CN102510992A - 热交换用扁平管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够确保目标耐压强度并实现薄型化的热交换用扁平管。第1方面的热交换用扁平管(1)是通过将多个供制冷剂通过的圆形截面的贯通孔(3)配置在一排而形成的。设利用贯通孔(3)的半径R使分隔相邻的2个贯通孔(3)之间的分隔部(4)的厚度t1无量纲化而得到的值为t1/R,并且设利用半径R使从扁平管(1)的外周的平面到贯通孔(3)的厚度即外周厚度t2无量纲化而得到的值为t2/R,在贯通孔(3)的内部压力为10.0MPa~90.0MPa的情况下,0.28<(t2/R)/(t1/R)<0.42的关系成立。
Description
技术领域
本发明涉及形成有多个贯通孔的热交换用扁平管。
背景技术
以往,在空调机的蒸发器等中,使用专利文献1(日本特开平10-132424号公报)所示的热交换用扁平管。这种扁平管通过对铝合金等进行挤压成形等而一体成形,将圆形截面的多个贯通孔配置成排成一排或多排。在通过贯通孔内部的制冷剂与通过扁平管外周的空气等介质之间进行热交换。
近年来,应用使用压力远远高于HFC制冷剂的二氧化碳(CO2)制冷剂(使用压力为10MPa以上),也提出了耐受CO2制冷剂的高压的各种扁平管。
发明内容
发明要解决的课题
但是,在设计耐受CO2等高压制冷剂的扁平管的情况下,要求增厚贯通孔周围的壁厚以满足耐压强度,难以减薄从扁平管的外周的平面到贯通孔的厚度即外周厚度,其结果,难以实现扁平管全体的薄型化。
本发明的课题在于,提供能够确保目标耐压强度并实现薄型化的热交换用扁平管。
用于解决课题的手段
第1方面的热交换用扁平管是通过将多个供制冷剂通过的圆形截面的贯通孔配置在一排而形成的热交换用扁平管。
设利用贯通孔的半径R使分隔相邻的2个贯通孔之间的分隔部的厚度t1无量纲化而得到的值为t1/R,并且设利用半径R使从扁平管的外周的平面到贯通孔的厚度即外周厚度t2无量纲化而得到的值为t2/R,在贯通孔的内部压力为10.0MPa~90.0MPa的情况下,式1的关系成立:
0.28<(t2/R)/(t1/R)<0.42(式1)。
这里,上述关系式(式1)成立,由此,热交换用扁平管能够确保目标耐压强度,并且能够使扁平管的厚度最薄。
第2方面的热交换用扁平管在第1方面的热交换用扁平管中,在贯通孔的内部压力为20.0MPa~80.0MPa的情况下,式2的关系成立:
0.30≤(t2/R)/(t1/R)≤0.41(式2)。
这里,根据制冷剂的种类,在贯通孔的内部压力为20.0MPa~80.0MPa的情况下,上述关系式(式2)成立,由此,热交换用扁平管能够确保目标耐压强度,并且能够使扁平管的厚度最薄。
第3方面的热交换用扁平管在第1方面或第2方面的热交换用扁平管中,在贯通孔的内部压力为30.0MPa~80.0MPa的情况下,式3的关系成立:
0.32≤(t2/R)/(t1/R)≤0.41(式3)。
这里,根据制冷剂的种类,在贯通孔的内部压力为30.0MPa~80.0MPa的情况下,上述关系式(式3)成立,由此,热交换用扁平管能够确保目标耐压强度,并且能够使扁平管的厚度最薄。
并且,第4方面的热交换用扁平管在第1方面~第3方面的任意一个方面的热交换用扁平管中,热交换用扁平管利用可弹塑性变形的材料制造。
这里,热交换用扁平管利用可弹塑性变形的材料制造,所以,在上述关系式成立的情况下,能够更加可靠地确保目标耐压强度,并且能够使扁平管的厚度最薄。
发明效果
根据第1方面,热交换用扁平管能够确保目标耐压强度,并且能够使扁平管的厚度最薄,由此,能够实现热交换用扁平管的小型化和低成本。
根据第2方面,根据制冷剂的种类,在贯通孔的内部压力为20.0MPa~80.0MPa的情况下,上述关系式(式2)成立,由此,热交换用扁平管能够确保目标耐压强度,并且能够使扁平管的厚度最薄。
