專利名稱：熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱交換器，尤其涉及適用于使用低壓制冷劑的制冷劑回路的熱交換
O
背景技術(shù)：
從保護地球環(huán)境的觀點考慮，有關(guān)用于空調(diào)裝置的制冷劑回路的制冷劑，謀求地 球溫暖化系數(shù)低、不破壞臭氧層的制冷劑，實際上，也開發(fā)有與其要求相對應(yīng)的制冷劑(例 如，參照專利文獻1)。專利文獻1公開的制冷劑(C3HmFn)具有理論上的COP比較高且地球溫暖化系數(shù)低 的特性。但是，本制冷劑的沸點比較高，為所謂的低壓制冷劑，因此有可能因熱交換器的壓 力損失而增大壓縮機的輸入，造成運轉(zhuǎn)效率下降。專利文獻1 (日本)特開平4-110388號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于提供一種熱交換器，其適用于使用由分子式用C3HmFn(其中，m =1 5、n = 1 5，且m+n = 6)表示且分子結(jié)構(gòu)中具有一個雙鍵的制冷劑形成的單一制 冷劑或含有所述單一制冷劑的混合制冷劑的制冷劑回路。第一發(fā)明的熱交換器，其制冷劑回路使用由分子式用C3HmFn(其中，m = 1 5、η =1 5，且m+n = 6)表示且分子結(jié)構(gòu)中具有一個雙鍵的有機化合物形成的單一制冷劑或 含有所述單一制冷劑的混合制冷劑，具備多個傳熱管和多個板狀的散熱片。傳熱管形成用 于使制冷劑流通的一個或多個制冷劑路徑。板狀的散熱片以隔開規(guī)定的間隔重疊的方式排 列，多個傳熱管大致垂直地貫穿其中。鉛直方向上相鄰的傳熱管彼此的中心間距離S和傳 熱管的外徑D的關(guān)系為2. 5 < S/D < 3. 5，制冷劑路徑的長度L和傳熱管的外徑D的關(guān)系 為0. 28XDl 17 < L < 1. 10XD1·17。由于所述制冷劑為低壓制冷劑，所以容易受傳熱管內(nèi)的壓力損失的影響。將該熱 交換器中的制冷劑路徑長度L、傳熱管的外徑D及傳熱管的中心間距離S的關(guān)系設(shè)成所述關(guān) 系式，由此能夠?qū)鳠峁軆?nèi)的制冷劑的壓力損失的影響抑制到最小限。第二發(fā)明的熱交換器在第一發(fā)明的熱交換器的基礎(chǔ)上，所述制冷劑為由2，3，3， 3-四氟-1-丙烯形成的單一制冷劑或含有所述單一制冷劑的混合制冷劑。由2，3，3，3-四氟-1-丙烯形成的單一制冷劑或含有所述單一制冷劑的混合制冷 劑為低壓制冷劑，因此，容易受傳熱管內(nèi)的壓力損失的影響，但是，將該熱交換器中的制冷 劑路徑長度L、傳熱管的外徑D及傳熱管的中心間距離S的關(guān)系設(shè)成所述關(guān)系式，由此能夠 將傳熱管內(nèi)的制冷劑的壓力損失的影響抑制到最小限。第三發(fā)明的熱交換器在第一發(fā)明的熱交換器的基礎(chǔ)上，所述制冷劑為含有2，3，3， 3-四氟-1-丙烯和二氟甲烷的混合制冷劑。含有2，3，3，3-四氟-1-丙烯和二氟甲烷的混合制冷劑為低壓制冷劑，因此，容易受傳熱管內(nèi)的壓力損失的影響，但是，將該熱交換器中的制冷劑路徑長度L、傳熱管的外徑 D及傳熱管的中心間距離S的關(guān)系設(shè)成所述關(guān)系式，由此能夠?qū)鳠峁軆?nèi)的制冷劑的壓力 損失的影響抑制到最小限。