專利名稱：熱交換器以及備有該熱交換器的冷凍循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及配備在空調(diào)機(jī)、低溫設(shè)備、熱水器等與空氣進(jìn)行熱交換的熱交換器。特 別是涉及如下技術(shù)，在構(gòu)成熱交換器的翅片(散熱片)的與空氣傳熱的傳熱面上設(shè)置多個(gè) 孔，來(lái)控制在傳熱面上生成霜的區(qū)域、生成溫度，即使傳熱面上結(jié)霜時(shí)，也能延遲到風(fēng)路阻 塞為止的時(shí)間，更長(zhǎng)久地維持裝置的性能。
背景技術(shù)：
在已往的冷凍循環(huán)系統(tǒng)中，若構(gòu)成所使用的熱交換器的傳熱面的翅片的表面溫度 達(dá)到o°c以下，則空氣中的水蒸氣在翅片表面成為冷凝水滴，然后冷卻成為冰珠，結(jié)果變成 霜，從而產(chǎn)生結(jié)霜現(xiàn)象。若翅片表面上結(jié)霜，則隨著霜變厚，翅片表面的熱阻增加，結(jié)果，與空氣之間的熱 交換量減少，裝置性能降低。由于霜的成長(zhǎng)，翅片間被堵塞，風(fēng)路阻力增加，裝置的性能大大降低。另外，為了除去附著在翅片表面的霜，裝置必須定期地除霜，這也極大地降低了裝 置的性能。為了解決該結(jié)霜的問(wèn)題，已公開了以下技術(shù)對(duì)翅片表面進(jìn)行等離子體照射，使翅 片表面具有超親水性，用親水化處理提高水的排水性，延遲結(jié)霜(例如見專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本特開2002-90084號(hào)公報(bào)(參照?qǐng)D2、圖4)

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，在已往一般的熱交換器中，存在著如下問(wèn)題，由于結(jié)霜，使得熱阻、風(fēng)路 阻力增大，結(jié)霜時(shí)性能惡化。另外，在專利文獻(xiàn)1所公開的熱交換器中，如果相對(duì)于結(jié)霜不具有親水性，則不能 發(fā)揮延遲結(jié)霜的效果。必須長(zhǎng)年保持表面狀態(tài)，使其具有親水性。本發(fā)明著眼于后述的霜的生成過(guò)程的以下2個(gè)相變①?gòu)乃魵獾嚼淠蔚南嘧儮趶睦淠蔚奖榈南嘧兺ㄟ^(guò)在熱交換器的翅片上設(shè)置多個(gè)孔，來(lái)限制結(jié)霜區(qū)域，降低凝固溫度，即使結(jié)霜 也能長(zhǎng)久保持性能，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能。另外，設(shè)在翅片上的孔的半徑是納米級(jí)尺寸，比通常在室內(nèi)、室外假定的污物、塵 埃等的直徑小得多，所以，孔不會(huì)被阻塞，可長(zhǎng)年保持性能。本發(fā)明的熱交換器，在構(gòu)成熱交換器的、傳熱用的翅片的表面設(shè)有多個(gè)孔，這些孔 的半徑，比由空氣條件和翅片表面溫度所決定的冷凝水滴(或冷凝液滴)的臨界半徑小，從 而限制可生成冷凝水滴的區(qū)域。另外，在構(gòu)成熱交換器的、傳熱用翅片的表面，設(shè)置產(chǎn)生吉布斯 湯姆遜效應(yīng)的孔， 在該孔內(nèi)，使冷凝水滴(或冷凝液滴)的凝固點(diǎn)降低到0°c以下。
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另外，對(duì)于構(gòu)成熱交換器的、多個(gè)平行排列的傳熱用翅片，只在各翅片的一面上具 有孔，延遲霜層將翅片之間阻塞所需的時(shí)間，另外，縮短除霜所需的時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明的熱交換器，在翅片表面上產(chǎn)生可以使結(jié)霜范圍變小、結(jié)霜量變少或 延遲結(jié)霜等作用，即使結(jié)霜也能保持性能，并可實(shí)現(xiàn)節(jié)能。