的图。
图7是实施方式3的传热管的主视图。
图8是图7的传热管的扩管机构的说明图。
图9是图8的扩管机构的B-B剖面图。
图10是实施方式4的传热管的主视图。
图11是现有翅片管型热交换器的说明图。
图12是表示实施方式5的热交换器的概略情况的主视图。
图13是表示实施方式6的热交换器的概略情况的主视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[实施方式1]
图1是表示本发明的实施方式1的热交换器的概略情况的主视图。在图1中，1为热交换器，包括：按规定间隔排列配置的多个板状翅片2；在与板状翅片2正交的方向上被插通、通过进行扩管(也称为扩径)而接合到板状翅片2上的多个扁平形状的传热管3。板状翅片2由铜或者铜合金、或是铝或者铝合金等的金属板构成(在其他实施方式也一样)，与空气流动方向A平行且在图的垂直方向(进深方向)按规定间隔排列设置。另外，在该板状翅片2，在与空气流动方向A垂直的方向(图的上下方向)上将后述的扁平形状的传热管3设置多段且一列以上。进而，在各段的扁平形状的传热管3之间，通过切起而在板状翅片2设置多个狭缝4。该狭缝4如专利文献2所示那样，设置成狭缝4的侧端部相对于空气流动方向A相向，通过在其侧端部减薄空气流的速度边界层以及温度边界层，进行传热促进，具有使热交换能力增大的效果。
传热管3如图2所示那样，沿着空气流动方向A细长地形成，上下的外表面3a、3b是平坦的，剖面为大体椭圆形状(或是扁平长圆形状)。即，上下的外表面3a、3b是平伸的，上风侧和下风侧的侧面3c、3d形成为呈半圆的扁平的外形形状。该扁平形状的传热管3由铜或者铜合金、或是铝或者铝合金等的金属材料构成，以挤出材料形成(在其他实施方式中也一样)。并且，在传热管3的内部，在图的左右方向(以下称为宽度方向)的两侧，在轴向平行地设有由夹着隔壁32的两个对称的大致D字形的贯通孔构成的第一、第二制冷剂流路31a、31b。也就是说，该传热管3形成为扁平的大致D字形的双孔结构。
这样的由大致D字形的贯通孔构成的第一、第二制冷剂流路31a、31b的扩径后(后述)的半径r为1～3mm。这是由于，当半径r不足1mm时，与热传递率的增加量相比，压力损失的增加量要大，结果造成热交换性能降低。另外，还由于，当半径r超过3mm时，不仅仅是管内制冷剂流速变慢而使热交换性能降低，而且扁平形状的传热管3的高度(厚度)H或宽度W变大，空气流的压力损失增大。因而，本实施方式的第一、第二制冷剂流路31a、31b的扩径后的半径r为1～3mm(其他实施方式的制冷剂流路的半径r也一样)。
接着，就上述那样的扁平形状的传热管3的第一、第二制冷剂流路31a、31b的扩径次序、以及向设于板状翅片2的安装孔(长孔)22进行安装的次序的一例进行说明。
如图3所示那样，在冲压加工形成的板状翅片2的翅片套环部21设有长孔的安装孔22，各板状翅片2使翅片套环部21向相同朝向对齐地由夹具(未图示)等保持。并且，在各板状翅片2的安装孔22中插入上述的扁平形状的传热管3，然后，借助使用了与第一、第二制冷剂流路31a、31b相同剖面形状(大致D字形状，参照图4)的由超硬合金等金属材料构成的一对扩管刮管球100的扩管装置，由机械方法或者流体压力将一对扩管刮管球100压入到第一、第二制冷剂流路31a、31b内。这样，第一、第二制冷剂流路31a、31b同时扩径，传热管3依次接合到各板状翅片2上，一体地被固定。
此时，优选的是，将第一、第二制冷剂流路31a、31b之间的隔壁32的壁厚t2形成得比第一、第二制冷剂流路31a、31b的壁厚t1厚1.5倍左右。由此，能够提高扁平形状的传热管3的耐压强度。