第四方面發(fā)明的熱交換器在第一發(fā)明的熱交換器的基礎(chǔ)上，所述制冷劑為含有2， 3,3,3-四氟-1-丙烯和五氟乙烷的混合制冷劑。含有2，3，3，3-四氟-1-丙烯和五氟乙烷的混合制冷劑為低壓制冷劑，因此，容易 受傳熱管內(nèi)的壓力損失的影響，但是，將該熱交換器中的制冷劑路徑長度L、傳熱管的外徑 D及傳熱管的中心間距離S的關(guān)系設(shè)成所述關(guān)系式，由此能夠?qū)鳠峁軆?nèi)的制冷劑的壓力 損失的影響抑制到最小限。將第一發(fā)明、第二發(fā)明、第三發(fā)明、第四發(fā)明的任一種的熱交換器中的制冷劑路徑 長度L、傳熱管的外徑D及傳熱管的中心間距離S的關(guān)系設(shè)成所述關(guān)系式，由此能夠?qū)鳠?管內(nèi)的制冷劑的壓力損失的影響抑制到最小限。


圖1是空調(diào)裝置的制冷劑回路；圖2是本發(fā)明的實施方式的熱交換器的正面圖；圖3是沿圖2的A-A線切斷時的熱交換器的剖面圖；圖4是表示送風(fēng)機動力為一定且D = 7mm時的S/D和熱交換器性能的關(guān)系的曲 線.
一入 ，圖5(a)是將圖2的熱交換器的制冷劑路徑做成一個時的熱交換器的概念圖，(b) 是將圖2的熱交換器的制冷劑路徑做成兩個時的熱交換器的概念圖，(c)是將圖2的熱交 換器的制冷劑路徑從中途形成兩個時的熱交換器的概念圖；圖6是表示制冷劑路徑長度和壓力損失的關(guān)系的曲線圖；圖7是表示D = 7mm時的制冷劑路徑長度和制冷劑側(cè)熱傳遞率及壓力損失的關(guān)系 的曲線圖；圖8是表示D = 7mm時的制冷劑路徑長度和熱交換器性能的曲線圖；圖9是表示制冷劑路徑長度L相對于傳熱管外徑D的曲線圖；圖10是在含有本實施方式的熱交換器的制冷劑回路中使用的制冷劑的成分表。符號說明4室外熱交換器6室內(nèi)熱交換器10熱交換器11板狀散熱片12傳熱管
具體實施例方式〈制冷劑回路〉圖1是空調(diào)裝置的制冷劑回路。空調(diào)裝置1具有通過制冷劑配管將壓縮機2、四路 切換閥3、室外熱交換器4、膨脹閥5及室內(nèi)熱交換器6連結(jié)起來的冷凍回路。圖1中，實線和虛線的箭頭表示制冷劑的流動方向，空調(diào)裝置1通過四路切換閥3切換制冷劑的流動方 向，由此能夠切換暖氣運轉(zhuǎn)和冷氣運轉(zhuǎn)。在冷氣運轉(zhuǎn)時，室外熱交換器4變成冷凝器，室內(nèi) 熱交換器6變成蒸發(fā)器。另外，在暖氣運轉(zhuǎn)時，室外熱交換器4變成蒸發(fā)器，室內(nèi)熱交換器 6變成冷凝器。在制冷劑回路中，填充有由HF0-1234yf (2，3，3，3-四氟丙烯)和HFC-32 (二氟 甲烷)兩種有機化合物形成的混合制冷劑。本實施方式中使用的制冷劑為由78. 2質(zhì)量％ 的HF0-1234yf和21. 8質(zhì)量％的HFC-32形成的混合制冷劑。另外，HF0_1234yf的化學(xué)式 用CF3CFCH2表示，HFC-32的化學(xué)式用CH2F2表示。<熱交換器的結(jié)構(gòu)>圖2是本發(fā)明的實施方式的熱交換器的正面圖。圖2中，熱交換器10為交叉翅片 型的熱交換器，是圖1所示的室外熱交換器4及室內(nèi)熱交換器6的基本模型。熱交換器10 具備散熱片11和傳熱管12。散熱片11為薄的鋁制的平板，在一枚散熱片11上形成有多個 穿通孔。