CN104956175B - 热交换器和使用其的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的热交换器包括：弯折加工成直管部(2a)和曲管部(2b)相连的蛇行状而成的制冷剂管(2)；相互隔开间隔配置的板翅片(1)；和在板翅片(1)的板面上设置有多个的用于插入制冷剂管(2)的长孔。另外，在长孔(3)的周缘部设有保持板翅片(1)的间隔的翅片套环(4)。而且，板翅片(1)为铝合金制的，制冷剂管(2)以铝合金为主体，制冷剂管(2)的外皮部分为与铝不同的异种金属或与铝合金不同的异种金属合金。

Description

热交换器和使用其的冷却装置
技术领域
本发明涉及在自动售货机或商用冷藏库、进而在展示柜等中，作为蒸发器或冷凝器使用的所谓狗骨(dog-bone)型翅片管式热交换器和使用其的冷却装置。
背景技术
近年来，在自动售货机、商用冷藏库、展示柜等冷链(cold chain)领域，全球内竞争日益激烈，逐渐变成价格竞争。另一方面，受原材料昂贵的影响，热交换器也越来越要求成本降低。
另外，作为环境对策，正逐步促进天然制冷剂化。在热交换器中，应对可燃性制冷剂要求转换为气密可靠性高的规格，应对CO2制冷剂要求转换为耐压可靠性高的规格。
作为其中一例，公知的是将蛇行(serpentine)状的制冷剂管插入固定于狗骨型高套环式(high collar type)的板翅片而成的热交换器(例如，参照专利文献1)。
图7～图10表示现有热交换器。
图7是现有热交换器的立体图。图8是现有热交换器的主要部分截面图。图9是构成现有热交换器的板翅片的立体图。图10是构成现有热交换器的制冷剂管的截面图。
如图7～图9所示，板翅片101相互隔开间隔而配置。而且，板翅片101优选以热传导性高的铝为原材料。制冷剂管102是将无接缝的1根挤压管或拉伸管弯折加工形成直管部102a和曲管部102b相连的蛇行(蜿蜒)状。而且，制冷剂管102优选以热传导性高、容易进行弯折加工的铜作为原材料。另外，如图10所示，在制冷剂管102的内表面加工出大量用于扩大表面积的螺旋槽102c。在板翅片101的板面上形成有用于插入制冷剂管102的多个长孔103。长孔103一般由称为狗骨方式的两个圆弧部103a和连结两个圆弧部103a的笔直部103b形成。而且，设有以圆弧部103a的周缘为边缘立起形成的翅片套环104。
相比将翅片套环104设置于长孔103的整周，更优选将翅片套环104仅设置于圆弧部103a的周缘。另外，在板翅片101的未插入制冷剂管102的部位形成有非插入圆孔部105。
另外，板翅片101的表面形状成为波纹(corrugate)形状，在制冷剂管102内流动的制冷剂能够经由板翅片101与空气进行热交换，冷凝或蒸发。
另外，板翅片101和制冷剂管102的组装方法如下。首先，在翅片套环104上相互保持间隔层叠多个板翅片101。接着，从曲管部102b侧将弯折加工成直管部102a和曲管部102b相连的蛇行状的制冷剂管102插入到多个长孔103中，将板翅片101和制冷剂管102固定。这时，在多个板翅片101上被加工出的多个翅片套环104和制冷剂管102的多个直管部102a之间产生插入摩擦阻力，有可能妨碍板翅片101和制冷剂管102的充分的固定。因此，制冷剂管102的直管部102a的正直性或曲管部102b的弯曲精度等作为制冷剂管102的加工精度很重要，并且还需要用于减小插入摩擦阻力的润滑油。
