CN104040281B

CN104040281B - 空气调节机

Info

Publication number: CN104040281B
Application number: CN201280062765.7A
Authority: CN
Inventors: 李相武; 石川光裕; 石桥晃; 松田拓也
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2032-06-13
Also published as: EP2796822A1; WO2013094084A1; ES2624188T3; JPWO2013094084A1; JP6053693B2; EP2796822A4; US20140318756A1; CN104040281A; EP2796822B1; US9506700B2

Abstract

本发明提供一种热交换器，该热交换器能够不使室外侧热交换器的管内压力损失增加地增大室内侧热交换器的热交换能力，提高空气调节机的效率。本发明的空气调节机具有：室外机，该室外机搭载有室外侧热交换器(3)，所述室外侧热交换器通过将由铝或者铝合金等金属材料形成的多个传热管(23)插通多个翅片(12)而形成；室内机，该室内机搭载有室内侧热交换器(2)，所述室内侧热交换器通过将由铝或者铝合金等金属材料形成的多个传热管(21)插通多个翅片(11)而形成，室外侧热交换器(3)的传热管(23)，在管内面形成有多个相对于管轴方向大致平行的直槽(24)，室内侧热交换器(2)的传热管(21)，在管内面形成有多个具有规定的导程角的螺旋槽(22)。

Description

空气调节机

技术领域

本发明涉及使用具有带管内槽的传热管的热交换器的空气调节机，所述带管内槽的传热管由铝或者铝合金等金属材料构成。

背景技术

以往，已知有如下的使用翅片管型热交换器的热泵式空气调节机，所述翅片管型热交换器由翅片和传热管构成，所述翅片按一定间隔配置，在其间流动着气体(空气)；所述传热管在管内面具有槽，其以直角插入各翅片，在传热管的内部流动着制冷剂。

空气调节机一般具有：蒸发器，使制冷剂蒸发、利用此时的气化热来冷却空气以及水等；压缩机，压缩从蒸发器排出的制冷剂、使之成为高温并将其供给冷凝器；冷凝器，利用制冷剂的热来加热空气以及水等；膨胀阀，使从冷凝器排出的制冷剂膨胀、成为低温并将其供给蒸发器；以及四通阀，通过切换制冷循环内的制冷剂的流动方向而切换制热运转、制冷运转。传热管被装入冷凝器、蒸发器，在其内部流动着含有冷冻机油的制冷剂。

近年来，考虑到铜价飞涨、循环利用性等，使用铝或者铝合金等金属材料作为冷凝器和蒸发器的传热管材料。另外，为了实现热交换器的高性能化，提出了使用在管内面形成有直槽的带槽管作为传热管的技术方案(例如，参照专利文献1)。这样的带直槽管，由于具有比裸管(baretube)高的传热性能，所以若用于搭载于室外机以及室内机的热交换器，则能够提高空气调节机的性能。

另外，近年来开发了在管内面按螺旋状形成槽的带螺旋槽管。若使用这样的带螺旋槽管，则相比带直槽管能够提高热交换率，能够进一步提高空气调节机的性能。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2001－289585号公报(图1)

发明内容

发明要解决的课题

但是，在前述那样的使用由铝或者铝合金等金属材料形成的带槽管作为热交换器的传热管的空气调节机中，具有若搭载于室内机的热交换器和搭载于室外机的热交换器使用同种的带槽管，则空气调节机的性能反而下降的问题。

另外，由于铝材的强度低，所以必须加大传热管的槽底的板厚，因此存在传热管的管内压力损失增加的问题。

本发明就是为了解决上述那样的课题而提出的，其目的在于获得一种空气调节机，该空气调节机使用通过将由铝或者铝合金等金属材料形成的传热管插通于多个翅片而形成的热交换器，能够提高效率。

