CN102918349A - 挤压性良好的内沟槽管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种翅片形状，该翅片形状与以往使用铝合金的内面直线凹槽管相比，具有出色挤压性及热交换效率的最适合的翅片形状。本发明还提供内沟槽管（100），是在管内表面具有并行于管的长边方向的突条型多个翅片（102）的铝合金制内沟槽管（100），垂直于该内沟槽管（100）的长边方向的截面上的该多个翅片（102），以大致均匀的形状大致均匀地配置在该内沟槽管（100）的圆周方向上，该截面中内周边的长度F(mm)和被该截面中的内周边及与该多个翅片（102）顶部相切的圆所包围的槽空间部的面积A(mm²)之比在10≤F/A≤15的范围内。

Description

挤压性良好的内沟槽管

【技术领域】

本发明涉及一种铝合金制内沟槽管。

【背景技术】

近几年，对用于热泵空调等的热交换器的需求日益趋向于节能、小型化，因此也要求热交换器本身的小型化、高效率化。

作为用于热泵空调的热交换器，主要使用的是翅片管式热交换器。该种翅片管式热交换器，是预先在形成有直径大于传热管直径的孔的铝制翅片中插入传热管，之后通过将扩管塞通入传热管内而进行管子的扩管，并使管子与铝片紧密接合所形成。并且，该种翅片管式热交换器，通过HFC等的冷媒在传热管内的流动，与铝制翅片外部的空气进行热交换。

以前，作为用于翅片管式热交换器的传热管，一直使用了具有高热导率的铜合金制的管子,但是由于铜价飙升以及对热交换器本身的轻量化需求，用铝制管来逐渐取代着铜制管。

作为用于热交换器的铜合金管及铝合金管，为提高其热交换率而使用着内面附有翅片的内沟槽管。对于内沟槽的形状有各种各样的提案，特别是与轴方向成一定角度的螺旋管，由于其热交换率出色而被研发出各种槽形状，并被实用化(例如专利文献1)。

作为使用铝合金来制造螺旋槽管的方法，一般通过挤压加工或拉伸加工形成管子之后，进行如专利文献2所述的滚轧加工来形成沟槽。

一方面，在内沟槽是与轴方向并行的直线槽的管子的情况下，热交换率与螺旋槽管相比较差,不过由于仅通过挤压加工或拉伸加工就能形成内沟槽，并在成本方面较螺旋管出色，因此期待今后能够得以普及。

但是，就从过去一直进行研究的翅片的形状来说，大部分涉及螺旋槽管。作为直线槽管的槽形状，为防止翅片在组装时破损，专利文献3中揭示了具有不同高度的翅片的内沟槽管。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本专利申请 特开平4-260793号公报

【专利文献2】日本专利申请 特开2001-241877号公报

【专利文献3】日本专利申请 特开2001-289585号公报

【发明内容】

【发明所要解决的问题】。

然而，记载于上述文献中的现有技术，仍存在以下几点改善的余地。

第一，在专利文献1及专利文献2所记载的螺旋槽管中，由于对挤压后的管坯还需要进行其他工序的加工，因此存在制造成本变高的问题。并且，在采用铝合金的情况下，其与铜合金相比冷加工性较差，因此必须降低滚轧加工速度，从而在生产性方面存在改善的余地。

第二，作为直线槽管的槽形状，除专利文献3中的直线槽管以外，尚未进行充分的研究。而且，对于直线槽管来说，根据翅片的形状有时无法进行挤压，因而挤压性这个观点变得重要,不过至今位置尚未出现过研究有关翅片形状与挤压性的事例。

在这种状况下，本发明的发明人首次意识到开发一种具备挤压性出色且热交换率出色的翅片形状的铝合金制内沟槽管的必要性。

鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种具有翅片形状的内沟槽管，即，提供与使用以往的铝合金的内直线槽管相比具有挤压性及热交换率更出色的最适合的翅片形状的内沟槽管。

【解决问题的技术手段】

本发明的发明人反复对铝合金制内直线槽管的形状进行各种研究的结果，发现通过将垂直于内沟槽管的长边方向的截面上的内周边的长度和槽空间部的面积设定在一定的比率范围内，即可得到具有挤压性出色且热交换率出色的形状的内沟槽管。

