CN1158409A - 热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在其传热管的内、外表面的任一面上形成多个散热片的热交换器。上述的每个散热片，都由包括了该散热片的顶部的第1部分和包括了该散热片的根部的第2部分所构成。上述的第1部分，其棱线为凹凸形状或粗略的波形状；而上述的第2部分，在与形成有上述的散热片的传热管的任一表面相平行的截面上的、沿散热片的长尺寸方向的轮廓为粗略的直线状。

Description

热交换器

本发明涉及一种用于例如冷冻空调机上的热交换器，特别是涉及一种在其内表面或外表面上具有能促进传热的散热片的散热片传热管和散热片薄膜传热面，以及热换换器、冷冻、空调机。

以往，在其内表面上具有散热片的散热片传热管上，为上促进在使用单一致冷剂时的冷凝和蒸发传热，是对散热片的侧面等部位进行机械加工处理这一种公开的技术。例如，有如下的两种已知的公开技术：

(1)日本专利“特开昭63-61896”号公报。

依据该专利中的公开技术，为了提高在使用单一致冷剂时的传热性能，一方面是使在小直径传热管的内表面上形成螺旋状或沿管轴方向为连续的散热片，同时使其散热片的侧壁相对于管轴方向为波浪形。这样，在冷凝传热时，主要依靠传热面积的增大来促进传热；而在蒸发传热时，则主要依靠致冷剂液体润湿面积的增大来促进传热。

(2)日本专利“特开昭62-102093”号公报。

依据该专利中的公开的技术，为了促进在使用单一致冷剂时的传热性能，是使传热管的内表面上形成连续的螺旋状的散热片，并在该散热片的侧面上，以一定的间蹁设置一沿主沟的深度方向延伸的副沟。

在上述已知技术(1)中，如上所述，由于包括了散热片的顶部和底部的散热片整体，相对于管轴方向为波浪形，而且，两相邻散热片之间的沟，就总体来看也呈波浪形，所以就减小了有效传热面积，这反而导致了传热性能的降低。

另一方面，在上述已知技术(2)中，如上所述，是通过使散热片的顶部为直线状，并在散热片的侧面上设置一从其上部到底部的副沟，来达到扩大传热面积的目的。但问题在于，并不能如想象的那样能提高传热性能。

本发明的目的是，提供一种能提高冷凝、沸腾传热的传热性能的热交换器。

为达到上述目的，在其传热管的内表面和外表面的任何一面上具有复数的散热片的热交换器上，上述的每个散热片，都是由包括了该散热片的顶部的第1部分和包括了该散热片的根部的第2部分所构成。上述第1部分，其棱线为凹凸形状或大致为波形状；而上述第2部分，其在与形成有上述散热片的内表面或外表面的任一表面相平行的截面上的、沿散热片的长尺寸的方向上的轮廓为粗略的直线状。

而依据上述公开技术(1)中所述的传热管，在冷凝传热时，位于两相邻散热片之间的沟的下部全部为液相所充满，而不存在蒸气相。因此，即使使沟的下部为波形，也不太能够期待会由于传热面积的增大而使传热性能得到提高的效果。另外，在蒸发传热时，虽然在沟内流动着的致冷剂会由于毛细管现象而被引上到散热片的上部，从而增大润湿面积，但在沟的下部，即使不特意地使沟的下部的形状为非波形，也会由于沟自身的毛细管现象和气液界面上的剪切力而自然地被液体所充满。进一步，如果使散热片的下部为波形，则会妨碍沟内液体的流动，阻止冷凝时液体的流下和蒸发时液体的供给，而这反而有可能导致传热性能的降低。

另外，依据上述公开技术(2)，在冷凝传热时，对传热贡献最大的部位是在其液膜为最薄的散热片的顶部附近。而由于该散热片的顶部附近为直线状，传热面积无法扩大，所以不大能够使传热性能得到提高。另外，虽然在从散热片侧面的上部至下部的区域上设置有副沟，但如上所述，由于位于两相邻散热片之间的沟的下部全面为液体所充满，所以也难以期望在散热片侧面下部的副沟上，会由于传热面积的增加而使传热性能得到提高。另外，在蒸发传热时，虽然在沟内流动着的致冷剂会由于毛细管现象而被引上到散热片的上部，而使润湿面积增大，但同上述公开技术(1)一样，在沟的下部，即使是不特意地通过副沟进行诱导，也会由于主沟自身的毛细管现象和汽液界面上的剪切力而使液体自然地充满沟的下部。而且，这反而成了阻碍液体流动的主要因素。

而与之相反，在本发明中，由于只是使散热片的上部为波形，所以在冷凝传热时，由于表面张力的有效作用，存在一个使积存在散热片顶部的凸部上的液体引下到其散热片下部的作用力，所以可以使散热片上部的液相已干枯的面积(对传热有贡献的薄膜部分)增加，其结果是能够增大散热片整体的有效传热面积，从而提高了传热性能。

另外，在蒸发传热时，由于形成于散热片上部的凹部，会使在散热片的下部流动的液体由于毛细管现象而被引上到散热片的顶部，所以能够增大传热管内表面的润湿面积，从而可以增加有效传热面积，使传热性能得到提高。