如上所述那样，根据本实施方式的传热管，由于能够由设在第一、第二制冷剂流路31a、31b之间的隔壁32保持扁平形状的传热管3的耐压强度，所以，不会因传热管内压力造成扁平形状的传热管3变形，能够良好地保持与板状翅片2的紧密接合性。因而，获得了传热性能优异的传热管。另外，由于通过对扁平形状的传热管3进行扩管来与板状翅片2接合，所以，组装远比焊接容易得多。因此，能够降低制造成本。进而，由于各板状翅片2能够由相同朝向的翅片套环部21将间隔保持为一定，而且扁平形状的传热管3与板状翅片2的紧密接合性良好，所以，即使将传热管扁平化、小型细径化，也可获得通风阻力减小而能够增大热交换能力的热交换器。
[实施方式2]
图5是表示实施方式2的扁平形状的传热管的主视图。本实施方式的传热管3与图2的情况相同，在宽度方向的两侧设有由剖面为大致D字形的贯通孔构成的第一、第二制冷剂流路31a、31b。并且，在该第一、第二制冷剂流路31a、31b的内壁面上，按规定高度和间隔分别在轴向设有剖面为大体四边形(前端部形成为带有一些圆度的形状)的多个突条33。
这样的扁平形状的传热管3，根据上述的要点，被插入到板状翅片2的安装孔22，利用与上述相同剖面形状(大致D字形)的扩管刮管球100，经由各突条33对第一、第二制冷剂流路31a、31b进行扩径，由此固定于板状翅片2。
如图6所示那样，在本实施方式的扁平形状的传热管3中，扩管后的突条33的高度h(突出长度)越高的话，则接触面积越为增大，因而热传递率也变高。然而，当扩管后的突条33的高度h超过0.3mm时，与热传递率的增加量相比，压力损失的增加量要多，作为其结果，热交换率降低。另一方面，在扩管后的突条33的高度h不足0.1mm的情况下，热传递率没有提高。因而，在本实施方式的扁平形状的传热管3中，扩管后的突条33的高度h(突出长度)优选的是0.1～0.3mm左右。另外，突条33的剖面形状并不限定于四边形，可以形成为三角形、梯形、半圆形等适当的剖面形状。
[实施方式3]
图7是表示实施方式3的扁平形状的传热管的主视图。本实施方式的传热管3与图2的情况相同，在宽度方向的两侧设有由剖面为大致D字形的贯通孔构成的第一、第二制冷剂流路31a、31b。并且，在该第一、第二制冷剂流路31a、31b的内壁面，按规定高度和间隔在轴向设有剖面为大致四边形(前端部形成为带有一些圆度的形状)的多个突条33、34。突条34设在隔壁32的角部，进而按所需高度h设成各突条33、34的前端与半径R的圆、即扩管刮管球100的圆形的外周面(参照图9)相接。
若为其他表现的话，则设有多个突条33、34的第一、第二制冷剂流路31a、31b构成为这样的形式，即，在其剖面中，制冷剂流路中央部的规定点(图7的O1、O2)与多个突条33、34的各前端部的距离大体相等。所说的点O1、O2，是指与扩管时的扩管刮管球100的中心一致的点。
这样的扁平形状的传热管3，根据上述的要点，如图8所示那样被插入在板状翅片2的安装孔22中，利用圆形剖面的扩管刮管球41，经由突条33、34对第一、第二制冷剂流路31a、31b进行扩径，由此固定于板状翅片2。此时，突条33的高度h(突出长度)优选的是0.1～0.3mm左右。另外，通过利用外周面为圆形的扩管刮管球100，能够容易进行扩管刮管球的定位。另外，突条33、34的剖面形状并不限定于四边形，也可以形成为三角形、梯形、半圆形等适当的剖面形状。
[实施方式4]
图10是表示实施方式4的扁平形状的传热管的主视图。本实施方式的传热管3例如将第一制冷剂流路31a形成为与实施方式1相同的形状，将第二制冷剂流路31b形成为与实施方式3相同的形状。当然，也可以是与上述相反的组合。
这样的扁平形状的传热管3，根据上述的要点，被插入到板状翅片2的安装孔21中，利用大致D字形剖面的扩管刮管球41对第一制冷剂流路31a进行扩径，利用圆形剖面的扩管刮管球41对第二制冷剂流路31b进行扩径，固定于板状翅片2。此时，突条33的高度h(突出长度)优选的是0.1～0.3mm左右。另外，突条33的剖面形状并不限定于四边形，也可以形成为三角形、梯形、半圆形等适当的剖面形状。
