CN107110626A - 制冷剂热交换器 - Google Patents

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CN107110626A
CN107110626A CN201680004396.4A CN201680004396A CN107110626A CN 107110626 A CN107110626 A CN 107110626A CN 201680004396 A CN201680004396 A CN 201680004396A CN 107110626 A CN107110626 A CN 107110626A
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carbon fibre
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divided parts
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中村耕平
太田阿吽
西野友英
山内芳幸
柴田上仁
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Abstract

一种制冷剂热交换器，具有流路划分部件(22)。流路划分部件(22)是由碳素纤维增强塑料制成的。流路划分部件(22)具有划分形成制冷剂通路的管部分(31)。流路划分部件(22)具有从管部分(31)扩展的板部分(32)。碳素纤维(41)在管部分(31)中以包围管部分(31)的方式取向。该取向有助于管部分(31)中的向径向的耐压性能。碳素纤维(41)在板部分(32)中以从管部分(31)延伸出来的方式取向。该取向有助于板部分(32)中的机械强度的提高。碳素纤维(41)遍及管部分(31)和板部分(32)这两者地延伸。该取向促进管部分(31)与板部分(32)间的热移动。

Description

制冷剂热交换器
相关申请的相互参照
本申请以2015年2月26日提交的日本专利申请第2015-37254号为基础，并通过参照而引用基础申请的全部内容。
技术领域
本说明书中的多个公开涉及一种制冷剂热交换器，用于制冷循环用的制冷剂与热介质的热交换。
背景技术
专利文献1及专利文献2公开了一种使用碳素纤维增强塑料(CFRP)的热交换器。专利文献1公开了一种对管及翅片使用CFRP的热交换器。专利文献2公开了一种对管使用CFRP的热交换器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-138968号公报
专利文献2：日本实用新型授权第3140963号公报
在专利文献1及专利文献2中并未公开能够使用制冷循环用的制冷剂的制冷剂热交换器。在这些以往的技术中，难以得到能够在管中承受制冷剂的使用的耐压性能。在上述观点中，或者在未言及的其他观点中，要求进一步改良制冷剂热交换器。
发明内容
公开的一个目的是提供重量轻的制冷剂热交换器。
公开的另一个目的是提供具有在管中的高的耐压性能的制冷剂热交换器。
公开的再另一个目的是提供具有高的热交换性能的制冷剂热交换器。
本公开为了达成上述目的而采用以下的技术手段。另外，权利要求要求保护的范围以及/或者该项所记载的括号内的符号是表示作为一个方式而与后述的实施方式所述的具体的方法的对应关系，并不不是对技术范围的限定。
通过一个公开，提供一种制冷剂热交换器，该制冷剂热交换器提供制冷循环的制冷剂与热交换介质之间的热交换。制冷剂热交换器具备碳素纤维增强塑料制成的流路划分部件，该流路划分部件提供管部分，该管部分划分形成供制冷循环的制冷剂流动的制冷剂流路。