但是，在现有热交换器的结构中，将性价比高的铝合金应用于板翅片101和制冷剂管102的情况下，有时会产生下面的问题。即，由于是将弯折加工成蛇行状的制冷剂管102同时插入多个板翅片101的长孔103，所以间隔保持用的翅片套环104和制冷剂管102的摩擦阻力增大，插入性变差。其结果是，存在板翅片101或制冷剂管102变形，无法制作外观上、尺寸上、性能上稳定的热交换器这样的问题。
而且，如果为了减小插入摩擦阻力而使用高粘度的润滑油，则虽然摩擦阻力能够减小，但具有增加清洗高粘度油的工序，还对成本有影响这样的课题。
另外，如果将制冷剂管102从铜变成铝合金，则耐腐蚀性降低，所以需要实施用于提高耐腐蚀性的表面处理，具有使用性价比高的铝合金的价值变低这样的课题。
本发明在将蛇行状的制冷剂管插入固定于狗骨型高柱环式的板翅片而成的热交换器中，能够将铝合金应用于板翅片和制冷剂管，提供一种性价比高的热交换器和使用其的冷却装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-116845号公报
发明内容
本发明的热交换器包括：弯折加工成直管部和曲管部相连的蛇行状而成的制冷剂管；相互隔开间隔配置的一组板翅片；和在板翅片的板面上形成有多个的用于插入制冷剂管的长孔。另外，在长孔的周缘部设有用于保持板翅片的间隔的翅片套环。而且，板翅片为铝合金制的，制冷剂管以铝合金为主体，并且外皮部分为与铝不同的异种金属或与铝合金不同的异种金属合金。
根据该结构，板翅片和制冷剂管的接触部分为异种金属，减轻了制冷剂管向板翅片的插入摩擦阻力。因此，能够将铝合金应用于板翅片和制冷剂管，能够提供性价比高的热交换器和使用其的冷却装置。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的热交换器的立体图。
图2是本发明的第1实施方式的热交换器的主要部分截面图。
图3是构成本发明的第1实施方式的热交换器的制冷剂管的截面图。
图4是构成本发明的第2实施方式的热交换器的制冷剂管的截面图。
图5是构成本发明的第3实施方式的热交换器的制冷剂管的截面图。
图6是本发明的第4实施方式的冷却装置的示意图。
图7是现有热交换器的立体图。
图8是现有热交换器的主要部分截面图。
图9是构成现有热交换器的板翅片的立体图。
图10是构成现有热交换器的制冷剂管的截面图。
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。另外，本发明不被该实施方式所限定。
(第1实施方式)
图1是本发明的第1实施方式的热交换器的立体图。图2是本发明的第1实施方式的热交换器的主要部分截面图。图3是构成本发明的第1实施方式的热交换器的制冷剂管的截面图。
如图1～图3所示，本实施方式的热交换器具有弯折加工成直管部2a和曲管部2b相连的蛇行状而成的、制冷剂在内部流动的制冷剂管2、相互隔开间隔配置的一组板翅片1。在板翅片1的板面上设置有多个使制冷剂管2插入的长孔3，在长孔3的周缘部设置有边缘立起加工出的翅片套环4，通过翅片套环4来保持多个板翅片1的间隔。
在此，制冷剂管2的外径D为3.2～9.5mm，为了使空气在多个板翅片1之间流动，翅片套环4的高度h需要3mm。
另外，长孔3的笔直部3b的挖空宽度为长孔3的圆弧部(未图示)的内径以下，并且设定为长孔3的(圆弧部的内径-2mm)以上。
在此，板翅片1为铝合金制的，制冷剂管2的主体部分7为铝合金，制冷剂管2的外皮部分6采用与铝不同的异种金属或与铝合金不同的异种金属合金。