以下，依据所附图面，对本发明的实施例进行说明。为了明确显示出构造情况，在部分立体图上画有阴影线。

图1为显示了本发明的第1实施例中的散热片传热管的详细构造的部分放大的横剖面图。

图2为图1中所示的散热片传热管的横剖面图。

图3为现有技术中的散热片传热管的横剖面图。

图4为现有技术中的散热片传热管的横剖面图，图中显示了管内液体分布的情况。

图5为现有技术中的散热片传热管的横剖面图，图中显示了沟内液体上升的情况。

图6为现有技术中的散热片传热管的横剖面图，图中显示了位于沟内液体分布的情况。

图7为现有技术中的散热片传热管的内表面散热片的放大图，图中显示位于沟中的液体分布的情况。

图8为HFC-32和HFC-134a两种致冷剂相混合时的气液平衡图。

图9为显示了浓度边界层的产生情况的传热管的水平纵剖面图。

图10为沿图9中的X-X线的部分横剖面图。

图11为对于图3中所示的现有的传热管，将在分别使用单一致冷剂和非共沸混合致冷剂时的平均冷凝传热率的测定结果进行比较的示图。

图12为形成于图1中所示的传热管上的散热片的端部附近的立体图。

图13为沿图12中的XIII-XIII线的横剖面图。

图14为对于图1中所示的传热管和图3中所示的现有的传热管，将在分别使用单一致冷剂和非共沸混合致冷剂时的冷凝传热率的测定结果进行比较的示图。

图15为对于图1中所示的传热管和图3中所示的现有的传热管，将在分使用单一致冷剂和非共沸混合致冷剂时的平均冷凝传热率的测定结果进行比较的示图。

图16为显示了图1中所示的传热管在沸腾传热时的行为的散热片端部附近的立体图。

图17A和17B为作为本发明的第2实施例中的传热管的主要部分的散热片端部附近的立体图。

图18为作为本发明的第3实施例中的传热管的主要部分的散热片端部附近的立体图。

图19为作为本发明的第4实施例中的传热管的主要部分的散热片端部附近的立体图。

图20为作为本发明的第5实施例中的传热管的主要部分的散热片端部附近的立体图。

图21为本发明的第6实施例中的传热管的纵剖面图。

图22为作为本发明的第6实施例中的传热管的主要部分的散热片端部附近的立体图。

图23为显示了作为本发明的第7实施例中的传热管的主要部分的散热片端部附近的构造情况的侧面图。

图24为作为本发明的第8实施例中的薄膜传热面的主要部分的散热片端部附近的立体图。

图25为显示了本发明的第9实施例的热交换器的大致构造的部分立体图。

图26为对于具有图1中所示的传热管的热交换器和具有图3中所示的现有的传热管的热交换器，将在分别使用单一致冷剂和非共沸混合致冷剂时的热通率的测定结果进行比较的示图。

图27为显示了本发明的第10实施例中的空调机的全体构造的系统示意图。

图28为对于使用了具有图1中所示的传热管的热交换器的空调机，和使用了具有图3中所示的现有的传热管的热交换器的现有的空调机，将在分别使用单一致冷剂时的工作系数的比值进行显示的示图。

图29为对于使用了具有图1中所示的传热管的热交换器的空调机，和使用了具有现有的传热管的热交换器的现有的空调机，将在分别使用单一致冷剂和非共沸混合致冷剂时的工作系数的比值进行显示的示图。

图30为传热管的展开和部分放大图。

下面，依据图1至图16，对本发明的第1实施例进行说明。

图1和图2中显示了本实施例中的散热片传热管的构造情况。图2为散热片传热管的横剖图。图1为显示了散热片传热管的详细构造的部分放大的横剖面图。

在图2和图1中的传热管100，在其同表面上形成有多个呈螺旋状连续的散热片2，而在两相邻的散热片2和2之间，形成有呈螺旋状的沟1。每个散热片2都由上部区域2U和下部区域2L两部分所构成。该上部区域2U，其在与传热管100的内表面4相平行的截面上的沿散热片的长尺寸方向的轮廓为凹凸形状或大致为波形状；而下部区域2L，其在与传热管100的内表面4相平行的截面上的轮廓为粗略的直线状。另外，在上部区域2U上，其位于散热片前端上的，在与传热管100的内表面4相平行的截面上的凹凸形状的曲率半径R1，相对于在与内表面4相垂直的截面上的凸形状的曲率半径R2，为R1≥R2的设计。

在冷凝传热或蒸发传热时，通过使单一致冷剂(例如HCFC-22)或非共沸混合致冷剂(例如HFC-32和HFC-134a的两种混合致冷剂)等液体或气体流过上述构造的传热管100内，就可以进行与传热管100的外部之间的热交换。

下面，对本实施例的作用进行说明。

作为本实施例的一个比较例，在图3中显示了一个用于交叉内管型热交换器的现有技术中的散热片传热管(内表面上具有螺旋状的沟的传热管)150的横剖面图。

在图3中的传热管150上，其内表面上形成有多个呈螺旋状连续的散热片152，而在两相邻的散热片152和152之间，形成有螺旋状的沟151。而且，每个散热片152，其在与传热管100的内表面4相平行的截面上的轮廓为大致为直线状。

另外，传热管150的管子内径为6-10mm，沟的深度为0.1-0.3mm，沟的间距为0.2-0.6mm，螺旋沟的角度(沟的螺旋角)为0-25度，沟的形状为梯形，散热片前端的角度为30-40度。

下面，对通过在上述散热片传热管150内流过单一致冷剂或者模拟共沸混合致冷剂，以进行冷凝和蒸发传热的行为进行说明。流过传热管150内的致冷剂为气液二相流体。在小流量时，如图4所示，较重的液相153在传热管的底部，而较轻的蒸汽相在传热管的上部，两者呈一种分离的层流状态在管内流动。现在来考虑一下从该层流的液面往上某个高度处的管壁的润湿情况。图5为图4中的传热管的纵剖面图。该图中显示了由于毛细管现象，液相154沿管壁上的螺旋状的沟上升到比液面高度H要高的地方。

图6中显示了积存在现有的具有螺旋沟的传热管的沟中的液体的情况。沟内的气液界面，可以近似地用与曲率半径为R3的圆弧状的散热片的前端部相接连的曲率半径为R4的圆弧来表示。这是由于在很细小的沟内，表面张力的作用很显著的结果。如图7所示，若将液膜较薄部分的h2，设定为从散热片的前端部A到散热片的侧面与气液界面成(π/12)15度角时的B点为止的距离，则h2可用下式(1)来表达。 $h_2=r_1-\frac{p}{2}\tan \frac{\mathrm{\θ}}{2}+\frac{p}{2}\frac{\sin (\frac{\mathrm{\π}}{12}+\frac{\mathrm{\θ}}{2})}{\cos \frac{\mathrm{\θ}}{2}}-r_1\sin (\frac{\mathrm{\π}}{12}+\frac{\mathrm{\θ}}{2})..............\left(1\right)$