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的冷凍循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的蒸發(fā)器(熱交換器)的立體圖。圖3是表示冷凝水滴的生成過(guò)程的示意圖。圖4是表示公式(1)的核半徑r依存性的曲線圖。圖5是表示壓力比的核臨界半徑Z依存性的曲線圖。圖6是表示在有孔的表面和沒有孔的表面上、冷凝水滴的形成過(guò)程的示意圖。圖7(a)是表示已往的翅片上的結(jié)霜狀態(tài)的說(shuō)明圖，圖7(b)是表示實(shí)施方式1的 蒸發(fā)器(熱交換器)的翅片的示意圖。圖8(a)是蒸發(fā)器(熱交換器)的翅片的傳熱管附近的溫度分布圖，圖8(b)是表示 本發(fā)明實(shí)施方式2的翅片的結(jié)構(gòu)例1的示意圖，圖8(c)是表示翅片的結(jié)構(gòu)例2的示意圖。圖9是表示凝固點(diǎn)降低的臨界半徑Z依存性的曲線圖。圖10是表示在翅片表面上有孔的位置和沒有孔的位置的、冷凝水滴的動(dòng)向的圖。圖11是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的蒸發(fā)器(熱交換器)的相向翅片的概略圖。圖12是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的蒸發(fā)器(熱交換器)的翅片的示意圖。
圖13是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的具有縫隙的翅片的示意圖。符號(hào)說(shuō)明11...室外機(jī)，12...室內(nèi)機(jī)，21...壓縮機(jī)，22...冷凝器(熱交換器)，23...冷 凝器用風(fēng)扇，24...膨脹機(jī)構(gòu)，25...蒸發(fā)器(熱交換器)，26...蒸發(fā)器用風(fēng)扇，31...翅 片，32...傳熱管，41...冷卻面的表面，42...水蒸氣，43...核，44...冷凝水滴，45...合 體后的冷凝水滴，46...冰珠，47...針狀的霜，50...無(wú)處理的翅片表面，51...表面上有半 徑Inm以下的孔的翅片表面，52. · ·半徑Inm以下的孔，53. · ·核，54. · ·冷凝水滴，61. · ·翅 片，62...傳熱管，63...實(shí)施方式1中的臨界半徑r*以下的孔，64...霜，71...翅片表面， 72...傳熱管，73...利用吉布斯·湯姆遜(Gibbs-Thomson)效應(yīng)使冷凝水滴的凝固點(diǎn)降 低的孔，81...翅片表面，83...利用吉布斯 湯姆遜效應(yīng)使冷凝水滴的凝固點(diǎn)降低的孔， 84...冷凝水滴，91...翅片，92...縫隙
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式1關(guān)于本發(fā)明熱交換器的實(shí)施方式1，以采用該熱交換器的冷凍循環(huán)裝置為例，用圖 進(jìn)行說(shuō)明。圖1表示冷凍裝置的制冷劑回路。該冷凍裝置是通過(guò)進(jìn)行蒸氣壓縮式的冷凍循 環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)而用于室內(nèi)冷凍的裝置。在圖1中，11是室外機(jī)，12是室內(nèi)機(jī)。室外機(jī)11包括壓縮 機(jī)21、冷凝器22和把空氣送到冷凝器22的冷凝器用風(fēng)扇23。室內(nèi)機(jī)12包括膨脹機(jī)構(gòu)24、 蒸發(fā)器25和把空氣送到蒸發(fā)器25的蒸發(fā)器用風(fēng)扇26。壓縮機(jī)21、冷凝器22、膨脹機(jī)構(gòu)24以及蒸發(fā)器25構(gòu)成了冷凍循環(huán)回路，在其內(nèi)部充填了循環(huán)用制冷劑。本發(fā)明主要是見于制 冷機(jī)組、陳列柜等低溫機(jī)器的形態(tài)。冷凍裝置內(nèi)的制冷劑被壓縮機(jī)21壓縮，變?yōu)楦邷馗邏?