專利名稱：非共沸混合劑制冷劑用的傳熱管和用該傳熱管的熱交換設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以非共沸混合制冷劑作為工作流體的冷凍機(jī)與空調(diào)機(jī)上所用的熱交換器，特別是涉及交叉翅片管型熱交換器的冷凝器或蒸發(fā)器或能用于其上的適宜的傳熱管。
以前曾一直使用于空調(diào)機(jī)等設(shè)備上的制冷劑HCF22最近被認(rèn)為是破壞環(huán)境的原因，尤其是向大氣排放的制冷劑對(duì)包圍地球的臭氧層給予很大的影響，因此，曾研究出種種代替它的制冷劑。
并且查明將單一制冷劑作為代替制冷劑來(lái)使用是有困難的，一直在考慮2種或3種非共沸混合制冷劑的應(yīng)用。
但是，如“HFC系非共沸混合制冷劑在帶水平槽的管內(nèi)的冷凝傳熱系數(shù)”(《第30次日本傳熱討論會(huì)講演論文集》Vo1.1，P.337-P.339，1993年5月26日發(fā)行)中所示那樣，對(duì)于使用非共沸制冷劑的傳熱管來(lái)說(shuō)，若為以往的單一制冷劑常用的平滑管或圖5所示的螺旋角是具有一種槽的內(nèi)圓面上帶螺旋槽的管的構(gòu)成時(shí)，欲要使實(shí)際的循環(huán)實(shí)用化，存在著作為其特有現(xiàn)象的傳熱性能降低的問(wèn)題，利用新的構(gòu)成來(lái)提高熱交換器的性能已成為重要的課題。
就是說(shuō)，以往的具有單槽的內(nèi)圓面上帶螺旋槽的管對(duì)于單一制冷劑顯示出優(yōu)異的傳熱性能，但是，對(duì)于作為代替HCFC—22的制冷劑而被認(rèn)為是有希望的HFC系的2種或3種的非共沸混合制冷劑來(lái)說(shuō)，已得知不能獲得使用單一制冷劑時(shí)那樣的效果。
圖9是使用以往的內(nèi)圓面上帶螺旋槽的管時(shí)的冷凝傳熱系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果，曲線a是對(duì)單一制冷劑的試驗(yàn)結(jié)果，曲線b是對(duì)非共沸混合制冷劑的試驗(yàn)結(jié)果。顯然，非共沸混合制冷劑的冷凝傳熱系數(shù)比單一制冷劑的傳熱系數(shù)低。該圖的非共沸混合制冷劑是使用將HFC—32、HFC—125、HFC134a各自混合30、10、60wt％而成。
本發(fā)明的第1目的在于提供對(duì)于使用非共沸混合制冷劑的傳熱管來(lái)說(shuō)具有高傳熱性能的傳熱管。
本發(fā)明的第2目的在于提供對(duì)于使用非共沸混合制冷劑的傳熱管來(lái)說(shuō)具有高傳熱性能的熱交換器或空調(diào)機(jī)。
為達(dá)到上述第1目的，本發(fā)明的傳熱器，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的冷凝器與蒸發(fā)器(以下將兩者統(tǒng)稱為熱交換器)的至少一臺(tái)所用的傳熱管上，本發(fā)明的傳熱管的特征在于在內(nèi)圓面的槽上設(shè)置交叉部分。
再者，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器所用的傳熱管上，其特征在于在內(nèi)圓面上設(shè)置多數(shù)的獨(dú)立的凸起。
再者，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器所用的傳熱管上，其特征在于在內(nèi)圓面的槽上至少設(shè)置一個(gè)彈簧。再者，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器所用的傳熱管上，其特征在于在內(nèi)圓面上設(shè)置交叉的彈簧。
再者，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器所用的傳熱管上，其特征在于在內(nèi)圓面上設(shè)置多數(shù)的螺旋狀的凸脊，同時(shí)在該凸脊上設(shè)置交叉的二次槽。
