專利名稱：制冷劑蒸發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于蒸發(fā)制冷劑循環(huán)路徑中的制冷劑的制冷劑蒸發(fā)器，它適應(yīng)于汽車空調(diào)。
在傳統(tǒng)的制冷劑蒸發(fā)器中，多個其中帶有制冷劑通道的鋁管層疊設(shè)置，并且有多個鋁制波紋散熱片設(shè)置在相鄰的管道之間以提高氣體的傳熱面積。為了減輕蒸發(fā)器的重量，管道板厚度減薄至0.4mm。但是，減薄的管道板厚度和蒸發(fā)器的傳熱性能之間的關(guān)系并沒有充分加以描述。
考慮到上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種制冷劑蒸發(fā)器，它具有足夠薄的管道板厚度，其中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了用于獲得最大傳熱性能的條件，使得蒸發(fā)器的傳熱性能提高了。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制冷劑蒸發(fā)器，其中傳熱性能改進而管道的抗壓強度增加了。
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，一種制冷劑蒸發(fā)器包括多條管道，制冷劑穿過其流動；多個波紋散熱片，它們由鋁材制成，每個散熱片都設(shè)置在相鄰的管道之間以增加穿過管道之間的氣體的傳熱面積。這些管道由鋁材制成并在垂直于氣流方向的疊層方向上相互平行設(shè)置。在蒸發(fā)器中，管道的管道板厚度TT在0.10mm-0.35mm的范圍內(nèi)，每一管道的管道高度TH在疊層方向上在1.5mm-3.0mm的范圍內(nèi)。這樣，通過在上述范圍內(nèi)分別設(shè)置管道板厚度TT和管道高度TH，管道的制冷劑通道中的制冷劑壓力損失可以很小，并且氣體側(cè)的傳熱面積變大。結(jié)果是，蒸發(fā)器的傳熱性能提高了。
根據(jù)本發(fā)明的第二方案，在蒸發(fā)器中，每個波紋散熱片的散熱片高度FH處于疊層方向上，并且散熱片高度FH在4.0mm-7.5mm的范圍內(nèi)。因此，在蒸發(fā)器中，波紋散熱片的散熱效果得以提高，并且由于凝結(jié)水受限制的原因，傳熱率降低了。結(jié)果是，蒸發(fā)器的傳熱率提高了。
在下述制冷劑蒸發(fā)器中，即其中每一管道都制成具有一個外壁部分和多個支撐件的形式，所述外壁部分制成平板橫截面形式，用于在其內(nèi)限定一個內(nèi)部空間，所述支撐件用于將外壁部分的內(nèi)部空間分隔成多個制冷劑通道，外壁部分的壁厚在0.15mm-0.35mm的范圍內(nèi)，每一管道的管道高度TH在疊層方向上處于1.5mm-3.0mm的范圍，每個支撐件的板厚ST等于或大于0.05mm，并且相鄰支撐件之間的距離L在0.8mm-1.6mm的范圍內(nèi)。通過將相鄰支撐件之間的距離L設(shè)置為等于或大于0.8mm的值同時將管道板厚度TT和管道高度TH分別設(shè)置在上述范圍內(nèi)，管道的制冷劑通道內(nèi)的制冷劑壓力損失變小，氣體的傳熱面積變大，并且傳熱性能提高。另外，在蒸發(fā)器中，通過將支撐件的板厚ST設(shè)置為等于或大于0.05mm的值并將相鄰支撐件之間的距離L設(shè)置為等于或小于1.6mm的值，管道抗壓強度增大了，并且傳熱率也提高了。
下面將結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例進行詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點將從中得以更清楚地體現(xiàn)，其中

圖1是表示了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例所述的制冷劑蒸發(fā)器的立體示意圖；圖1是表示了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例所述的制冷劑蒸發(fā)器的立體示意圖；圖2是根據(jù)第一實施例所述的管道和波紋散熱片放大立體圖；圖3是表示了根據(jù)第一實施例所述的芯厚度D、散熱片高度FH和傳熱量Q之間的關(guān)系的特征曲線圖；圖4是表示了根據(jù)第一實施例所述的散熱片節(jié)距FP、散熱片高度FH和傳熱量Q之間的關(guān)系的特征曲線圖；圖5是表示了根據(jù)第一實施例所述的管道高度TH、散熱片高度FH和傳熱量Q之間的關(guān)系的特征曲線圖；圖6是表示了根據(jù)第一實施例所述的管道板厚度TT、散熱片高度FH和傳熱量Q之間的關(guān)系的特征曲線圖；圖7是表示了根據(jù)第一實施例所述的散熱片高度FH、管道板厚度TT和傳熱量Q之間的關(guān)系的特征曲線圖；圖8是表示了根據(jù)第一實施例所述的散熱片高度FH、管道高度TH和傳熱量Q之間的關(guān)系的特征曲線圖；圖9是表示了根據(jù)第一實施例所述的管道板厚度TT、管道高度TH和傳熱量Q之間的關(guān)系的特征曲線圖；圖10是表示了根據(jù)第一實施例所述的采用不同材料進行管道腐蝕檢測的所得結(jié)果的圖表；