在上式中，θ为散热片的顶角，P1为散热片的间距，h1为散热片的高度。例如，当传热管的管径为7mm，60条散热片，散热片的高度h1＝0.2mm，散热片的顶角为40度，R3＝0.04mm时，则薄液膜部分的区域高度h2约为0.059mm。又例如，当传热管的管径为7mm，57条散热片，散热片的高度h1＝0.25mm，散热片的顶角为15度，R3＝0.035mm时，则h2约为0.067mm。由此可知，液膜较薄部分的区域，大致上为从散热片的前端开始到散热片的高度的大约30％处。

在该散热片的前端部区域上形成一层非常薄的液膜，由该表面张力作用的结果，就可以达到更高的冷凝传热率。这是由于表面张力起作用的结果。由式 $\mathrm{\ΔP}=\frac{\mathrm{\σ}}{R3}$ 可知，散热片顶部的液膜内的压力较其周围的气相的压力要高。而积存在散热片之间的沟中的液相由于是凹面形状，所以比气相的压力要低。其结果是，散热片顶部的液相由于压力差而被排出到散热片之间的沟中。

另外同样地，在蒸发传热时，只要从该位置到散热片根部侧的流动不受阻碍，液相就不会枯，而是一直可以被供应到传热管的顶部为止，从而可以达到高的蒸发传热率。一直以来，为了提高冷凝传热率，人们知道三维化的传热面是有效的。但如果将传热管的内表面上的散热片完全截断的话，则在蒸发时会出现如上所述的液相的流动受到阻碍的情况，从而变得不再适合用作热泵的传热管。

接着，对在散热片的传热管150内流过非共沸混合致冷剂，以进行冷凝传热时的行为进行说明。

首先，作为非共沸混合致冷剂，以HFC-32和HFC-134a的混合致冷剂为例。图8为该混合致冷剂的气液平衡线图。图中横轴为HFC-32的摩尔浓度，纵轴为温度。

在图8中，露点曲线a表示开始产生冷凝时的温度。从该露点曲线a往图中的上方部位，非共沸混合致冷剂是处于蒸汽状态。沸点曲线b表示开始产生沸腾时的温度。从该沸点曲线b往图中的下方的部位，非共沸混合致冷剂是处于液体状态。

现在，例如，若有一种其HFC-32的摩尔浓度为C的非共沸混合致冷剂，来考虑一下使之从蒸汽的状态C1逐渐冷却，最终变成液体的过程。状态C1的蒸气被冷却，当冷却到温度为T2的状态C2时，到达了露点温度，开始进行冷凝。然后进一步降温，越过温度T3，一直降到温度为T4的状态C4时，冷凝结束。这样，在使用非沸混合致冷剂的场合，冷凝温度不是一个固定值，而是有一个变化范围。

另外，在使用非共沸混合致冷剂时，冷凝下来的液体致冷剂的浓度，与残留的蒸汽状态的致冷剂的浓度是不同的。即，在上述冷却过程中，当到达温度T3时，HFC-32的浓度并不是C(即状态C3)，而是被分成HFC-32的浓度为B(即状态B3)的冷凝液相和HFC-32的浓度为D(即状态D3)的蒸汽相两部分。这是因为，与HFC-134a相比，HFC-32组分比较难于冷凝，所以在冷凝面处的液相中，HFC-32的浓度下降而HFC-134a的浓度升高；而在残留下来的蒸汽相中，HFC-32的浓度升高而HFC-134a的浓度下降。

这种冷凝行为的结果是，在气液界面附近，会出现蒸汽侧的HFC-32为高浓度的区域(以下可适应地将其称作浓度边界层)和液体侧的HFC-32为低浓度的区域这样一种浓度分布。

下面，依据图9和图10，对上述这样产生的浓度边界层的情况进行说明。图9为传热管150的水平纵剖面图。图10为沿图9中的X-X线剖面的部分横剖面图。

在图9和图10中，在管壁附近的非共沸混合致冷剂气体的液流162，被散热片152以及位于两相邻的散热片152和152之间的螺旋状的沟151所引导，呈螺旋状方向流动。这时，在非共沸混合致冷剂的组分中比较容易产生冷凝的HFC-134a，先在传热管150的内表面上冷凝成液体，形成液膜163。另一方面，比较难产生冷凝的组分HFC-32，则仍为气相，在液膜163的上面沿散热片152形成浓度边界层162。

由于该浓度边层162是连续的，所以沿着致冷剂的流动方向其厚度会逐渐增加。这样的结果是，由该浓度边界层162，一方面会阻碍HFC-134a组分向管壁的扩散过程，同时还会阻碍存在于传热管150的中心部上的浓度为C的蒸汽的冷凝。这样，在传热管150中使用非共沸混合致冷剂时的冷凝传热性能，就比使用单一致冷剂时的冷凝传热性能要差一些。下面，依据图11对此做些说明。

图11为对于传热管150，将在分别使用单一致冷剂和非共沸混合致冷剂时的平均冷凝传热率的测定结果进行比较的示图。在这里，作为单一致冷剂，是用HCFC-22，而作为非共沸混合致冷剂，是用HFC-32、HFC-125和HFC-134a分别占30、10和60wt％的混合物。图中横轴为质量速率。

在图11中，曲线a为使用单一致冷剂时的平均冷凝传热率，曲线b为使用非共沸混合致冷剂时的平均冷凝传热率。从图中所示可知，对于传热管150来说，使用非共沸混合致冷剂时的冷凝传热率要低于使用单一致冷剂时的冷凝传热率。

下面，依据图12至15，比照如上所述的使用单一致冷剂、或模拟共沸混合致冷剂、或非共沸混合致冷剂的现有的散热片传热管150的散热片传热管100的作用，分成冷凝传热和蒸发传热两部分进行说明。

