CN105937816B - 翅片管式热交换器以及具备它的制冷循环装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及翅片管式热交换器以及具备该翅片管式热交换器的制冷循环装置。翅片管式热交换器具备：长方形的板状翅片(2)，其具有间隔地层叠；以及扁平管(3)，其相对于层叠的板状翅片(2)成直角地插入于该板状翅片，且沿板状翅片(2)的长边方向设置有多层，在板状翅片(2)、且在相邻的扁平管(3)之间的区域具备导热促进部(6)，棱线沿该板状翅片(2)的长边方向延伸的突起部(4)与凹陷部(5)交替地排列而形成该导热促进部(6)，在导热促进部(6)、且在突起部(4)的下风侧形成有将板状翅片(2)的表里连通的切口(7)。

Description

翅片管式热交换器以及具备它的制冷循环装置
技术领域
本发明涉及使用扁平管的翅片管式热交换器、特别是不会使耐结霜能力受损而能够改善结露水的排出的翅片管式热交换器以及具备该翅片管式热交换器的制冷循环装置。
背景技术
现有的这种翅片管式热交换器使用管的截面形状为扁平状的导热管即扁平管，在板状翅片表面具备以突起部与凹陷部交替排列的方式而形成的导热促进部，由此促进导热(例如，参照专利文献1)。
另外，还存在如下结构：在板状翅片表面的导热促进部具备相对于气流在上风侧开口的切口，由此促进在板状翅片表面产生的冷凝水的排出(例如，参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开2012－163318号公报(图10、图11)
专利文献2：日本特开2014－35122号公报(权利要求1，图2、图3)
在现有的翅片管式热交换器、即扁平管与板状翅片的组合中，由于扁平管为平坦的形状，所以在扁平管的表面与板状翅片的表面产生的冷凝水滞留于扁平管的上表面与板状翅片的表面，除此之外，因水的表面张力而使得水还被保持于扁平管的下表面。因此，存在如下问题：产生在扁平管的表面流动的气体与扁平管内的流体之间的热阻力的增加、以及通风阻力的增加，从而导致热交换效率明显受损。
另外，在制冷循环装置、例如空调机中，制热运转时成为蒸发器的室外机的室外热交换器中形成为霜容易附着的状态。而且，在将相对于气流在上风侧开口的切口作为导水路径而促进冷凝水的排出的情况下，因温度边界层的前缘效应而使得霜在切口不均匀地结霜。因此，存在通风阻力增加而导致制热能力受损的问题。
这里，温度边界层的前缘效应是指如下效应：当将平板置于流体内时，边界层的厚度在平板的前缘(这里为切口的上风侧的开口的边缘)较薄，并且随着趋向下游而变厚，从而使得导热率在平板的前缘部分(切口的上风侧的开口的边缘部分)良好，导热得到促进。
发明内容
本发明是为了解决上述那样的课题而提出的，其目的在于获得不使耐结霜能力受损而能够促进导热管与板状翅片表面的排水的翅片管式热交换器以及具备该翅片管式热交换器的制冷循环装置。
本发明所涉及的翅片管式热交换器具备：长方形的板状翅片，其具有间隔地层叠；以及扁平管，其相对于层叠的所述板状翅片成直角地插入于所述板状翅片，且沿着所述板状翅片的长边方向设置有多层，在所述板状翅片、且在相邻的扁平管之间的区域具备导热促进部，棱线沿该板状翅片的长边方向延伸的突起部与凹陷部交替地排列而形成该导热促进部，并且在所述板状翅片设置有用于确保相邻的所述板状翅片之间的间隙亦即翅片间距的折返部，在所述导热促进部、且在所述突起部的下风侧形成有将所述板状翅片的表里连通的切口，所述折返部的前端形成为锐角，该形成为锐角的前端的位置与相邻的所述板状翅片的所述导热促进部的所述切口的位置至少在一处部位一致。
优选地，在所述板状翅片的所述导热促进部的所述突起部以及所述凹陷部与相邻的所述扁平管之间，设置有非加工部。
另外，本发明所涉及的制冷循环装置至少具备压缩机、冷凝器、膨胀单元以及蒸发器，利用制冷剂配管将上述部件连接为环状而构成制冷剂回路，并且在制冷剂回路内填充有制冷剂，在上述制冷循环装置中，将上述翅片管式热交换器用作蒸发器。
在本发明所涉及的翅片管式热交换器中，在板状翅片的导热促进部的突起部的下风侧形成有将板状翅片的表里连通的切口，因此，在扁平管下表面与板状翅片的切口附近产生的冷凝水因切口的毛细现象而顺着切口被朝向下方引导，从而排水得到促进。因此，通风阻力的增大得到抑制，从而改善了导热性能。