，并流入冷凝?2。制冷劑 在冷凝器22散熱，成為液體制冷劑，然后，由膨脹機(jī)構(gòu)24膨脹，成為氣液二相的制冷劑。在 蒸發(fā)器25，制冷劑從周圍空氣吸熱，成為氣體，并返回到壓縮機(jī)21。因此，該冷凍循環(huán)裝置 進(jìn)行將庫(kù)內(nèi)空氣冷卻的制冷運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2表示圖1中的蒸發(fā)器25的詳細(xì)構(gòu)造。圖2所示的蒸發(fā)器25，是廣泛用于冷凍 裝置、空調(diào)機(jī)的翅片管式的熱交換器。冷凝器25主要由多個(gè)翅片(傳熱翅片)31和多個(gè)傳 熱管32構(gòu)成。翅片31以規(guī)定的間隔疊置多個(gè)，貫通設(shè)在各翅片31上的貫通孔而設(shè)置傳熱 管32。冷凝器25通過(guò)流經(jīng)傳熱管32的液態(tài)制冷劑氣化而進(jìn)行吸熱，經(jīng)由翅片31與外部空 氣進(jìn)行熱交換。翅片31優(yōu)選是容易加工的、熱傳導(dǎo)率高的鋁板等。另外，為了高效地進(jìn)行 與空氣之間的熱交換過(guò)程，如圖2中的箭頭所示，空氣被蒸發(fā)器風(fēng)扇26朝著翅片31平行地 送入蒸發(fā)器25。例如，在冷藏條件下，周圍的空氣溫度是0°C，制冷劑的蒸發(fā)溫度約為-10°C。在冷 凍條件下，周圍的空氣溫度是_20°C，蒸發(fā)溫度約為-30°C。在這樣的條件下，翅片31的表 面都是0°C以下，在翅片31上結(jié)霜。一旦結(jié)霜，流過(guò)蒸發(fā)器25的風(fēng)量減少，與空氣的熱交換 量減少，蒸發(fā)器的冷卻性能降低。如上所述，如果能減少在翅片31上生成的霜量，則可以減小因霜層所造成的風(fēng)路 阻力。為此，在實(shí)施方式1中，在翅片31上設(shè)置根據(jù)以下的公式(1) (4)所導(dǎo)出的半徑 的孔，以減少霜量，減低霜的高度。這樣，通過(guò)延遲到風(fēng)路被阻塞為止的時(shí)間，即使結(jié)霜也能 抑制裝置的性能降低。接著，詳細(xì)說(shuō)明結(jié)霜的過(guò)程。這里，用圖3說(shuō)明霜的生成、成長(zhǎng)過(guò)程。被冷卻了的 表面41與溫度0°C以上的空氣接觸，在表面溫度被冷卻到由空氣溫度和濕度決定的露點(diǎn)溫 度以下時(shí)，空氣中的水蒸氣42被表面41冷卻，在表面41上冷凝成為核43，形成了冷凝水滴 44。在未經(jīng)過(guò)表面處理的表面41上，該冷凝在所到達(dá)之處發(fā)生。其后，冷凝水滴44與彼此 相鄰的冷凝水滴44合體，降低表面能量，繼續(xù)生長(zhǎng)。由于該合體是隨機(jī)生成，所以，在表面 41上存在直徑的大小不同的冷凝水滴45。若表面41的溫度達(dá)到0°C以下，則冷凝水滴被冷 卻到0°C以下而凝固，成為冰珠46。從該冰珠46針狀地生成霜47，整體形成霜層。空氣的溫度在0°C以下時(shí)，有文獻(xiàn)記載因升華而形成了霜，還有文獻(xiàn)記載直 到-40°C為止都存在水的過(guò)冷卻液體。但實(shí)際上，霜的生成過(guò)程與在0°C以上時(shí)不變。在冷 卻了的表面上生成的冷凝水滴或冰珠合體，從該冰珠上針狀地生成了霜，整體形成霜層。上述從水蒸氣到霜的形成過(guò)程，由2個(gè)相變產(chǎn)生。一個(gè)是從水蒸氣到冷凝水滴的 相變，另一個(gè)是從冷凝水滴到冰珠的相變。相變，在穩(wěn)定的環(huán)境相中產(chǎn)生核，該核生長(zhǎng)，從而 產(chǎn)生不同的相。為了核的生長(zhǎng)，在熱力學(xué)上，需要降低相整體的自由能G，其變化量dG在半 徑為r的核生成時(shí)，由以下公式(1)給出。dG = - (4 π r3/3v) d μ +4 π r2 γ (1)公式中，ν是一個(gè)分子的體積， μ是每一個(gè)分子的化學(xué)位的變化量，Y是表面能 密度。通過(guò)核生長(zhǎng)使G降低時(shí)，r增加，從而dG減小。圖4表示公式(1)的!·依存性。圖4 的縱軸表示公式dG的值，橫軸表示核的半徑r。右邊第1項(xiàng)隨著r的增加而減小為負(fù)值，右