另外，本实施方式中，制冷剂管2是包铜铝管，制冷剂管2外皮部分6是铜制的。
多个板翅片1利用翅片套环4相互保持间隔地层叠在一起。而且，从曲管部2b侧将弯折加工成直管部2a和曲管部2b相连的蛇行状而成的制冷剂管2插入到多个板翅片1的多个长孔3中，将多个板翅片1和制冷剂管2固定。这时，在多个板翅片1上被加工出的多个翅片套环4和制冷剂管2的多个直管部2a之间产生插入摩擦阻力。在此，如果翅片套环4是铝合金制的，且制冷剂管2的外皮部分6也是铝合金制的，则插入时的摩擦阻力非常大。但是，如果制冷剂管2的外皮部分6是铜制的，则插入时的摩擦阻力比较小。同种金属彼此的表面粗糙度相同，即表面细微的凸凹的间距相同，所以摩擦阻力大。而如果是不同的金属，则表面粗糙度不同，摩擦阻力就小。另外，由于铜的表面粗糙度比铝小，所以滑动更好，摩擦阻力变小。
因此，在本实施方式的热交换器中，制冷剂管2的外皮部分6采用与构成板翅片1的金属不同的异种材质的金属，以使得接触部分为异种金属。
由此，使得制冷剂管2向板翅片1的插入摩擦阻力减小，能够将铝合金应用于板翅片1，制冷剂管2的主体部分7也能够应用铝合金，所以是性价比高的热交换器。
而且，由于制冷剂管2的外皮部分6为铜制的，所以能够弥补壁厚方向点蚀的铝的缺点。而且，通过在制冷剂管2的外皮部分6设置水平方向比壁厚方向更加进行点蚀的所谓面腐蚀现象的铜，能够防止来自热交换器接触的包含各种成分的空气、水分的腐蚀，能够抑制耐腐蚀性降低。
即，能够提供性价比高、且可靠性高的热交换器。
另外，在现有热交换器中，由于制冷剂管2向板翅片1的插入摩擦阻力增大，所以不能将翅片套环加工成3mm以上，因此为了使板翅片1的间隔达到3mm以上，需要保持大量板翅片1的间隔的治具。另外，如果使用治具，则在配管模式(pattern)上出现制约，但根据本实施方式，板翅片1通过翅片套环4能够相互保持间隔，所以不需要保持间隔的治具。
因此，在本实施方式中能够用廉价的方法提供配管自由度高的热交换器，并且也能够制作板翅片的间隔为3mm以上的热交换器的规格，能够应用于伴有结霜的冷却器、伴有灰尘的冷凝器或自然对流等用途的热交换器。
另外，本实施方式的热交换器是使用将1根制冷剂管相连蛇行弯折加工而成的蛇行管，减少了焊接部的热交换器。因此，即使在制冷剂管2内流动的制冷剂为可燃性制冷剂的情况下，也能够将可燃性制冷剂的泄漏抑制得极低，所以安全性提高。
(第2实施方式)
图4是构成本发明的第2实施方式的热交换器的制冷剂管的截面图。另外，对于与本发明的第1实施方式同样的构成要件，附加相同的符号进行说明。
构成本发明的第2实施方式的热交换器的制冷剂管2是包锌铝管、或喷锌铝管，其外皮部分6为锌制的。即，图4所示的本实施方式的热交换器的制冷剂管2的外皮部分6为锌，主体部分7为铝合金。
该结构的情况，与本发明的第1实施方式同样，不仅具有插入摩擦阻力小的效果，而且具有比铝更强的耐腐蚀性这样的效果。
即，制冷剂管2的外皮部分6为锌制，所以能够弥补壁厚方向点蚀的铝的缺陷。而且，通过组合水平方向比壁厚方向更加进行点蚀的的锌，能够防止来自热交换器接触的包含各种成分的空气、水分的腐蚀，能够抑制耐腐蚀性降低。
而且，使用比铜廉价的锌和利用锌比铝熔点低的特点，喷锌铝管制法简单，更廉价。
因此，成为比外皮使用铜性价比高的热交换器。
另外，在制冷剂管2为耐酸铝(Alumite)处理或勃姆石(Boehmite)处理铝管，图4所示的外皮部分6为氧化铝，主体部分7为铝合金的结构的情况下，与本发明的第1实施方式同样，不仅具有插入摩擦阻力小的效果，而且具有具备强的耐腐蚀性这样的效果。