傳熱管12由插入散熱片11的穿通孔的直管12a、連結(jié)相鄰的直管12a的端部彼此 的第一 U字管12b及第二 U字管12c構(gòu)成。直管12a和第一 U字管12b形成為一體，第二 U字管12c在直管12a插入散熱片11的穿通孔后，通過焊接等連結(jié)于直管12a的端部。(傳熱管的管外徑及中心間距離和熱交換器性能的關(guān)系)圖3是沿圖2的A-A線切斷時的熱交換器的剖面圖。圖3中，直管12a的管外徑 為D，鉛直方向上相鄰的傳熱管12的中心間距離為S。通常，中心間距離S越小，散熱片效 率越高，但通風(fēng)阻力增大。反之，中心間距離S越大，散熱片效率越低，但通風(fēng)阻力也減小。 另外，所謂散熱片效率是指從散熱片的全部傳熱面散發(fā)的實際散熱量與假定散熱片的全部 傳熱面與制冷劑的溫度相等時散發(fā)的散熱量之比。另外，中心間距離S為一定時，管外徑D越大，散熱片效率越高，通風(fēng)阻力增大。反 之，管外徑D越小，散熱片效率越低，通風(fēng)阻力也減小。S卩，在管外徑D和中心間距離S之間 存在用于提高熱交換器性能的最佳條件。圖4是表示送風(fēng)機動力為一定且D = 7mm時的S/D和熱交換器性能的關(guān)系的曲 線圖。圖4中，熱交換器性能表示在2. 5 < S/D < 3. 5范圍高的值，在其范圍之外，熱交換 器性能下降。即，圖4表示在外徑D和中心間距離S的關(guān)系為2. 5 < S/D < 3. 5時，使用 HF0-1234yf和HFC-32的混合制冷劑的制冷劑回路的室外熱交換器4及室內(nèi)熱交換器6得 到最佳的熱交換器性能。(熱交換器的制冷劑路徑長度和熱交換器性能的關(guān)系)圖5(a)是將圖2的熱交換器的制冷劑路徑做成一個時的熱交換器的概念圖，(b) 是將圖2的熱交換器的制冷劑路徑做成兩個時的熱交換器的概念圖，(c)是將圖2的熱交 換器的制冷劑路徑從中途分成兩個時的熱交換器的概念圖。在圖5(a)中，由于熱交換器10具有一個制冷劑路徑，所以稱作一路徑熱交換器 101。假如熱交換器10具有六個傳熱管，一個傳熱管12的長度為H時，一路徑熱交換器101 的制冷劑路徑長度大約為ML圖5(b)中，熱交換器10通過分流器90形成兩個制冷劑路徑，因此稱作二路徑熱 交換器102。二路徑熱交換器102的制冷劑路徑長度大約為一路徑熱交換器101的一半，約 相當(dāng)于3H。
圖5(c)中，將熱交換器10的一個制冷劑路徑從中途經(jīng)由分流器90分成為兩個制 冷劑路徑，因此稱作一 _ 二路徑熱交換器103。一- 二路徑熱交換器103由于存在公共的制 冷劑路徑和獨立的制冷劑路徑，所以不能簡單地計算制冷劑路徑長度。于是，求一 _ 二路徑 熱交換器103實際的壓力損失，假設(shè)為一個制冷劑路徑，則求相當(dāng)于多長的制冷劑路徑的 壓力損失，其值就為制冷劑路徑長度。圖6是制冷劑路徑長度和壓力損失的關(guān)系的曲線圖。例如，圖5(c)的一-二路徑 熱交換器103的制冷劑的壓力損失為ρ時，由曲線可知，制冷劑路徑長度為3. 6H。這樣，由 一個基本的熱交換器10就能夠制造制冷劑路徑長度不同的、一路徑熱交換器101、二路徑 熱交換器10及一 _ 二路徑熱交換器103。換言之，制冷劑路徑長度通過變更制冷劑路徑的 數(shù)量而能夠設(shè)定。接著，對制冷劑路徑長度和熱交換器性能的關(guān)系進行說明。即，熱交換器性能Q利 用熱還流率K、傳熱面積A、及空氣和制冷劑的溫度差dT，用Q = KAXdT的式子表示。