CN103765148B - 翅片管式热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种翅片管式热交换器。在翅片套环的根部具有在所述翅片套环的立起方向的相反方向凹陷的凹陷部，所述翅片套环的根部的所述凹陷部的剖面形状形成为大致沿着相邻的所述翅片套环的顶端的凸缘形状的圆弧状，由此能够减小间隙空间，增大所述传热管和所述翅片套环的接触面积，因此能够降低接触热阻来提高所述传热管和所述传热翅片之间的传热，提高热交换性能。

Description

翅片管式热交换器
技术领域
本发明涉及一种翅片管式热交换器，其在许多层叠在一起的平板状的翅片之间流动的空气等气体和在传热管内流动的水或制冷剂等流体之间传递热。特别是涉及用于室内空调、柜式空调、汽车空调等空气调节机、热泵式供热水机、冷藏库、冷冻库等的翅片管式热交换器。
背景技术
装入室内空调等空气调节机或冷藏库等的热交换器，大部分为翅片管式热交换器。
图4是用于说明一般的翅片管式热交换器1的局部剖面概略主视图。
翅片管式热交换器1包括以规定间隔相互平行排列的多个传热翅片31和传热管33，该传热管33设置为与上述传热翅片31的平面大致正交地立起，与大致圆筒状的翅片套环扩管贴紧。而且，通过使水或制冷剂在该传热管33的内部流动，经由上述传热管33和上述传热翅片31，与外部的空气之间进行热交换。
该翅片管式热交换器1一般由下面的工序制造。
首先，对铝或铝合金等制造的薄板进行冲压加工，形成具有与上述薄板的平面大致正交地立起的大致圆筒状的翅片套环的上述传热翅片31。接着，将铜或钢合金等制造的上述传热管33折弯加工成U字型，形成为发卡（U字）状。然后，将多个上述传热翅片31平行地层叠，使上述传热管33穿过连接的上述翅片套环。再用适当的方法对上述传热管33进行扩管，由此上述传热管33的外表面和上述翅片套环的内表面贴紧，上述传热管33被固定在上述传热翅片31上。最后，对上述传热管33的开放端进行扩管并插入U型管35，通过钎焊而连通上述传热管33。
近年来，在空气调节机和冷藏库中，也要求能量消耗效率大幅度提高。因此，要求装入这些设备的翅片管式热交换器提高传热性能。
作为影响翅片管式热交换器的传热性能的因素，公知的有上述传热管33与在其内部流动的水或制冷剂等流体之间的导热系数、上述传热管与上述翅片套环之间的接触热阻、上述传热翅片31的热传导的翅片效率和空气与上述传热翅片31之间的导热系数。
要上述传热管33与在其内部流动的流体之间的导热系数提高，有效的是促进管内的沸腾传热、凝结传热或对流传热，因此正在推进上述传热管33的内表面积的增加和使制冷剂的搅拌效果增大的最佳内面槽形状的开发。
另外，作为提高空气和上述传热翅片31之间的导热系数的方法，已开发出在上述传热翅片31的表面设置用于抑制空气的温度边界层的形成的起伏，或设置称为切口（slit）或百叶板的切断成形部的方法。正在推进这些起伏和切口或百叶板的尺寸、形状的最佳化。另外，翅片效率由上述传热翅片31的板厚和导热系数以及上述传热管33的直径和排列来根本性地决定，因此进行了注意到这些的设计。
另一方面，上述传热管33和上述翅片套环之间的接触热阻，受上述传热管33和上述翅片套环的贴紧程度影响。
图5是现有技术的一个例子的翅片管式热交换器的翅片套环主要部分的剖视图。如图5所示，一般地，翅片管式热交换器的传热翅片101的翅片套环102，顶端具有剖面为圆弧状的凸缘部103，根部具有边缘向上述翅片套环102的半径方向的外侧扩展的R部104。因此，即使层叠上述传热翅片101，在上述翅片套环102中插入传热管105，然后进行扩管，也产生不能与上述翅片套环102贴紧的间隙空间107，因此成为使接触热阻恶化的原因。
另外，例如，在传热翅片的材料使用铝或铝合金，传热管的材料使用铜或铜合金的情况下，在对传热管进行扩管来使其固定在翅片套环时，翅片套环产生塑性变形而维持扩管后的孔径。与此相反，弹性系数更大的传热管在扩管后略微缩径，在其与翅片之间形成极小的空隙部。一般认为，该空隙部造成的热交换器的性能损失（热阻）是热交换器整体的5％左右（例如，参照非专利文献1）。