即，本发明所涉及的内沟槽管，其是在管内表面具有并行于管的长边方向的突条型多个翅片的铝合金制内沟槽管，垂直于该内沟槽管的长边方向的截面中的该多个翅片，以大致均匀的形状大致均匀地配置在内沟槽管的圆周方向上，该截面中的内周边的长度F(mm)和被该截面中的内周边及与该多个翅片顶部相切的圆所包围的槽空间部的面积A(mm²)之比在12≤F/A≤14范围内。

根据该结构，将与内沟槽管的长边方向垂直的截面中的内周边的长度和槽空间部的面积设定于一定的比率范围内，即可获得挤压性出色且热交换率出色的内沟槽管。

并且，本发明所涉及的热交换器为翅片管式热交换器，其具备：铝合金制外部翅片；紧密接合于该铝合金制外部翅片上的、将上述内沟槽管扩管而制成的内沟槽管。

根据该结构，由于使用了对挤压性出色且热交换率出色的内沟槽管进行扩管而制成的内沟槽管，因此经过简单的扩管工序，能高精度且高效率地生产出热交换率出色的翅片管式热交换器。

并且，本发明所涉及的空调，是具备上述热交换器的空调。

根据该结构，由于使用了高精度且高效率地生产出的、热交换率出色的翅片管式热交换器，因此可高精度且高效率地生产出热交换率出色的空调。

【发明效果】

根据本发明，可提供具有挤压性出色且可充分满足作为传热管的传热特性的翅片形状的传热管。

【附图说明】

图1是本发明实施方式所涉及的内沟槽管的截面。

【具体实施方式】

以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。在全部附图中，对于相同构成要素使用相同的符号，并适当省略了说明。并且，在本发明的实施方式中，所谓A～B是指A以上且B以下。

<内沟槽管的结构>

图1表示了本发明实施方式所涉及的内沟槽管的截面。该内沟槽管100，是在管内表面具有与管的长边方向并行的突条型多个翅片102的铝合金制内沟槽管100。而且，与该内沟槽管100的长边方向相垂直的截面中的该多个翅片102，以大致均匀的形状大致均匀地配置在内沟槽管100的圆周方向上。并且，该截面中内周边的长度F(mm)和被内周边及与该多个翅片102顶部相切的圆所包围的槽空间部的面积A(mm²)之比，在12≤F/A≤14范围内。

在此，对该数值限制理由进行叙述。内周边的长度(内周长)F(mm)以及槽空间部的面积A(mm²)，是在设定了规定的内径(与凹槽底部相切的圆的直径)D1的情况下，由翅片102的个数、翅片102的高度、翅片102的宽度一同所决定的数值。在翅片102的个数少的情况下，F变小，而A变大，则F/A会变小。反之，如果翅片数变多，则会F/A变大。

即，在翅片102的高度大的情况下，不仅会增加压力损失，而且在挤压时容易出现翅片102脱落，缺损等的问题。从而，在组装热交换器时的扩管工序中，因为翅片102容易发生折损，最好将翅片102的高度限定在规定的高度以下。

因此，通过设定F、A而满足10≤F/A≤15的条件，可提供挤压性出色，且热交换率高的内沟槽管。在F/A不满10的情况下，相对于内周长的凹槽空间面积大，即翅片数少，从而无法得到充分的热交换率。因此，从挤压性或热交换率方面考虑，优选的F/A为10以上，基于相同的理由，如果是11以上，则更优选，如果是12以上，则最优选。而且，在F/A超过15的情况下翅片数多，即管的重量会增加，因此不为优选。并且，在槽空间部面积小的情况下，凝结时生成的液体得不到充分排出，会导致热交换率降低。因此，从控制管子重量或者热交换率方面考虑，优选的F/A为15以下，基于相同理由，更优选为14.5以下，最优选为14以下。

并且，从其他角度进行讨论，特别是在翅片102的高度的上限值超过图1所示的内径D1的10％时，挤压时的翅片102发生脱落及在扩管工序时翅片102发生折损的概率会变高。因此，从防止压力损失或防止翅片脱落、折损的角度考虑，翅片102的高度优选为内径D1的10％以下，基于相同理由，更优选的是7％以下，最优选的是6％以下。另外，翅片102的高度，就其绝对值来说，从防止压力损失或防止翅片脱落、折损的角度考虑，优选为1mm以下，基于相同理由，更优选为0.7mm以下，最优选为0.5mm以下。