(1)，上部区域2U对提高冷凝传热的作用。

图12中显示形成于本实施例中的传热管100上的散热片2的端部附近的立体图。图13为沿图12中的XIII-XIII线的纵剖面图，该图显示了在冷凝传热时的行为。

在图12和图13中的本实施例的散热片传热管100上，作为散热片2的上部的在截面上呈波形状的上部区域2U，它由凹部2Ub和凸2Ua所构成。这样，由于位于散热片2的前端的对传热贡献最大的薄的液膜13，会由于凸部2Ua的作用而进一步被减薄，而且薄的液膜13的存在区域也能被扩大，所以就可以提高传热性能。另外，在使用非共沸混合致冷剂的场合，如图13所示，由于从上部区域2U的凸部2Ua中产生的剥离旋涡16会对蒸汽液进行搅拌，从而使浓度边界层162(参照图9和图10)的厚度减薄，这样就能够使在使用非共沸混合致冷剂气体时的热和物质的传递速率加快。

如公式 $\mathrm{\ΔP}=\frac{\mathrm{\σ}}{R2}$ 中所示，在现有的散热片的前端部上的由表面张力所产生的液膜驱动力，只是用曲率半径R2来表述的。但在本实施例中，除了曲率半径为R2的部分以外，由于还存在着曲率半径为R1的部分，所以液膜驱动力应由公式 $\mathrm{\ΔP}=\frac{\mathrm{\σ}}{R2}+\frac{\mathrm{\σ}}{R1}$ 来表述。因此，由于凸部区域2Ua的曲率半径R1的附加效果，就可以得到比现有的散热片的前端部上的液膜驱动力要大的将存在于散热片顶部的液体引下到散热片下部的作用力。这样就使阻碍传热性能的液膜减薄了，从而冷凝传热率得到提高。另外此时，其上部区域2U上具有一种“散热片前端的凹凸波形的曲率半径R1“大致等于”凸形状的曲率半径R2”的结构。当增大曲率半径R1时，上部区域2U的形状就趋向于现有的散热片的上部区域的形状，这样就会降低表面张力作用的效果。而如果曲度半径R1过小时，则会变成一种相当于在现有的散热片的上部区域上刻上一些划痕的形状，这同样会使表面张力作用的效果降低。因此，在表面张力起作用的范围内，R1的值以大致上等同于散热片的前端的曲率半径R2为宜。这一点也适用于后述的蒸发传热的场合。换句话说，最好是大致上以散热片前端的曲率半径R1的直径b(b＝2R1，如果散热片为梯形状，则b为梯形短边的长度)为节距，使散热片的上部形成一凹部和凸部交替出现的波形。由此，在凹部2Ub上就可以防止出现由于液膜不容易从散热片的前端排出到其下方而导致散热片的前端部为一层厚厚的液膜所覆盖的现象。

下面依据图14和图15，对上述这样的冷凝传热性能的提高效果进行更具体的说明。

在图14中，对于本实施例中的散热片传热管100和上述的现有的散热片传热管150，将在分别使用单一致冷剂(HCFC-22)和非共沸混合致冷剂(HFC-32、HFC-125和HFC-134a分别占30、10和60wt％的混合物)时的冷凝传热率的测定结果进行了比较。

在图14中，曲线b1为在现有的传热管150上使用单一致冷剂时的情况，曲率b2为在现有的传热管150上使用非共沸混合致冷剂时的情况；而曲线a1为在本实施例中的传热管100上使用单一致冷剂时的情况，曲线a2为在本实施例中的传热管100上使用非共沸混合致冷剂时的情况。图中横轴为干燥度。

从图14中所示可知，本实施例中的传热管100，无论是在使用单一致冷剂的场合还是在使用非共沸混合致冷剂的场合，其传热率在很宽的干燥度范围内都要比现有的传热管150的要高。另外，由于曲线a2和曲线b1比较接近，所以可以知道，在本实施例中的传管100上使用非共沸混合致冷剂时的传热率接近于在现有的传热管150上使用单一致冷剂时的传热率。

另外在图15中，对于本实施例中的散热片传热管100和上述的现有的散热片传热管150，将在分别使用单一致冷剂(HCFC-22)和非共沸混合致冷剂(HFC-32、HFC-125和HFC-134a分别占30、10和60wt％的混合物)时的平均冷凝传热率相对于质量速率的依赖性进行了比较。

在图15中，曲线b3为在现有的传热管150上使用单一致冷剂时的情况，曲线b4为在现有的传热管150上使用非共沸混合致冷剂时的情况；而曲线a3为在本实施例中的传热管100上使用单一致冷剂时的情况，曲线a4为在本实施例中的传热管100上使用非共沸混合致冷剂时的情况。图中横轴为质量速率。

从图15中所示可知，本实施例中的传热管100，无论是在使用单一致冷剂的场合还是在使用非共沸混合致冷剂的场合，其平均传热率在很宽的质量速率的范围内都要比现有的传热管150的要高。

(2)上部区域2U对提高蒸发传热的作用。

图16为显示了本实施例中的传热管100在蒸发传热时的行为的、散热片2的端部附近的立体图。

在图16中，由于利用由散热片2的上部区域2U的凹部2Ub所产生的毛细管现象，可以将致冷剂17引上到散热片2的前端，从而增大了传热管内表面上的润湿面积，所以就可以使本实施例中的散热片传热管100的传热性能得到提高。

在现有的传热管上，由其散热片的前端部上的表面张力所产生的液膜驱动力，会根据在公式 $\mathrm{\ΔP}=\frac{\mathrm{\σ}}{R2}$ 中所得到的压力差而将液体排出散热片的前端部。而在本实施例中，在凹部区域2Ub，由于在公式 $\mathrm{\ΔP}=\frac{\mathrm{\σ}}{R2}-\frac{\mathrm{\σ}}{R1}$ 中所述的凹部区域2Ub的曲率半径R1的存在，可以减轻从散热片的前端部中排出液体的作用。其结果是增大了在散热片上部中被液体所润湿的面积。这样，通过设置在散热片2的上部上的凹部区域2Ub，就可以得到一个高的蒸发传热率。