用于解决课题的手段

本发明的空气调节机，具有：室外机，该室外机搭载有室外侧热交换器，所述室外侧热交换器通过将由铝或者铝合金等金属材料形成的多个传热管插通多个翅片而形成；室内机，该室内机搭载有室内侧热交换器，所述室内侧热交换器通过将由铝或者铝合金等金属材料形成的多个传热管插通多个翅片而形成，上述室外侧热交换器的传热管，在管内面形成有多个相对于管轴方向大致平行的直槽，上述室内侧热交换器的传热管，在管内面形成有多个具有规定的导程角的螺旋槽。

发明的效果

本发明，由于在室外侧热交换器的传热管的管内面形成有直槽而在室内侧热交换器的传热管的管内面形成有螺旋槽，所以能够不增加室外侧热交换器的管内压力损失，而增大室内侧热交换器的热交换能力，能够提高空气调节机的效率。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的空气调节机的结构的图。

图2是表示本发明实施方式1的热交换器的图。

图3是从正面侧观察本发明实施方式1的热交换器的铅垂方向截面的局部放大图。

图4是表示在室内侧热交换器和室外侧热交换器中组合使用多种传热管的情况下的制热性能系数(COP)比的图。

图5是表示在室内侧热交换器和室外侧热交换器中组合使用多种传热管的情况下的制冷性能系数(COP)比的图。

图6是从侧面侧观察本发明实施方式1的热交换器的铅垂方向截面的局部放大图。

图7是表示本发明实施方式1的空气调节机的室内侧热交换器的其它构成例的图。

图8是表示实施方式2的室外侧热交换器的传热管的管内面形状的图。

图9是表示利用机械扩管方式进行扩管的状况的图。

图10是表示高突起的条数与热交换率的关系的图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是表示本发明实施方式1的空气调节机的结构的图。

如图1所示，空气调节机具有制冷循环，通过制冷剂配管依次连接压缩机5、四通阀8、搭载于室外机的室外侧热交换器3、作为膨胀机构的膨胀阀7、搭载于室内机的室内侧热交换器2，使制冷剂在其中循环。

四通阀8通过切换制冷循环内的制冷剂的流动方向来进行制热运转、制冷运转的切换。另外，在为制冷专用或者制热专用的空气调节机的情况下，也可以省略四通阀8。室外侧热交换器3，在制冷运转时作为利用制冷剂的热来加热空气等的冷凝器发挥作用，在制热运转时，作为使制冷剂蒸发、利用此时的气化热来冷却空气等的蒸发器发挥作用。室内侧热交换器2，在制冷运转时作为制冷剂的蒸发器发挥作用，在制热运转时作为制冷剂的冷凝器发挥作用。压缩机5压缩从蒸发器排出的制冷剂、使之成为高温并将其供给冷凝器。膨胀阀7使从冷凝器排出的制冷剂膨胀而成为低温并将其供给蒸发器。作为制冷剂，使用HC单一制冷剂或者含有HC的混合制冷剂、R32、R410A、R407C、二氧化碳中的任一种。由于铝材的强度低，所以要加厚传热管的槽底的板厚，由此导致传热管的管内压力损失增加。若使用管内压力损失小的HC单一制冷剂或者包含HC的混合制冷剂、R32、R410A、R407C、二氧化碳中的任一种，则能够不增加压力损失地提高蒸发的管内传热性能，因此，能够提供高效率的热交换器。

另外，在以下的说明中，在不区分室内侧热交换器2和室外侧热交换器3时，称作热交换器1。

图2是表示本发明实施方式1的热交换器的图。

在图2中，热交换器1是作为冷冻装置、空气调节装置等的蒸发器、冷凝器而广泛使用的翅片管式的热交换器。图2(a)表示沿着铅垂方向切断热交换器1时的立体图，图2(b)表示从侧面侧观察热交换器1的截面的一部分。

热交换器1由多个热交换器用翅片10和传热管20构成。相对于按规定间隔排列的多个翅片10，以贯通设置于各翅片10的贯通孔的方式设置传热管20。传热管20成为制冷循环中的制冷剂回路的一部分，在管内部流动着制冷剂。通过经由翅片10传递在传热管20内部流动着的制冷剂和在外部流动着的空气的热，作为与空气的接触面的传热面积扩大，能够高效地进行制冷剂与空气之间的热交换。