熱還 流率K為空氣側(cè)熱阻力和制冷劑側(cè)熱阻力的合成阻力的倒數(shù)。合成阻力1/K利用空氣側(cè)熱 傳遞率ha、制冷劑側(cè)熱傳遞率hr、及內(nèi)外傳熱面積比R，用1/K = Ι/ha+R/hr的式子表示。減少制冷劑路徑的數(shù)量、增長制冷劑路徑長度時，流過一個制冷劑路徑的制冷劑 量增加，制冷劑側(cè)熱傳遞率hr提高，但由于壓力損失的增加，熱交換器入口的蒸發(fā)溫度升 高，因此空氣和制冷劑的溫度差dT減小，熱交換器性能Q下降。另一方面，在增加制冷劑路徑的數(shù)量、縮短制冷劑路徑長度時，壓力損失減小，熱 交換器入口的蒸發(fā)溫度下降，空氣和制冷劑的溫度差dT增大，流過一個制冷劑路徑的制冷 劑量減少，因此制冷劑側(cè)熱傳遞率hr下降，熱交換器性能Q下降。即，使用HF0_1234yf和HFC-32的混合制冷劑的制冷劑回路的室外熱交換器4及 室內(nèi)熱交換器6不能用與目前制冷劑(例如，410A制冷劑)對應(yīng)的室外熱交換器及室內(nèi)熱 交換器代替，而為了能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的熱交換器性能，必須在明確了傳熱管外徑D和制冷劑 路徑長度L的關(guān)系的基礎(chǔ)上進行設(shè)計。圖7是表示D = 7mm時的制冷劑路徑長度和制冷劑側(cè)熱傳遞率及壓力損失的關(guān)系 的曲線圖，圖8是表示D = 7mm時的制冷劑路徑長度和熱交換器性能的曲線圖。如圖7所 示，制冷劑路徑長度越短，壓力損失越少，但制冷劑側(cè)熱傳遞率也下降。其結(jié)果是，如圖8所 示，由于制冷劑側(cè)熱傳遞率的下降，熱交換器性能也下降。另一方面，當(dāng)逐漸增長制冷劑路 徑長度時，熱交換器性能碰到峰值后下降。即，圖8表示存在適合于傳熱管外徑的制冷劑路 徑長度。圖9是表示制冷劑路徑長度L相對于傳熱管外徑D的曲線圖。圖9中，四角形的 黑點表示相對于傳熱管外徑的最佳制冷劑路徑長度，相對于傳熱管外徑的制冷劑路徑長度 的下限值位于y = 0. 28X1·17的直線上，上限值位于y = 1. IOx117的直線上。即，表示使用 HF0-1234yf和HFC-32的混合制冷劑的制冷劑回路的室外熱交換器4及室內(nèi)熱交換器6的 制冷劑路徑長度L設(shè)定在0. 28XDl 17 < L < 1. IOXD117的范圍，由此能夠得到最佳的熱交 換器性能。<制冷劑回路中使用的制冷劑>(單一制冷劑)在上述實施方式中，作為制冷劑使用由HF0_1234yf和HFC-32兩種有機化合物形成的混合制冷劑，但并不僅限于此。例如，圖10是在含有本實施方式的熱交換器的制冷劑 回路中使用的制冷劑的成分表，也可以使用如HF0-1234yf的分子式用C3HmFn(其中，m = 1 5、η = 1 5，且m+n = 6)表示且分子結(jié)構(gòu)中具有一個雙鍵的有機化合物形成的單一 制冷劑。具體地說，可以舉出圖10的上段所示的HF0-1225ye(l，2，3，3，3-五氟丙烯、 化學(xué)式CF3-CF = CHF)、HF0-1234ze (1，3，3，3 四氟-1-丙烯、化學(xué)式=CF3-CH = CHF)、 HF0-1234ye(l，2，3，3 四氟 丙烯、化學(xué)式CHF2_CF = CHF)、HF0_1234zf (3，3，3 三 氟-1-丙烯、化學(xué)式=CF3-CH = CH2)、1，2，2三氟-1-丙烯(化學(xué)式=CH3-CF = CF2)、2_四 氟-1-丙烯(化學(xué)式=CH3-CF = CH2)等。