(3)散热片的下部区域2L的作用。

另一方面如图12所示，在本实施例中的传热管100上的散热片2的下部区域2L，其在纵截面上的形状为粗略的直线状而无凹凸部。但在冷凝传热时，由于散热片2的下部区域2L都为液体所充满，所以增大该下部区域2L的传热面积几乎与提高传热性能的效果无关。另一方面在蒸发传热时，位于散热片2的下部区域2L上的致冷剂流，由于主沟的毛管现象已使该下部区域2L为液体所充满，所以与冷凝传热时一样，该下部区域2L的致冷剂流与传热性能的提高之间也几乎没有联系。即，从传热性能方面来看，并不会由于散热片2的下部区域2L的截面轮廓为非波形，就会使传热性能降低。不但不会这样，反过来如果假设散热片的下部区域2L上存在凹凸部的话，则该凹凸部反而会阻碍沟中的液体的流动，在冷凝时阻碍冷凝液体往下流，而在蒸发时阻碍液体供给到管子的顶部，从而使传热性能降低。因此，散热片的下部区域2L的形状以阻力小的粗略的直线状为宜。

另一方面，从加工的角度来看，由于使下部区域2L在纵截面上的形状为粗略的直线状，而非凹凸形状或波形状，所以在对散热片2进行加工时，只要对散热片2的较薄的上部区域2U进行加工就够了。这样，与现有的将散热片2的上部区域和下部区域的全体都加工成波形状的情况相比，在本实施例中就能够容易进行良好精度的加工。

因此，如在以上(1)-(3)中所述的那样，依据本实施例中的散热片传热管100，既可以提高传热性能，另外也能够容易进行良好精度的加工。另外，由于现有的在具有沟的传热管上，液膜较薄的区域是从散热片的顶部到散热片的高度的约30％处为止，所以可以将本实施例中的散热片的上部区域设定在散热片2的高度的30％范围以内。

在上述第1实施例中，显示了散热片2的上下面上的波形为同相位的情况。但不限于如此，上下面上的波形的相位也可以不同。这时也能够得到与同相位时一样的传热效果。

另外，在上述第1实施例中，散热片2的上部区域2U的波形为凹凸形状或粗略的波形状。但不限于如此，上部区域2U的波形也可以是粗略的三角形或者独立凸起形状或者任意的凹凸形状。在这些时候也能够得到同样的效果。

进一步在上述第1实施例中，形成于传热管100的内表面上的散热片2为螺旋状。但不限于如此，该散热片2也可以是其他形状，例如为环状。

下面，对以上所述的图1中所示的实施例的传热管100的制造方法进行简单的说明。在本实施例中，传热管100的制造是采用所谓的“电焊钢管”方式。即，首先在大致上为板状的构件上，由第1次的压力加工形成一竖起状的散热片母材2。然后在经第一次压力加工的散热片母材2的上部，由第二次的压力加工而得到具有上述的凹凸波形的上部区域2U。而这时，散热片母材2的下部的形状不再变化，而是就这样保留由此得到下部区域2L。

现在以一个散热片母材2为例，对第2次的压力加工进行说明。在该第2次的压力加工时，是通过从散热片母材2的顶部往下配合着挤压压模，由此使散热片的上部成为一波形状。而第2次压力加工时的压模具有波形状，为了形成散热片上的波形的半周期，在高度方向压模的半周期变厚，由相邻的两个半周期的压模，通过将一个压模挤压在前一个压模的相隔于散热片的另一侧上的散热片的上部，而得到散热片上部波形的半周期。这些压模连续并排地交替出现于散热片的左右侧上，由此完成第2次压模模型的形成。在从上部往下挤压压模时，从散热片的截面上来看，肥大侧的压模向右侧挤压散热片的上部，而右侧的压模则向左侧挤压散热片的上部。由此就可以得到如图1中所示的垂直于散热片的竖立平面的方向上的波形。对全部的散热片上都形成有波形(凹凸)的大致上为板状的构件，将其在板的宽度方向上的两端用焊接方法连接起来，就可以得到圆管状的传热管2。

下面，依据图17a和图17b，对本发明的第2实施例进行说明。在上述第1实施例中，附加在散热片的散热片上部的凹凸形状或波形状是与散热片的纵截面大致相垂直的。出于同样的考虑方法，也可以通过使凹凸形状或波形状附加在散热片的纵截面的方向上而达到提高传热性能的目的。图17为作为传热管200的主要部分的散热片202的立体图(相当于第1实施例中的图12)。散热片202的上部区域202U的形成，是通过对其在传热管200的内表面204相平行的纵截面上的形状为粗略的直线状的散热片母材212进行挤压加工，使其产生压痕或切口218而完成的。即，这时候传热管200的制造方法，是用所谓的“电焊钢管”方式：首先在一大致上为板状的构件上形成竖立状的散热片母材212，然后用上述的由挤压压模而进行压凹加工或切槽加工的方法，将该散热片母材212的上部加工成上部区域202U。而这时，散热片母材212的下部，按原来形状保留下来得到下部区域202L。然后，将该大致上为板状的构件的板的宽度方向上两端焊接起来，就得到了圆管状的传热管200。本实施例中的传热管200的其他方面的构造，同第1实施例中的大致相同。

与第1实施例一样，在本实施例中，由散热片上的凹凸形状或波形状的凸部，在冷凝时会起到将液体引下到散热片传热管的沟中的作用，从而提高冷凝时的传热率。进一步，由散热片上的凹凸形状或波形状的凹部，会起到将存在于散热片传热管的沟中的液体引到上部区域202U上的作用，从而提高蒸发时的传热率。

另外，与第1实施例不同之处是，由于本实施例中的散热片上部区域的凹凸形状或波形状的振幅只是在垂直方向或水平方向上，所以此时其节距，是根据与第1实施例中相同的方法确定的。

