CN1977139A - 换热器,中间换热器,制冷循环 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种换热器,该换热器包括外管(30)和内管(20),内管(20)具有多个形成在其外壁上的翅片(21),并放置在外管(30)中。该换热器设计成在流经所述内管的第一流体和在所述外管和所述内管之间流过的第二流体之间进行热交换。在所述外管(30)的内壁和所述内管(20)的所述多个翅片(21)中的每一个的尖端之间形成有一间隙(S)。这种结构可以提高换热性能,并使换热器具有良好的弯曲加工性能。
Description
本申请要求在2004年8月6日提交的日本专利申请NO.2004-230778和在2004年8月11日提交的美国临时申请S.N.60/600,357的优先权,这两个申请的所有公开内容作为整体结合于此以作参考。
相关申请的交叉参考
本申请是依照35U.S.C.§111(a)提出的申请,并根据35U.S.C.§119(e)(1)要求根据35U.S.C.§111(b)于2004年8月11日提交的美国临时申请No.60/600,357的申请日利益。
技术领域
本发明涉及例如用在汽车空调制冷循环中的制冷循环,并且也涉及用于此循环的中间换热器和换热器。
背景技术
在大多数传统的蒸汽压缩式制冷循环中,使用的是氟利昂系列制冷剂。但是,近年来人们渐渐关注使用自然制冷剂如CO2的制冷循环。
在这种制冷循环中,制冷剂是这样循环的:来自压缩机和气体冷却器(冷凝器)的高压制冷剂经过减压器和蒸发器转变成低压制冷剂,并返回到压缩机。为了提高这种制冷循环的制冷性能,提出在高压制冷剂和低压制冷剂之间进行热交换。
作为一种应用于CO2制冷循环的中间换热器,在例如下面的专利文献中公开的管状结构的中间换热器已为大家所知。
在日本的未审定公开的专利文献NO.2001-56188(以下简称“专利文献1”)和日本的未审定公开的专利文献NO.2002-181466(以下简称“专利文献2”)中公开的换热器由带有中央通道和绕中央通道布置有多个外部通道的多孔管件构成。在这种换热器中,高压制冷剂流经中央通道,低压制冷剂流经外部通道,以在其间进行热交换。
在国际公开文件NO.WO 03/085344(以后称作“专利文献3”)中公开的换热器由一管件构成,其中在其外壁上设置有多个翅片的内管插入一外管。在这种换热器中,高压制冷剂流经内管,低压制冷剂在内外管之间流过,以在其间进行热交换。
就专利文献1和2中公开的换热器而言,尽管换热器通常是通过挤压法成型,但是通过挤压法形成具有多个通道的换热管是很困难的,并导致限制了例如通道的直径和/或外形。这样会导致形成直径较小的通道,因此增加了流动阻力,同时导致通道间的隔板(翅片)厚度增加,从而降低传热性能,进而降低换热性能。此外,整个管形成为一体的加工制品,通道间的隔板(翅片)很厚,因此难于进行弯曲加工。例如,在用于空调的制冷循环中采用这种换热器时,不可能形成与汽车中有限的安装空间的外形相应的外形,因而降低了设计的自由度。
此外,在专利文献3公开的换热器中,因为内管受外管的约束,作用于外管的外力可以很容易地作用在内管上,导致在内管的翅片的弯曲外侧产生裂纹,从而导致耐压性和耐久性降低。因此,这种换热器也不适合进行弯曲加工。
在此对其它出版物公开的各种特征、实施例、方法和装置的优缺点的描述并不意图限制本发明,而事实上,本发明的某些特征可能能够克服某些缺点,并仍然保留在此公开的特征、实施例、方法和装置的一些或全部。
发明内容
鉴于上述或相关领域的其它问题给出本发明的最优实施例。本发明的最优实施例可以显著地改进现有的方法和/或装置。
在其它可能的优点中,一些实施例可以提供能够提高换热性能和具有良好的弯曲加工性能的换热器。
在其它可能的优点中,一些实施例可以提供能够提高换热性能和具有良好的弯曲加工性能的中间换热器。
