專利名稱：熱交換器以及使用該熱交換器的空調(diào)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及組裝有帶內(nèi)面槽的傳熱管的熱交換器、以及使用該熱交換器的空調(diào) 機(jī)。
背景技術(shù)：
以往，空調(diào)機(jī)等的熱交換器一般以一定間隔配置有帶內(nèi)面槽的傳熱管，制冷 劑在其內(nèi)部流動(dòng)。另外，管內(nèi)面的管軸方向與槽延伸的方向形成一定的角度(7° 30° )，加工多個(gè)槽而形成峰部，在管內(nèi)流動(dòng)的流體進(jìn)行相變化(冷凝、蒸發(fā))。在這 樣的相變化中，傳熱管通過管內(nèi)的表面積增加、由內(nèi)面槽部形成的流體攪拌效果、由槽 部的毛細(xì)管作用形成的槽部間的液膜保持效果等，實(shí)現(xiàn)了性能改進(jìn)(例如參照專利文獻(xiàn) 1)。專利文獻(xiàn)1 日本特開昭60-142195號公報(bào)(第2頁、圖1)包含專利文獻(xiàn)1的傳熱管的以往的傳熱管，一般由銅或銅合金的金屬材料構(gòu) 成，但當(dāng)為了提高加工性或?qū)崿F(xiàn)輕量化而把其材質(zhì)改變成鋁材時(shí)，與銅相比，變形阻力 變低而容易發(fā)生變形。但是，當(dāng)為了把該傳熱管固定在翅片而進(jìn)行擴(kuò)管時(shí)，內(nèi)面的峰部 形狀倒塌，不能得到與銅管等同或其以上的傳熱性能。另外，與銅材相比，鋁材的強(qiáng)度低，所以，必須加厚傳熱管的槽底的板厚，為 此，存在傳熱管的管內(nèi)壓力損失增加這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述課題而做出的，其目的在于提供一種熱交換器以及使用 該熱交換器的空調(diào)機(jī)，即使利用鋁系材料構(gòu)成翅片及傳熱管，也不會(huì)增加傳熱管的管內(nèi) 壓力損失，可得到與銅管等同或其以上的傳熱性能。本發(fā)明的熱交換器具備翅片和傳熱管，所述翅片由變形阻力低的鋁系材料構(gòu) 成，所述傳熱管由變形阻力比形成翅片的鋁系材料高的鋁系材料構(gòu)成，該傳熱管在內(nèi)面 設(shè)有槽并貫穿翅片地被固定，傳熱管的管內(nèi)面的管軸方向與設(shè)于傳熱管的管內(nèi)面的槽的 方向大體平行。根據(jù)本發(fā)明的熱交換器，由于傳熱管的管內(nèi)面的管軸方向與槽方向大體平行， 所以，與以往使用的銅材的傳熱管相比，不會(huì)增加壓力損失，可以使管內(nèi)傳熱性能與銅 管等同或達(dá)到其以上。另外，即使對傳熱管進(jìn)行擴(kuò)管，內(nèi)面的峰部形狀也不會(huì)倒塌，傳 熱管和翅片的緊密接合性改進(jìn)成以與銅管等同或在其以上，成為高效率。進(jìn)而，容易進(jìn) 行制造，容易進(jìn)行分解，提高了再循環(huán)性。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1的熱交換器的正面剖視圖。圖2是表示實(shí)施方式1的硬鋁管和軟鋁翅片的變形與應(yīng)力的關(guān)系的線圖。
圖3是表示軟鋁管和軟鋁翅片的變形與應(yīng)力的關(guān)系的線圖。圖4是表示實(shí)施方式1的導(dǎo)程角與蒸發(fā)壓力損失增加率的關(guān)系的線圖。圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式2的熱交換器的側(cè)面剖視圖。圖6是放大了圖5的A部的剖視圖。圖7是表示實(shí)施方式2的擴(kuò)管后的槽的深度與熱交換率的關(guān)系的線圖。圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式3的熱交換器的側(cè)面剖視圖。