又，在图17a中，在上部区域202U的侧面上形成有沟槽。虽然此时传热管200的制造方法要较第1实施例中的容易一些，但对散热片的侧面进行加工是件困难的事。图17b中解决了这个问题。它由于只需用压力进行切槽加工，所以能使加工变得容易一些。

另外，上述这样的“电焊钢管”方式的制造方法，不用说也可以适用于前面所述的第1实施例中的传热管100上。

下面依据图18，对本发明的第3实施例进行说明。本实施例是一个其散热片具有不同形状的传热管的实施例。

图18为作为本实施例中的传热管300的主要部分的散热片302的端部附近的立体图。该图18大致上相当于第1实施例中的图12和第2实施例中的图17。

在本实施例的图18中，与第1实施例的不同之处是，散热片302的上部区域的凹凸波形为粗略的三角形，并且散热片302的侧面上的棱线302a相对于传热管300的内表面304是倾斜而不是垂直的。

本实施例中的传热管300的其他方面的构造，大致上同第1实施例。

由本实施例，也可以得到同第1实施例中相同的效果。

进一步，在冷凝传热时，如果由于棱线302a的倾斜而使致冷剂的流向是从散热片302的前端到散热片的根部的方向(图中R的方向)的话，那么就能够促进形成于散热片302的前端上的液膜的排出，从而使传热性能进一步得到提高。另外，在沸腾传热时，如果由于棱线302a的倾斜而使致冷剂的流向是从散热片302的根部到其前端的方向(图中L的方向)的话，那么就能够由作用于气液界面上的剪切力而促进润湿面积的扩大，从而能够进一步提高传热性能。

下面依据图19，对本发明的第4实施例进行说明。本发明是一个其散热片具有不同的形状的传热管的实施例。

图19为作为本实施例中的传热管400的主要部分的散热片402的端部附近的立体图。该图19大致上相当于第1实施例中的图12、第2实施例中的图17和第3实施例中的图18。

在本实施例的图19中，与第1实施例的不同之处是，其散热片402的上部区域402U的凹凸形状，是由具有不同角度的多个切口418a和418a所构成的三维的独立凸起的形状。

这样，由于在散热片400的上部区域402U上形成有多个的而且曲率半径较小的独立凸起，所以可以进一步促进冷凝时液膜的排出。其结果是，使冷凝传时的传热率进一步得到提高。

本实施例中的传热管400的其他方面的构造，大致上同第1实施例。

下面，依据图20，对本发明的第5实施例进行说明。本实施例是一个散热片具有不同的形状的传热管的实施例。

图20为作为本实施例的传热管500的主要部分的散热片502的端部附近的立体图。该图20大致上相当于第1实施例中的图12、第2实施例中的图17、第3实施例中的图18和第4实施例例中的图19。

在本实施例的图20上，与第1实施例的不同之处是，其散热片502的上部区域502U的凹凸波形为任意的粗糙形状。即，这种时候传热管500的制造方法是用所谓的“电焊钢管”方式：首先在具有同样的粗糙的构件上，由压力加工形成散热片母材512，这时可以只让在散热片的前端上保留粗糙形状。然后将该大致上为板状的构件的板的宽度方向上的两端焊接起来，就得到了圆管状的传热管500。在本实施例中，由于散热片前端上的凹凸形状是准备坯料时就形成的，所以有制作容易且加工成本低的优点。

本实施例中的传热管500的其他方面的构造的效果，大致上同第1实施例。

下面依据图21，对本发明的第6实施例进行说明。本实施例是一个将其散热片分割了的传热管的实施例。

图21和22为本实施例中的传热管600的纵剖面图。

在图21上的散热片602，其前端部的加工方法同第1至第5实施例，并且该散热片602被具有大的螺旋角和大的间距的副沟601b所分割。由该具有大的螺旋角和大的间距的副沟601b，就能够在冷凝时使冷凝液的流下变得容易一些，而在蒸发时则容易将液体供给到传热管的顶部。

设置该具有大的螺旋角和大的间距的副沟601b的目的，是为了实现一种横穿主沟601a的液体的流向。这样，在冷凝时，就可以使来自传热管上部的液体变得容易流下，从而可以防止出现由于主沟601a被液体所充满两使传热性能下降的现象。另一方面，在蒸发时，由该副沟601b就可以给传热管上液体将要干枯的部分立即供应液体，从而使传热性能得到提高。另外，由于该副沟601b的存在，而产生出一种横穿主沟601a的沿重力方向上的致冷剂的液流，所以在传热管为水平安置时，该副沟601b的合适的螺旋角应是与管轴方向大致上成90度角。因此，以β2＝90°±20°即可。另外，由于在螺旋角为β1的主沟601a沿传热管的内管壁每旋转一周的范围内，设置20条左右的该副沟601b就够了，所以可以将该副沟601b的间距P2设定定为： $P2\≥\frac{\mathrm{\π}\•\mathrm{di}}{\tan \mathrm{\β}1}/20$ ，式中：di为传热管的最大内径。例如，当di＝6.5mm时，则P2≥2.8mm。如果将副沟601b的间距P2减小到小于上述公式中确定的值的话，则由于该副沟601b会阻碍沿主沟601a方向上的致冷剂的流动，所以这时会导致传热性能降低。

另外，如上所述，由于该副沟601b的存在可以使液体在横穿主沟601a的方向上的流动变得容易些，所以应尽量将副沟601b向下加工得深一些。即，虽然在图22中显示了一种将副沟601b一直向下加工到散热片的根部为止的情况，但在通常的情况下，至少应将副沟601b向下加工到散热片高度h1的50％以上深度。