圖11是表示了根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例所述的制冷劑蒸發(fā)器的主要部分的立體圖；圖12是表示了根據(jù)第二實施例所述的管道板厚度TT、相鄰管道支撐件之間的距離L和管道壓強σ之間的關(guān)系的特征曲線圖；圖13是表示了根據(jù)第二實施例所述的管道支撐件厚度ST和管道壓強σ之間的關(guān)系的特征曲線圖；以及圖14是表示了根據(jù)第二實施例所述的管道板厚度TT、距離L和傳熱量Q之間的關(guān)系的特征曲線圖。
下面參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行描述。
本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例將參照圖1-10進行描述。在第一實施例中，本發(fā)明通常用于汽車空調(diào)的制冷劑循環(huán)路徑中的制冷劑蒸發(fā)器1中。蒸發(fā)器1設(shè)置在汽車空調(diào)(未表示)的單元殼體內(nèi)，以在上-下方向上對應(yīng)于圖1中的裝置。當(dāng)氣體在圖1所示的氣體流動方向A上從鼓風(fēng)機(未表示)吹來并穿過蒸發(fā)器1時，吹拂氣體和穿過蒸發(fā)器1流動的制冷劑之間發(fā)生了熱交換。
蒸發(fā)器1具有多條管道2-5，通過它們制冷劑在管道2-5的縱向上流動。管道2-5在寬度方向上相互平行地設(shè)置，所述寬度方向既垂直于氣體流動方向A又垂直于管道2-5的縱向。另外，管道2-5在氣體流動方向A上設(shè)置成相互鄰近的兩列。即管道2、3設(shè)置在下游氣體側(cè)，而管道4、5設(shè)置在管道2、3的上游氣體側(cè)。每條管道2-5都是一個形成制冷劑通道的具有平板截面的平板形管道。管道2、3形成了進口側(cè)熱交換部分X的制冷劑通道，而管道4、5形成了出口側(cè)熱交換部分Y的制冷劑通道。
在圖1中，管道2設(shè)置在進口側(cè)熱交換部分X的左側(cè)，管道3設(shè)置在進口側(cè)熱交換部分X的右側(cè)。同樣，管道4設(shè)置在出口側(cè)熱交換部分Y的左側(cè)，管道5設(shè)置在出口側(cè)熱交換部分Y的右側(cè)。
蒸發(fā)器1具有一個用于引入制冷劑的進口6和一個用于排出制冷劑的出口7。由制冷劑循環(huán)路徑中的熱膨脹閥(未表示)減壓的低溫低壓氣液兩相制冷劑通過進口6被引入蒸發(fā)器1。出口7與制冷劑循環(huán)路徑中的壓縮機(未表示)的進口管相連，使得在蒸發(fā)器1中蒸發(fā)的氣態(tài)制冷劑通過出口7返回到壓縮機中。在第一實施例中，進口6和出口7設(shè)置在蒸發(fā)器1的上部左端面上。
蒸發(fā)器1具有一個設(shè)置在上部左進口側(cè)的上部左進口側(cè)箱體部分8、一個設(shè)置在下部進口側(cè)的下部進口側(cè)箱體部分9、一個設(shè)置在上部右進口側(cè)的上部右進口側(cè)箱體部分10、一個設(shè)置在蒸發(fā)器1的上部右出口側(cè)的上部右出口側(cè)箱體部分11、一個設(shè)置下部出口側(cè)的下部出口側(cè)箱體部分12、一個設(shè)置在上部左出口側(cè)的上部左出口側(cè)箱體部分13。進口6與上部左進口側(cè)箱體部分8相通，出口7與上部左出口側(cè)箱體部分13相通。制冷劑從箱體部分8-13分流到每一管道2-5中并從每一管道2-5匯集到箱體部分8-13中。箱體部分8-13還在氣體流動方向A上設(shè)置成相互鄰近的兩列，以對應(yīng)于管道2-5的布置方式。即進口側(cè)箱體部分8-10設(shè)置在出口側(cè)箱體部分11-13的下游氣體側(cè)。
上部進口側(cè)箱體部分8、10由其間的一塊隔板14限定，上部出口側(cè)箱體部分11、13由其間的一塊隔板15限定。下部進口側(cè)箱體部分9和下部出口側(cè)箱體部分12并不隔離，而是在寬度方向上沿蒸發(fā)器1的整個寬度延伸。
在蒸發(fā)器1的進口側(cè)熱交換部分X中，管道2的每一上端都與上部左進口側(cè)箱體部分8相通，而管道2的每一下端都與下部進口側(cè)箱體部分9相通。同樣，管道3的每一上端都與上部右進口側(cè)箱體部分10相通，而管道3的每一下端都與下部進口側(cè)箱體部分9相通。在蒸發(fā)器1的出口側(cè)熱交換部分Y中，管道4的每一上端都與上部左出口側(cè)箱體部分13相通，而管道4的每一下端都與下部出口側(cè)箱體部分12相通。同樣，管道5的每一上端都與上部右出口側(cè)箱體部分11相通，而管道5的每一下端都與下部出口側(cè)箱體部分12相通。