根据本实施方式，关于第一、第二制冷剂流路31a、31b是将实施方式1与实施方式3组合适用的形式，能够获得与这些实施方式大体相同的效果。即，不会因传热管内压力造成扁平形状的传热管3发生变形，能够良好地保持与板状翅片2的紧密接合性。因而，获得了传热性能优异的传热管。另外，由于通过对扁平形状的传热管3进行扩管而与板状翅片2接合，所以，组装远比焊接要容易。因此，能够降低制造成本。进而，由于各板状翅片2能够通过相同朝向的翅片套环部21将间隔保持为一定，而且扁平形状的传热管3与板状翅片2的紧密接合性良好，所以，即使将传热管扁平化、小型细径化，也可获得通风阻力减小而能够将热交换能力增大的热交换器。
另外，当在任意一个制冷剂流路31b的内壁面设置多个突条33、34时，与制冷剂的接触面积增大，而且将突条33的高度h设为0.1～0.3mm左右，所以，不会增大流路内压力，能够更为提高传热性能。
[实施方式5]
图11是表示现有的翅片管型热交换器的说明图，(a)表示正面侧，(b)表示背面侧的传热管连接状态。图12是实施方式5的热交换器的主视图。
首先，就图11进行说明，将传热管在其中间部以规定弯曲间距弯曲加工成发夹状，制作多个发夹形管51，接着，将多个发夹形管51从背面侧插通到隔开规定间隔相互平行配置的板状翅片2中。并且，以机械方式或是液压扩管方式对该传热管进行扩管，将板状翅片2与传热管接合。接着，利用以规定长度以及间距进行了弯曲加工的多个回转弯管5，在邻接的扩管后的发夹形管51的管端，安装在其外表面带有焊锡环的回转弯管5，由燃烧器对这两个管进行加热焊接，制造热交换器50。
接着，就该现有的翅片管型热交换器50的制冷剂的流动进行说明，制冷剂从入口管52进入，从正面侧的a朝向背面侧的b流出，经过发夹形管51从c流入而朝向正面侧的d流出，经过正面侧的回转弯管5，从e流入到下一段的发夹形管51。这样，制冷剂如a→b→c→d→e→f→g…那样在传热管内向下流动，最后制冷剂从下段的流出管53流出。在此期间，在与经过板状翅片2间的空气之间进行热交换。
另一方面，本实施方式的热交换器1如图12所示那样，例如就该图的右侧的传热管3的排列进行说明(另外，左右的传热管3的排列表示出中间的一部分)，将传热管3在中间部以规定弯曲间距进行弯曲加工，制作多个发夹形管30，接着，将多个发夹形管30从背面侧插通到隔开规定间隔相互平行配置的板状翅片2中。并且，如上述那样通过机械方式或是液压扩管方式对该传热管3进行扩管，将板状翅片2与传热管3接合。进而，在邻接的发夹形管30中，利用以铜或者铜合金、铝或者铝合金等金属材料构成的两根回转弯管5a、5b，将第二段传热管3和第三段传热管3的管端连接成交叉状。即，由回转弯管5a连接第二段传热管3的上风侧的第一制冷剂流路31a与第三段传热管3的下风侧的第二制冷剂流路31b，由回转弯管5b连接第二段传热管3的下风侧的第二制冷剂流路31b与第三段传热管3的上风侧的第一制冷剂流路31a。另外，第三段与未图示的第四段传热管3作为发夹形管30构成，未图示的第四段与第五段传热管与上述同样由回转弯管连接成交叉状。这样，本实施方式的热交换器1在列方向上构成多个制冷剂回路。
在本实施方式的热交换器1中，制冷剂分别同时流入到第一段传热管3的第一、第二制冷剂流路31a、31b。流入到第一段传热管3的第一制冷剂流路31a的制冷剂经由发夹形管30从第二段传热管3的第一制冷剂流路31a流出，进而经由回转弯管5a流入到第三段传热管3的第二制冷剂流路31b。另一方面，流入到第一段传热管3的第二制冷剂流路31b的制冷剂经由发夹形管30从第二段传热管3的第二制冷剂流路31b流出，进而经由回转弯管5b流入到第三段传热管3的第一制冷剂流路31a。