划分形成制冷剂流路的管部分由碳素纤维增强塑料制的部件提供。在制冷循环中，加压状态或者减压状态的制冷剂流动于制冷剂流路。碳素纤维增强塑料提供能够承受制冷剂流路的内外部之间的压力差的机械强度。并且，包含于碳素纤维增强塑料的碳素纤维具有高的热传导性，因此能够促进通过部件的热移动。其结果，能够提供重量轻的制冷剂热交换器。
附图说明
图1是表示第一实施方式所涉及的制冷循环的框图。
图2是表示制冷剂热交换器的主视图。
图3是表示图2的III-III线处的制冷剂热交换器的剖面图。
图4是表示图2的IV-IV线处的制冷剂热交换器的剖面图。
图5是表示制冷剂热交换器的板的立体图。
图6是表示制冷剂热交换器的流路划分部件的放大剖面图。
图7是表示制冷剂热交换器的流路划分部件的立体图。
图8是表示制冷剂热交换器的制造方法的工序图。
图9是表示第二实施方式的流路划分部件的剖面图。
图10是表示第三实施方式的制冷剂热交换器的局部剖面图。
具体实施方式
一边参照附图一边对用于公开的多个实施方式进行说明。在各方式中，对和在先方式中说明的事项对应的部分附加相同的附图标记，关于该部分，能够参照在先的说明。并且，在后续的实施方式中，有对和在先的实施方式中说明的事项对应的部分附加仅有百位以上不同的附图标记的情况。在各方式中，在仅对结构的一部分进行说明的情况下，关于结构的其他部分，能够参照并应用其另一方式的说明。
(第一实施方式)
在图1中，制冷循环10是利用伴随制冷剂的相变的吸热以及/或者散热的热设备。制冷剂能够由氟利昂系制冷剂、二氧化碳等的自然制冷剂等多样的制冷剂提供。制冷循环10是通过使制冷剂加压以及/或者减压而产生相变，进而产生吸热以及/或者发热的蒸气压缩型的制冷循环。制冷循环10被利用在空调装置、冷藏设备等。在本实施方式中，制冷循环10被利用在用于对交通工具的室内进行空气调节的空调装置。制冷循环10搭载于交通工具。因此，在制冷循环10中有重量轻的要求。
制冷循环10具有对制冷剂进行压缩的压缩机11。制冷循环10具有使由压缩机11压缩的高温高压的制冷剂散热的散热器12。在制冷剂冷凝的情况下，散热器12也称为冷凝器。制冷循环10具有对由散热器12冷却的制冷剂进行减压的减压器13。制冷循环10具有吸热器14，吸热器14使由减压器13减压后的低温低压的制冷剂吸热。在制冷剂蒸发的情况下，吸热器14也称为蒸发器。
散热器12及吸热器14中的至少一方作为利用侧热交换器而被利用于空气调节。散热器12及吸热器14中的另一方发挥作为非利用侧热交换器的功能。例如，在空调装置被利用于制冷用途的情况下，吸热器14为了对空气调节用的介质例如空气进行冷却而作为利用侧热交换器被使用。在该情况下，散热器12作为非利用侧热交换器而被用于将热量排出。
散热器12及吸热器14是制冷循环中的制冷剂热交换器。由于制冷剂被加压或者减压，因此在制冷剂热交换器中有高的耐压性的要求。例如，散热器12要求有能够承受内部的制冷剂的高压的强度。并且，吸热器14要求有能够承受内部的制冷剂的低压的强度。
在散热器12及吸热器14中，有作为热交换器而发挥高的热交换性能的要求。在与制冷剂进行热交换的介质为空气的情况下，在制冷剂热交换器中有这样的需求，提供制冷剂与空气之间的高的热传递性能。因此，在形成制冷剂热交换器的部件中有这样的需求，在制冷剂与空气之间提供高的热传递性能。
在本实施方式中，提供一种能够作为制冷循环的散热器12以及/或者吸热器14利用的新的制冷剂热交换器。在本实施方式中，提供一种能够作为吸热器14利用的新的制冷剂热交换器。
在图2中，制冷剂热交换器20提供制冷循环的制冷剂与作为热交换介质的空气之间的热交换。制冷剂热交换器20能够作为吸热器14利用。制冷剂热交换器20具有热交换部21和箱部24、25。热交换部21具有多个流路划分部件22。制冷剂热交换器20能够具备用于将制冷剂热交换器20支承于空调装置的支承部分。制冷剂热交换器20的热交换部21和箱部24、25由碳素纤维增强塑料(CFRP)制成。支承部分也能够由CFRP制成。