5邊第2項(xiàng)隨著r的增加而增加為正值。從圖4可知，在r = Z時(shí)，公式(1)具有極大值，在 0 < r < Z時(shí)，隨著r的增加dG增加，另一方面，當(dāng)r > Z時(shí)，隨著r的增加dG減小。換 言之，僅半徑r為Z以上的核能繼續(xù)生長(zhǎng)。把該r稱為臨界半徑Z。用r將公式(1)微分 而得到Z，如以下公式(2)所示。r* = 2 γ v/d μ (2)接著，說(shuō)明從水蒸氣到冷凝水滴的相變的控制。這里，上述的生成過(guò)程考慮從水蒸 氣到冷凝水滴的情形。考慮氣相的變化時(shí)，公式(2)中的(1μ采用各相的壓力，可由下公式 ⑶給出。 μ = kTlog(p/pe) (3)在公式中，k是玻耳茲曼常數(shù)，T是翅片表面的溫度(或冷凝水滴的溫度)，P是水 蒸氣壓，Pe是冷凝水滴的平衡蒸氣壓。把公式(3)代入公式(2)，得到以下的公式(4)。p/pe = exp ((2 γ ν)/(kTr*)) (4) 圖5是把冷凝水滴為0°C時(shí)的p/pe作為r*的函數(shù)表示的圖。其中，采用了、= 76 [erg/cm2], ν = 3X10^ [cm3](水在0°C時(shí)的物理參數(shù))。另外，圖3所示的p/pe的r*依 存性，即使使T變化(例如即使T = 263283[K])，數(shù)值也沒有大的變化。即，從水蒸氣到冷 凝水滴的相變，可參照此圖。例如，空氣條件是溫度為7°C、相對(duì)濕度為85%、翅片表面溫度是-10°C時(shí)，利用圖 6表示表面上有孔52的翅片表面51 (圖6 (b))和沒有孔的表面50 (圖6 (a))的霜的生長(zhǎng)過(guò) 程的不同。溫度為7°C、相對(duì)濕度為65%時(shí)，空氣中的水蒸氣壓ρ = 854[Pa]。冷凝水滴的 溫度大致與表面溫度相等，是_10°C。所以，冷凝水滴的-10°C時(shí)的平衡蒸氣壓pe = 286Pa, P為pe的大約三倍。在該條件下的臨界半徑r*，從圖5中可知，r* = lnm。S卩，r > Inm的 核53可生長(zhǎng)。因此，如圖6 (a)、圖6 (b)所示，r > Inm的核53繼續(xù)生長(zhǎng)，與相鄰的冷凝水滴 合體，成為更大的水滴54。另一方面，在表面上開設(shè)半徑為Inm以下的孔52時(shí)，在孔52內(nèi) 部，不能生成半徑為Inm以上的冷凝水滴，所以，在孔52內(nèi)部不會(huì)形成冷凝水滴，如圖6 (b) 所示，在表面上形成了水滴容易合體的區(qū)域和不容易合體的區(qū)域。結(jié)果，如圖6(b)所示，在 開設(shè)了孔52的翅片表面51上，冷凝水滴的合體受到限制，與無(wú)處理的表面50相比，結(jié)霜量 減少，霜的高度也降低。孔52的直徑的基準(zhǔn)值，根據(jù)使用裝置的狀況而變化。但是，在孔徑過(guò)小時(shí)，若沒有 在翅片表面設(shè)置無(wú)數(shù)個(gè)孔，則得不到上述效果。如果開設(shè)大約0. 5nm以上半徑的孔，則可與 在現(xiàn)有空調(diào)機(jī)、制冷機(jī)中使用的對(duì)應(yīng)。另外，設(shè)在翅片上的孔的直徑是納米級(jí)尺寸，比通常在室內(nèi)外假定的污物、塵埃等 的直徑小得多，所以孔不會(huì)被阻塞，可長(zhǎng)年保持性能。設(shè)在翅片上的孔的深度，若考慮到實(shí)際的翅片的強(qiáng)度，則優(yōu)選不貫通翅片。在翅片 上開設(shè)納米級(jí)孔的方法，可采用陽(yáng)極氧化法。所謂陽(yáng)極氧化法，是把作為處理對(duì)象的金屬作 為陽(yáng)極，把不溶性電極作為陰極，在電解質(zhì)溶液中進(jìn)行直流電解操作的方法。通過(guò)陰極和陽(yáng) 極通電，使陽(yáng)極的金屬表面氧化，金屬的一部分離子化，溶解到電解質(zhì)溶液中。尤其是鋁、 鈮、鉭等，借助陽(yáng)極氧化法，形成氧化皮膜。