另外，為了說明上的方便，將這些單一制冷劑作為 基本制冷劑加以區(qū)分。(混合制冷劑)另外，也可以使用由上述基本制冷劑的任一種和圖10所示的第二成分的任一種 形成的混合制冷劑。例如為與22質(zhì)量％的冊032的混合制冷劑。另外，只要HFC-32的比 例為6質(zhì)量％以上30質(zhì)量％以下即可，優(yōu)選為13質(zhì)量％以上23質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為21 質(zhì)量％以上23質(zhì)量％以下。另外，也可以是上述基本制冷劑的任一種和10質(zhì)量％以上的HFC_125(五氟乙烷、 CF3-CHF2)的混合制冷劑，另外，HFC-125的比例優(yōu)選為10質(zhì)量％以上20質(zhì)量％以下。另外，也可以是上述基本制冷劑的任一種和HFC-134(1，1，2，2_四氟乙烷、 CHF2-CHF2)、HFC-134a(l，1,2,2-四氟乙烷、CH2F-CF3)、HFC_143a(l，1，1_ 三氟乙烷、CH3CF3)、 HFC-152a(l，1-二氟乙燒、CHF2-CF3)、HFC-161 (氟代乙燒、CH3-CH2F)、HFC_227ea(l，1，1， 2，3，3，3-七氟丙烷、CF3-CHF-CF3)、HFC_236ea(1，1，1，2，3，3_ 六氟丙烷、CF3-CHF-CHF2)、 HFC-236fa(1，1，1，3，3，3_ 六氟乙烷、CF3-CH2-CF3)及 HFC_365mfc (1，1，1，3，3_ 五氟丁烷、 CF3-CH2CF2-CH3)的任一種混合制冷劑。另外，上述的混合制冷劑為上述基本制冷劑的任一種和HFC系制冷劑的混合制冷 劑，但并不僅限于此，也可以是上述基本制冷劑的任一種和碳化氫系制冷劑的混合制冷劑。具體地說，為上述基本制冷劑的任一種和甲烷(CH4)、乙烷(CH3-CH3)、丙烷 (CH3-CH2-CH3)、丙烯(CH3-CH = CH3)、丁烷(CH3-CH2-CH2-CH3)、異丁烷(CH3-CH(CH3)-CH3)、戊 烷(CH3-CH2-CH2-CH3)、2-甲基丁烷、及環(huán)戊烷(cycl0-C5H1(1)的任一種的混合制冷劑。另外，也可以是上述基本制冷劑的任一種和二甲醚(CH3-O-CH3)、二(三氟甲基)硫 醚(CH3-S-CH3)、二氧化碳(CO2)及氦(He)的任一種的混合物。另外，在上述實施方式中，作為制冷劑使用由HF0_1234yf和HFC-32兩種制冷劑 形成的混合制冷劑，但也可以使用上述基本制冷劑的任一種和上述第二成分的任兩種形成 的混合制冷劑。例如，優(yōu)選由52質(zhì)量％的HF0-1234yf、23質(zhì)量％的HFC_32、25質(zhì)量％的 HFC-125形成的混合制冷劑。< 特征 >使用熱交換器10，作為使用由分子式用C3HmFn(其中，m = 1 5、n= 1 5，且m+n =6)表示且分子結(jié)構(gòu)中具有一個雙鍵的有機化合物形成的單一制冷劑或含有上述單冷劑 的混合制冷劑的制冷劑回路的熱交換器。熱交換器10具備多個傳熱管12和多個板狀的散 熱片11。傳熱管12形成用于使制冷劑流通的一個或多個制冷劑路徑。