在其它可能的优点中,一些实施例可以提供使用上面提到的换热器或中间换热器的制冷循环。
为了实现上述目的,本发明的换热器具有下列[1]至[20]项所述的结构:
[1]一种换热器,包括:
一外管;
一内管,该内管具有多个形成在内管外壁上的翅片,所述内管放置在所述外管中;
在所述内管中流过的第一流体;以及
在所述外管和内管之间流过的第二流体,
其中所述换热器在所述第一流体和所述第二流体之间进行热交换,并且
在所述外管的内壁和所述内管的所述多个翅片中的每一个的尖端之间形成有一间隙。
[2]根据项[1]所述的换热器,其中,所述多个翅片沿所述内管的纵向延伸,并沿所述内管的周向以一定的间距布置。
[3]根据项[1]或[2]所述的换热器,其中,所述间隙设为0.2~1mm。
[4]根据项[1]~[3]中任一项所述的换热器,其中,所述多个翅片沿所述内管的周向布置,所述翅片的数量设为13~18。
[5]根据项[1]~[4]中任一项所述的换热器,其中,所述多个翅片中的每一个的厚度设为0.3~1.3mm。
[6]根据项[1]~[5]中任一项所述的换热器,其中,相邻翅片间的开度角设为15°~30°。
[7]根据项[1]~[6]中任一项所述的换热器,其中,所述多个翅片一体地形成在所述内管上。
[8]根据项[1]~[7]中任一项所述的换热器,其中,所述外管和所述内管均通过在弯曲加工进行弯曲。
[9]根据项[1]~[8]中任一项所述的换热器,其中,所述第一流体是高压热媒,所述第二流体是低压热媒。
[10]根据项[1]~[9]中任一项所述的换热器,其中,所述内管在其内壁上设有多个内翅片。
[11]一种中间换热器,该中间换热器用于在绕制冷循环环行的制冷剂中在高压制冷剂和低压制冷剂之间进行热交换,
该中间换热器包括:
一内管,该内管在其外壁上设有多个翅片;以及
一外管,所述内管以这样的方式放置在所述外管中,即在所述外管的内壁和所述内管的所述多个翅片中的每一个的尖端之间形成有一间隙,
其中,所述高压制冷剂和所述低压制冷剂中的一个流经形成在所述内管中的第一换热通道,并且
所述高压制冷剂和所述低压制冷剂中的另一个流经形成在所述外管和内管之间的第二换热通道。
[12]根据项[11]所述的换热器,其中,所述高压制冷剂流经所述第一换热通道,所述低压制冷剂流经所述第二换热通道。
[13]根据项[11]或[12]所述的换热器,其中所述制冷剂为CO2制冷剂。
[14]一种中间换热器,该中间换热器用于在绕制冷循环环行的制冷剂中在高压制冷剂和低压制冷剂之间进行热交换,
该中间换热器包括:
一内管,该内管在其外壁上设有多个翅片;以及
一外管,所述内管以这样的方式放置在所述外管中,即在所述外管的内壁和所述内管的所述多个翅片之间形成有一间隙,
其中,所述高压制冷剂和所述低压制冷剂中的一个流经形成在所述内管中的第一换热通道,并且
所述高压制冷剂和低压制冷剂中的另一个流经形成在所述外管和所述内管之间的第二换热通道。
[15]一种制冷循环,在该制冷循环中制冷剂这样循环,即制冷剂经过压缩机、冷凝器、减压器和蒸发器,然后返回到压缩机,
该制冷循环包括:
一中间换热器,该中间换热器用于在流经由压缩机到减压器的高压回路的高压制冷剂和流经由减压器到压缩机的低压回路的低压制冷剂之间进行热交换,
其中,所述中间换热器包括:
一内管,该内管在其外壁上设有多个翅片;以及
一外管,所述内管以这样的方式放置在所述外管中,即在所述外管的内壁和所述内管的所述多个翅片中的每一个的尖端之间形成有一间隙,
其中,所述高压制冷剂和所述低压制冷剂中的一个流经形成在所述内管中的第一换热通道,并且
所述高压制冷剂和所述低压制冷剂中的另一个流经形成在所述外管和所述内管之间的第二换热通道。
[16]一种制冷循环,在该制冷循环中制冷剂这样循环,即制冷剂流经压缩机、冷凝器、减压器和蒸发器,然后返回到压缩机,
该制冷循环包括:
一中间换热器,该中间换热器用于在流经位于冷凝器和减压器之间的回路的高压制冷剂和流经位于蒸发器和压缩机之间的回路的低压制冷剂之间进行热交换,
其中,所述中间换热器包括:
一内管,该内管在其外壁上设有多个翅片;以及
一外管,所述内管以这样的方式放置在所述外管中,即在所述外管的内壁和所述内管的所述多个翅片中的每一个的尖端之间形成有一间隙,
其中,所述高压制冷剂和所述低压制冷剂中的一个流经形成在所述内管中的第一换热通道,并且
所述高压制冷剂和所述低压制冷剂中的另一个流经形成在所述外管和所述内管之间的第二换热通道。
[17]根据项[16]所述的制冷循环,其中,所述高压制冷剂流经所述第一换热通道,所述低压制冷剂流经所述第二换热通道。
[18]根据项[16]或[17]所述的制冷循环,其中,所述冷凝器是一种气体冷却器。
[19]根据项[16]~[18]中任一项所述的制冷循环,其中,所述制冷剂为CO2制冷剂。
[20]根据项[16]~[19]中任一项所述的制冷循环,其中,所述外管和所述内管均通过弯曲加工进行弯曲。
发明效果
根据项[1]所述的换热器,该换热器可由外管和带有翅片的内管组合而形成。因此,与通过单个挤压工序形成的多孔换热管相比,可减少翅片和管的厚度,可以形成小尺寸的结构。因此,换热性能可得到提高。
此外,因为在所述内管的翅片尖端和所述外管的内壁之间形成有一间隙,所述内管不会过分地受到所述外管的约束。因此,可以防止发生例如由于在弯曲加工时的压力的作用而使内管的翅片受损的缺陷。因此,换热器可以很容易地进行弯曲,并精确地弯曲成所要求的外形。因此该换热器具有良好的弯曲性能。
另外,因为所述间隙形成在每个翅片的尖端,所述第二流体可以通过所述间隙来混合,这样可以防止制冷剂温度分布的偏差(deflection)。因此,换热效率可以进一步得到提高。
根据项[2]所述的换热器,可以提高换热效率。
根据项[3]所述的换热器,可以获得良好的弯曲加工性能。
根据项[4]~[6]所述的换热器,可以进一步提高换热效率。
根据项[7]~[10]所述的换热器,可以更加可靠地获得上述效果。
根据项[11]~[14]所述的换热器,可以提供一种具有上述效果的中间换热器。
根据项[15]~[20]所述的换热器,可以提供一种具有上述效果的制冷循环。
附图说明
在附图中示意性但非限制性地示出了本发明的优选实施例,其中:
图1是汽车空调制冷系统的制冷回路框图,其中采用了根据本发明实施例的中间换热器;
图2是示出所述实施例的中间换热器的剖视图。
具体实施方式
在下面的段落中,示意性但非限制性地描述了本发明的优选实施例。应理解,基于本公开的内容,本领域的技术人员可以在这些所述实施例的基础上做出各种其它修改。
图1是示出汽车空调制冷系统的制冷剂回路框图,其中采用了根据本发明的实施例的换热器。如图所示,该制冷循环采用CO2作为制冷剂,并包括压缩机1、气体冷却器(冷凝器2)、减压器例如膨胀阀3、蒸发器4和将要详细说明的中间换热器10。在该制冷循环中形成由一制冷剂循环回路,即:经过压缩机1压缩的制冷剂由气体冷却器2冷却,然后经膨胀阀3减压,此后该制冷剂通过蒸发器4蒸发,然后返回到压缩机1。此外,从气体冷却器2流向膨胀阀3的高压制冷剂(向前流的制冷剂)经过中间换热器10中的高压制冷剂换热通道25,从蒸发器4流向压缩机1的低压制冷剂(返回的制冷剂)经过低压制冷剂换热通道35,以在其间交换热量。
如图2所示,中间换热器10具有一双管结构,该双管结构包括一为铝(包括合金)挤出件的内管20和一为铝(包括合金)挤出件的外管30。
内管20具有一体形成在该内管外壁上的多个翅片21。翅片21沿该管的纵向延伸,并在该管的外壁上沿周向以一等间距布置。在内管20中一体地设置有沿内管的纵向延伸并沿周向以一等间距布置的多个内翅片22。
外管30具有一管孔,该管孔的内径大于内管20的翅片21的外径,内管20以这样的方式插入外管的管孔,即内管20的轴心与外管30的轴心重合。内管20的内侧构成高压制冷剂(第一流体)流通的第一换热通道25,内管20与外管30之间的空间构成低压制冷剂(第二流体)流通的第二换热通道35。