因此，根据本实施方式的热交换器1，由于通过回转弯管5a、5b使制冷剂交替地呈交叉状流动，所以，能够获得上风侧的热交换能力与下风侧的热交换能力的平衡，因而，能够获得高效率的热交换器。
[实施方式6]
图13是表示实施方式6的热交换器的概略情况的主视图。本实施方式仅在以下方面与实施方式5不同，即，以制冷剂混合的方式利用具有一个流路的回转弯管5c，将邻接的发夹形管30中的第二段和第三段的传热管3的管端连接起来。
由此，由于传热管的多个制冷剂回路的出口侧的气相和液相的质量比率相同，进入到下一段的传热管的制冷剂入口部，所以，能够获得上风侧的热交换能力与下风侧的热交换能力的平衡，因而，能够获得高效率的热交换器。
另外，在以配管依次连接压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器而成的冷冻循环回路中，作为工作流体使用HC单一制冷剂或者包含HC的混合制冷剂、或是R32、R410A、R407C、二氧化碳等的任意制冷剂，采用以上备实施方式的扁平形状的传热管3构成的热交换器1能够作为上述冷凝器或者蒸发器加以使用。
附图标记说明
1热交换器，2板状翅片，3传热管，4狭缝，5、5a、5b、5c回转弯管，21翅片套环部，22安装孔，30发夹形管，31a第一制冷剂流路，31b第二制冷剂流路，32隔壁，33、34突条，100扩管刮管球。

Claims (6)

1.一种热交换器，其特征在于，具备多个板状翅片和扁平形状的多个传热管，所述板状翅片以规定间隔排列配置，所述传热管在与所述板状翅片正交的方向被插通并且在内部有制冷剂流动，
所述传热管的沿着空气流动方向配置的外表面是平坦的，所述传热管的剖面具有大体椭圆形状的外形形状，所述传热管在内部具有第一以及第二制冷剂流路，所述第一以及第二制冷剂流路由夹着隔壁的两个对称的大致D字形贯通孔构成，
所述第一以及第二制冷剂流路在内壁面具有在轴向延伸的多个突条，
所述多个突条设在所述隔壁以外，
通过利用由与所述第一以及第二制冷剂流路相同的剖面形状构成的一对扩管刮管球经由所述多个突条同时进行扩径，所述传热管被接合于所述板状翅片。
2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，扩径后的突条高度为0.1～0.3mm。
3.如权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，使用中间部经过弯曲加工的所述传热管在列方向上构成多个制冷剂回路，而且，利用两根回转弯管，将邻接的一个传热管的所述第一以及第二制冷剂流路的制冷剂出口部与另一个传热管的所述第一以及第二制冷剂流路的制冷剂入口部连接成交叉状。
4.如权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，使用中间部经过弯曲加工的所述传热管在列方向上构成多个制冷剂回路，而且，以制冷剂混合的方式利用一根回转弯管，将邻接的一个传热管的所述第一以及第二制冷剂流路的制冷剂出口部与另一个传热管的所述第一以及第二制冷剂流路的制冷剂入口部连接起来。
5.一种空气调节机，其特征在于，具备以配管依次连接有压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器的冷冻循环，使用制冷剂作为工作流体，而且使用如权利要求1至4中任意一项所述的热交换器作为所述蒸发器或者冷凝器。
6.如权利要求5所述的空气调节机，其特征在于，作为制冷剂，使用HC单一制冷剂或者包含HC的混合制冷剂、R32、R410A、R407C、二氧化碳的任意一种制冷剂。
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