下面，依据图23，对本发明的第7实施例进行说明。本实施例是一个将散热片设置于传热管的外表面上的传热管的实施例。

图23为显示了作为本实施例中的传热管700的主要部分的散热片702的端部附近的构造情况的立体图。

在图23上的传热管700，是一种用于致冷剂在传热管的外表面上进行凝凝的所谓的壳管式热交换器上的传热管。在该传热管700的外表面上，形成有多片连续的环状散热片702。每一个散热片702都具有与第1实施例中的散热片2相似的构造，它是由上部区域702U和下部区域702L所构成。该上部区域702U，在与传热管700的外表面704相平行的横截面上的轮廓为凹凸形状或粗略的波形状。而下部区域702L，在与传热管700的外表面704相平行的横截面上的轮廓为粗略的直线状。另外，在上部区域702U上具有这样的构造：散热片的前端上的在与传热管700的外表面704相平行的横截面上的凹凸波形的曲率半径，大致上等于在与传热管700的外表面704相垂直的横截面上的凸形状轮廓的曲率半径(其考虑方法同第1实施例)。

在本实施例的散热片传热管700上，也同第1至第6实施例中的散热片传热管100至600一样，由在与传热管700的外表面704相平行的截面上的轮廓为粗略的波形状或凹凸形状的上部区域702U，能够使在冷凝和蒸发时的传热性能得到提高。这时，其在与传热管700的外表面704相平行的截面上的轮廓为粗略的直线状的下部区域702L，并不会降低上部区域702U对传热性能的提高的效果。另外，作为散热片702的整体，可以容易进行良好精度的加工。

另外，在上述第7实施例中，其散热片702具有同第1实施例中的散热片2相似的形状。但不限于如此，该散热片702也可以是类似于第2至第6实施例中的散热片的形状。在这些时候也可以得到同样的效果。

下面依据图24，对本发明的第8实施例进行说明。本实施例是一个用于冷却计算机装置的薄膜传热面的实施例。

图24为作为本实放例中的主要部分的薄膜传热面800上的散热片802的端部附近的立体图。

在图24上，薄膜传热面800由平板状的基板构件801和竖着设置在该基板构件802上的多个散热片802所构成。每一个散热片802都具有类似于图12中所示的散热片2的结构，它是由上部区域802U和下部区域802L所构成。该上部区域802U，在与基板构件801相平行的截面上的轮廓为凹凸形状或粗略的波形状。而下部区域802L，在与基板构件801相平行的截面上的轮廓为粗略的直线状。另外，在上部区域802U上具有这样的构造：散热片前端上的在与基板构件801相平行的截面上的凹凸波形的曲率半径，大致上等于在与基板构件801相垂直的截面上的凸形状曲率半径(其考虑方法同第1实施例)。另外，这时的散热片802的排列方式是直线状而不是螺旋状，这一点与第1实施例中的散热片2不同。

在本实施例的薄膜传热面800上，也同第1至第7实施例中的散热片传热管100至700一样，通过其在与基板构件801相平行的截面上的轮廓为粗略的波形状的上部区域802U，可以使冷凝和蒸发传热时的传热性能得到提高。这时，其在与基板构件801相平行的截面上的形状为粗略的直线状的下部区域802L，并不会降低上部区域802U对传热性能提高的效果。而且此时，作为散热片802的整体，可以容易进行良好精度的加工。

另外，在上述第8实施例中，其散热片802具有类似于图12中的散热片2的形状。但不限于如此，该散热片802也可以是与图1中的散热片2，或者与第2至第6实施例中的散热片相类似的形状。在这些时候也可以得到同样的效果。

下面，依据图25和26，对本发明的第9实施例进行说明。本实施例是一个具有第1实施例中的传热管100的热交换器的实施例。对于与第1实施例中相同的构件，采用相同的符号。

图25为显示了本实施例中的热交换器900的大致构造的部分立体图。在图25上，热交换器900是一种被人们称作交叉散热片管型的热交换器。它由多个的平行设置的平行散热片906和贯穿在该平行散热片906上的第1实施例中的传热管100所构成。为了提高与空气侧的传热率，在平行散热片906的表面上设置有放热孔908。

对于传热管100，虽然在本图中并没有特意地显示出其详细的构造，但如在第1实施例中所说明的那样，其形成于传热管的内表面上的每个散热片，都由上部区域和下部区域所构成。该上部区域，在与传热管的内表面相平行的截面上的形状为凹凸形状或粗略的波形状。而下部区域，在与传热管的内表面相平行的截面上的形状为粗略的直线状。另外，其散热片前端上的凹凸波形的曲率半径比凸形状的曲率半径要大一些。

在上述构成的热交换器900上，空气流905沿着与传热管100的管轴相垂直的方向从多个平行散热片906的间隙中流动。由在其管子内部流动致冷剂的传热管100，就可以对该空气流905进行冷却。

根据第1实施例中的散热片传热管100对与致冷剂侧的传热性能的提高作用，由本实施例中的热交换器900，就可以使反映了热交换器的综合传热性能指标的热通率得到提高。而且，该热通率指标中，包括了空气侧的传热率，致冷剂侧的传热率和接触阻力这几个因素。热交换器900对该热通率指标的提高的效果，可以由图26进行具体的说明。

在图26中，对于具有散热片传热管100的本实施例中的热交换器900和具有上述的现有散热片传热150(参照图3)的热交换器，将在分别使用单一致冷剂(HCFC-22)和非共沸混合致冷剂时的热通率的测定结果进行了比较。

在图26上，曲线b5为在现有的热交换器上使用单一致冷剂时的情况，曲线b6为在现有的热交换器上使用非共沸混合致冷剂时的情况；而曲线a5为在本实施例的热交换器900上使用单一致冷剂时的情况，曲线a6为在本实施例的热交换器900上使用非共沸混合致冷剂时的情况。图中横轴为空气流速。

从图26中所示可知，无论是在使用单一致冷剂的场合还是在使用非共沸混合致冷剂的场合，由本实施例中的热交换器900，都可以在很宽的空气流速的范围内，很到比现有的热交换器高的热通率。

另外，由于曲率a6和曲线b5比较接近，这说明在本实施例中的热交换器900上使用非共沸混合致冷剂时的热通率，能够接近于在现有热交换器上使用单一致冷剂时的热通率。由此可知，作为用作非共沸混合致冷剂的热交换器上的一种传热管，第1实施例中的传热管100是非常适合的。

又，在上述第9实施例中的热交换器900上，是采用了第1实施例中的传热管100作为其传热管的。但不限于如此，也可以采用第2至第6实施例中的传热管。在这些时候也可以得到同样的效果。