多个流路划分部件22划分形成供制冷剂流动的制冷剂流路。由于流路划分部件22划分形成供制冷剂流动的管，因此流路划分部件22也称为管部件。由于流路划分部件22具有板状的外观且在其中划分制冷剂流路，因此流路划分部件22也称为热交换板。多个流路划分部件22划分形成供空气流动的空气通路23。多个流路划分部件22也是承担制冷剂与空气之间的热传递的热传递部件。多个流路划分部件22以相互平行的方式层叠地配置。多个流路划分部件22设有规定间隙地配置，以在它们之间划分形成空气通路23。空气通路23是供作为被冷却介质的空气调节用的空气流动的通路。
箱部24是从减压器13接收制冷剂并将制冷剂分配到多个流路划分部件22的入口箱。在箱部24中设有入口管26。箱部25是从多个流路划分部件22聚集制冷剂并将制冷剂供给到压缩机11的出口箱。在箱部25中设有出口管27。多个流路划分部件22配置于箱部24与箱部25之间。多个流路划分部件22将箱部24的内室与箱部25的内室连通。
图3表示图2的III-III线处的剖面。在该剖面中，图示有与流路划分部件22的制冷剂流动方向垂直的剖面，即垂直于流路划分部件22的长度方向的剖面。图4表示图2的IV-IV线处的剖面。
流路划分部件22具有管部分31。管部分31提供供制冷剂流动的管。管部分31在管部分31的内部划分形成制冷剂通路。管部分31能够具有圆形、椭圆、多边形等多种剖面形状。在本实施方式中，管部分31具有圆形的剖面。在一个流路划分部件22中，能够设有一个或多个管部分31。在本实施方式中，在一个流路划分部件22设有三个管部分31。管部分31在流路划分部件22的两端与箱部24、25的内室连通。管部分31通过其内部的制冷剂通路来将箱部24的内室与箱部25的内室连通。
流路划分部件22具有从管部分31延伸出的板部分32。板部分32的一部分以提供相对于空气的流动方向AF的流路划分部件22的前缘的方式设于流路划分部件22的前缘。板部分32的一部分以提供相对于空气的流动方向AF的流路划分部件22的后缘的方式设于流路划分部件22的后缘。板部分32的一部分设于两个管部分31之间。
板部分32以从管部分31扩展的方式延伸出来。板部分32在多个管部分31之间扩展。板部分32将相邻的两个管部分31之间连结起来。板部分32遍及箱部24与箱部25之间地扩展。板部分32有助于提高流路划分部件22的机械强度。板部分32是设于管部分31的外侧，用于加宽与热交换介质即空气的接触面积的传热部件。板部分32由流路划分部件22提供并由CFRP制成。板部分32有助于增大流路划分部件22与空气接触的表面积。板部分32也能够称为翅片部分。
管部分31形成从板部分32朝向空气通路23突出的凸部。换言之，板部分32形成两个管部分31之间的凹部。此外，彼此相邻的流路划分部件22以它们的管部分31相对于空气的流动方向AF错开的方式配置。其结果，划分形成于流路划分部件22之间的空气通路23以相对于空气的流动方向AF蜿蜒的方式形成。这样的配置能够促进流路划分部件22与空气之间的热传递。
在划分形成于流路划分部件22之间的空气通路23中，通过空调装置的送风机来使空气流动。空气以与管部分31的长度方向交叉的方式流动。空气与板部分32平行地流动。制冷剂热交换器20被作为吸热器14利用，因此在管部分31及板部分32的外侧表面附着有冷凝水。在本实施方式中，制冷剂热交换器20以板部分32与重力方向大致平行扩展的方式设置于空调装置。这样的制冷剂热交换器20的设置状态能够促进冷凝水的排出。
一个流路划分部件22通过层叠板33、34而形成。在本实施方式中，通过层叠并接合两张独立的板33、34来形成一个流路划分部件22。也可以通过折弯、接合一张板来形成一个流路划分部件22。
在图5中，形成流路划分部件22的第一板33及第二板34具有与制冷剂热交换器20对应的形状。板33、34是细长的形状。在图示的例子中，板33、34能够称为四边形或长方形。板33、34由CFRP制成。