并且，在内沟槽管100以相似形状扩大、缩小的情况下，如果内沟槽管100的内径(相切于槽底部的圆的直径)D1会变成原来的2倍，则内周边的长度(内面周长)F(mm)也同样会变成2倍,而槽空间部的面积A(mm²)会变成4倍。因此，12≤F/A≤14算式是在通常的内径(凹槽底部的圆的直径)D1的范围内成立的。理所当然地，根据技术常识来判断通常的内径(相切于槽底部的圆的直径)D1的值在什么范围内,例如，从挤压性角度考虑，内沟槽管的内径优选的是3mm以上，更优选的是4mm以上。从轻量化及热交换器的小型化的角度考虑，内沟槽管的内径优选的是10mm以下，更优选的是8mm以下。

并且，在本实施方式中，只要是翅片102的个数、翅片102的宽度等的翅片102的形状及配置所涉及的数值，满足上述关系式，就没有特别的规定,但是在翅片102的宽度为0.2mm以下的情况下，会导致挤压时的翅片缺损的概率显著提升，因此为控制挤压时翅片缺损的概率，优选的翅片102的宽度是0.2mm以上。并且，基于相同理由，翅片102的宽度更优选的是0.3mm以上，最优选的是0.4mm以上。

并且，上述管内表面的多个翅片102，可以按照任意制造工序来制得,但是从成形性以及成本的角度考虑，优选的是以对下述的铝合金制材料进行挤压加工的方式进行制造。

特别是，对于直线槽管的管内表面的多个翅片102来说，由于内槽与轴方向并行，因此仅通过挤压加工即可得到内槽。因而，与螺旋管相比，以挤压加工形成上述管内表面的多个翅片102更具有成本上的优势，因此比较适合。并且，作为挤压条件，特别优选的是在350～550℃的热度范围内进行挤压加工。即，优选的是将称作管坯的铝合金块在350～550℃的热度范围内，用挤压机施加强压，从具有与上述多个翅片102相对应的形状的模孔中挤压，以在内沟槽管的圆周方向上，高精度且高效率地制作出多个大体一致的截面形状的翅片102。

<内沟槽管的材料>

对于本实施方式所涉及的内沟槽管100的主要部件，并没有特别的限定，只要是铝合金制即可。在此，“铝合金”是指以铝作为主要成分的合金,但并排除纯度为99.0质量%(以下，将质量%记为%)以上的所谓“纯铝”。即，“铝合金”的种类包含：纯铝(1000系列)；Al-Cu系合金(2000系列)；Al-Mn系合金(3000系列)；Al-Si系合金(4000系列)；Al-Mg系合金(5000系列)；Al-Mg-Si系合金(6000系列)；Al-Zn-Mg系合金(7000系列)等。但是在这些铝合金中，如果要用于热交换器的传热管，最优选的是纯铝所具备的可不降低加工性、防腐蚀性的情况下能提高强度的Al-Mn系合金(3000系列)。

对于铝合金的组成没有特别的限定,但是优选的是例如含有Mn:1.0～1.5％和Cu:0.05～0.20％和Mg:0.03％以下，且剩余部分由Al与不可避免的杂质所构成。

以下将对限定这些成分的理由进行叙述。Mn是在3000系列合金中可提高其强度的主要添加元素，通过固溶于铝中并析出一部分，而产生使合金仅具有强度的效果,但是如果Mn的添加量少于1.0％，则作为传热管的强度会不够，而如果多于1.5％，则容易在挤压加工时导致挤压压力增加，其结果，容易导致翅片脱落、缺损等问题。因此，考虑用于传热管的强度，或者防止翅片的脱落、缺损等问题，Mn的添加量在1.0～1.5％的范围内为优选，基于相同理由，在1.0～1.3％的范围内更为优选。

Cu通过固溶于铝中而产生使合金具有强度的效果,但是在Cu量不满0.05％时，可能无法获得该效果，另一方面，在添加量超过0.25％时，容易影响合金的成形性，且容易恶化合金的防腐蚀性。因此，从成形性或防腐蚀性的角度考虑，优选的Cu添加量在0.05～0.25％范围内。

Mg通过固溶于铝中而产生进一步提高Al-Mn系合金强度的效果，但是另一方面，即使含有微量也可能会易增加挤压时的压力，而成为降低成形性、生产率的原因。因此，为了抑制挤压压力的增加，优选的是将Mg含量控制在0.025％以下。

作为不可避免的杂质有Fe、Si、，Zn等,优选的含量比例是：Fe为0.7％以下、Si为0.6％以下、Zn为0.1％以下，这是因为这种比例不会影响上述本实施方式的内沟槽管100的各种效果。