在上部左進口側(cè)箱體部分8和上部左出口側(cè)箱體部分13之間、上部右進口側(cè)箱體部分10和上部右出口側(cè)箱體部分11之間制有隔壁16。即隔壁16在寬度方向上沿蒸發(fā)器1的整個寬度延伸。在下部進口側(cè)箱體部分9和下部出口側(cè)箱體部分12之間也制有隔壁17，它在寬度方向上沿蒸發(fā)器1的整個寬度延伸。隔壁16、17與箱體部分8-13制成一體。
在本發(fā)明的第一實施例中，將圖1中的箱體部分10、11隔離的隔壁16的右側(cè)部分具有多個通孔18，通過這些孔18，箱體部分10、11相互連通。在第一實施例中，通孔18制成分別對應(yīng)于管道3、5的形式，使得制冷劑能平均地分配給管道3、5。即通孔18的數(shù)量與每一個管道3、5的數(shù)量相同。
通孔18可通過沖壓或類似方法同時制在隔壁16上，所述隔壁16由金屬薄板(例如鋁薄板)制成。在第一實施例中，每個通孔18都制成矩形。通孔18的開口面積以及通孔18的設(shè)置位置都經(jīng)過確定，使流進管道3、5的制冷劑能夠最適當(dāng)?shù)氐靡苑峙洹?br> 在相鄰管道2-5之間設(shè)置了多個波浪形波紋散熱片19，它們成一整體與管道2-5的平外表面相連。另外，在每個管道2-5的內(nèi)側(cè)設(shè)置了多個波浪形內(nèi)部散熱片20。內(nèi)部散熱片20的每個波峰都與管道2-5的每一內(nèi)表面相結(jié)合。由于有內(nèi)部散熱片20，管道2-5加強了，制冷劑的傳熱面積也增加了，從而改善了蒸發(fā)器1的制冷效果。管道2-5、波紋散熱片19和內(nèi)部散熱片20用銅鋅焊接成一體，構(gòu)成了蒸發(fā)器1的熱交換部分X、Y。在第一實施例中，通過利用銅鋅焊接而將每一部件連接成一個整體，組成了蒸發(fā)器1。
通過將鋁薄板在中央彎曲以限定一個具有平截面形狀的制冷劑通道而形成了每個管道2-5。管道2-5的每個內(nèi)部制冷劑通道都通過管道2-5內(nèi)側(cè)的內(nèi)部散熱片20分隔成多個小通道。管道2-5的內(nèi)表面和內(nèi)部散熱片20的每一波峰部分都結(jié)合起來，使在管道2-5的縱向上延伸的多個小通道在管道2-5的每一內(nèi)部制冷劑通道內(nèi)都隔開。
制成管道2-5的鋁薄板可以是鋁板，即，例如是在其一側(cè)面上施加了犧牲腐蝕材料(例如Al-1.5wt％Zn)的鋁芯板(例如A3000)。在這種情況下，鋁板經(jīng)過處理，使施加了犧牲腐蝕材料的表面設(shè)置在管道2-5的外側(cè)。由于管道2-5被內(nèi)散熱片20加強并由高抗腐蝕材料制成，所以用于制成管道2-5的鋁薄板的厚度TT(管道板厚度TT)能夠大大減小。內(nèi)部散熱片20也由鋁板制成(例如A3000)。
管道2-5的管道薄板內(nèi)表面和內(nèi)部散熱片20之間的連接可以在蒸發(fā)器1整體焊接時同時進行。即，當(dāng)管道2-5的管道薄板是在其一側(cè)包覆有黃銅材料并設(shè)置在管道2-5內(nèi)側(cè)的一側(cè)包覆鋁板時，黃銅材料不必施加給管道薄板。作為替換形式，每個內(nèi)部散熱片20可以由一種在其兩側(cè)表面上包覆有黃銅材料的兩側(cè)包覆鋁板制成。
在第一實施例中，通過將管道2-5的端部插入箱體部分8-13的每一平表面上的管道插入孔中，管道縱向上的管道2-5的每一端部都與箱體部分8-13相連。當(dāng)箱體部分8-13由其兩側(cè)表面包覆有黃銅材料的兩側(cè)包覆鋁板制成時，很容易在蒸發(fā)器1的焊接步驟中進行管道2-5和箱體部分8-13的連接。
下面將描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例所述的蒸發(fā)器的工作方式。如圖1所示，首先，由制冷劑循環(huán)路徑中的膨脹閥(未表示)減壓的低溫低壓氣液兩相制冷劑從進口6被引入上部左進口側(cè)箱體部分8中，并分配到管道2內(nèi)以如箭頭“a”所示向下流經(jīng)管道2。接著，如箭頭“b”所示，制冷劑通過下部進口側(cè)箱體部分9向右流動，并分配到管道3以如箭頭“c”所示向上流經(jīng)管道3。制冷劑流進上部右進口側(cè)箱體部分10，并如箭頭“d”所示，穿過通孔18流進上部右出口側(cè)箱體部分11。這樣，制冷劑通過通孔18從蒸發(fā)器1的下游氣體側(cè)運動到上游氣體側(cè)。此后，制冷劑從上部右出口側(cè)箱體部分11分配到管道5，如箭頭“e”所示向下流經(jīng)管道5，并流進下部出口側(cè)箱體部分12的右側(cè)部分。
接著，如箭頭“f”所示，制冷劑通過下部出口側(cè)箱體部分12向左流動，并分配到管道4內(nèi)，再如箭頭“g”所示向上流經(jīng)管道4。此后，制冷劑匯集到上部左出口側(cè)箱體部分13中，如箭頭“h”所示通過箱體部分13向左流動，并從出口7排出到蒸發(fā)器1的外側(cè)。