并且，风难以与在板状翅片的导热促进部的突起部的下风侧形成的切口接触，从而抑制了气流的混合搅拌。因此，通风阻力的增加得到抑制。因此，切口的温度边界层的前缘效应得到抑制，从而霜在切口的上风侧的端部不均匀结霜的情况得到抑制。
另外，本发明所涉及的制冷循环装置将上述的翅片管式热交换器用作蒸发器，因此能够防止不均匀结霜。
附图说明
图1是本发明的实施方式1所涉及的翅片管式热交换器的立体图。
图2是示出图1的翅片管式热交换器中所使用的板状翅片的扁平管贯通部的俯视图。
图3是图2的A－A线向视剖视图。
图4是示出本发明的实施方式2所涉及的翅片管式热交换器中所使用的板状翅片的扁平管贯通部的立体图。
图5是示出本发明的实施方式2所涉及的翅片管式热交换器中所使用的板状翅片的扁平管贯通部的俯视图。
图6是示出从图4的B－B线方向观察的板状翅片的扁平管贯通部的侧视图。
图7是示出作为本发明的实施方式1与实施方式2所涉及的制冷循环装置的一个例子的空调机的制冷剂回路图。
附图标记的说明
1...热交换器(翅片管式热交换器)；2、2a、2b...板状翅片；3...扁平管(导热管)；4...突起部；5...凹陷部；6、6a、6b...导热促进部；7...切口；8...下表面；9...上表面；10...前缘部；11...上端部；12...上风侧的端部；13、13a、13b...折返部；14、14a、14b...前端；15...下端部；20...切口部；21、22...非加工部；501...压缩机；502...四通阀；503...室外侧热交换器；504...膨胀阀；505...室内侧热交换器。
具体实施方式
实施方式1.
图1是本发明的实施方式1所涉及的翅片管式热交换器的立体图。图2是示出图1的翅片管式热交换器中所使用的板状翅片的扁平管贯通部的俯视图。图3是图2的A－A线向视剖视图。
如图1～图3所示，本实施方式1的翅片管式热交换器(以下，简称为“热交换器”)1具有：长方形的多个板状翅片2，它们平行配置有多个，气体在它们之间流动；以及截面形状为扁平状的导热管(以下称为“扁平管”)3，其以成直角的方式插入于上述板状翅片2的切口部20并沿板状翅片2的长边方向(＝层方向)设置有多层，工作流体在该导热管3的内部通过。
板状翅片2具有导热促进部6。导热促进部6具有：突起部4，其棱线沿着板状翅片2的长边方向即沿着翅片面在与风向正交的方向上延伸、且并列有多个；以及凹陷部5，其形成于各突起部4之间，上述突起部4与凹陷部5在风向方向上交替地排列而形成为波形。另外，导热促进部6在各突起部4的下风侧分别形成有将板状翅片2的表里连通的切口7。突起部4与凹陷部5例如能够通过拉深加工而成型。此外，图2中的附图标记8表示扁平管3的下表面，附图标记9表示扁平管3的上表面，附图标记10表示板状翅片2的前缘部，附图标记11表示切口7的上端部，附图标记12表示切口7的上风侧的端部，附图标记15表示切口7的下端部。
接下来，对具有上述那样的翅片管式热交换器的制冷循环装置的一个例子进行说明。图7是示出作为本发明的实施方式1所涉及的制冷循环装置的一个例子的空调机的制冷剂回路图。
如图7所示，该空调机具备制冷剂回路，该制冷剂回路利用配管按照压缩机501、四通阀502、搭载于室外机的室外侧热交换器503、作为膨胀单元的膨胀阀504、以及搭载于室内机的室内侧热交换器505的顺序将它们依次连接，制冷剂在该制冷剂回路中循环。
四通阀502通过对制冷剂回路内的制冷剂流动的方向进行切换来进行制热运转、以及制冷运转的切换。此外，在设为制冷专用或者制热专用的空调机的情况下，也可以省略四通阀502。
室外侧热交换器503相当于上述翅片管式热交换器亦即热交换器1，其在制冷运转时作为利用制冷剂的热对气体(外部空气)进行加热的冷凝器而发挥功能，在制热运转时作为使制冷剂蒸发并利用其气化热对气体(外部空气)进行冷却的蒸发器而发挥功能。
压缩机501对从蒸发器排出的制冷剂进行压缩，使该制冷剂变为高温并将其向冷凝器供给。
膨胀阀504使从冷凝器排出的制冷剂膨胀，使该制冷剂变为低温并将其向蒸发器供给。
接下来，基于图1～图3以及图7对本实施方式1的热交换器1的动作进行说明。