图6是现有技术的另一个例子的翅片管式热交换器的翅片套环主要部分的剖视图。如图6所示，已提出一种技术，即，为了减小间隙空间和空隙部107，提高热交换器的传热性能，而采用向间隙空间或空隙部107填充有机被膜、金属粉末等热传导性微粉末、涂料、树脂等来填补间隙空间和空隙部的结构108（参照专利文献1－6）。另外还提出一种技术，即，不对传热管进行扩管，而是通过将低融点的非金属材料加热融化，使传热管和翅片贴紧（粘合）的技术（参照专利文献7）。另外，还提案有利用粘接剂使传热管和翅片贴紧（粘合）（参照专利文献8）。
图7是现有技术又一个例子的翅片管式热交换器的翅片套环主要部分的剖视图。在图7所示的专利文献9记载的翅片中，以防止产生邻接的翅片彼此在扩管时相接触的粘连（avec）现象而翅片套环和传热管的贴紧性恶化为目标，其目的在于使翅片的层叠性良好。为了实现该目的，在专利文献9记载的翅片中，采用了设有使翅片套环26的根部R部附近的平面部22的一部分突出的突出部32的结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭56－133595号公报
专利文献2：日本特开昭58－158493号公报
专利文献3：日本特开平10－160374号公报
专利文献4：日本特开昭60－162193号公报
专利文献5：日本专利第3982768号公报
专利文献6：日本特开2010－169344号公报
专利文献7：日本特开昭59－15794号公报
专利文献8：日本特开平9－145282号公报
专利文献9：日本特开平9－119792号公报
非专利文献
非专利文献1：中田，“空调用热交换器的最佳设计和经济性”，机械研究，1989、第41卷、第9号、P.1005－1011
发明内容
发明要解决的课题
但是，在上述现有结构中，在层叠上述传热翅片时，在上述翅片套环顶端的剖面为圆弧状的凸缘部和根部的剖面为圆弧状的R部之间产生的间隙空间，都不能使上述翅片套环和上述传热管直接接触。因此，存在接触热阻的减小方面有限度这样的问题。
另外，上述翅片套环顶端的上述凸缘部的剖面的圆弧形状的半径和上述翅片套环的根部的R部的剖面的圆弧形状的半径，由于上述翅片套环的冲压加工时的上述传热翅片的材料的延伸性的制约而不能减小。因此，也存在接触热阻的减小方面有限度的问题。
另外，在间隙空间填充与上述传热翅片和上述传热管不同的材料，这种情况使产品废弃时的再生性变差。
另外，即使采用在翅片套环的根部设置突出部来改善翅片的层叠性的结构，也不能减小在翅片套环的顶端的凸缘部和根部的R部之间产生的间隙空间本身。
本发明解决了上述现有问题，本发明的目的在于，提供一种增大传热管和翅片套环部直接接触的面积，提高传热管和翅片的贴紧性，从而能够降低接触热阻，提高热交换性能的翅片管式热交换器。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述现有问题，本发明的翅片管式热交换器，包括：
隔开规定间隔大致平行地层叠的多个传热翅片；和
在与所述传热翅片的平面方向大致正交的方向贯通传热翅片的多个传热管，
在所述传热管贯通的所述传热翅片的贯通孔的周围，形成有在与所述传热翅片的平面方向大致正交的方向延伸的大致圆筒状的翅片套环，所述传热管以与所述翅片套环贴紧的状态插入到所述贯通孔中，在沿着所述传热翅片的平面方向流动的气体和在所述传热管的内部流动的制冷剂之间进行热交换，
所述翅片套环，在顶端具有剖面为圆弧状的凸缘部，在根部具有凹陷部，该凹陷部从与所述翅片套环连接的周围的翅片平面在所述翅片套环的立起方向的相反方向凹陷，
所述翅片套环的所述凹陷部的剖面形状形成为，在层叠了所述传热翅片时，大致依照邻接的所述传热翅片的所述翅片套环的所述凸缘部的形状的圆弧状。
由此，能够减小所述翅片套环的顶端的所述凸缘部和所述根部的R部之间产生的间隙空间。另外，能够增加所述传热管和所述翅片套环的接触面积，能够降低接触热阻来提高所述传热管和所述传热翅片之间的传热，因此能够提高热交换性能。另外，不需要所述传热管和所述传热翅片以外的材料，因此也不会损害产品废弃时的再生性。
发明效果
本发明的翅片管式热交换器，能够减小在翅片套环的顶端的凸缘部和根部的R部之间产生的间隙空间。另外，能够增大传热管和翅片套环的接触面积，能够降低接触热阻来提高传热管和传热翅片之间的传热，因此能够提高热交换性能。