图3是从正面侧观察本发明实施方式1的热交换器的铅垂方向截面的局部放大图。图3(a)是从正面侧观察室内侧热交换器2的铅垂方向截面的局部放大图，图3(b)是从正面侧观察室外侧热交换器3的铅垂方向截面的局部放大图，任一个图都表示相邻的传热管的截面与其间的翅片。

如图3(a)所示，室内侧热交换器2的翅片11由传热性优良的铝或者铝合金等金属材料形成。另外，贯通翅片11的传热管21由传热性优良的铝或者铝合金等金属材料形成。室内侧热交换器2的传热管21，在管内面形成有多个具有规定的导程角Ra的螺旋槽22。

如图3(b)所示，室外侧热交换器3的翅片12由传热性优良的铝或者铝合金等金属材料形成。另外，贯通翅片12的传热管23由传热性优良的铝或者铝合金等金属材料形成。室外侧热交换器3的传热管23，在管内面形成有多个相对于管轴方向大致平行的直槽24。

在此，比较室内侧热交换器2和室外侧热交换器3的传热管使用同种的传热管的情况、和使用本实施方式的传热管21以及23的情况下的制热性能以及制冷性能来进行说明。

如图4所示，若室内机以及室外机双方都使用在管内面形成有直槽的铝制的传热管(铝制带直槽管)，则与室内机以及室外机双方都使用铝制的裸管(铝裸管)的情况相比，热交换器的热交换率提高，制热性能(制热性能系数比)提高。另外，若室内机以及室外机双方都使用在管内面形成有螺旋槽的铝制的传热管(铝制带螺旋槽管)，则与室内机以及室外机双方都使用铝裸管、铝制带直槽管的情况相比，热交换器的热交换率提高，制热性能进一步提高。

但是，室内机以及室外机双方都使用铝制带螺旋槽管的情况，与室内机以及室外机双方都使用在管内面形成有螺旋槽的铜制的传热管(铜制带螺旋槽管)的情况相比，制热性能降低。这是由于，相比铜材，铝的强度低，必须加厚传热管的槽底的板厚，因此导致室外侧热交换器3的管内蒸发的压力损失增加。

另一方面，如本实施方式那样，室内机的室内侧热交换器2的传热管21使用形成有螺旋槽22的铝制的传热管(铝制带螺旋槽管)而室外机的室外侧热交换器3的传热管23使用形成有直槽24的铝制的传热管(铝制带直槽管)的情况，与室内机以及室外机双方都使用铜制带螺旋槽管的情况、室内机以及室外机双方都使用铝制带螺旋槽管的情况相比，制热性能提高。

这是由于，通过室外侧热交换器3的传热管23使用管内压力损失小的带直槽管，难以发生越过室外侧热交换器3的传热管23的槽而流动那样的流动，能够不增加管内压力损失地提高热交换率。这样，根据本实施方式的结构，能够提高制热效率，能够获得高效率的空气调节机。

如图5所示，若室内机以及室外机双方都使用铝制带直槽管，则与室内机以及室外机双方都使用铝裸管的情况相比，热交换器的热交换率提高，制冷性能(制冷性能系数比)提高。

但是，室内机以及室外机双方都使用铝制带直槽管的情况，与室内机以及室外机双方都使用铝制带螺旋槽管的情况相比，制冷性能降低。这是由于，在制冷剂流量大的制冷额定运转的情况下，管内中心部的蒸气制冷剂流速变快，壁面附近的液膜剥离，室内侧热交换器2的管内热传导率降低，蒸发性能降低。