該氧化皮膜的導(dǎo)電率差，所以，隨著陽(yáng)極氧化處 理的進(jìn)行，在材料上形成金屬氧化物，可形成規(guī)則地成長(zhǎng)的細(xì)孔結(jié)構(gòu)。細(xì)孔的深度由施加電壓的時(shí)間決定，但如前所述，優(yōu)選是不貫通的程度。另外，氧化皮膜的熱傳導(dǎo)率也差，不利于 表面與空氣的熱交換，所以，開設(shè)深孔并不一定好。但是，實(shí)際上，即使是貫通的孔，上述效 果也不變。對(duì)于具有極薄翅片的熱交換器，也可以開設(shè)貫通的孔。如上所述，利用在翅片的上風(fēng)側(cè)設(shè)置比由空氣條件和翅片表面(冷卻面)溫度條 件決定的臨界半徑小的孔，可以只在翅片表面的孔以外的區(qū)域產(chǎn)生冷凝水滴，可減少翅片 上的結(jié)霜量，還降低霜的高度。因此，在上風(fēng)側(cè)，即使空氣通過(guò)，水蒸氣也不冷凝，而流向下 風(fēng)側(cè)。結(jié)果，可以延遲翅片的阻塞，延遲因結(jié)霜而造成的性能降低。另外，利用該效果，可以 得到翅片間的間隔更狹窄、小型、性能良好的熱交換器。另外，在例如空調(diào)機(jī)中采用的蒸發(fā)器(熱交換器)，為了增加與空氣的熱交換量， 使其翅片的間隔比一般熱交換器窄。因此，如圖7(a)所示，上風(fēng)側(cè)與下風(fēng)側(cè)相比，附著在上 風(fēng)側(cè)的霜64的量多，另外，霜64的高度也是上風(fēng)側(cè)高，隨著接近下風(fēng)側(cè)而變低。這是因?yàn)椋?在上風(fēng)側(cè)空氣中的水蒸氣的大部分變成了冷凝水滴，從而隨著接近下風(fēng)側(cè)，空氣中所含的 水蒸氣量變少。對(duì)于這樣的熱交換器，利用減少上風(fēng)側(cè)的結(jié)霜量，可以降低附著在上風(fēng)側(cè)的 霜的高度，使整個(gè)翅片平均地結(jié)霜，可延遲風(fēng)路被阻塞的時(shí)間。因此，如圖7(b)所示，在翅 片61的上風(fēng)側(cè)設(shè)置半徑為上述臨界半徑Z以下的孔63，可減少附著在上風(fēng)側(cè)的霜的量，減 低附著在上風(fēng)側(cè)的霜的高度。另外，圖7中的標(biāo)記62表示傳熱管。實(shí)施方式2接著，說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式2的熱交換器。圖8表示構(gòu)成蒸發(fā)器(熱交換器)25的 翅片71及傳熱管72。如上所述，冷凝器(熱交換器)25通過(guò)流經(jīng)傳熱管72的液體制冷劑 氣化，而進(jìn)行吸熱，通過(guò)翅片71與外部空氣進(jìn)行熱交換。如上所述，在冷凍條件下，周圍空 氣的溫度是_20°C，蒸發(fā)溫度大約是_30°C，翅片71表面成為0°C以下，產(chǎn)生了結(jié)霜。另外， 如圖8所示，在傳熱管72周圍，即使是翅片71表面，溫度也特別低。在實(shí)施方式2中，在整 個(gè)翅片71或傳熱管72周圍，利用以下公式(5)、(6)的吉布斯 湯姆遜效應(yīng)，設(shè)置使冷凝水 滴的凝固點(diǎn)降低的孔73，這樣可以延遲結(jié)霜的時(shí)間，抑制裝置的性能降低。接著，說(shuō)明從冷凝水滴到冰珠的相變的控制。在實(shí)施方式1所示的相的生成過(guò)程， 考慮到從冷凝水滴到冰珠的情形。考慮融液相(melt liquid phase)的變化時(shí)，(1μ是采 用液相的溫度Τ，由以下公式(5)給出。dy = L (Tm-T) Tm (5)在公式中，L是融解潛熱，Tm是凝固溫度。把公式(5)代入公式(2)，可得到以下公式(6)。Tm-T = (2 γ ν Tm/L) ‘ (1/r*) (6)公式(6)的左邊表示凝固溫度與液相的溫度差。圖9是表示水的Tm-T的r*依存性的圖。其中，采用Tm = 273[K]，L = 9. 97 X ΙΟ"14 [erg](水的物理參數(shù))。從圖9可見，當(dāng)r*非常大時(shí)，Tm-T漸近于0，液相溫度 與Tm—致。這是可在整體(bulk)系統(tǒng)中看到的凝固狀態(tài)。另一方面，隨著Z的減小，Tm-T 增加。即，Z越小，Tm越不成為凝固點(diǎn)，凝固點(diǎn)降低。該效應(yīng)稱為吉布斯·湯姆遜效應(yīng)。例如，如圖10所示，考慮在表面81上開設(shè)了多個(gè)半徑為IOnm的孔83的情形。該 孔83被冷凝水滴84埋沒時(shí)，可認(rèn)為該冷凝水滴84的半徑是lOnm。這時(shí)，從圖9中可知，孔 83內(nèi)的冷凝水滴84的凝固溫度接近_15°C。這時(shí)，即使表面81被冷卻到-10°C，孔83內(nèi)的