板33、34具有用于形成管部分31的槽部35和用于形成板部分32的平面状的平板部36。槽部35在板33、34的一面中从平板部36凹陷，在另一面中从平板部36突出。板33、34具有用于形成箱部24、25的凹部37、38。凹部37、38在板33、34的一面中比平板部36凹陷，在另一面中比平板部36突出。槽部35的两端到达凹部37、38。槽部35的两端朝向凹部37、38开口。通过将板33、34相对地层叠来形成一个流路划分部件22。第一板33和第二板34具有相对于它们的接合面对称的形状。
图6表示流路划分部件22的模型化的剖面。这些板33、34包含构成CFRP的树脂材料和碳素纤维41。在图中，为了表示碳素纤维41的取向方向，用剖面中的细实线描绘代表性的碳素纤维41。图7是流路划分部件22的部分剖面立体图。在图中，为了表示碳素纤维41的取向方向，用虚线描绘代表性的碳素纤维41。碳素纤维41具有高的热传导性。碳素纤维41具有远比构成CFRP的树脂材料高的热传导率。因此，碳素纤维41对流路划分部件22中的热的移动具有大的影响。
本实施方式所使用的碳素纤维41比板33、34的厚度长。碳素纤维41具有如下的长度：相对于板33、34的宽度方向，即相对于与管部分31所提供的制冷剂流路的长度方向正交的方向而遍及板33、34的端到端的长度。碳素纤维41由对碳素纤维进行纺织后的十字提供。因此，在板33、34中包含以与碳素纤维41正交的方式延伸的碳素纤维42。碳素纤维42沿着管部分31的长度方向延伸。
代替图示的例子，也可以使用较短的碳素纤维。例如，在使用大量短的碳素纤维的情况下，这些短的碳素纤维与图示的碳素纤维41同方向地取向。并且，碳素纤维41也可以仅在单向上配置。
碳素纤维41在管部分31中以延伸为包围制冷剂流路的方式取向。在管部分31具有圆形剖面的图示的例子中，碳素纤维41以沿着管部分31的周向延伸的方式取向。换言之，碳素纤维41以在管部分31所提供的与制冷剂流路的长度方向垂直的剖面中与该剖面平行地延伸的方式取向。这样的碳素纤维41的取向有助于提高与管部分31中的径向相关的耐压性。
碳素纤维41在板部分32中以向与管部分31所提供的制冷剂流路的长度方向交叉的方向，例如正交的方向延伸的方式取向。这样的取向促进板部分32中的热传导，且有助于抑制板部分32中的温度分布。
碳素纤维41在板部分32中以从管部分31延伸出来的方式取向。碳素纤维41以从管部分31延伸出来的方式在板部分32中延伸。这样的取向有助于促进管部分31与板部分32之间的热移动。
此外，碳素纤维41遍及管部分31与板部分32这两者连续地延伸。利用这样长的碳素纤维41，以及/或者碳素纤维41的取向能够进一步促进管部分31与板部分32之间的热移动。
碳素纤维41在板部分32中以连结相邻的两个管部分31之间的方式延伸。这样的取向能够提高与流路划分部件22的宽度方向相关的机械强度。碳素纤维41沿着热交换介质即空气的流动方向AF遍及流路划分部件22的整个宽度而延伸。碳素纤维41遍及全部多个管部分31和多个板部分32地延伸。
上述那样的管部分31以及/或者板部分32中的碳素纤维41的取向使得将流路划分部件22的厚度变薄变得可能。薄的流路划分部件22使制冷剂热交换器20的轻量化变得可能。并且，薄的流路划分部件22能够进一步促进制冷剂与空气之间的热移动。
图8表示制冷剂热交换器20的制造方法中的主要工序。制冷剂热交换器20的制造方法具有下述的工序。第一工序A是供给用于板33、34的原材料的工序。在该工序中供给CFRP的预浸料。预浸料在使树脂材料浸渍于碳素纤维的状态下被供给。预浸料的树脂材料被选定为具有适合后续的工序的加工性及硬化特性。预浸料的树脂材料能够利用热硬化性树脂或者热可塑性树脂。预浸料作为辊材51而被供给。
第二工序B是将原材料加工为板33、34的形状的工序。在该工序中，预浸料被切断为规定的大小并被赋予规定的形状。预浸料成形为与板33、34相当的形状。例如，通过使用冲压加工机52的冲压加工，成形出板33、34的形状。