另外，室内机以及室外机双方都使用铝制带螺旋槽管的情况，与室内机以及室外机双方都使用铜制带螺旋槽管的情况相比，制冷性能降低。这是由于，相比铜材，铝的强度低，必须加厚传热管的槽底的板厚，因此导致室外侧热交换器3的管内的压力损失增加。另外，也是由于，因室外侧热交换器3比室内侧热交换器2大型，所以传热管变长，室外侧热交换器3的管内的压力损失增加。

另一方面，如本实施方式那样，室内机的室内侧热交换器2的传热管21使用形成有螺旋槽22的铝制的传热管(铝制带螺旋槽管)而室外机的室外侧热交换器3的传热管23使用形成有直槽24的铝制的传热管(铝制带直槽管)的情况，与室内机以及室外机双方都使用铜制带螺旋槽管的情况、室内机以及室外机双方都使用铝制带螺旋槽管的情况相比，制冷性能提高。

这是由于，通过室内侧热交换器2的传热管21使用热传导率高的带螺旋槽管，在制冷剂流量大的制冷额定运转的情况下，即使管内中心部的蒸气制冷剂流速变快，也能够抑制壁面附近的液膜的剥离，能够抑制室内侧热交换器2的管内热传导率的降低，能够抑制蒸发性能的降低。

另外，也是由于，通过室外侧热交换器3的传热管23使用管内压力损失小的带直槽管，难以发生越过室外侧热交换器3的传热管23的槽而流动那样的流动，能够不增加管内压力损失地提高热交换率。这样，根据本实施方式的结构，能够提高制冷效率，能够获得高效率的空气调节机。

由此，能够获得在制冷以及制热任一运转中都是高效率的空气调节机。

另外，本实施方式的热交换器，在通过配管依次连接压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器并使用制冷剂作为工作流体的制冷循环中，作为蒸发器或者冷凝器而使用，有助于提高性能系数(COP)。此外，可提高制冷剂与空气的热交换效率。因此，可以期待改善全年能耗效率(APF)。

此外，为了降低热交换器的压力损失，也可以考虑增加通道数、加大传热管的管径。但是，若增加通道数，则热交换器的制造成本也增加。另外，若增加传热管的管径，则将导致制冷剂充填量的增加或者空气侧性能降低。因此，若室内侧热交换器2的传热管21和室外侧热交换器3的传热管23使用不同种类的传热管，则能够期待更大的效果。

接着，对螺旋槽22的导程角Ra进行说明。

本实施方式中的室内侧热交换器2的传热管21的螺旋槽22的导程角Ra，设定为比室外侧热交换器3的传热管23的直槽24的导程角大5度～30度。

这是由于，若将室内侧热交换器2的传热管21的螺旋槽22的导程角Ra设定为5度以下，则热交换率将显著降低。另外，也是由于，若将室内侧热交换器2的传热管21的螺旋槽22的导程角Ra设定为30度以上，则管内压力损失将显著增加。通过如以上那样设定螺旋槽22的导程角Ra，能够进一步提高室内侧热交换器2的管内传热性能，能够获得高效率的室内侧热交换器2。

下面，对螺旋槽22以及直槽24的形状进行说明。

在以下的说明中，在不区分螺旋槽22和直槽24时，称为槽26。

图6是从侧面侧观察本发明实施方式1的热交换器的铅垂方向截面的局部放大图。图6的局部放大图与图2(b)的A部分相对应。

本实施方式的热交换器1，通过利用机械扩管方式(后述)对传热管20进行扩管而接合该传热管20和翅片10。

如图6所示，形成于传热管20的槽26之间的突起25的突起顶部，其扩管后的前端形状为梯形，前端宽度W被设定为0.20mm～0.35mm的范围。

这是由于，因为铝与铜相比变形阻力低而容易变形，突起25的突起顶部的压溃以及倒塌变大，所以通过将传热管20的扩管后的突起顶部的前端宽度W设定为0.20mm以上，能够减少槽26的突起25的压溃量以及槽26的突起25的倒塌。另一方面，若前端宽度W超过0.35mm，则槽部截面积变小，制冷剂液膜将从槽26溢出、导致到突起25的突起顶部为止都被制冷剂液膜所覆盖，因此热传导率降低。