附图说明
图1是本发明实施方式1的翅片管式热交换器的翅片套环主要部分的剖视图。
图2是图1的A部的翅片套环主要部分的放大剖视图。
图3是本发明实施方式2的翅片管式热交换器的翅片套环主要部分的剖视图。
图4是用于说明一般的翅片管式热交换器的部分剖面概略主视图。
图5是现有技术的一个例子的翅片管式热交换器的翅片套环主要部分的剖视图。
图6是现有技术的另一个例子的翅片管式热交换器的翅片套环主要部分的剖视图。
图7是现有技术的又一个例子的翅片管式热交换器的翅片套环主要部分的剖视图。
具体实施方式
本发明的第一方式的翅片管式热交换器，包括：
隔开规定间隔大致平行地层叠的多个传热翅片；和
在与上述传热翅片的平面方向大致正交的方向贯通上述传热翅片的多个传热管，
在上述传热管贯通的上述传热翅片的贯通孔的周围，形成有在与上述传热翅片的平面方向大致正交的方向延伸的大致圆筒状的翅片套环，上述传热管以与上述翅片套环贴紧的状态插入到上述贯通孔，在沿着上述传热翅片的平面方向流动的气体和在上述传热管的内部流动的制冷剂之间进行热交换，
上述翅片套环，在顶端具有剖面为圆弧状的凸缘部，在根部具有凹陷部，该凹陷部从与上述翅片套环连接的周围的翅片平面在上述翅片套环的立起方向的相反方向凹陷，
上述翅片套环的上述凹陷部的剖面形状形成为，在层叠了上述传热翅片时，大致依照邻接的上述传热翅片的上述翅片套环的上述凸缘部的形状的圆弧状。
根据该结构，能够减小在上述翅片套环的顶端的上述凸缘部和上述根部的R部之间产生的间隙空间，能够增加上述传热管和上述翅片套环的接触面积。另外，能够降低接触热阻来提高上述传热管和上述传热翅片之间的传热，因此能够提高热交换性能。
另外，不需要上述传热管和上述传热翅片以外的材料，因此不会损害产品废弃时的再生性。
本发明的第二方式的翅片管式热交换器，尤其是在第一方式的结构中，还具备以包围上述翅片套环的周围的方式在上述翅片套环的立起方向设置的大致圆状的突出部，上述大致圆状的突出部的直径设置为上述翅片套环的顶端的上述凸缘部的最外缘的直径以上。
根据该结构，在层叠了上述传热翅片时，上述翅片套环的轴中心的偏差减小。另外，在对插入到上述翅片套环的上述传热管进行扩管时，不易在圆周方向上产生贴紧性的疏密，能够确保良好的贴紧性，进而能够减小接触热阻。
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，本发明不被该实施方式限定。
（实施方式1）
图1是本发明第一实施方式的翅片管式热交换器200的翅片套环主要部分的剖视图。图2是图1的A部的翅片套环主要部分放大剖视图。
图1所示的第一实施方式的翅片管式热交换器200包括多个传热翅片201和多根传热管205。另外，在传热管205贯通的传热翅片201的贯通孔208的周围，形成有大致圆筒状的翅片套环202。下面，对本实施方式1的翅片管式热交换器200的翅片套环202进行详述。
在图1和图2中，翅片套环202在其顶端具有剖面为圆弧状的凸缘部203，在翅片套环202的根部具有从与翅片套环202连接的周围的翅片平面206在翅片套环202的立起方向的相反方向凹陷的凹陷部204。翅片套环202的根部的凹陷部204的剖面形状形成为，在层叠了传热翅片201时大致依照邻接的传热翅片201的翅片套环202的顶端的凸缘部203的形状的圆弧状。
针对如上构成的翅管热交换器200，说明其动作和作用。
在本实施方式1中，翅片套环202在其顶端具有剖面为圆弧状的凸缘部203，在翅片套环202的根部具有从与翅片套环202连接的周围的翅片平面206在翅片套环202的立起方向的相反方向凹陷的凹陷部204。翅片套环202的根部的凹陷部204的剖面形状形成为，在层叠了传热翅片201时大致依照邻接的传热翅片201的翅片套环202的顶端的凸缘部203的形状的圆弧状。因此，能够减小层叠了多个传热翅片201时在翅片套环202的顶端的凸缘部203的R部和根部的凹陷部204的R形状之间产生的间隙空间207。另外，能够增加对插入到翅片套环202的传热管205进行扩管时传热管205和翅片套环202的接触面积。另外，能够降低接触热阻来提高传热管205和传热翅片201之间的传热，因此能够提高热交换性能。