第三工序C是将多个板33、34层叠地配置以形成制冷剂热交换器20的工序。在该工序中，多个板33、34被规则地层叠。在该工序中，为了一个流路划分部件22而层叠彼此对称的一组板33、34。此外，在该工序中，用于形成制冷剂热交换器20的多组板33、34被层叠。第四工序D是接合板33、34并使预浸料硬化的工序。
碳素纤维41可以作为三菱丽阳株式会社出售的“パイロフィル”来获得。碳素纤维41可以作为纤维方向为一个方向的UD带、作为织物的纺织片材(fabric sheet)、作为不连续基材的短纤维来获得。碳素纤维41可以作为东丽株式会社出售的“トレカ”来获得。碳素纤维41可以作为纤维方向为一个方向的UD带、作为织物的纺织片材、作为不连续基材的切断纤维或者短纤维颗粒来获得。碳素纤维41可以作为三菱树脂株式会社出售的“ダイアリード”来获得。碳素纤维41可以作为纤维方向为一个方向的UD带、作为织物的纺织片材、作为不连续基材的短纤维或者短纤维颗粒、将纤维粉碎得短的磨碎纤维来获得。
在利用UD带或者纺织片材的情况下，通过将碳素纤维41的长度方向定位在对板33、34而言所需要的方向并使树脂材料浸渍来提供预浸料。在利用被称为短纤维、切断纤维、短纤维颗粒的不连续基材的情况下，通过混合有不连续基材的树脂材料来注塑成形板33、34。在该情况下，碳素纤维沿着注塑成形工序中的树脂材料的流动方向取向。因此，以树脂材料沿与管部分31的长度方向交叉的方向流动的方式设定注塑成型模具中的浇口位置。
在使用热硬化性树脂作为浸渍到碳素纤维41的树脂材料的情况下，在制造方法的工序中，能够利用：由高压釜进行的真空加热加压工序、也被称为RTM(树脂传递模塑，
Resin Transfer Molding)工序的树脂注入成形工序、或者也被称为VaRTM(真空树脂传递模塑，Vacuum Resin Transfer Molding)工序的吸入式树脂注入成形工序。并且，在使用热可塑性树脂作为浸渍到碳素纤维41的树脂材料的情况下，在制造方法的工序中，能够利用冲压成形工序(Stamping Molding)或者注塑成形工序(Injection Molding)。
根据本实施方式，由于在制冷剂热交换器20的制冷剂流路构成部件，即流路划分部件22使用CFRP，因此能够使制冷剂流路构成部件形成地薄且重量轻。其结果，能够提供轻量的制冷剂热交换器。根据本实施方式，碳素纤维41以包围管部分31的方式取向。因此，相对于管部分31的径向，能够提供具有高的耐压性能的制冷剂热交换器。根据本实施方式，碳素纤维41在板部分32中，以从管部分31延伸出来的方式取向。因此，能够提供在管部分31中的制冷剂和板部分32的外部的介质之间具有高的热交换性能的制冷剂热交换器。
(第二实施方式)
本实施方式是以之前的实施方式为基础的变形例。在上述实施方式中，管部分31划分形成圆形剖面的制冷剂流路。代替于此，流路划分部件22能够以将制冷剂流路划分形成为具有多种剖面形状的方式形成。
如图9所示，本实施方式的流路划分部件22具有管部分231。管部分231划分形成具有能够称为长方形或者椭圆形的剖面形状的制冷剂流路。根据本实施方式，在遍及较宽的范围形成制冷剂与板33、34的接触面。并且，在流路划分部件22的外表面，设置有遍及较宽面积的平面状的范围。这样的形状使提供适合制冷剂热交换器20的用途的热交换性能变得可能。
(第三实施方式)
本实施方式是以之前的实施方式为基础的变形例。在上述实施方式中，制冷剂热交换器20属于所谓的层叠板型或者被称为冲压外圈型的形式。代替于此，制冷剂热交换器20能够由多种形式提供。
图10所示的制冷剂热交换器20属于被称为管箱(チューブアンドヘッダ)型的形式。图示的制冷剂热交换器20的一个用途是散热器12。