根据第3方面,根据制冷剂的种类,在贯通孔的内部压力为30.0MPa~80.0MPa的情况下,上述关系式(式3)成立,由此,热交换用扁平管能够确保目标耐压强度,并且能够使扁平管的厚度最薄。
根据第4方面,能够更加可靠地确保目标耐压强度,并且能够使扁平管的厚度最薄,所以,能够实现小型化和低成本。
附图说明
图1是本发明的实施方式的热交换用扁平管的局部主视图。
图2是与图1的热交换用扁平管对应的解析对象的概略图。
图3是示出图1的热交换用扁平管的耐压强度的等压线的图表,是贯通孔的半径为0.2mm时的图表(使用铝合金A3003-O的情况)。
图4是示出图1的热交换用扁平管的耐压强度的等压线的图表,是贯通孔的半径为0.3mm时的图表(使用铝合金A3003-O的情况)。
图5是示出图1的热交换用扁平管的耐压强度的等压线的图表,是贯通孔的半径为0.4mm时的图表(使用铝合金A3003-O的情况)。
图6是示出图1的热交换用扁平管的耐压强度的等压线的图表,是贯通孔的半径为0.5mm时的图表(使用铝合金A3003-O的情况)。
图7是示出图1的热交换用扁平管的耐压强度的等压线的图表,是贯通孔的半径为0.6mm时的图表(使用铝合金A3003-O的情况)。
图8是示出图1的热交换用扁平管的耐压强度的等压线的图表,是将改变贯通孔半径时的多个图表重叠而得到的图表(使用铝合金A3003-O的情况)。
图9是示出图1的热交换用扁平管的耐压强度的等压线的图表,是对图8的图表进行近似化而得到的图表(使用铝合金A3003-O的情况)。
图10是使用铝合金A1050-O时的与图9对应的图表。
具体实施方式
参照附图说明本发明的热交换用扁平管的实施方式。
(实施方式)
图1所示的热交换用扁平管1是通过在该扁平管1的主体2的内部将多个供制冷剂通过的圆形截面的贯通孔3配置在横向一排而形成的具有扁平的椭圆形截面的多孔管。贯通孔3是正圆的圆形截面。
该热交换用扁平管1是通过对铝合金等可弹塑性变形的材料进行挤压成形而一体成形并制造的。
在该热交换用扁平管1中,设利用贯通孔3的半径R使分隔相邻的2个贯通孔3之间的分隔部4的厚度t1无量纲化而得到的值为t1/R,并且,设利用半径R使从扁平管1的外周的平面5到贯通孔3的厚度即外周厚度t2无量纲化而得到的值为t2/R,设定分隔部4的厚度t1、外周厚度t2和贯通孔3的半径R,使得在贯通孔3的内部压力为10.0MPa~90.0MPa的情况下,式1的关系成立:
0.28<(t2/R)/(t1/R)<0.42(式1)
(另外,优选0.30≤(t2/R)/(t1/R)<0.42的关系成立)。
通过设定t1、t2、R以使这种关系式(式1)成立,从而热交换用扁平管1能够确保目标的耐压强度(即目标耐压强度),并且,扁平管1的厚度最薄,由此,能够实现热交换用扁平管1的小型化和低成本。
另外,在以下的实施例1中详细叙述,但是,当(t2/R)/(t1/R)为0.28以下时,扁平管1无法耐受实用中耐受的最低限度的耐压强度(10MPa),并且,当(t2/R)/(t1/R)为0.42以上时,虽然能够得到耐受在实际使用中假设的最大耐压强度(90MPa)的充分强度,但是,随着该(t2/R)/(t1/R)的值的增大,扁平管1的尺寸过大而成为必要以上,难以实现小型化。因此,如果是上述关系式(式1)成立的关系,则能够进行实用中耐受的耐压强度的设计,并且能够实现小型化。
另外,在本发明中,如以下的实施例中详细叙述的那样,考虑远远超过了铝材料等中的屈服应力的抗拉强度来进行设计,假设以使(t2/R)/(t1/R)的值在中心值的0.35前后、在0.28~0.42的范围内的方式设定t1、t2、R,与远远超出该范围的设定(例如仅考虑了屈服应力的设计)不同。