另一方面，氣體從氣流方向A上吹拂蒸發(fā)器1并穿過管道2-5和蒸發(fā)器1的熱交換部分X、Y的波紋散熱片19之間的開口。此時，流經(jīng)管道2-5的制冷劑從氣體吸收熱量并蒸發(fā)。結(jié)果是氣體冷卻了，并且吹入汽車的乘客艙以冷卻乘客艙。
根據(jù)第一實施例，進口側(cè)熱交換部分X設(shè)置在出口側(cè)熱交換部分Y的下游氣體側(cè)，所述進口側(cè)熱交換部分X包括由圖1中的箭頭“a”-“c”所指示的一條曲折路線進口側(cè)制冷劑通道，所述出口側(cè)熱交換部分Y包括由圖1中的箭頭“e”-“h”所指示的一條曲折路線出口側(cè)制冷劑通道。因此，蒸發(fā)器1能夠以出色的熱傳導(dǎo)性能有效地進行熱交換。
在本發(fā)明的第一實施例中，在具有上述結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)器1中進行了相對于蒸發(fā)器1的傳熱量Q(W)的計算機模擬操作。即，在模擬操作中，蒸發(fā)器1的傳熱量Q(W)根據(jù)圖1和圖2所示的芯厚度D、管道高度TH、管道板厚度TT、散熱片高度FH和散熱片節(jié)距FP加以計算。如圖2所示，管道高度TH是在每一管道2-5的折疊方向上的管道尺寸。另外，散熱片高度FH是在管道折疊方向上的每一波紋散熱片19的尺寸。
在第一實施例中，作為模擬條件，芯高度H設(shè)置為215mm(即H＝215mm)，芯寬度W設(shè)置為300mm(即W＝300mm)，散熱片板厚FT設(shè)置為0.07mm(即FT＝0.07mm)，通道數(shù)量設(shè)置為4(即通道數(shù)量＝4)。在第一實施例中，一個通道表示一條制冷劑流通路徑，其中從箱體部分分配到多條管道中的制冷劑在通過多條管道后匯集到箱體部分中。例如，在圖1的蒸發(fā)器1中，制冷劑從箱體部分8通過管道2流進箱體部分9的流通路徑是一條通道。因此，圖1所示的蒸發(fā)器具有4條通道。
另外，流進蒸發(fā)器1芯部的氣體的溫度、濕度和氣體量設(shè)置為定值，流進蒸發(fā)器1的進口6的制冷劑的溫度和壓力也設(shè)置為定值。在蒸發(fā)器1中，由于傳熱率與波紋散熱片19上凝結(jié)水的粘附程度非常相關(guān)，所以傳熱量Q要相對于凝結(jié)水來計算。
下面將描述相對于蒸發(fā)器1的傳熱量Q的各種參數(shù)。
(1)散熱片高度(FH)圖3-6指示了散熱片高度FH和傳熱量W之間的關(guān)系。首先，在圖3中，管道高度TH設(shè)置為1.7mm(即TH＝1.7mm)，管道板厚度TT設(shè)置為0.25mm(即TT＝0.25mm)，散熱片節(jié)距FP設(shè)置為3.0mm(即FP＝3.0mm)。在這種條件下，如圖3所示，芯厚度D設(shè)置為35-150mm范圍內(nèi)七個不同的值，并計算蒸發(fā)器1的傳熱量(W)。如圖3所示，不管每個芯厚度D的尺寸如何，當(dāng)散熱片高度FH設(shè)置在4.0-7.5mm的范圍內(nèi)(即4.0mm≤FT≤7.5mm)時，傳熱量Q變大。進一步講，當(dāng)散熱片高度FH設(shè)置在4.5-6.5mm的范圍內(nèi)(即4.5mm≤FT≤6.5mm)時，傳熱量Q進一步變大。在圖3中，當(dāng)芯厚度D設(shè)置為等于或小于50mm的值時，在4.0-7.5mm范圍內(nèi)的散熱片高度FH的適當(dāng)選擇效果會進一步提高。
在圖4中，管道高度TH設(shè)置為1.7mm(即TH＝1.7mm)，管道板厚度TT設(shè)置為0.25mm(即TT＝0.25mm)，芯厚度D設(shè)置為40mm(即D＝40mm)。在這種條件下，如圖4所示，散熱片節(jié)距FP設(shè)置為2.0-3.5mm范圍內(nèi)四個不同的值，并計算蒸發(fā)器1的傳熱量Q(W)。如圖4所示，不管每個散熱片節(jié)距FP的尺寸如何，當(dāng)散熱片高度FH設(shè)置在4.0-7.5mm的范圍內(nèi)(即4.0mm≤FT≤7.5mm)時，傳熱量Q變大。進一步講，當(dāng)散熱片高度FH設(shè)置在4.5-6.5mm的范圍內(nèi)(即4.5mm≤FT≤6.5mm)時，傳熱量Q進一步變大。
在圖5中，管道板厚度TT設(shè)置為0.25mm(即TT＝0.25mm)，散熱片節(jié)距FP設(shè)置為3.0mm(即FP＝3.0mm)，芯厚度D設(shè)置為40mm(即D＝40mm)。在這種條件下，如圖5所示，管道高度TH設(shè)置為1.3-4.0mm范圍內(nèi)七個不同的值，并計算蒸發(fā)器1的傳熱量(W)。如圖5所示，當(dāng)管道高度FH設(shè)置為大于1.5mm而散熱片高度FH設(shè)置在4.0-7.5mm的范圍內(nèi)(即4.0mm≤FT≤7.5mm)時，傳熱量Q變大。進一步講，當(dāng)散熱片高度FH設(shè)置在4.5-6.5mm的范圍內(nèi)(即4.5mm≤FT≤6.5mm)時，傳熱量Q進一步變大。