制冷剂热交换器20具有多个流路划分部件322。在本实施方式中，流路划分部件322也构成供制冷剂流动的制冷剂流路。流路划分部件322不具备之前的实施方式的流路划分部件22中的凹部37、38和其周边部，仅具有与管部分31和板部分32对应的部分。因此，流路划分部件322形成为主要提供制冷剂流路。在本实施方式中，在多个流路划分部件322之间也形成有空气通路23。在该空气通路23中，配置有与流路划分部件322热连接的翅片328。翅片328是设置于管部分31的外侧，用于扩展与热交换介质即空气的接触面积的传热部件。翅片328是与流路划分部件322分体的部件。
在图示的例子中，翅片328由被称为波状翅片的波状的部件提供。翅片328由能够与CFRP制的流路划分部件322热接合并且能够机械接合的材料制成。翅片328是CFRP制。在翅片328与流路划分部件22连接的情况下，翅片328能够是铝等的金属制。
制冷剂热交换器20具有使多个流路划分部件322的两端流体式连通的集水箱324、325。集水箱324、325是铝等的金属制，或者CFRP制。流路划分部件22将划分形成于集水箱324、325内的制冷剂室连通。
(其他实施方式)
本公开不限定于例示的实施方式，也能够进行各种变形来实施。公开不限定于在实施方式中所表示的组合，也能够通过各种组合来实施。实施方式也能够具有增加的部分。实施方式的部分也有被省略的情况。实施方式的部分也能与其他实施方式的部分交换或者组合。实施方式的结构、作用、效果只不过是例示。公开的技术范围不限定于实施方式的记载。公开的几个技术范围由权利要求书所记载的范围表示，此外，应当理解，也包含与权利要求所要求保护的范围相等的含义以及范围内的全部变更。
在上述实施方式中，在流路划分部件22的整体设置碳素纤维41。代替于此，也可以仅在流路划分部件22的一部分设置碳素纤维41。例如，也可以在要求高的机械强度的部分，以及/或者需要高的热移动性的部分设置碳素纤维41。此外，除上述实施方式之外，在要求高的机械强度的部分，以及/或者需要高的热移动性的部分，也可以附加增加的碳素纤维。

Claims (10)

1.一种制冷剂热交换器，提供制冷循环的制冷剂与热交换介质之间的热交换，其特征在于，
具备由碳素纤维增强塑料制成的流路划分部件(22、322)，该流路划分部件提供管部分(31、231)，该管部分划分形成供所述制冷循环的制冷剂流动的制冷剂流路。
2.根据权利要求1所述的制冷剂热交换器，其特征在于，
包含于所述碳素纤维增强塑料的碳素纤维以包围所述制冷剂流路的方式延伸。
3.根据权利要求1或2所述的制冷剂热交换器，其特征在于，
还具备传热部件(32、328)，该传热部件设置于所述管部分的外侧，并用于扩展所述管部分与所述热交换介质的接触面积。
4.根据权利要求3所述的制冷剂热交换器，其特征在于，
所述传热部件(32)由所述流路划分部件提供，并且是由碳素纤维增强塑料制成的。
5.根据权利要求4所述的制冷剂热交换器，其特征在于，
所述传热部件(32)是从所述管部分延伸出来的板部分(32)。
6.根据权利要求5所述的制冷剂热交换器，其特征在于，
包含于所述碳素纤维增强塑料的碳素纤维以从所述管部分延伸出来的方式在所述板部分中延伸。
7.根据权利要求5或6所述的制冷剂热交换器，其特征在于，
包含于所述碳素纤维增强塑料的碳素纤维遍及所述管部分和所述板部分这两者地延伸。
8.根据权利要求7所述的制冷剂热交换器，其特征在于，
所述碳素纤维沿着所述热交换介质的流动方向(AF)遍及所述流路划分部件的整个宽度地延伸。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的制冷剂热交换器，其特征在于，
所述流路划分部件具有多个管部分和多个板部分，
所述碳素纤维遍及全部多个所述管部分和多个所述板部分地延伸。
10.根据权利要求3所述的制冷剂热交换器，其特征在于，
所述传热部件(328)是与所述流路划分部件分体的部件。
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