板狀的散熱片11配置成與空氣的流動方向大致平行且多個傳熱管大致垂直地穿通其中。鉛直方向上相鄰的傳 熱管彼此的中心間距離S和傳熱管的外徑D的關(guān)系為2. 5 < S/D < 3. 5，制冷劑回路的長度 L和傳熱管的外徑D的關(guān)系為0. 28XDl 17 < L < 1. IOXD1170其結(jié)果是，能夠?qū)鳠峁軆?nèi) 的制冷劑的壓力損失的影響抑制到最小限。另外，所使用的具體的制冷劑為由2，3，3，3_四 氟-1-丙烯形成的單一制冷劑或含有上述單一制冷劑的混合制冷劑，或者含有2，3，3，3-四 氟-1-丙烯和二氟甲烷的混合制冷劑，或者含有2，3，3，3-四氟-1-丙烯和五氟乙烷的混合 制冷劑。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性如上所述，本發(fā)明應(yīng)用于使用低壓制冷劑的制冷劑回路的熱交換器。
權(quán)利要求
一種熱交換器(4、6、10)，其制冷劑回路使用由分子式用C3HmFn(其中，m＝1～5、n＝1～5，且m+n＝6)表示且分子結(jié)構(gòu)中具有一個雙鍵的有機化合物形成的單一制冷劑或含有所述單一制冷劑的混合制冷劑，其特征在于具備，多個傳熱管(12)，其形成用于使所述制冷劑流通的一個或多個制冷劑路徑；和多個板狀的散熱片(11)，其以隔開規(guī)定的間隔地重疊的方式排列，所述多個傳熱管(12)大致垂直地貫穿其中，鉛直方向上相鄰的所述傳熱管(12)彼此的中心間距離S和所述傳熱管(12)的外徑D的關(guān)系為2.5＜S/D＜3.5所述制冷劑路徑的長度L和所述傳熱管(12)的外徑D的關(guān)系為0.28×D1.17＜L＜1.10×D1.17。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器(4、6、10)，其中，所述制冷劑為由2，3，3，3_四 氟-ι-丙烯形成的單一制冷劑或含有所述單一制冷劑的混合制冷劑。
3.如權(quán)利要求1所述的熱交換器(4、6、10)，其中，所述制冷劑為含有2，3，3，3_四 氟-ι-丙烯和二氟甲烷的混合制冷劑。
4.如權(quán)利要求1所述的熱交換器(4、6、10)，其中，所述制冷劑為含有2，3，3，3_四 氟-ι-丙烯和五氟乙烷的混合制冷劑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱交換器，其應(yīng)用于使用由分子式用C3HmFn(其中，m＝1～5、n＝1～5，且m+n＝6)表示且分子結(jié)構(gòu)中具有一個雙鍵的單一制冷劑或含有所述單一制冷劑的混合制冷劑的制冷劑回路。熱交換器(10)中，鉛直方向上相鄰的傳熱管彼此的中心間距離S和傳熱管的外徑D的關(guān)系為2.5＜S/D＜3.5，制冷劑路徑的長度L和傳熱管的外徑D的關(guān)系為0.28×D1.17＜L＜1.10×D1.17，室外熱交換器(4)及室內(nèi)熱交換器(6)基于上述關(guān)系進行設(shè)計。
文檔編號F28F1/32GK101978236SQ20098010970
公開日2011年2月16日 申請日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者中田春男, 北澤昌昭, 吉岡俊, 土井隆司, 藤野宏和 申請人:大金工業(yè)株式會社