在圖6中，管道高度TH設(shè)置為1.7mm(即TH＝1.7mm)，散熱片節(jié)距FP設(shè)置為3.0mm(即FP＝3.0mm)，芯厚度D設(shè)置為40mm(即D＝40mm)。在這種條件下，如圖6所示，管道板厚度TT設(shè)置為0.10-0.40mm范圍內(nèi)四個不同的值，并計算蒸發(fā)器1的傳熱量(W)。如圖6所示，不管每個管道厚度TT的尺寸如何，當(dāng)散熱片高度FH設(shè)置在4.0-7.5mm的范圍內(nèi)(即4.0mm≤FT≤7.5mm)時，傳熱量Q變大。進一步講，當(dāng)散熱片高度FH設(shè)置在4.5-6.5mm的范圍內(nèi)(即4.5mm≤FT≤6.5mm)時，傳熱量Q進一步變大。
在圖3-6中，當(dāng)散熱片高度FH設(shè)置為4.0-7.5mm范圍內(nèi)的一個值(即4.5mm≤FT≤7.5mm)時，散熱效果可以更好，同時防止了由于粘附在波紋散熱片19上的凝結(jié)水而造成傳熱率降低的情況。結(jié)果是蒸發(fā)器1的傳熱量Q變大。另一方面，當(dāng)FT＜4.0mm時，波紋散熱片19上凝結(jié)水粘附的面積變大，因此傳熱率降低。另外，當(dāng)FT＞7.5mm時，散熱效果變差，傳熱率也降低。
(2)管道板厚度(TT)圖7表示了管道板厚度TT和傳熱量Q之間的關(guān)系。在圖7中，管道高度TH設(shè)置為1.7mm(即TH＝1.7mm)，散熱片節(jié)距FP設(shè)置為3.0mm(即FP＝3.0mm)，芯厚度D設(shè)置為40mm(即D＝40mm)。在這種條件下，如圖7所示，散熱片高度FH設(shè)置為4-10mm范圍內(nèi)五個不同的值，并計算的傳熱量Q(W)。如圖7所示，當(dāng)管道厚度TT的尺寸大于0.35mm時，傳熱量Q迅速減小。當(dāng)管道厚度TT的尺寸大于0.35mm時，管道中制冷劑通道的橫截面積相對減小，制冷劑通道內(nèi)的制冷劑壓力損失增大。因此，管道厚度TT設(shè)置為等于或小于0.35mm的一個值，以提高傳熱量Q。另一方面，管道板厚度TT的最小值是通過凝結(jié)水的腐蝕測驗來設(shè)定的。當(dāng)采用了帶有犧牲腐蝕層的鋁板時，管道板厚度TT的最小值可以設(shè)置為0.10mm。即在這種條件下，管道板厚度TT可以減小到0.1mm。
圖10表示了由于凝結(jié)水而產(chǎn)生的腐蝕測驗。在圖10中，T-1指示了蒸發(fā)器管道用不帶犧牲腐蝕層的鋁材制成的情況，其中管道板厚度TT設(shè)置為6mm(即TT＝6mm)。在T-1檢測中，當(dāng)最小厚度為0.5mm的薄壁部分通過鍛壓成形時，對于800小時的檢測時間，最大的腐蝕高度(即減小的厚度)變?yōu)?.5mm，并且在薄壁部分上制有一個通孔。
在圖10中，T-2指示了蒸發(fā)器管道用帶有厚度為20μm的犧牲腐蝕層的鋁板制成的情況，并且包括犧牲腐蝕層的管道板厚度TT設(shè)置為0.10mm(即TT＝0.10mm)。另一方面，T-3指示了蒸發(fā)器管道用帶有厚度為40μm的犧牲腐蝕層的鋁板制成的情況，并且包括犧牲腐蝕層的管道板厚度TT設(shè)置為0.25mm(即TT＝0.25mm)。在T-2和T-3檢測中，對于800小時的檢測時間，最大的腐蝕高度為0.05mm。
如上所述，當(dāng)散熱片高度FH設(shè)置在4.0-7.5mm的范圍內(nèi)(即4.0mm≤FT≤7.5mm)并且包括犧牲腐蝕層的管道板厚度TT設(shè)置在0.10-0.35mm(即0.10mm≤TT≤0.35mm)的范圍時，傳熱量Q增大，同時管道的抗壓強度和抗腐蝕性能提高。特別是，通過將TT設(shè)置在等于或小于0.30mm(即TT≤0.35mm)的值，傳熱量Q進一步增加。
(3)管道高度(TH)圖8和圖9表示了管道高度TH和傳熱量Q之間的關(guān)系。首先，在圖8中，管道板厚度TT設(shè)置為0.25mm(即TT＝0.25mm)，散熱片節(jié)距FP設(shè)置為3.0mm(即FP＝3.0mm)，芯厚度D設(shè)置為40mm(即D＝40mm)。在這種條件下，如圖8所示，散熱片高度FH設(shè)置為4-10mm范圍內(nèi)五個不同的值，并計算蒸發(fā)器1的傳熱量Q(W)。如圖8所示，在散熱片高度FH設(shè)置在4.0-7.5mm的范圍內(nèi)(即4.0mm≤FT≤7.5mm)的情況下，當(dāng)管道高度TH設(shè)置在1.5-3.0mm的范圍內(nèi)(即1.5mm≤TH≤3.0mm)時，傳熱量Q變大。當(dāng)管道高度TH設(shè)置在1.5-2.5mm的范圍內(nèi)(即1.5mm≤TH≤2.5mm)時，傳熱量Q進一步增加。