在以上述方式构成的热交换器1中，当将热交换器1用作气体(外部空气)的冷却器(蒸发器)时，在扁平管3的下表面8与板状翅片2产生的冷凝水因在导热促进部6的突起部4的下风侧形成的切口7的毛细现象而顺着切口7被朝向下方引导。
另外，切口7以与板状翅片2的表里连通的方式而形成，因此在冷凝水顺着切口7流动并落下时，附着于板状翅片2的表里的冷凝水通过切口7而聚集，从而基于重力的朝向下方的流动得到促进。
顺着切口7流动并落下的冷凝水滞留于扁平管3的上表面9，然后若冷凝水存积至恒定量，则顺着板状翅片2的前缘部10流动并落下。另外，一部分冷凝水因表面张力而滞留于扁平管3的下表面8。迂回至扁平管3的下表面8的冷凝水被在板状翅片2的导热促进部6的突起部4形成的切口7引导。
与导热促进部6的突起部4的棱线相比，导热促进部的切口7位于相对于气体所通过的方向更靠下风侧的位置，因此，难以与风接触而抑制了气流的混合搅拌。因此，通风阻力的增加得到抑制。因此，在空调机的制热运转时容易导致霜附着的室外机的室外侧热交换器503(＝热交换器1)中，切口7的温度边界层的前缘效应得到抑制，从而霜在切口7的上风侧的端部12不均匀结霜的情况得到抑制。
在扁平管3的下表面8与切口7的上端部11之间的距离近的情况下能够获得更加优异的排水促进效果，但并未对切口7的位置进行特别的限定。在切口7的下端部15与扁平管3的上表面9近的情况下，因毛细现象而向切口7吸起冷凝水，从而导致排水受到阻碍。因此，切口7的下端部15与扁平管3的上表面9之间的距离优选设为即使冷凝水滞留于扁平管3的上表面9也不会向切口7吸起冷凝水而能够使该冷凝水流出的距离。另外，若扁平管3的下表面8与切口7的上端部11之间的距离、以及切口7的下端部15与扁平管3的上表面9之间的距离短，则难以进行切口部20、导热促进部6的加工。因此，在本实施方式1的热交换器1中，在扁平管3的下表面8与切口7的上端部11之间、以及切口7的下端部15与扁平管3的上表面9之间设置有非加工部21、22。由此，即使冷凝水滞留于扁平管3的上表面9也不会向切口7吸起冷凝水，另外还确保了导热促进部6的加工性。
如上，本实施方式1的热交换器1在板状翅片2的导热促进部6的各突起部4的下风侧分别形成有将板状翅片2的表里连通的成为排水路径的切口7，因此能够顺畅地排出冷凝水，从而能够提高导热性能。并且，通过使制冷循环装置(例如空调机的室外机)具备该热交换器1，还能够防止制热运转时的不均匀结霜。因此，能够抑制制热能力的降低。
在以上的实施方式1中，仅利用板状翅片2的切口7来促进排水，但在还具有用于确保翅片间距的板状翅片2的折返部13的热交换器的情况下，能够获得更加优异的排水效果。通过以下的实施方式2对此进行说明。
实施方式2.
图4是示出本发明的实施方式2所涉及的翅片管式热交换器中所使用的板状翅片的扁平管贯通部的立体图。图5是示出本发明的实施方式2所涉及的翅片管式热交换器中所使用的板状翅片的扁平管贯通部的俯视图。图6是示出从图4的B－B线方向观察的板状翅片的扁平管贯通部的侧视图。此外，对于各图中与前述实施方式1相当的部分标注相同的附图标记。另外，在说明时参照前述的图1。
如图4～图6所示，对于本发明的实施方式2所涉及的翅片管式热交换器即热交换器1而言，为了确保相邻的板状翅片2之间的间隙亦即翅片间距(FP)，在板状翅片2形成有前端为锐角的(例如三角形状的)折返部13。折返部13配置为三角形状的前端14的位置与相邻的板状翅片2的导热促进部6的切口7的位置至少在一处部位一致。
对此进行更加详细的叙述，折返部13由弯折片构成，该弯折片从在板状翅片2的突起部4以及凹陷部5与配置于它们的上下方的扁平管3之间设置的非加工部21、22伸出。对板状翅片2进行层叠，从而折返部13a、13b与相邻的板状翅片2a、2b抵接而能够保持规定的间隔。位于扁平管3的下表面8的板状翅片2a的导热促进部6a的折返部13a的前端14a的位置，与相邻的板状翅片2b的导热促进部6b的切口7的位置至少在一处部位一致。板状翅片2b的折返部13b的前端14b的位置也一样。除此以外的结构与前述实施方式1的热交换器1相同，因此省略其说明。
接下来，基于图4～图6以及图7对本实施方式2的热交换器1的动作进行说明。