因此，通过形成以上那样的结构，能够改善热交换器1的传热管20与翅片10的紧贴性，能够获得高效率的热交换器1。

另外，在上述的说明中，说明了将使用铝制带螺旋槽管的热交换器搭载于室内机的情况，但是也可以将使用铝制带螺旋槽管的热交换器和使用铝制带直槽管的热交换器搭载于室内机。

图7是表示本发明实施方式1的空气调节机的室内侧热交换器的其他构成例的图。

在图7中，室内侧热交换器2由第1室内侧热交换器2a和第2室内侧热交换器2b构成，利用传热管21进行连接。该第1室内侧热交换器2a以及第2室内侧热交换器2b的翅片11以及传热管21由传热性优良的铝或者铝合金等金属材料构成。

第1室内侧热交换器2a在传热管21的管内面形成有相对于管轴方向大致平行的直槽24。第2室内侧热交换器2b在传热管21的管内面形成有具有规定的导程角Ra的螺旋槽22。另外，通过第1室内侧热交换器2a的传热管21的长度和通过第2室内侧热交换器2b的传热管21的长度，例如设定为大致相同的长度。另外，连接制冷剂流路，以便在将室内侧热交换器2用作蒸发器的情况下，在制冷剂从第1室内侧热交换器2a流出后，使其流入第2室内侧热交换器2b。

即，在贯通第1室内侧热交换器2a以及第2室内侧热交换器2b的传热管21的整个长度上，从制冷入口开始的大致一半长度形成有直槽，从制冷出口开始的大致一半长度形成有螺旋槽。

由此，在第1室内侧热交换器2a中，利用直槽24能够不增加管内压力损失地使管内中心部的蒸气制冷剂流速加快。另外，利用第2室内侧热交换器2b的螺旋槽22，能过抑制壁面附近的液膜的剥离，防止蒸发性能降低。由此，能够进一步提高室内侧热交换器2的管内传热性能，能够获得高效率的热交换器。

实施方式2.

图8是表示实施方式2的室外侧热交换器的传热管的管内面形状的图。图8(a)表示扩管前的状态，图8(b)表示扩管后的状态。另外，图8的局部放大图与图2(b)的A部分相对应。

本实施方式的室外侧热交换器3的传热管23的管内面，通过形成槽而具有槽部28和突起部27。并且，突起部27由高突起27A和低突起27B两种突起而构成。在此，高突起27A在扩管前为突起顶部按平面形成的梯形形状，在扩管后也为突起顶部按平面形成的梯形形状。低突起27B的突起顶部的前端形状为曲面形状(R1)。另外，低突起27B的高度形成为比扩管后的高突起27A的高度低。

此外，室内侧热交换器2的构成与上述实施方式1相同。

在此，对利用机械扩管方式的扩管进行说明。

图9是表示利用机械扩管方式进行扩管的状况的图。对于热交换器1，首先在长度方向的中央部按照规定的弯曲节距弯曲加工成发夹状，制作成为传热管23的多个发夹管。在使发夹管通过翅片12的贯通孔后，利用机械扩管方式对发夹管进行扩管，使传热管23与翅片12紧贴、接合。所谓的机械扩管方式是指如下的方法，即，将在前端具有直径比传热管23的内径稍大的扩管球30的杆31插入传热管23的管内部，通过对传热管23的外径进行扩张，使其与翅片12紧贴。

在利用机械扩管方式进行扩管时，通过扩管球30的接触，高突起27A的突起顶部分被压溃，形成为平坦状，并且突起的高度变低。另一方面，低突起27B由于突起顶部分比压溃的高度低，所以没有变形。另外，并不是如以往那样对管内的所有突起部施加扩管球30的插入压力，而是对高突起27A的部分施加压力进行扩管，因此传热管的外表面被加工成多边形。能够抑制传热管的回弹。由此，能够改善传热管23与翅片12的紧贴性，提高热交换的效率。