并且,如果考虑在使用HFC等低压制冷剂的情况下,扁平管1的耐压强度需要为20.0MPa以上,则优选在扁平管1的贯通孔3的内部压力为20.0MPa~80.0MPa的情况下,式2的关系成立:
0.30≤(t2/R)/(t1/R)≤0.41(式2)。
由此,在使用HFC等低压制冷剂从而贯通孔3的内部压力为20.0MPa~80.0MPa的情况下,上述(式2)也成立,由此,扁平管1能够确保目标耐压强度,并且能够使扁平管1的厚度最薄。
进而,如果考虑在使用二氧化碳(CO2)等高压制冷剂的情况下,扁平管1的耐压强度需要为30.0MPa以上,则优选在扁平管1的贯通孔3的内部压力为30.0MPa~80.0MPa的情况下,式3的关系成立:
0.32≤(t2/R)/(t1/R)≤0.41(式3)
由此,在使用CO2等高压制冷剂从而贯通孔3的内部压力为30.0MPa~80.0MPa的情况下,上述(式3)也成立,由此,扁平管1能够确保目标耐压强度,并且能够使扁平管1的厚度最薄。
实施例
图3~图7分别示出通过计算机仿真对将贯通孔3的半径R分别固定为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、横轴和纵轴分别取t1/R和t2/R时的耐压P的等压线进行数值解析并求解而得到的图表。另外,在图3~图7所示的图表的解析中使用铝合金A3003-O。以下的表1示出铝合金A3003-O的材料物性。
[表1]
表1.铝合金A3003-O的材料物性
弹性率(MPa) | 泊松比 | 屈服应力(MPa) | 抗拉强度(MPa) | 断裂伸长率(%) |
70000.0 | 0.33 | 40.0 | 110.0 | 29.0 |
这样,在铝或铝合金等可弹塑性变形的材料中,与弹性极限即屈服应力相比,在弹塑性变形后最终进行塑性破坏时的抗拉强度大得多,所以,如果进行考虑了弹塑性变形的耐压设计,则能够使扁平管1的尺寸非常紧凑,能够进一步实现薄型化。该手法在使用CO2等高压制冷剂时的耐压设计中特别有效。
进而,如果将这些图3~图7的示出等压线的图表互相重叠,则得到图8的图表。并且,为了易于观察,在图9中示出按照10MPa单位、针对每个耐压P将图8的图表的等压线近似化为1条而得到的图表。
如果观察该图8~图9所示的图表,则可知,分别无量纲化的t1/R和t2/R的关系为在曲线C1上急剧弯曲的形状的等压线规则整齐地排列。
而且,位于该曲线C1上时的t1/R和t2/R的组合成为能够使t1、t2的壁厚最小的组合。
因此,通过使用这些图8~图9的图表,能够容易地得到某个耐压P时的最佳组合的t1/R和t2/R。
这里,在表2中总结了能够使t1、t2的壁厚最小时的P、t1/R、t2/R以及根据它们求出的(t2/R)/(t1/R)的关系。
[表2]
表2.使用铝合金A3003-O时的P、t1/R、t2/R、(t2/R)/(t1/R)的关系
耐压P(MPa) | t1/R | t2/R | (t2/R)/(t1/R) |
10.0 | 0.26 | 0.08 | 0.308 |
20.0 | 0.47 | 0.15 | 0.319 |
30.0 | 0.68 | 0.23 | 0.338 |
40.0 | 0.94 | 0.32 | 0.341 |
50.0 | 1.24 | 0.43 | 0.347 |
60.0 | 1.62 | 0.58 | 0.358 |
70.0 | 2.02 | 0.75 | 0.371 |
80.0 | 2.47 | 0.96 | 0.389 |
90.0 | 2.97 | 1.24 | 0.418 |