还有，Ti、Cr、Zr具有将铸块组织均匀细微化的效果，因此也可含在合金中，但是在这些成分的总量超过0.2％时，会形成巨大金属间化合物或者降低挤压性，因而这些成分的总含量在0.2％以下为优选。对于其它的不可避免的杂质，各自的含量在0.05％以下，总含量在0.15％以下为优选。

并且，本实施方式的内沟槽管100，在进行挤压后，可通过以溶射等的方法将Zn附着在外表面，之后进行Zn扩散热处理来设置Zn扩散层。由于该Zn扩散层的点蚀电位比管材中未扩散Zn的部分低，因此可根据牺牲性防腐作用来防止管材腐蚀，而提高管材的防腐蚀性。

<结束扩管的内沟槽管>

本实施方式所涉及的内沟槽管，是对上述的扩管前的内沟槽管100进行扩管所得到的内沟槽管。对于该扩管工序没有特别的限定,例如，将扩管塞通入扩管前的内沟槽管100内，用其对扩管前的内沟槽管100进行扩管，这种工序简便且精度高，因此被普遍使用。

这种扩管工序，通常在制造后述的翅片管式热交换器时进行。即，通常，先在形成有直径比扩管前的内沟槽管100的直径大的孔的铝合金制翅片中插入扩管前的内沟槽管100，之后使扩管塞通过扩管前的内沟槽管10，通过扩管使管子与铝翅片紧密接合，由此来制得翅片管式热交换器。

<翅片管式热交换器及空调>

本实施方式所涉及的翅片管式热交换器，其具备：铝合金制外部翅片与紧密接合于该铝合金制外部翅片的上述内沟槽管100。由于该翅片管式热交换器使用了对挤压性出色且热交换率出色的内沟槽管进行扩管而获得的内沟槽管100，因此，通过使HFC等的冷媒流过内沟槽管100管内，可以使铝制翅片与外部空气进行热交换时的热交换率出色，且通过简单的扩管工序，高精度且高效率地生产出翅片管式热交换器。

本实施方式所涉及的空调，是具备上述翅片管式热交换器的空调。这种空调，由于使用了具备可高精度高效率生产的热交换率出色的翅片管式热交换器，因此可实现小型化、高效率化。尤其，这种空调可作为对节能、小型化要求高的热泵空调而被公用。

以上参照附图对本发明的实施方式进行了叙述,但是这些仅为本发明实施方式的例示，本发明还可采用上述以外的各种各样的构成。

例如，在上述实施方式中，说明了在管内表面具有与管子的长边方向并行存在的多个突条型翅片102的铝合金制内沟槽管100,但是这里所指的“并行”不要求严格的“平行”，可以相对于管子的长边方向倾斜±5°以内，优选为±3°以内，最优选为倾斜±1°以内。因为，在内沟槽管100制造工序中，使制造的全部突条型的多个翅片102完全“平行”非常困难。

并且，在上述实施方式中，说明了与内沟槽管100的长边方向相垂直的截面上的多个翅片102，是以大致均匀的形状被均匀地配置在内沟槽管100圆周方向上,不过在此所述的“垂直”不要求严格的“直角”交叉，可以是相对于管子的长边方向倾斜±5°以内，优选为±3°以内，最优选为±1°以内的交叉。因为，在切断内沟槽管100而对其截面进行观察时，很难做到与内沟槽管100的长边方向完全成“直角”地进行切断。

并且，在此所述的“大体均匀”不需要完全均匀，只要将多个翅片102的高度及宽度控制在平均值的±5°以内，优选的是在±3°以内，最优选的是在±1°以内即可称为形“大体均匀”。因为，要制造成所有多个翅片102的形状完全“均匀”非常困难。并且，只要多个翅片102的顶点之间的间隔，控制在平均值的±5°以内，优选的是控制在±3°以内，最优选的是控制在±1°以内即可称为配置“大体均匀”。因为，要制造成所有多个翅片102的配置完全“均匀”非常困难。

【实施例】

以下，通过实施例对本发明进行进一步说明，但是本发明并不限定于这些例子。

<实施例1>

以下与比较例一起说明本发明的实施例。采用热间挤压制造了具备表1所示的各种翅片形状的内沟槽管。作为挤压条件，使用JIS3003及JIS6063合金，以管坯温度500℃、挤压速度20m/min进行了挤压。挤压后，进行了以下所示的评价。