图10是表示高突起的条数与热交换率的关系的图。

在本实施方式的传热管23的管内面，以12条以上18条以下的范围的条数形成高突起27A。另外，在高突起27A与高突起27A之间以3条以上6条以下的范围的条数形成低突起27B。

像这样在室外侧热交换器3中将传热管23的高突起27A设定为12条～18条的范围是因为，在扩管时扩管球30与高突起27A接触，突起顶部分被压溃，形成为平坦状且突起的高度变低，而若是将传热管23的高突起27A的条数设定为少于12，则低突起27B的突起顶部分也会被压溃、形成为平坦状，如图10所示，管内传热性能将降低。另外，若将高突起的条数设定为多于18，则低突起27B的条数将减少，管内传热性能也将降低。

如以上那样，在本实施方式中，对于室外侧热交换器3的传热管23，形成于直槽24的槽之间的突起部27，由以12条以上18条以下的范围的条数形成的高突起27A和在高突起27A之间以3条以上6条以下的范围的条数形成的低突起27B构成，低突起27B的高度形成为比扩管后的高突起27A低。因此，能够不增加管内压力损失地提高热交换率，能够获得高效率的空气调节机。

产业上的利用可能性

本发明并不局限于空气调节机，也可以适用于例如冷冻装置、热泵装置等、具有构成制冷剂回路并作为蒸发器、冷凝器的热交换器的其它的制冷循环装置。

符号说明

1热交换器，2室内侧热交换器，3室外侧热交换器，5压缩机，7膨胀阀，8四通阀，10翅片，11翅片，12翅片，20传热管，21传热管，22螺旋槽，23传热管，24直槽，25突起，26槽，27突起部，27A高突起，27B低突起，28槽部，30扩管球，31杆。

Claims

1.一种空气调节机，其特征在于，具有：

室外机，该室外机搭载有室外侧热交换器，所述室外侧热交换器通过将由铝或者铝合金的金属材料形成的多个传热管插通于多个翅片而形成；

室内机，该室内机搭载有室内侧热交换器，所述室内侧热交换器通过将由铝或者铝合金的金属材料形成的多个传热管插通于多个翅片而形成；以及

制冷循环，利用制冷剂配管连接压缩机、上述室外侧热交换器、膨胀机构以及上述室内侧热交换器而成，使制冷剂在其中循环，

上述室外侧热交换器的传热管，在管内面形成有多个相对于管轴方向平行的直槽，

上述室内侧热交换器具有:

在传热管的管内面形成有相对于管轴方向平行的多个直槽的第1室内侧热交换器；以及

在传热管的管内面形成有具有导程角的多个螺旋槽的第2室内侧热交换器，

上述第1室内侧热交换器的传热管的长度和上述第2室内侧热交换器的传热管的长度被设定为相同的长度，

在将上述室内侧热交换器用作蒸发器的情况下，上述制冷剂在从上述第1室内侧热交换器流出后，流入上述第2室内侧热交换器，

上述室内侧热交换器以及上述室外侧热交换器，通过利用机械扩管方式对上述传热管进行扩管而接合该传热管和上述翅片，

对于上述螺旋槽以及上述直槽，形成于槽之间的突起的突起顶部的扩管后的前端形状为梯形，前端宽度为0.20mm～0.35mm。

2.如权利要求1所述的空气调节机，其特征在于，

上述室内侧热交换器的传热管的上述螺旋槽的导程角为5度～30度。

3.如权利要求1或2所述的空气调节机，其特征在于，

上述室外侧热交换器，通过利用机械扩管方式对上述传热管进行扩管而接合该传热管和上述翅片，

对于上述室外侧热交换器的传热管，

形成于上述直槽的槽之间的突起，由按12条以上18条以下的范围的条数形成的高突起和按3条以上6条以下的范围的条数形成在该高突起之间的低突起构成，

上述低突起的高度比扩管后的上述高突起低。

4.如权利要求1或2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、二氧化碳中的任一种。