圖9是表示實(shí)施方式3的槽數(shù)與熱交換率的關(guān)系的線圖。圖10是本發(fā)明的實(shí)施方式4的熱交換器的側(cè)面剖視圖。圖11是放大了圖10的B部的剖視圖。圖12是表示實(shí)施方式4的頂角與熱交換率的關(guān)系的線圖。圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的熱交換器的制造方法的正面剖視圖。圖14是本發(fā)明的實(shí)施方式7的熱交換器的側(cè)面剖視圖。圖15是放大了圖14的C部的剖視圖。圖16是本發(fā)明的實(shí)施方式8的熱交換器的正面剖視圖。附圖標(biāo)記說明1熱交換器，10翅片，20傳熱管，21槽，22峰頂部，23鋅擴(kuò)散層，30擴(kuò)管球， 31桿，32流體，a頂角，H槽的深度，R導(dǎo)程角，W峰頂部的前端寬度。
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式1圖1是在鉛直方向切斷本發(fā)明的實(shí)施方式1的熱交換器的正面剖視圖，圖2是表 示變形阻力高的鋁管和變形阻力低的鋁翅片的變形與應(yīng)力的關(guān)系的線圖，圖3是表示變 形阻力低的鋁管和變形阻力低的鋁翅片的變形與應(yīng)力的關(guān)系的線圖，圖4是表示導(dǎo)程角 與蒸發(fā)壓力損失增加率的關(guān)系的線圖。在圖1中，熱交換器1具有翅片10和貫穿翅片10的傳熱管20。翅片10由變 形阻力低的(軟的)鋁系的材料構(gòu)成。另外，傳熱管20由變形阻力比翅片10高的(硬 的)鋁或鋁合金(以下稱為鋁系)的材料構(gòu)成，在鋁合金的情況下，例如是在純鋁中添加 了 0.2% 1.8%的錳(Mn)的3000系鋁合金。另外，如圖2所示利用兩者的變形差異， 保證傳熱管20與翅片10的緊密接合性，得到高效率的熱交換器1。另外，在傳熱管20 和翅片10為相同剛性的鋁材的情況下，由于如圖3所示沒有變形差異，所以，熱交換器 1的傳熱管20和翅片10的緊密接合性差，不能得到高的熱交換率。在傳熱管20的內(nèi)面形成有槽21，傳熱管20的內(nèi)面的管軸方向<和槽21延伸的 方向口大體平行，它們所呈的角度、即導(dǎo)程角R是0度 2度。如圖4所示，在熱交換器1中，把傳熱管20的槽21的導(dǎo)程角R設(shè)定在0度 2度的范圍的原因在于，由于與銅材相比，鋁的強(qiáng)度低，必須增大傳熱管20的槽底的板 厚，所以，當(dāng)將傳熱管20的槽21的導(dǎo)程角R設(shè)定為2度以上時(shí)，峰部會(huì)倒塌，管內(nèi)壓力 損失增加。這樣，不會(huì)產(chǎn)生跨越流過槽21的流動(dòng)，不會(huì)增加管內(nèi)壓力損失，可提高熱交換率。
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上述的熱交換器，在依次用配管連接壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器并且 作為工作流體使用制冷劑的冷凍循環(huán)中，作為蒸發(fā)器或冷凝器使用，有助于提高制冷系 數(shù)(COP)。另外，作為制冷劑，使用HC單一制冷劑、或者含有HC的混合制冷劑、 R32、R410A、R407C、二氧化碳中的任意一種，這些制冷劑與空氣的熱交換效率得到提