另外，本实施方式1的翅片管式热交换器200，不需要上述传热管205和上述传热翅片201以外的材料，所以不会损害产品废弃时的再生性。
（实施方式2）
图3是本发明第二实施方式的翅片管式热交换器200a的翅片套环主要部分的剖视图。
如图3所示，本实施方式2的翅片管式热交换器200a与上述的实施方式1的翅片管式热交换器200相比，不同点是在翅片套环202a设有突出部209。在本实施方式2中，其他结构与实施方式1的翅片管式热交换器200相同。下面，对本实施方式2的翅片管式热交换器200a的翅片套环202a进行详述。
在图3中，翅片套环202a与实施方式1一样，在其顶端具有剖面为圆弧状的凸缘部203，在翅片套环202a的根部具有从与翅片套环202a连接的周围的翅片平面206在翅片套环202a的立起方向的相反方向凹陷的凹陷部204。翅片套环202a的根部的凹陷部204的剖面形状形成为，在层叠了传热翅片201a时大致依照邻接的传热翅片201a的翅片套环202a的顶端的凸缘部203的形状的圆弧状。另外，以包围翅片套环202a的周围的方式在翅片套环202a的立起方向设置有大致圆状的突出部209。大致圆状的突出部209的直径形成为翅片套环202a的顶端的凸缘部203的最外缘的直径以上。
下面，对如上构成的翅管热交换器200a说明其动作和作用。
在本实施方式2中，在减小间隙空间207的实施方式1的结构的基础上，以包围翅片套环202a的周围的方式在翅片套环202a的立起方向设有大致圆状的突出部209。大致圆状的突出部209的直径形成为翅片套环202a的顶端的凸缘部203的最外缘的直径以上。在层叠了传热翅片201a时，翅片套环202a的轴中心的偏差减小。另外，在对插入到翅片套环202a的传热管205进行扩管时，在圆周方向上不易产生贴紧性的疏密，因此能够确保良好的贴紧性，进而能够减小接触热阻。
工业上的可利用性
如上所述，本发明的翅片管式热交换器，在翅片套环的顶端具有剖面为圆弧状的凸缘部，在翅片套环的根部具有从与翅片套环连接的周围的翅片平面在翅片套环的立起方向的相反方向凹陷的凹陷部。翅片套环的根部的凹陷部的剖面形状形成为层叠了传热翅片时大致依照邻接的传热翅片的翅片套环的顶端的凸缘部的形状的圆弧状。因此，能够减小在翅片套环的顶端的凸缘部和根部的R部之间产生的间隙空间。另外，能够增加传热管和翅片套环的接触面积，能够降低接触热阻来提高传热管和传热翅片之间的传热。其结果是，能够提高热交换性能，所以不仅能够适用于各种空气调节机、冷藏库和冷冻库，还能够适用于热泵式供热水机和燃气热水器等用途。
符号说明
200、200a翅片管式热交换器
201、201a传热翅片
202、202a翅片套环
203凸缘部
204凹陷部
205传热管
206翅片平面
207翅片套环和传热管之间的间隙空间
208贯通孔
209突出部

Claims (2)

1.一种翅片管式热交换器，其特征在于，包括：
隔开规定间隔大致平行地层叠的多个传热翅片；和
在与所述传热翅片的平面方向大致正交的方向贯通所述传热翅片的多个传热管，
在所述传热管贯通的所述传热翅片的贯通孔的周围，形成有在与所述传热翅片的平面方向大致正交的方向延伸的大致圆筒状的翅片套环，所述传热管以与所述翅片套环贴紧的状态插入到所述贯通孔中，在沿着所述传热翅片的平面方向流动的气体和在所述传热管的内部流动的制冷剂之间进行热交换，
所述翅片套环，在顶端具有剖面为圆弧状的凸缘部，在根部具有凹陷部，该凹陷部从与所述翅片套环连接的周围的翅片平面向所述翅片套环的立起方向的相反方向凹陷，
所述翅片套环的所述凹陷部的剖面形状形成为，在层叠了所述传热翅片时，大致依照邻接的所述传热翅片的所述翅片套环的所述凸缘部的形状的圆弧状。
2.如权利要求1所述的翅片管式热交换器，其特征在于：
还具有大致圆状的突出部，其以包围翅片套环周围的方式在所述翅片套环的立起方向设置，
所述大致圆状的突出部的直径为所述翅片套环的顶端的所述凸缘部的最外缘的直径以上。
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