如果观察该表2,则能够确认到在实用中耐受的耐压P适于10.0MPa~90.0MPa的范围的(t2/R)/(t1/R)是大于0.28(优选为0.30以上)且小于0.42的范围、即、满足上述关系式(式1)的范围。并且,能够确认到耐压P适于20.0MPa~80.0MPa的范围的(t2/R)/(t1/R)是0.30以上且0.41以下的范围、即满足上述关系式(式2)的范围。并且,能够确认到耐压P适于30.0MPa~80.0MPa的范围的(t2/R)/(t1/R)是0.32以上且0.41以下的范围、即满足上述关系式(式3)的范围。
并且,如果使用以下的表3,则例如在目标耐压为70MPa、80MPa的情况下,也能够立即求出贯通孔3的直径(2R)为0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm时的t1、t2的最佳厚度。
[表3]
并且,本发明人针对铝合金A3003-O以外的其他铝合金A1050-O进行与铝合金A3003-O相同的解析(即,通过计算机仿真对将贯通孔3的半径R分别固定为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、横轴和纵轴分别取t1/R和t2/R时的耐压P的等压线进行数值解析并求解)。铝合金A1050-O的材料物性如以下的表4所示。
[表3]
表4.铝合金A1050-O的材料物性
弹性率(MPa) | 泊松比 | 屈服应力(MPa) | 抗拉强度(MPa) | 断裂伸长率(%) |
70000.0 | 0.33 | 30.0 | 70.0 | 35.0 |
图10示出使用铝合金A1050-O进行与铝合金A3003-O相同的解析时的解析结果。另外,图10与示出铝合金A1050-O的解析结果的图9对应。
在使用铝合金A1050-O的情况下,与使用A3003-O的情况同样,位于曲线C2上时的t1/R和t2/R的组合成为能够使t1、t2的壁厚最小的组合。在以下的表5中总结了在使用铝合金A1050-O的情况下能够使t1、t2的壁厚最小时的P、t1/R、t2/R以及根据它们求出的(t2/R)/(t1/R)的关系。
[表5]
表5.使用铝合金A1050-O时的P、t1/R、t2/R、(t2/R)/(t1/R)的关系
耐压P(MPa) | t1/R | t2/R | (t2/R)/(t1/R) |
10.0 | 0.33 | 0.10 | 0.303 |
20.0 | 0.80 | 0.25 | 0.313 |
30.0 | 1.30 | 0.42 | 0.323 |
40.0 | 1.95 | 0.65 | 0.333 |
50.0 | 2.75 | 0.95 | 0.345 |
60.0 | 3.76 | 1.37 | 0.364 |
70.0 | 5.00 | 1.92 | 0.384 |
80.0 | 6.70 | 2.70 | 0.403 |
90.0 | 8.90 | 3.70 | 0.416 |
如上所述,能够确认到在使用不同的铝合金的情况下,在实用中耐受的耐压P适于10.0MPa~90.0MPa的范围的(t2/R)/(t1/R)是大于0.28(优选为0.30以上)且小于0.42的范围、即、满足上述关系式(式1)的范围。并且,能够确认到在使用不同的铝合金的情况下,耐压P适于20.0MPa~80.0MPa的范围的(t2/R)/(t1/R)是0.30以上且0.41以下的范围、即满足上述关系式(式2)的范围。并且,能够确认到在使用不同的铝合金的情况下,耐压P适于30.0MPa~80.0MPa的范围的(t2/R)/(t1/R)是0.32以上且0.41以下的范围、即满足上述关系式(式3)的范围。
<实施方式的特征>
(1)
在实施方式的热交换用扁平管1中,热交换用扁平管1是通过将多个供制冷剂通过的圆形截面的贯通孔3配置在一排而形成的,设利用贯通孔3的半径R使分隔相邻的2个贯通孔3之间的分隔部4的厚度t1无量纲化而得到的值为t1/R,并且,设利用半径R使从扁平管1的外周的平面到贯通孔3的厚度即外周厚度t2无量纲化而得到的值为t2/R,设定分隔部4的厚度t1、外周厚度t2和贯通孔3的半径R,使得在贯通孔3的内部压力为10.0MPa~90.0MPa的情况下,式1的关系成立:
0.28<(t2/R)/(t1/R)<0.42(式1)。
通过使这种关系式(式1)成立,从而热交换用扁平管1能够确保目标耐压强度,并且,扁平管1的厚度最薄,由此,能够实现热交换用扁平管1的小型化和制造成本的大幅降低。
(2)
而且,如图8~图9所示,利用圆形截面的贯通孔3的半径R使上述关系式(式1)无量纲化,所以,在半径R不同的情况下,能够容易地计算t1和t2的具体值。
(3)
并且,在扁平管1的贯通孔3的内部压力为20.0MPa~80.0MPa的情况下,如果式2的关系成立
0.30≤(t2/R)/(t1/R)≤0.41(式2)
则在使用HFC等低压制冷剂从而贯通孔3的内部压力为20.0MPa~80.0MPa的情况下,上述(式2)也成立,由此,扁平管1能够确保目标耐压强度,并且能够使扁平管1的厚度最薄。
(4)
进而,在扁平管1的贯通孔3的内部压力为30.0MPa~80.0MPa的情况下,如果式3的关系成立
0.32≤(t2/R)/(t1/R)≤0.41(式3)
则在使用CO2等高压制冷剂从而贯通孔3的内部压力为30.0MPa~80.0MPa的情况下,上述(式3)也成立,由此,扁平管1能够确保目标耐压强度,并且能够使扁平管1的厚度最薄。
(5)
实施方式的热交换用扁平管1利用铝合金等可弹塑性变形的材料制造,所以,能够更加可靠地确保目标耐压强度,并且能够使扁平管的厚度最薄,所以,能够实现小型化和低成本。
(6)
如上所述,在铝合金等可弹塑性变形的材料中,与弹性极限即屈服应力相比,在弹塑性变形后最终进行塑性破坏时的抗拉强度大得多,所以,如本实施方式的扁平管1那样,如果进行考虑了弹塑性变形的耐压设计,则能够使扁平管1的尺寸非常紧凑,能够进一步实现薄型化。该手法在使用CO2等高压制冷剂时的耐压设计中特别有效。
<变形例>
在实施方式的热交换用扁平管1中,示出通过铝合金的挤压成形而制造的例子,但是本发明不限于此,只要是可弹塑性变形的材料即可,例如除了铝或铝合金以外,也可以广泛应用铜、铁等金属乃至树脂。
工业上的可利用性
本发明能够应用于具有多个贯通孔的各种热交换用扁平管。
标号说明
1:热交换用扁平管;3:贯通孔;4:分隔部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平10-132424号公报
Claims (4)
1.一种热交换用扁平管(1),该热交换用扁平管(1)是通过将多个供制冷剂通过的圆形截面的贯通孔(3)配置在一排而形成的,其中,
设利用所述贯通孔(3)的半径R使分隔相邻的2个所述贯通孔(3)之间的分隔部(4)的厚度t1无量纲化而得到的值为t1/R,并且设利用所述半径R使从所述扁平管(1)的外周的平面到所述贯通孔(3)的厚度即外周厚度t2无量纲化而得到的值为t2/R,
在所述贯通孔(3)的内部压力为10.0MPa~90.0MPa的情况下,式1的关系成立:
0.28<(t2/R)/(t1/R)<0.42(式1)。
2.根据权利要求1所述的热交换用扁平管(1),其中,
在所述贯通孔(3)的内部压力为20.0MPa~80.0MPa的情况下,式2的关系成立:
0.30≤(t2/R)/(t1/R)≤0.41(式2)。
3.根据权利要求1或2所述的热交换用扁平管(1),其中,
在所述贯通孔(3)的内部压力为30.0MPa~80.0MPa的情况下,式3的关系成立:
0.32≤(t2/R)/(t1/R)≤0.41(式3)。
4.根据权利要求1~3中的任意一项所述的热交换用扁平管(1),其中,
所述热交换用扁平管(1)利用可弹塑性变形的材料制造。
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