尚o實(shí)施方式2圖5是在鉛直方向切斷本發(fā)明的實(shí)施方式2的熱交換器1的側(cè)面剖視圖，圖6是 放大了圖5的A部的剖視圖，圖7是表示擴(kuò)管后的槽的深度與熱交換率的關(guān)系的線圖。 另外，對于與實(shí)施方式1相同或相當(dāng)?shù)牟糠仲x予相同的附圖標(biāo)記，省略說明(在以下的實(shí) 施方式中也同樣)。在圖7中，帶內(nèi)面槽的傳熱管20(參照圖5、圖6)，擴(kuò)管后的槽21的深度H越 深，其熱傳導(dǎo)率就越高。但是，當(dāng)槽21的深度H超過0.3mm時(shí)，壓力損失的增加量會(huì)變 得比熱傳導(dǎo)率的增加量多，熱交換率降低。另外，在擴(kuò)管后的槽21的深度H不足0.2mm 時(shí)，熱傳導(dǎo)率得不到提高。因而，在本實(shí)施方式2的帶內(nèi)面槽的傳熱管20中，把擴(kuò)管后的槽21的深度H設(shè) 為 0.2mm 0.3mm。實(shí)施方式3圖8是在鉛直方向切斷本發(fā)明的實(shí)施方式3的熱交換器的側(cè)面剖視圖，圖9是表 示槽的條數(shù)與熱交換率的關(guān)系的線圖。在圖9中，因?yàn)閹?nèi)面槽的傳熱管20(參照圖8)的槽21的條數(shù)越多，傳熱面積 就越為增加，所以，熱傳導(dǎo)率增加。但是，當(dāng)槽21的條數(shù)超過60時(shí)，槽部截面面積會(huì)變 小，因?yàn)橹评鋭┮耗牟?1溢出，由制冷劑液膜覆蓋到峰頂部，所以，熱傳導(dǎo)率降低。 另一方面，當(dāng)槽21的條數(shù)比40少時(shí)，傳熱面積減小，熱傳導(dǎo)率降低。因而，在本實(shí)施方式3的帶內(nèi)面槽的傳熱管20中，把槽21的條數(shù)設(shè)為40 60。實(shí)施方式4圖10是在鉛直方向切斷本發(fā)明的實(shí)施方式4的熱交換器的側(cè)面剖視圖，圖11是 放大了圖10的A部的剖視圖，圖12是表示頂角與熱交換率的關(guān)系的線圖。在圖12中，因?yàn)閹?nèi)面槽的傳熱管20(參照圖10、圖11)的槽21的頂角a越 小，傳熱面積就越為增加，所以，熱傳導(dǎo)率增加。但是，當(dāng)頂角a比5度小時(shí)，制造熱 交換器時(shí)的加工性顯著降低，熱交換率降低。另一方面，當(dāng)頂角a超過20度時(shí)，槽部 截面面積變小，制冷劑液膜從槽21溢出，由制冷劑液膜覆蓋到峰頂部，熱傳導(dǎo)率降低。因而，在本實(shí)施方式4的帶內(nèi)面槽的傳熱管20中，將頂角a設(shè)為5度 20度。實(shí)施方式5圖13(a)、(b)是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的空調(diào)機(jī)的熱交換器的制造方法的、 在鉛直方向切斷的正面剖視圖。另外，室內(nèi)機(jī)側(cè)的熱交換器及室外機(jī)側(cè)的熱交換器都由 同樣的順序進(jìn)行制作。如圖13所示，把各傳熱管20分別在縱向的中央部以規(guī)定的彎曲間距彎曲加工成 毛細(xì)狀，制作多個(gè)毛細(xì)管。接著，把這些毛細(xì)管插通在隔開規(guī)定間隔相互平行配置的多 片翅片10中，其后，通過由桿31把擴(kuò)管球30壓入到毛細(xì)管內(nèi)的機(jī)械擴(kuò)管方式(參照圖13(a)),或者通過由流體32的液壓把擴(kuò)管球30壓入到毛細(xì)管內(nèi)的液壓擴(kuò)管方式(參照圖 13(b))，對毛細(xì)管進(jìn)行擴(kuò)管，接合各翅片10和毛細(xì)管即傳熱管20。這樣，制造出熱交換 器10。在本實(shí)施方式5的熱交換器10中，由于通過機(jī)械擴(kuò)管方式或液壓擴(kuò)管方式對作 為構(gòu)成部件的毛細(xì)管進(jìn)行擴(kuò)管，接合多個(gè)翅片10和毛細(xì)管(傳熱管20)，所以，容易制作 熱交換器10。實(shí)施方式6在實(shí)施方式5中，表示了利用毛細(xì)管的擴(kuò)管來接合翅片10和毛細(xì)管(傳熱管20) 的情況，而在本實(shí)施方式6中，進(jìn)而規(guī)定了熱交換器10的傳熱管20的擴(kuò)管率。在本實(shí)施方式6中，把用機(jī)械擴(kuò)管方式或液壓擴(kuò)管方式對毛細(xì)管進(jìn)行擴(kuò)管時(shí)的 擴(kuò)管率按熱交換器1的傳熱管20設(shè)定為105.5% 107.5%。