在圖9中，散熱片高度FH設(shè)置為6mm(即FH＝6mm)，散熱片節(jié)距FP設(shè)置為3.0mm(即FP＝3.0mm)，芯厚度D設(shè)置為40mm(即D＝40mm)。在這種條件下，如圖9所示，管道板厚度TT設(shè)置為0.1-0.4mm范圍內(nèi)七個不同的值，并計算蒸發(fā)器1的傳熱量Q(W)。如圖9所示，在管道板厚度TT設(shè)置在0.10-0.35mm的范圍內(nèi)(即0.10mm≤TT≤0.35mm)的情況下，當(dāng)管道高度TH設(shè)置在1.5-3.0mm的范圍內(nèi)(即1.5mm≤TH≤3.0mm)時，傳熱量Q變大。當(dāng)管道高度TH設(shè)置在1.5-2.5mm的范圍內(nèi)(即1.5mm≤TH≤2.5mm)時，傳熱量Q進一步增加。
這里，當(dāng)散熱片F(xiàn)H設(shè)置在4.0-7.5mm的范圍內(nèi)，管道板厚度TT設(shè)置在0.10-0.35mm的范圍內(nèi)，管道高度TH設(shè)置在1.5-3.0mm的范圍內(nèi)，蒸發(fā)器1的傳熱量Q可以達到最大值。
在圖8和圖9中，當(dāng)管道板厚度TT設(shè)置在0.10-0.35mm的范圍內(nèi)時，在空氣側(cè)的傳熱面積增大，并避免了制冷劑通道內(nèi)的制冷劑壓力損失增大。因此，在這種情況下，蒸發(fā)器1的傳熱量Q增加。但是，當(dāng)管道高度TH設(shè)置為小于1.5mm時，管道內(nèi)的制冷劑通道的橫截面積減小，制冷劑通道內(nèi)的制冷劑壓力損失增大。另一方面，當(dāng)管道高度TH設(shè)置為大于3.0mm時，氣體側(cè)的傳熱面積減小，因此，蒸發(fā)器1的傳熱量Q降低。
現(xiàn)在參照圖11-14對本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例進行描述。
在上述第一實施例中，每一管道2-5都是通過在中央將鋁薄板彎曲而限定一個具有平板截面形狀的制冷劑通道而形成的，并且管道2-5的每一內(nèi)部制冷劑通道都被管道2-5內(nèi)的內(nèi)部散熱片20分隔成了多條小通道。但是，在第二實施例中，每個具有多條制冷劑通道32的平管道30都是通過擠壓鋁材而形成的。
如圖11所示，多條制冷劑通道32制成在平板截面的主方向上成一直線的形式。因此，多條制冷劑通道32在管道縱向上延伸并平行設(shè)置。多條制冷劑通道32被多個支撐件33隔離。與第一實施例相同，多條管道30通過波紋散熱片疊置，每一散熱片都設(shè)置在相鄰的管道30之間。在第二實施例中，第一實施例描述的內(nèi)部散熱片20是不必要的。
下面，在采用平板管道30的制冷劑蒸發(fā)器中進行相對于管道30的強度和傳熱量Q(W)的計算機模擬操作。
首先描述管道30的強度。圖12是表示了相鄰支撐件33的距離L和管道30產(chǎn)生的最大管道壓強σ之間的關(guān)系的圖表。作為模擬條件，散熱片高度FH設(shè)置為1.7mm(即FH＝1.7mm)，每個支撐件33的支撐板厚度ST設(shè)置為0.2mm，當(dāng)蒸發(fā)器實際應(yīng)用于汽車時，管道30的最大負(fù)載壓力(內(nèi)壓)設(shè)置為10kg/cm2。
在第二實施例中，當(dāng)管道30通過擠壓鋁材(例如A1000)而形成時，例如熔融鋅等的犧牲腐蝕材料被施加到管道30的外壁部分31的外表面上，使得管道30上帶有高抗腐蝕的犧牲腐蝕層。在這種情況下，鋅涂覆高度大約是0.12mm，并足以用于實際的腐蝕高度。在這種模擬中，當(dāng)腐蝕程度(腐蝕最大高度)設(shè)置為0.12mm并當(dāng)蒸發(fā)器用于預(yù)定的抵抗年限時，在使用后管道板厚度TT’設(shè)置在0.03-0.23mm范圍內(nèi)的四個值，該值是從0.15-0.35mm的最初管道板厚度TT減去腐蝕厚度0.12mm獲得的值。
如圖12所示，因為在擠壓過程中施加給通道30的擠壓強度大約是90Mpa，所以必須將相鄰支撐件33之間的距離L設(shè)置為等于或小于1.6mm的值，以當(dāng)最初的管道板厚度TT設(shè)置在0.15-0.35mm的范圍內(nèi)時，在預(yù)定的抵抗年限后仍保持管道30的抗壓強度。
圖13表示了支撐件33的支撐板厚度ST和管道30內(nèi)產(chǎn)生的最大管道壓強σ之間的關(guān)系。在圖13中，作為模擬條件，散熱片高度FH設(shè)置為1.7mm(即FH＝1.7mm)，管道板厚度TT設(shè)置為0.35mm(即TT＝0.35mm)，相鄰支撐件33之間的距離L設(shè)置為1.2mm(即L＝1.2mm)，管道30的內(nèi)壓設(shè)置為27kg/cm2。所述內(nèi)壓是在JIS中確定的采用R134a方法的內(nèi)部容器的破裂壓力。如圖13所示，為了獲得最初的破裂壓強，支撐件33的板厚度ST必須等于或大于0.05mm(即ST≥0.05mm)。