在该实施例中,内管20放置在外管30中,以使在翅片21的尖端和外管30的内壁之间形成一间隙S,从而使得内管20不受外管30的约束。
具体地,间隙S的尺寸Ls优选调整在0.2~1mm之间。换句话说,外管30的内径与内管20的包括翅片21的外径之间的差值优选调整在0.4~2mm之间。如果间隙S小于此下限,内管20可能受到外管30的约束,因此作用在外管30上的外力大部分作用在内管20上。因此,当由内管20和30构成的中间换热器10被弯曲加工时,弯曲应力将集中在内管20的翅片21的弯曲部分的外侧,这样可能导致在翅片21上产生裂纹。另一方面,如果间隙S大于此上限,翅片21的尺寸(高度)变小(变低),这会导致传热性降低,从而导致换热性能降低。
在此实施例中,翅片21的数量优选设为13~18,更优选为15~17。如果翅片的数量小于此下限,传热性降低,进而会导致换热性能降低。另一方面,如果翅片的数量超过此上限,翅片距变小,相邻翅片间的宽度减小,由于从中通过的制冷剂的流动阻力增加,导致换热性能降低。
此外,在该实施例中,翅片21的厚度T优选设为0.3~1.3mm,更优选为0.5~1.1mm。如果翅片厚度T小于此下限,难以保证足够的强度。相反,如果翅片厚度T大于此上限,传热性降低,流动阻力增加,导致换热性能降低。
相邻翅片21和21之间开度角θ优选设为15°~30°,更优选为18°~26°。如果开度角θ小于此下限,相邻翅片21和21间的宽度变小,导致从中流过的制冷剂的流动阻力增加,进而导致换热性能降低。相反,开度角θ超过此上限,翅片21的数量减少,导致传热性降低,进而导致换热性能降低。
如上所述,根据该实施例的中间换热器,带有翅片的内管20插入外管30,并如上所述地放置在外管30中。因此,可通过单独形成管20和30并将它们组合来制造换热器。因此,与通过单个挤压工序形成多孔换热管相比,可减小了翅片和管的厚度,并可形成小尺寸的结构,因此,可以更可靠地获得所要求的传热性和换热性能。
而且,在该实施例中,由于在内管20的翅片21的尖端和外管30的内壁之间形成有一间隙S,内管20不会过分地受到外管30的约束。因此,当中间换热器10被弯曲加工时,可以防止弯曲应力集中在内管20的翅片21的弯曲部分外侧,进而可以可靠地防止产生如裂纹这样的缺陷或损伤。因此,换热器由于具有良好的弯曲性能,弯曲很容易,并可以精确地弯曲成所要求的外形。特别是,当它应用在用于汽车空调的制冷循环时,换热器可以根据汽车内的有限安装空间弯曲成所要求的外形,这样显著地提高设计的自由度。
另外,在该实施例中,由于间隙S形成在第二换热通道35中的翅片21尖端,换热通道35中的制冷剂经间隙S混合。因此,可以有效地防止制冷剂温度分布的偏差,进一步提高换热效率。
示例
下面说明该实施例的示例。
<示例1>
在用于图1所示的采用中间换热器10的汽车空调制冷系统中,在所述中间换热器中,在外壁上具有翅片21的内管20插入外管30,翅片数量不同的各中间换热器10的换热量由计算机模拟获得。结果如表1所示,其中换热量用%表示(翅片数为0时为100%)。
条件设置如下:中间换热器的长度(外管的长度)设为500mm,外管30的外径设为21.0mm,外管30的内径设为15.0mm,内管20的包括外翅片21的外径设为14.0mm,内管20的不包括外翅片21的外径设为7.0mm,内管20的不包括内翅片22的管状部分的内径设为4.0mm,内管20的包括内翅片22的内径设为3.5mm。
表1
<示例2>
在与示例1相同的条件下,翅片数量不同的各换热器的低压侧制冷剂换热通道(内管和外管之间的通道)的流动阻力由计算机模拟获得。结果如表1所示,其中流动阻力用%表示(翅片数量为0时为100%)。
表2