由此，可以改進(jìn)熱交換器 1的傳熱管20和翅片10的緊密接合性，得到高效率的熱交換器1。但是，當(dāng)熱交換器1 的傳熱管20的擴(kuò)管率在107.5%以上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生峰頂部的壓壞和翅片套圈的割裂，傳熱管 20和翅片10的緊密接合性變差。另外，在熱交換器1的傳熱管20的擴(kuò)管率不足105.5% 時(shí)，傳熱管20和翅片10的緊密接合性差，不能得到高的熱交換率。因而，把本實(shí)施方式6的對毛細(xì)管進(jìn)行擴(kuò)管時(shí)的擴(kuò)管率按熱交換器1的傳熱管20 設(shè)定為 105.5%~ 107.5%。這樣規(guī)定擴(kuò)管率的話，在產(chǎn)品上就不會(huì)出現(xiàn)偏差。另外，在實(shí)施方式5及6中，只通過對傳熱管20進(jìn)行擴(kuò)管來接合翅片10和毛細(xì) 管(傳熱管20)，但也可以在接合后，進(jìn)而由釬焊進(jìn)行完全連接，由此可進(jìn)一步提高可靠 性。實(shí)施方式7圖14是在鉛直方向切斷本發(fā)明的實(shí)施方式7的熱交換器的側(cè)面剖視圖，圖15是 放大了圖14的C部的剖視圖。在本實(shí)施方式7中，在熱交換機(jī)1中，把傳熱管20的擴(kuò)管后的峰頂部22 (參照 圖14、15)的前端寬度W設(shè)定在0.08 0.18mm的范圍。這樣，鋁與銅相比，變形阻力低而容易變形，峰頂部22的壓壞及倒塌變大，所 以，通過把傳熱管20的擴(kuò)管后的峰頂部22的前端寬度W設(shè)為0.08mm以上，可以減少槽 21的峰部的壓壞量以及槽21的峰頂部的倒塌。另一方面，當(dāng)前端寬度W超過0.18mm 時(shí)，槽部截面面積變小，制冷劑液膜從槽21溢出，由制冷劑液膜覆蓋到峰頂部22，所 以，熱傳導(dǎo)率降低。由此，可以改進(jìn)熱交換器1的傳熱管21和翅片10的緊密接合性，得到高效率的 熱交換器1。實(shí)施方式8圖16是在鉛直方向切斷本發(fā)明的實(shí)施方式8的熱交換器的正面剖視圖。本實(shí)施方式8在熱交換器1的傳熱管20的外表面實(shí)施了鋅噴鍍擴(kuò)散處理，由此 可期待傳熱管20的防腐蝕效果，提高了冷凍系統(tǒng)的可靠性。另外，在鋅噴鍍擴(kuò)散處理之 后，在鋁母材中形成約50 ii m 100 ii m的鋅擴(kuò)散層23是理想的。實(shí)施方式9
本實(shí)施方式9在空調(diào)機(jī)上使用了本發(fā)明的實(shí)施方式1 8中的任意一個(gè)實(shí)施方式 所涉及的熱交換器。由此，可得到使用了不會(huì)增加管內(nèi)壓力損失且傳熱性能良好的熱交換器的高效 率的空調(diào)機(jī)。實(shí)施例以下，關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施例，通過與脫離本發(fā)明范圍的比較例進(jìn)行比較來加以 說明。如表1所示，制作外徑為7mm、槽21的底壁厚為0.5mm、導(dǎo)程角為0度及2度 的鋁合金制的熱交換器20 (實(shí)施例1及實(shí)施例2)。另外，作為比較例，制造外徑為7mm、槽21的底壁厚為0.5mm、導(dǎo)程角R為10 度及30度的鋁合金制的熱交換器(比較例1及比較例2)，以及外徑為7mm、底壁厚為 0.25mm、導(dǎo)程角R為30度的銅制的熱交換器(比較例3)。表權(quán)利要求