下面，依据图27、28和29，对本发明的第10实施例进行说明。本实施例是一个具有第9实施例中的热交换器900的空调机的实施例，在本实施例中，与第9实施例中相同的构件，采用相同的符号。

图27为显示了本实施例中的空调机1000的全体构造的系统示意图。在图27上，空调机1000构成了使用非共沸混合致冷剂的热泵式的冷冻循环。该空调机1000的构成为：配置在室内的热交换器1026，配置在室外的室外热交换器1024，连接上述两热交换器1026和1024的压缩机1022，位于冷、暖气设备上的对致冷剂的流向进行切换的四通阀1023，以及膨胀阀1025。

室内热交换器1026和室外热交换器1024都是由第9实施例中的热交换器900所构成。当四通阀1023处于图中实线所示的位置时，空调机1000为冷气设置。此时，室内热交换器1026作为蒸发器，而室外热交换器1024作为冷凝器而分别产生作用。当四通阀1023处于图中虚线所示的位置时，空调机1000为暖气设备。此时，室内热交换器1026作为冷凝器，而室外热交换器1024作为蒸发器而分别产生作用。

根据第9实施例中的热交换器900对热通率的提高的用作，由本实施例中的空调机1000，能够提高作为致冷能力(或致暖能力)除以全部输入的电力后的商值的工作系数(COP)这一指标。对该工作系数的提高的效果，由图28做具体的说明。

在图28中，对于使用了具有散热片传热管100(参照图1)的热交换器900作为室内热交换器1026和室外热交换器1024的本实施例中的空调机1000，以及使用了具有现有的散热片传热管150(参照图3)的热交换器作为室内热交换器1026和室外热交换器1024的现有的空调机，将在分别使用单一致冷剂(HCFC-22)时的工作系数的测定结果的比值(％)进行了比较。

从图28中所示可知，无论是在用作冷气设备时还是在作用暖气设备时，与现有的空调机相比，本实施例中的空调机1000的工作系数值都要高。由此，可以实现一种高效紧凑的冷冻和空调机。

接着，在图29中，对于本实施例中的空调机1000，以及使用了具有现有的散热片传热管150(参照图3)的热交换器作为室内热交换器1026和室外热交换器1024的现有的空调机，将在分别使用单一致冷剂(HCFC-22)和非共沸混合致冷剂(HFC-32、HFC-125和HFC-134a分别占30、10和60wt％的混合物)时的工作系数进行测定，算出这些值的比(％)，将其结果进行比较。

如图29所示，无论是在用作冷气设置时还是在用作暖气设备时，在现有的空调机上，若用非共沸混合致冷剂代替单一致冷剂，则工作系数(COP)的值大约下降到原来使用单一致冷剂时的93-95％的程度。相比之下，在本实施例的空调机1000上，即使用非共沸混合致冷剂代替了单一致冷剂，其工作系数值也能够接近于在现有的空调机上使用单一致冷剂时的工作系数值。由此，可以实现一种高效紧凑的使用非共沸混合致冷剂的冷冻空调机。

另外，上述的第10实施例，是一个将热产换器900用于空调机上的实施例。但不用说，在本实施例中，热交换器900完全可以同样应用于冷冻机上。

在以上所述的实施例中的散热片，都为形成于传热管的内表面上的螺旋状的构造。但如下所述的那样，即使将传热管内表面上的散热片设计成一种松树叶的形状，也不会使上述各实施例中的效果有所降低。

图30为传热管1000的展开和部分放大图。位于传热管1000的内表面上的散热片1002为一种松树叶的形状，其辊旋角的变化是不连续的。该内表面上的散热片1002的构造和第1实施例中所述的散热片的构造同样地形成，它由上部区域1002U和下部区域1002L所构成。该下部区域1002U在与传热管1000的内表面1004相平行的纵截面上的形状为凹凸形状或粗略的波形状。而下部区域1002L，在与传热管1000的内表面1004相平行的纵截面上的形状为粗略的直线状。另外，上述凹凸形状或粗略的波形状的节距，由与第1实施例中同样考虑方法来确定。

依据本发明中的具有散热片的散热片传热管，其位于传热管的内表面上的散热片，由作为该散热片的上部的第1部分和作为该散热片的下部的第2部分所构成。作为该散热片的上部的第1部分，由于其在与传热管的内表面相平行的截面上的形状为凹凸形状或粗略的波形状，所以可以使冷凝和蒸发时的传热性能得到提高。作为该散热片的下部的第2部分，其在与传热管的内表面相平行的截面上的形状为粗略的直线状，而这并不会降低传热性能。并且，由于第2部分不需要进行特别的加工，所以就散热片整体来说，就能够容易进行良好精度的加工。

Claims (5)

1.一种在传热管的内、外表面的任一面上形成有多个散热片的热交换器，其特征是，上述的每个散热片，都由包括了该散热片的顶部的第1部分和包括了该散热片的根部的第2部分所构成；上述第1部分，其棱线为凹凸形状或粗略的波形状，而上述第2部分，在与形成有上述的散热片的内、外的任一表面相平行的截面上的沿散热片的长尺寸方向的轮廓为粗略的直线状。

2.如权利要求1所述的热交换器，其特征是：上述第1部分的形成于其棱线上的凹凸形状或粗略的波形状的振幅的方向，为沿着上述传热管的一表面的方向而形成。

3.如权利要求1所述的热交换器，其特征是：上述第1部分的形成于其棱线上的凹凸形状或粗略的波形状的振幅的方向，为与上述传热管的一表面相垂直的方向。

4.如权利要求1中所述的热交换器，其特征是：上述第1部分的形成于其棱线上的凹凸形状或粗略的波形状，是一任意的凹凸形状。

5.如权利要求1中所述的热交换器，其特征是：上述第1部分的形成于其棱线上的凹凸形状或粗略的波形状的振幅和周期，是根据上述散热片的上部的横截面上的尺寸来确定的。

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