即，铝的氧化皮膜不仅致密度高、导电性低，而且如耐酸铝处理或勃姆石处理那样，通过化学性地增厚该氧化皮膜，具有更强的耐腐蚀性。
而且，与在外皮固定包铜、包锌或喷锌那样的比铝更高价的金属相比，能够通过利用大气中和水中存在的氧使其氧化而生成，所以更廉价。
因此，成为比外皮使用铜或锌性价比高的热交换器。
即，能够提供性价比高、可靠性高的热交换器。
(第3实施方式)
图5是构成本发明的第3实施方式的热交换器的制冷剂管2的截面图。另外，对于与本发明的第1实施方式同样的构成要件，附加相同的符号进行说明。
构成本发明的第3实施方式的热交换器的制冷剂管2为包铝铜管，外皮部分6实施耐酸铝处理或勃姆石处理。
即，外皮部分6为氧化铝，主体部分7为铝合金，内皮部分8为铜制的。
通过采用该结构，与本发明的第1实施方式同样，不仅具有插入摩擦阻力减小的效果，而且因内皮部分8为铜制的，所以能够较容易地形成螺旋状的内表面槽。
即，在铝管中，通过热挤压加工，容易形成直线上的内表面槽，但加工螺旋槽时需要在拉拔工序中加工。
但是，铝管与铜管相比，耐力或延伸、摩擦阻力这样的加工性不好，所以不容易加工螺旋槽。因此，如果内皮部分8为铜制，则能够廉价地加工比较高精度的螺旋槽，能够制成高性能的热交换器。
因此，能够提供性价比高的热交换器。
(第4实施方式)
图6是本发明的第4实施方式的使用了热交换器的冷却装置的示意图。
本冷却装置包括：压缩机9、冷凝器10、减压装置11、蒸发器12、和向冷凝器10和蒸发器12强制通风的风机13a、13b，冷凝器10或蒸发器12使用本发明的第1实施方式～第3实施方式中任一方式的热交换器。
构成冷凝器10或蒸发器12的热交换器，具有高性价比和高品质，通过装载于本冷却装置，成为可靠性高，节能特性优秀的装置，能够提供高品质、性价比高的冷却装置。
产业上的可利用性
本发明的热交换器和使用其的冷却装置是在狗骨型高套环式的板翅片上插入固定蛇行状的制冷剂管而成的热交换器和使用其的冷却装置，能够提供高品质、性价比高的冷却装置。因此，本发明的热交换器能够广泛用作如冷藏库、售货机那样从家庭用到工业用的制冷设备的蒸发器或散热器。
符号说明
1 板翅片(plate fin)
2 制冷剂管
2a 直管部
2b 曲管部
3 长孔
3b 笔直部
4 翅片套环(fin collar)
6 外皮部分
7 主体部分
8 内皮部分
9 压缩机
10 冷凝器
11 减压装置
12 蒸发器
13a、13b 风机
101 板翅片
102 制冷剂管
102a 直管部
102b 曲管部
102c 螺旋槽
103 长孔
103a 圆弧部
103b 笔直部
104 翅片套环
105 非插入圆孔部

Claims (2)

1.一种热交换器，其特征在于，包括：
弯折加工成直管部和曲管部相连的蛇行状而成的制冷剂管；
相互隔开间隔配置的一组板翅片；和
在所述板翅片的板面上形成有多个的用于插入所述制冷剂管的长孔，
在所述长孔的周缘部设有用于保持所述板翅片的间隔的翅片套环，其中
所述板翅片为铝合金制的，所述制冷剂管以铝合金为主体，并且外皮部分为与铝不同的异种金属或与铝合金不同的异种金属合金，
所述制冷剂管为包铝铜管，所述外皮部分为氧化铝。
2.一种冷却装置，其特征在于，包括：
压缩机、冷凝器、减压装置、蒸发器、和对所述冷凝器或所述蒸发器强制通风的风机，
所述冷凝器或所述蒸发器使用权利要求1所述的热交换器。
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