7冷凝水滴84也不凝固，只在孔83以外的區(qū)域變成冰珠85。結(jié)果，結(jié)霜量減少。即，在具有 公式(6)的r*半徑的孔中，孔內(nèi)的冷凝水滴的凝固點(diǎn)是0°C以下。把具有該吉布斯 湯姆 遜效應(yīng)的孔83設(shè)在整個(gè)翅片上，可以延遲因結(jié)霜而造成的阻塞時(shí)間。另外，在蒸發(fā)器(熱交 換器)的傳熱管周邊設(shè)置多個(gè)這樣的孔83，從而在傳熱管周圍成為冰珠的冷凝水滴減少， 可以在使裝置在0°C以下的低溫運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)減少傳熱管周邊的結(jié)霜量。另外，孔83的間隔優(yōu)選是與該孔徑相等級(jí)的數(shù)nm程度的間隔。在200nmX 200nm 的平面上，最低限度也需要200個(gè)孔83，50個(gè)左右的孔數(shù)不能得到最佳效果。通過(guò)把具有上述效果的孔83設(shè)置在翅片上，可以減少結(jié)霜量。這樣，即使進(jìn)行蒸 發(fā)器的溫度是更低溫的運(yùn)轉(zhuǎn)，也能延遲翅片間被阻塞的時(shí)間，提高裝置性能并節(jié)能。另外，設(shè)在翅片上的孔83的直徑是納米級(jí)大小，通常比室內(nèi)外的假定的污物、塵 埃等的直徑小得多，所以，孔不會(huì)阻塞，可長(zhǎng)年保持性能。實(shí)施方式3接著，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式3的結(jié)構(gòu)。圖11表示蒸發(fā)器(熱交換器)的廣為人 知的結(jié)構(gòu)的一例。該蒸發(fā)器(熱交換器)中，多個(gè)翅片31以一定間隔多個(gè)平行排列著，傳 熱管32穿過(guò)翅片31。在這樣的熱交換器中，翅片31被冷卻到0°C以下，開始結(jié)霜時(shí)，霜從 相向的翅片31的兩面成長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，翅片31之間被霜阻塞，翅片31被埋住，蒸發(fā) 器的性能降低。為此，要進(jìn)行蒸發(fā)器的除霜，將翅片31之間的霜溶化。一般的除霜方法是， 切換四通閥，使制冷劑的流向反轉(zhuǎn)，變更蒸發(fā)器熱交換器和冷凝器熱交換器，將霜溶化。相對(duì)于對(duì)翅片31的表面不進(jìn)行特別處理的已往的翅片，在實(shí)施方式3中，只在相 向的翅片31的一面，在整個(gè)翅片31的表面設(shè)置在實(shí)施方式1或?qū)嵤┓绞?中所述的孔52、 63、73、83。這樣，雖然在翅片31 —面上，霜經(jīng)過(guò)上述過(guò)程成長(zhǎng)，但是在有孔52、63、73、83的 面上，整個(gè)翅片31不容易生成冷凝水滴，并且凝固點(diǎn)也降低，與無(wú)處理的面相比，可延遲霜 的成長(zhǎng)。結(jié)果，可延遲風(fēng)路被閉塞的時(shí)間。另外，在已往的翅片中，在相向的翅片31雙方上附著幾乎等量的霜，但是，在一面 上具有在實(shí)施方式1或?qū)嵤┓绞?中所述的孔的翅片31，只用一面支承著霜。因此，除霜 時(shí)，霜變得容易落下，除霜所需時(shí)間短，也有助于節(jié)能。另外，設(shè)在翅片上的孔的直徑是納米級(jí)大小，通常比室內(nèi)外的假定的污物、塵埃等 的直徑小得多，所以，孔不會(huì)阻塞，可長(zhǎng)年保持性能。