圖14表示了相鄰支撐件33的距離L和傳熱量Q(W)之間的關(guān)系。在圖14中，作為模擬條件，芯高度H設(shè)置為215mm，芯寬度設(shè)置為300mm，散熱片厚度FT設(shè)置為0.07mm，波數(shù)設(shè)置為4，管道高度TH設(shè)置為1.7mm，散熱片節(jié)距FP設(shè)置為3.0mm，芯厚度D設(shè)置為40mm，支撐板厚度ST設(shè)置為0.2mm，管道板厚度TT設(shè)置為0.15-0.35mm范圍內(nèi)的不同值。
另外，流進蒸發(fā)器芯部的氣體的溫度、濕度和氣體量設(shè)置為定值，流進蒸發(fā)器的進口的制冷劑的溫度和壓力也設(shè)置為定值。在蒸發(fā)器中，由于傳熱率與波紋散熱片上凝結(jié)水的粘附程度非常相關(guān)，所以傳熱量Q要相對于凝結(jié)水來計算。
如圖14所示，當(dāng)相鄰支撐件之間的距離L小于0.8mm時，傳熱量Q迅速減少。在這種情況下，因為支撐件33的數(shù)量增加，所以制冷劑通道的橫截面積減小了，而制冷劑通道中的制冷劑壓力損失增大了。因此，為了提高蒸發(fā)器的傳熱性能，相鄰支撐件33之間的距離L設(shè)置為等于或大于0.8mm(即L≥0.8mm)的一個值。
在具有管道30的蒸發(fā)器中，當(dāng)相鄰支撐件33之間的距離L設(shè)置在等于或大于0.8mm的一個值、管道板厚度TT設(shè)置在0.15-0.3mm范圍內(nèi)以及管道高度TH設(shè)置在1.5-3.0mm范圍內(nèi)時，制冷劑通道的壓力損失可以更小并且氣體側(cè)的熱交換面積可以更大。結(jié)果是提高了蒸發(fā)器的傳熱性能。另外，當(dāng)支撐板厚度ST設(shè)置在等于或大于0.05mm(即ST≥0.05mm)的一個值、相鄰支撐件33之間的距離L設(shè)置在等于或小于1.6mm(即L≤1.6mm)的一個值時，管道30的抗壓強度提高了。這里，在采用管道30的蒸發(fā)器中，抗壓強度和傳熱性能都提高了。
另外，通過將散熱片高度FH設(shè)置在4.0-7.5mm的范圍內(nèi)(即4.0mm≤TH≤7.5mm)時，散熱效果更好，同時因為限制了凝結(jié)水，使傳熱率降低。結(jié)果是蒸發(fā)器的傳熱量能進一步變大。
盡管參照附圖并結(jié)合實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)描述，但對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，應(yīng)該注意到可以很容易地作出多種改進和變形。
例如，在上述實施例中，管道2-5、30和箱體部分8-13在分別制成之后通過銅鋅焊接方法相連。但是，本發(fā)明也可以用于通過將多個成對的板疊置而形成的制冷劑蒸發(fā)器，每對板都是通過將兩塊板相連形成管道的制冷劑通道和箱體部分而制成的。
另外，在上述第一實施例中，管道2-5在氣體流動方向A上設(shè)置成兩列，并且箱體部分8-13也在氣體流動方向A上設(shè)置成兩列以與管道2-5的布置方式相對應(yīng)。但是，本發(fā)明也可以用于這種制冷劑蒸發(fā)器，即在其中管道設(shè)置成單列或設(shè)置成多于三列的多列。當(dāng)管道設(shè)置成多于三列的多列時，蒸發(fā)器的上述尺寸的適當(dāng)選擇效果會變得很明顯。另外，本發(fā)明也可以用于那種帶有不同于上述4通道的多條通道的蒸發(fā)器。
應(yīng)該理解到，這些改進和變形都落在由所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在制冷劑和空氣之間進行熱交換的蒸發(fā)器，包括多條管道，制冷劑穿過其流動，這些管道由鋁材制成并在垂直于氣流方向的疊層方向上相互平行設(shè)置；多個波紋散熱片，它們由鋁材制成，每個散熱片都設(shè)置在相鄰的管道之間以增加穿過管道之間的氣體的傳熱面積，其特征在于管道的管道板厚度TT在0.10mm-0.35mm的范圍內(nèi)；以及每一管道的管道高度TH均處于疊層方向上，管道高度TH在1.5mm-3.0mm的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器，其特征在于，每個散熱片的散熱片高度FH均處于疊層方向上，并且散熱片高度FH在4.0mm-7.5mm的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1和2任一項所述的蒸發(fā)器，其特征在于，用于制成管道的鋁材在外表面具有犧牲腐蝕層。
4.如權(quán)利要求1和2任一項所述的蒸發(fā)器，其特征在于，管道在空氣流動方向上設(shè)置成多列。
5.如權(quán)利要求4所述的蒸發(fā)器，其特征在于，管道和波紋散熱片形成了一個芯部；芯部在空氣流動方向上有一個厚度D；以及芯部的厚度D等于或小于50mm。