1.一種熱交換器，其特征在于，具備翅片和傳熱管，所述翅片由變形阻力低的鋁系 材料構(gòu)成，所述傳熱管由變形阻力比形成所述翅片的鋁系材料高的鋁系材料構(gòu)成，該傳 熱管在內(nèi)面設(shè)有槽并且貫穿所述翅片地被固定，所述傳熱管的管內(nèi)面的管軸方向與設(shè)于所述傳熱管的管內(nèi)面的槽的方向大體平行。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，槽方向相對于所述傳熱管的管內(nèi)面的 管軸方向形成0度 2度的角度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的熱交換器，其特征在于，由機(jī)械擴(kuò)管方式或液壓擴(kuò)管方式 使所述傳熱管擴(kuò)管，所述傳熱管和所述翅片接合在一起。
4.如權(quán)利要求3所述的熱交換器，其特征在于，由擴(kuò)管而接合的所述傳熱管和所述翅 片通過釬焊而結(jié)合在一起。
5.如權(quán)利要求3或4所述的熱交換器，其特征在于，由機(jī)械擴(kuò)管方式或液壓擴(kuò)管方式 形成的所述傳熱管的擴(kuò)管率為105.5% 107.5%。
6.如權(quán)利要求3 5中任一項(xiàng)所述的熱交換器，其特征在于，所述傳熱管的擴(kuò)管后的 槽的深度為0.2mm 0.3mm。
7.如權(quán)利要求3 6中任一項(xiàng)所述的熱交換器，其特征在于，所述傳熱管的擴(kuò)管后的 峰頂部的前端寬度為0.08mm 0.18mm。
8.如權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的熱交換器，其特征在于，所述傳熱管的槽的條數(shù) 是40 60。
9.如權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的熱交換器，其特征在于，所述傳熱管的槽的頂角 是5度 20度。
10.如權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的熱交換器，其特征在于，所述傳熱管的外表面 進(jìn)行了鋅噴鍍擴(kuò)散處理。
11.如權(quán)利要求1 10中任一項(xiàng)所述的熱交換器，其特征在于，在由配管依次連接壓 縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器并且以制冷劑作為工作流體使用的冷凍循環(huán)中，將所 述熱交換器作為所述蒸發(fā)器或冷凝器使用。
12.如權(quán)利要求11所述的熱交換器，其特征在于，作為所述制冷劑，使用HC單一制 冷劑、或含有HC的混合制冷劑、R32、R410A、R407C、二氧化碳中的任意一種。
13.—種空調(diào)機(jī)，其特征在于，使用如權(quán)利要求1 12中任一項(xiàng)所述的熱交換器。
全文摘要
本發(fā)明提供即使用鋁系材料構(gòu)成翅片及傳熱管、也不增加傳熱管的管內(nèi)壓力損失、可得到與銅管等同或其以上的傳熱性能的熱交換器等。具有由變形阻力低的鋁系材料構(gòu)成的翅片(10)；和變形阻力比形成翅片(10)的鋁系材料高、在內(nèi)面設(shè)置槽(21)、貫穿翅片(10)被固定的由鋁系材料構(gòu)成的傳熱管(20)。傳熱管(20)的管內(nèi)面的管軸方向(イ)和設(shè)于傳熱管(20)的管內(nèi)面的槽(21)的方向(口)大體平行。此時(shí)，槽方向(口)相對傳熱管(20)的管內(nèi)面的管軸方向(イ)形成0度～2度的角度。傳熱管(20)擴(kuò)管后的槽(21)的深度為0.2mm～0.3mm，峰頂部(22)的前端寬度為0.08mm～0.18mm。另外，傳熱管(20)的槽(21)的條數(shù)為40～60，頂角(α)為5度～20度。
文檔編號B21D53/08GK102016482SQ20098011393
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者李相武, 松田拓也, 石橋晃 申請人:三菱電機(jī)株式會(huì)社