實(shí)施方式4接著，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式4的結(jié)構(gòu)。圖12表示實(shí)施方式1中所示的冷凝器 (熱交換器)的傳熱翅片31。如上所述，各翅片31以一定間隔多個(gè)平行排列著，在被冷卻 到0°C以下時(shí)，開始結(jié)霜。然后，翅片31之間被霜阻塞，翅片31被埋沒，裝置性能降低。相對(duì)于在翅片表面不設(shè)置孔的已往的翅片，在實(shí)施方式4中，把實(shí)施方式1或?qū)嵤?方式2中所述的孔52、63、73、83，在翅片31上設(shè)置成與風(fēng)向平行的列狀并設(shè)有多列。這樣， 即使翅片31之間被阻塞，也能確保風(fēng)的通路，可延遲風(fēng)速的降低。這時(shí)，設(shè)在翅片31上的孔，最好是間距小、密集地或多列相互接近地配置。另外， 這種孔的設(shè)置方式，不僅適用于實(shí)施方式4，還適合于其它實(shí)施方式。如上所述，通過(guò)在翅片上設(shè)置的納米級(jí)大小的孔52、63、73、83，可得到延遲結(jié)霜的 效果。另外，為了高效地與空氣進(jìn)行熱交換，對(duì)于翅片上具有縫隙的熱交換器，設(shè)置上述孔
8也是有效的。例如，如圖13的上圖所示，為了積極地進(jìn)行與空氣的熱交換，縫隙翅片中，在 翅片91上具有縫隙92。但是，在縫隙92部，冷凝水滴的生成量變多，結(jié)霜量也變多。隨著 霜量的增加，縫隙92也失去其效果。為了減少該縫隙92部的結(jié)霜，如圖13的下圖所示，若 在縫隙92部分集中地設(shè)置孔52、63、73、83，則可減少縫隙92部的結(jié)霜，可長(zhǎng)期維持縫隙92 的效果。本發(fā)明可適用的熱交換器的種類并不局限于上述種類，例如，也可適用于機(jī)動(dòng)車 中使用的具有波紋狀翅片的熱交換器。根據(jù)本發(fā)明，可以使在翅片表面產(chǎn)生的、空氣中的水蒸氣的冷凝水滴只在特定的 區(qū)域生成，可減少翅片表面的結(jié)霜量。另外，通過(guò)把孔52、63、73、83設(shè)在翅片的上風(fēng)側(cè)，使翅片表面的霜層的高度相對(duì) 于風(fēng)的行進(jìn)方向大致一定。這樣，可減輕風(fēng)路阻力，提高結(jié)霜時(shí)的性能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。另外，孔73、83內(nèi)的冷凝水滴的凝固點(diǎn)，因吉布斯 湯姆遜效應(yīng)而降低，所以，通過(guò) 在整個(gè)翅片上設(shè)置這樣的孔73、83，在使熱交換器在0°C以下的低溫中運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可延遲翅片
的結(jié)霜。另外，同樣地，把孔52、63、73、83集中設(shè)置在翅片的傳熱管周圍，可減小熱阻，在 使熱交換器在0°c以下的低溫中運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可延遲性能降低。另外，只在翅片的一面上設(shè)置上述孔，可以把霜的成長(zhǎng)只限定在相向翅片中的一 方上，可延遲翅片之間被阻塞的時(shí)間，而且除霜時(shí)，霜變得容易從翅片上脫落，除霜所需的 時(shí)間變短。另外，設(shè)在翅片上的孔徑是納米級(jí)大小，通常比室內(nèi)外的假定的污物、塵埃等的直 徑小得多，所以，孔不會(huì)阻塞，可長(zhǎng)年保持性能。若采用本發(fā)明，可改善在0°C以下與空氣進(jìn)行熱交換的、在熱交換器的表面產(chǎn)生的 結(jié)霜問(wèn)題。尤其是在冷凍循環(huán)系統(tǒng)中，結(jié)霜會(huì)引起熱交換器中的風(fēng)路阻塞、產(chǎn)生熱阻、除霜 之類的性能降低。而采用本發(fā)明，可以延遲風(fēng)路被阻塞的時(shí)間，延遲熱交換器的性能降低， 并可實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