即使在以上述方式构成的热交换器1中，当将热交换器1用作气体(外部空气)的冷却器(蒸发器)时，在扁平管3的下表面8与板状翅片2产生的冷凝水也因在导热促进部6的突起部4的下风侧形成的切口7的毛细现象而顺着切口7被向下方引导。
另外，即使在本实施方式2的热交换器1中，切口7也以与板状翅片2的表里连通的方式而形成，因此，当冷凝水顺着切口7流动并落下时，附着于板状翅片2的表里的冷凝水通过切口7而聚集，从而基于重力的朝向下方的流动得到促进。
另外，即使在本实施方式2的热交换器1中，顺着切口7流动并落下的冷凝水也滞留于扁平管3的上表面9，然后若冷凝水存积至恒定量，则顺着板状翅片2的前缘部10而流动并落下。另外，一部分冷凝水因表面张力而滞留于扁平管3的下表面8。迂回至扁平管3的下表面8的冷凝水被在板状翅片2的导热促进部6的突起部4形成的切口7引导。
另外，即使在本实施方式2的热交换器1中，也是在扁平管3的下表面8与切口7的上端部11之间的距离近的情况下获得更加优异的排水促进效果，但未对切口7的位置进行特别的限定。在切口7的下端部15与扁平管3的上表面9近的情况下，因毛细现象而向切口7吸起冷凝水，从而导致排水受到阻碍。因此，切口7的下端部15与扁平管3的上表面9之间的距离优选设为即使冷凝水滞留于扁平管3的上表面9也不会向切口7吸起冷凝水而能够使该冷凝水流出的距离。
另外，即使在本实施方式2的热交换器1中，与导热促进部6的突起部4的棱线相比，导热促进部的切口7也位于相对于气体所通过的方向更靠下风侧的位置，因此，难以与风接触而抑制了气流的混合搅拌。因此，通风阻力的增加得到抑制。因此，在空调机的制热运转时容易导致霜附着的室外机的室外侧热交换器503(＝热交换器1)中，切口7的温度边界层的前缘效应得到抑制，从而霜在切口7的上风侧的端部12不均匀结霜的情况得到抑制。
特别是在本实施方式2的热交换器1中，使位于扁平管3的下表面8的板状翅片2a的三角形状的折返部13a的前端14a、与相邻的板状翅片2b的导热促进部6的切口7的位置一致。因此，滞留于扁平管3的下表面8的冷凝水通过板状翅片2a的折返部13a及其前端14a而被向相邻的板状翅片2b的导热促进部6b的切口7引导。此外，为了获得排水促进效果，未必一定要使位于扁平管3的下表面8的板状翅片2a的折返部的前端14a的位置、与相邻的板状翅片2b的导热促进部6a的切口7的位置一致，只要使它们至少在一处部位一致即可。
如上，本实施方式2的热交换器1在板状翅片2形成有成为排水路径的切口7，因此能够顺畅地排出冷凝水，从而能够提高导热性能。另外，通过使制冷循环装置(例如空调机的室外机)具备该热交换器1，还能够防止制热运转时的不均匀结霜。因此，能够抑制制热能力的降低。并且，通过使板状翅片2的折返部13形成为导水路径，能够获得更加优异的排水性能，并能够提高导热性能。

Claims (3)

1.一种翅片管式热交换器，其特征在于，
所述翅片管式热交换器具备：
长方形的板状翅片，其具有间隔地层叠；以及
扁平管，其相对于层叠的所述板状翅片成直角地插入于所述板状翅片，且沿所述板状翅片的长边方向设置有多层，
在所述板状翅片、且在相邻的扁平管之间的区域具备导热促进部，棱线沿该板状翅片的长边方向延伸的突起部与凹陷部交替地排列而形成该导热促进部，并且在所述板状翅片设置有用于确保相邻的所述板状翅片之间的间隙亦即翅片间距的折返部，
在所述导热促进部、且在所述突起部的下风侧形成有将所述板状翅片的表里连通的切口，
所述折返部的前端形成为锐角，该形成为锐角的前端的位置与相邻的所述板状翅片的所述导热促进部的所述切口的位置至少在一处部位一致。
2.根据权利要求1所述的翅片管式热交换器，其特征在于，
在所述板状翅片的所述导热促进部的所述突起部以及所述凹陷部与相邻的所述扁平管之间，设置有非加工部。
3.一种制冷循环装置，其至少具备压缩机、冷凝器、膨胀单元以及蒸发器，利用制冷剂配管将所述压缩机、所述冷凝器、所述膨胀单元以及蒸发器连接为环状而构成制冷剂回路，并且在该制冷剂回路内填充有制冷剂，
所述制冷循环装置的特征在于，
将权利要求1或2所述的翅片管式热交换器用作所述蒸发器。
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