【表1】

挤压性

肉眼观察挤压后的管子，将观察到翅片的缺损、脱落等的问题的情况评价为“有”，没观察到的情况评价为“无”。

<传热特性>

将制作的各种形状的传热管组入到双重管式热交换器的内管中，使作为冷媒的HFC在传热管中以冷媒流速300kg/m²sec流过，并使被冷却水流过管外侧，在这种状态下测量了管内热传递率。

下面对表1所示的评价结果进行说明。实施例1～9满足10≤F/A≤15的条件，因此挤压时翅片未发生缺损，且热传递率也良好。另一方面，比较例10、11、15的F/A不满足10≤F/A≤15的条件，因此热传递率变低。比较例12～14由于翅片数多，F/A不满足10≤F/A≤15，因此在挤压时翅片发生缺损。

<实验例2>

使用表2所示成分的合金来制造了具有表1所示条件1的形状的挤压管，按照以下评价项目进行了评价。并且，挤压条件设置为管坯温度500℃、挤压速度20m/min。

【表2】

合金成分                                (mass％)

<挤压压力>

将挤压时压力出现显著增加的情况评价为「×」，未出现的情况评价为「○」。具体来讲，将挤压时的压力超过20MPa的情况评价为「×」，压力超过20MPa以下18MPa以上的情况评价为「△」，压力超过18MPa以下的情况评价为「○」。评价结果如表3所示。

<拉伸试验>

按照JISZ2241对挤压后的管进行了拉伸试验。评价结果如表3所示。

【表3】

下面对表3进行说明。由于实施例16～21使用了合适的材料(采用了Mn:1.0～1.5质量%和Cu:0.05～0.25质量%和Mg:0.025质量%以下，剩余部分由Al与不可避免的杂质组成的铝合金)，因此在挤压时压力不会显著增加。另一方面，比较例22、24中分别存在Mn或Cu的含量过低的问题，从而不满足适宜材料的条件，因此与采用合适材料的情况相比机械性较低，在强度方面有改善的余地。还有，比较例23、25、26中存在Mn、Cu、Mg的含量过高的问题，从而不满足合适材料的条件，因此在挤压时发现压力有某种程度的增加的现象，与采用合适材料的情况相比挤压性不充分。

以上，以实施例对本发明进行了说明。当然地，这些实施例只是例示，还可能存在各种变形例，而且那些变形例也在本发明所保护的范围内。

【产业上的可利用性】

如以上所述，根据本发明，能够提供挤压性出色且作为传热管可充分满足传热特性的、具有翅片形状的传热管，并且作为用于冷冻机或空调机等的热交换器的内翅片传热管，具有显著的效果。

【符号说明】

D0:管外径

D1:与槽底部相切的圆的直径

100:内沟槽管

102:翅片

Claims (10)

1.一种内沟槽管，是在管内表面具有并行于管的长边方向的突条型多个翅片的铝合金制内沟槽管，该内沟槽管的特征在于：

垂直于该内沟槽管的长边方向的截面上的该多个翅片，以大致均匀的形状大致均匀地配置在该内沟槽管的圆周方向上，

该截面中的内周边的长度F(mm)和被该截面中的内周边及与该多个翅片顶部相切的圆所包围的槽空间部的面积A(mm²)之比在10≤F/A≤15的范围内。

2.如权利要求1所述的内沟槽管，其中，所述比在12≤F/A≤14的范围内。

3.如权利要求1所述的内沟槽管，其中，所述内沟槽管的主要部件由铝合金材料所构成，该铝合金含有Mn:1.0～1.5质量%和Cu:0.05～0.25质量%和Mg:0.025质量%以下，剩余部分是Al与不可避免的杂质。

4.如权利要求1所述的内沟槽管，其中，所述管内表面的多个翅片是对材料进行挤压加工或拉伸加工而形成。

5.如权利要求1所述的内沟槽管，其中，所述内沟槽管的内径为3mm～10mm。

6.如权利要求5所述的内沟槽管，其中，所述翅片的高度是所述内径的5％以下。

7.如权利要求5所述的内沟槽管，其中，所述翅片的宽度是0.2mm以上。

8.一种内沟槽管，其是对权利要求1所述的内沟槽管进行扩管而形成。

9.一种翅片管式热交换器，其具备：

铝合金制外部翅片；

紧密接合于该铝合金制外部翅片上而形成的如权利要求8所述的内沟槽管。

10.一种空调，其具备如权利要求9所述的热交换器。

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