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權(quán)利要求
一種熱交換器，備有供流體通過(guò)的傳熱管、供上述傳熱管穿過(guò)并與空氣進(jìn)行熱交換的傳熱翅片；其特征在于，在上述傳熱翅片的表面設(shè)有多個(gè)孔，這些孔的半徑比由上述傳熱翅片周圍的空氣溫度及空氣濕度、和上述傳熱翅片的表面溫度所決定的冷凝水滴的臨界半徑r*小。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，上述臨界半徑Z具有p/pe= exp((2yv)/(kTr*)的關(guān)系，ρ是水蒸氣壓，pe是冷凝水滴的平衡蒸氣壓，Y是表面能密度， ν是一個(gè)分子的體積，k是玻耳茲曼常數(shù)，T是傳熱翅片的表面溫度，
3.一種熱交換器，備有供流體通過(guò)的傳熱管、供上述傳熱管穿過(guò)并與空氣進(jìn)行熱交換 的傳熱翅片；其特征在于，在上述傳熱翅片的表面，設(shè)有多個(gè)半徑比公式Tm-T= (2yv Tm/ L) · (Ι/r*)給出的r*小的孔，γ是表面能密度，ν是一個(gè)分子的體積，Tm是凝固溫度，L是 融解潛熱，T是傳熱翅片的表面溫度。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的熱交換器，其特征在于，只在上述傳熱翅片的一面 設(shè)置上述孔。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的熱交換器，其特征在于，上述傳熱翅片的表面有縫 隙，在上述縫隙附近設(shè)置了上述孔。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的熱交換器，其特征在于，上述孔設(shè)在上述傳熱翅片 的上風(fēng)側(cè)的區(qū)域。
7.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的熱交換器，其特征在于，上述孔設(shè)在上述傳熱翅片 的上述傳熱管的周圍。
8.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的熱交換器，其特征在于，上述孔與空氣的通過(guò)方向 平行地設(shè)置成列狀。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的熱交換器，其特征在于，設(shè)在上述傳熱翅片上的多 個(gè)孔間距小、密集地或多列相互接近地配置著。
10.一種冷凍循環(huán)裝置，將權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的熱交換器，作為蒸發(fā)器。全文摘要
在寒冷地區(qū)的室外機(jī)、冷凍裝置的室內(nèi)機(jī)中，作為蒸發(fā)器的熱交換器的溫度被冷卻到空氣露點(diǎn)溫度以下，在其溫度成為0℃以下時(shí)，表面產(chǎn)生結(jié)霜現(xiàn)象。結(jié)霜會(huì)引起風(fēng)路阻力、熱阻力的增加，使裝置的性能降低。但如果延遲結(jié)霜，就能實(shí)現(xiàn)節(jié)能。為此，在熱交換器的翅片表面設(shè)置多個(gè)孔，例如設(shè)置多個(gè)半徑為數(shù)納米級(jí)的孔，可抑制在翅片表面產(chǎn)生冷凝水滴。另外，設(shè)置多個(gè)產(chǎn)生吉布斯·湯姆遜效應(yīng)的孔，可以使凝固點(diǎn)降低，延遲因結(jié)霜而造成的性能降低。
文檔編號(hào)F28F1/32GK101960247SQ20098010732
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者畝崎史武, 前川武之, 山下浩司, 森本裕之, 濱田守, 田代雄亮 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社