如表1所示,随着翅片数量的增加,传热性能增加,因此换热量增加。另一方面,如表2所示,随着翅片数量的增加,流动阻力增加,因此换热量减少。综合考虑,当翅片数量为13~18时,将流动阻力控制在一定范围,可以获得合适的换热性能。特别是,当翅片数量为15~17时,充分地限制流动阻力,可获得足够的换热性能。
不必说,当翅片数量极其小的时候,尽管流动阻力变小,但是难以获得足够的换热量。因此,总体换热性能降低。相反,当翅片数量极其大的时候,尽管换热量增加,但是流动阻力也增加。因此,总体换热性能降低。
工业实用性
根据本发明的换热器、中间换热器和制冷循环可以应用在用于例如汽车空调的制冷系统当中。
本发明的广义范围
尽管能以多种不同形式实施本发明,但此处说明多个示例性实施例是基于这样的认识,即本公开内容只是给出本发明原理的示例,而这些示例并非意图将本发明限于此处所述和/或所示的优选实施例。
尽管此处说明了本发明的例示性实施例,但本发明不限于此处所述的各种优选实施例,而是包括任何和所有具有本领域普通技术人员根据本公开内容能够理解的等效要素、修改、省略、组合(例如各实施例的不同方面的组合)、改进和/或改动的实施例。权利要求中的限制应当根据权利要求中使用的语言作广义解释而不限于本说明书中所述或本申请实践时的示例,这些示例应解释为非独占性的。例如,在本公开内容中,术语“优选地”一词是非独占性的,其意义是“优选地、但不限于”。在本公开内容和本申请的实践中,装置加功能或步骤加功能的限定方式只用于以下情形:对于某一特定权利要求的限定,该限定中存在以下所有条件:a)清楚地叙述了“用于...的装置”或“用于...的步骤”;b)清楚地叙述了相应功能;以及c)未叙述结构以及支持该结构的材料或动作。在本公开内容中和本申请的实践中,术语“本发明”或“发明”可指本公开内容中的一个或多个方面。本发明或发明一词不应错误解释成是对临界状态的判定,不应错误解释成跨越所有方面或实施例(即应理解成本发明具有多个方面或实施例),不应错误解释成对本申请或权利要求的范围有所限制。在本公开内容和本申请的实践中,术语“实施例”可用于说明任何方面、特征、方法或步骤以及它们的任何组合和/或它们的任何部分等。在某些示例中,不同实施例可包括相同特征。在本公开内容中和本申请的实践中,可使用以下缩略语:“e.g.”的意思是“例如”;“NB”的意思是“注意”。
Claims (20)
1.一种换热器,包括:
一外管;
一内管,该内管具有多个形成在内管外壁上的翅片,所述内管放置在所述外管中;
在所述内管中流过的第一流体;以及
在所述外管和所述内管之间流过的第二流体,
其中,所述换热器在所述第一流体和所述第二流体之间进行热交换,并且
在所述外管的内壁和所述内管的所述多个翅片中的每一个的尖端之间形成有一间隙。
2.根据权利要求1所述的换热器,其特征在于,所述多个翅片沿所述内管的纵向延伸,并沿所述内管的周向以一定的间距布置。
3.根据权利要求1或2所述的换热器,其特征在于,所述间隙设为0.2~1mm。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的换热器,其特征在于,所述多个翅片沿所述内管的周向布置,所述翅片的数量设为13~18。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的换热器,其特征在于,所述多个翅片中的每一个的厚度设为0.3~1.3mm。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的换热器,其特征在于,相邻翅片间的开度角设为15°~30°。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的换热器,其特征在于,所述多个翅片一体地形成在所述内管上。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的换热器,其特征在于,所述外管和所述内管均通过弯曲加工进行弯曲。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的换热器,其特征在于,所述第一流体是高压热媒,所述第二流体是低压热媒。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的换热器,其特征在于,所述内管在其内壁上设有多个内翅片。