6.如權(quán)利要求1和2任一項所述的蒸發(fā)器，還包括一個用于將制冷劑分配給管道并從管道收集制冷劑的箱體，該箱體設(shè)置在每一管道的兩端。
7.如權(quán)利要求1和2任一項所述的蒸發(fā)器，還包括設(shè)置在管道內(nèi)的內(nèi)部散熱片，用于提高流經(jīng)管道的制冷劑的傳熱面積。
8.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器，其特征在于，每一管道都具有一個成型為平板截面的外壁部分，用于在其內(nèi)形成一個內(nèi)部空間；和多個用于將內(nèi)部空間分隔成多條制冷劑通道的支撐件；以及每一管道都通過擠壓形成。
9.一種用于在制冷劑和空氣之間進行熱交換的蒸發(fā)器，包括多條管道，制冷劑穿過其流動，這些管道由鋁材制成并在垂直于氣流方向的疊層方向上相互平行設(shè)置；多個波紋散熱片，它們由鋁材制成，每個散熱片都設(shè)置在相鄰的管道之間以增加穿過管道之間的氣體的傳熱面積，其特征在于，每個波紋散熱片的散熱片高度FH均處于疊層方向上，散熱片高度FH在4.0mm-7.5mm的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求9所述的蒸發(fā)器，其特征在于，管道的管道板厚度TT在0.10mm-0.35mm的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求9所述的蒸發(fā)器，其特征在于，每一管道的管道高度TH均處于疊層方向上，管道高度TH在1.5mm-3.0mm的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求9-11任一項所述的蒸發(fā)器，其特征在于，管道在空氣流動方向上設(shè)置成多列。
13.如權(quán)利要求12所述的蒸發(fā)器，其特征在于，管道和波紋散熱片形成了一個芯部；芯部在空氣流動方向上有一個厚度D；以及芯部的厚度D等于或小于50mm。
14.如權(quán)利要求9-11任一項所述的蒸發(fā)器，還包括設(shè)置在管道內(nèi)的內(nèi)部散熱片，用于提高流經(jīng)管道的制冷劑的傳熱面積。
15.如權(quán)利要求9-11任一項所述的蒸發(fā)器，其特征在于，每一管道都具有一個成型為平板截面的外壁部分，用于在其內(nèi)形成一個內(nèi)部空間；和多個用于將內(nèi)部空間分隔成多條制冷劑通道的支撐件；以及每一管道都通過擠壓形成。
16.一種用于在制冷劑和空氣之間進行熱交換的蒸發(fā)器，包括多條管道，制冷劑穿過其流動，這些管道由鋁材制成并在垂直于氣流方向的疊層方向上相互平行設(shè)置；以及多個波紋散熱片，它們由鋁材制成，每個散熱片都設(shè)置在相鄰的管道之間以增加穿過管道之間的氣體的傳熱面積，其特征在于每一管道都具有一個成型為平板截面的外壁部分，用于在其內(nèi)形成一個內(nèi)部空間；和多個用于將內(nèi)部空間分隔成多條制冷劑通道的支撐件；外壁部分的板厚度在0.15mm-0.35mm的范圍內(nèi)；每一管道的管道高度TH均處于疊層方向上，管道高度TH在1.5mm-3.0mm的范圍內(nèi)；每一支撐件的板厚度ST等于或大于0.05mm；以及相鄰支撐件之間的距離L在0.8mm-1.6mm的范圍內(nèi)。
17.如權(quán)利要求16所述的蒸發(fā)器，其特征在于，每個波紋散熱片的散熱片高度FH均處于疊層方向上，散熱片高度FH在4.0mm-7.5mm的范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求16和17任一項所述的蒸發(fā)器，其特征在于，用于制成管道的鋁材在外表面具有犧牲腐蝕層。
19.如權(quán)利要求16和17任一項所述的蒸發(fā)器，其特征在于，管道在空氣流動方向上設(shè)置成多列。
20.如權(quán)利要求19所述的蒸發(fā)器，其特征在于，管道和波紋散熱片形成了一個芯部；芯部在空氣流動方向上有一個厚度D；以及芯部的厚度D等于或小于50mm。
全文摘要
在制冷劑蒸發(fā)器中,有多條由鋁材制成的管道設(shè)置在垂直于氣流方向的疊層方向上,有多個由鋁材制成的波紋散熱片設(shè)置在相鄰的管道之間。在蒸發(fā)器中,當(dāng)管道的管道板厚度TT在0.10mm—0.35mm的范圍內(nèi)并且每一管道的管道高度TH在疊層方向上在1.5mm—3.0mm的范圍內(nèi)時,制冷劑通道中的制冷劑壓力損失可以很小,并且空氣傳熱面積變大。
文檔編號F28F19/00GK1276507SQ0011801
公開日2000年12月13日 申請日期2000年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月4日
發(fā)明者牧原正徑, 畔柳功, 長澤聰也, 鳥越榮一 申請人:株式會社電裝