11.一种中间换热器,该中间换热器用于在绕制冷循环环行的制冷剂中在高压制冷剂和低压制冷剂之间进行热交换,
该中间换热器包括:
一内管,该内管在其外壁上设有多个翅片;以及
一外管,所述内管以这样的方式放置在所述外管中,即在所述外管的内壁和所述内管的所述多个翅片中的每一个的尖端之间形成有一间隙,
其中,所述高压制冷剂和所述低压制冷剂中的一个流经形成在所述内管中的第一换热通道,并且
所述高压制冷剂和所述低压制冷剂中的另一个流经形成在所述外管和所述内管之间的第二换热通道。
12.根据权利要求11所述的换热器,其特征在于,所述高压制冷剂流经所述第一换热通道,所述低压制冷剂流经所述第二换热通道。
13.根据权利要求11或12所述的换热器,其特征在于,所述制冷剂为CO2制冷剂。
14.一种中间换热器,该中间换热器用于在绕制冷循环环行的制冷剂中在高压制冷剂和低压制冷剂之间进行热交换,
该中间换热器包括:
一内管,该内管在其外壁上设有多个翅片;以及
一外管,所述内管以这样的方式放置在所述外管中,即在所述外管的内壁和所述内管的所述多个翅片之间形成有一间隙,
其中,所述高压制冷剂和所述低压制冷剂中的一个流经形成在所述内管中的第一换热通道,并且
所述高压制冷剂和所述低压制冷剂中的另一个流经形成在所述外管和所述内管之间的第二换热通道。
15.一种制冷循环,在该制冷循环中制冷剂这样循环,即制冷剂经过压缩机、冷凝器、减压器和蒸发器,然后返回到压缩机,
该制冷循环包括:
一中间换热器,该中间换热器用于在流经由压缩机到减压器的高压回路的高压制冷剂和流经由减压器到压缩机的低压回路的低压制冷剂之间进行热交换,
其中,所述中间换热器包括:
一内管,该内管在其外壁上设有多个翅片;以及
一外管,所述内管以这样的方式放置在所述外管中,即在所述外管的内壁和所述内管的所述多个翅片中的每一个的尖端之间形成有一间隙,
其中,所述高压制冷剂和所述低压制冷剂中的一个流经形成在所述内管中的第一换热通道,并且
所述高压制冷剂和所述低压制冷剂中的另一个流经形成在所述外管和所述内管之间的第二换热通道。
16.一种制冷循环,在该制冷循环中制冷剂这样循环,即制冷剂流经压缩机、冷凝器、减压器和蒸发器,然后返回到压缩机,
该制冷循环包括:
一中间换热器,该中间换热器用于在流经位于冷凝器和减压器之间的回路的高压制冷剂和流经位于蒸发器和压缩机之间的回路的低压制冷剂之间进行热交换,
其中,所述中间换热器包括:
一内管,该内管在其外壁上设有多个翅片;以及
一外管,所述内管以这样的方式放置在所述外管中,即在所述外管的内壁和所述内管的所述多个翅片中的每一个的尖端之间形成有一间隙,
其中,所述高压制冷剂和所述低压制冷剂中的一个流经形成在所述内管中的第一换热通道,并且
所述高压制冷剂和所述低压制冷剂中的另一个流经形成在所述外管和所述内管之间的第二换热通道。
17.根据权利要求16所述的制冷循环,其特征在于,所述高压制冷剂流经所述第一换热通道,所述低压制冷剂流经所述第二换热通道。
18.根据权利要求16或17所述的制冷循环,其特征在于,所述冷凝器是一种气体冷却器。
19.根据权利要求16~18中任一项所述的制冷循环,其特征在于,所述制冷剂为CO2制冷剂。
20.根据权利要求16~19中任一项所述的制冷循环,其特征在于,所述外管和所述内管均通过弯曲加工进行弯曲。
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