再者，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器所用的傳熱管上，其特征在于為了截?cái)喾枪卜谢旌现评鋭┑臐舛冗吔鐚?，降低擴(kuò)散阻力，在管的內(nèi)圓面上的蒸氣流中或液膜中設(shè)置突出的三維凸起、截?cái)嗤估饣蛭菁雇估?Louvered fins)。
再者，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器所用的傳熱管上，其特征在于在內(nèi)圓面上相對(duì)于管軸設(shè)置螺旋角度為10～20°的多數(shù)的螺旋狀的凸脊，同時(shí)，如假設(shè)傳熱管的內(nèi)徑為Di時(shí)，則將凸脊的節(jié)距Pf1與Di的比設(shè)定在Pf1/Di＝0.05～0.1的范圍內(nèi)，并且相對(duì)于該凸脊的深度Hf1來(lái)說(shuō)，將與該凸脊交叉的二次槽的深度Hf2設(shè)定在40～100％的范圍內(nèi)。再者，將與上述凸脊交叉的二次槽的切割寬度Wf2設(shè)定在上述凸脊的頂部寬度Wt與凸脊底部寬度Wb之間。
為達(dá)到上述第2目的，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的冷凝器與蒸發(fā)器的至少一臺(tái)上，本發(fā)明的熱交換器的特征在于將多數(shù)的散熱片大致平行地配置，同時(shí)將權(quán)利要求1—7中的某一項(xiàng)所述的傳熱管貫穿在上述散熱片上，并且貼緊的構(gòu)成。
再者，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器上，其特征在于將多數(shù)的散熱片大致平行地配置，同時(shí)使流體的壓力作用于傳熱管上以進(jìn)行擴(kuò)管，使上述散熱片與權(quán)利要求9所述的傳熱管貼緊地構(gòu)成。
再者，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器的安裝方法中，本發(fā)明的熱交換器的安裝方法的特征在于上述冷凝器或蒸發(fā)器是交叉翅片管型熱交換器，將權(quán)利要求9所述的傳熱管貫穿在散熱片上，使流體的壓力作用于傳熱管內(nèi)以進(jìn)行擴(kuò)管，使上述散熱片與傳熱管貼緊。
再者，對(duì)于冷凍機(jī)與空調(diào)機(jī)來(lái)說(shuō)，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)所構(gòu)成的冷凍機(jī)與空調(diào)機(jī)上，其特征在于將構(gòu)成該冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器按權(quán)利要求9或10所述的熱交換器構(gòu)成。
由于上述構(gòu)成，通過(guò)在管內(nèi)圓面上的蒸氣流中或液膜中突出的三維凸起、截?cái)嗤估饣蛭菁雇估獾?，能從其前端使新的濃度邊界層擴(kuò)展，降低擴(kuò)散阻力。其結(jié)果，對(duì)于非共沸混合制冷劑來(lái)說(shuō)，能實(shí)現(xiàn)具有高傳熱系數(shù)的傳熱管。
另外，從本發(fā)明來(lái)看，在非共沸混合制冷劑用的傳熱管內(nèi)，對(duì)于內(nèi)圓面上的槽設(shè)置交叉部分，或在內(nèi)圓面上設(shè)置多數(shù)的獨(dú)立的凸起，借此，能促進(jìn)在管內(nèi)流動(dòng)的非共沸混合制冷劑的攪拌作用，同時(shí)具有降低在非共沸混合制冷劑內(nèi)產(chǎn)生的濃度分布不均勻的效果，因此對(duì)于非共沸混合制冷劑來(lái)說(shuō)，能實(shí)現(xiàn)具有高傳熱系數(shù)的傳熱管。
再者，通過(guò)使用上述的傳熱管，能實(shí)現(xiàn)具有高制冷劑傳熱系數(shù)的非共沸混合制冷劑用的熱交換器。
再者，通過(guò)使用該熱交換器，能實(shí)現(xiàn)效率高并且結(jié)構(gòu)緊湊的非共沸混合制冷劑用的冷凍劑與空調(diào)機(jī)。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的交叉翅片管型熱交換器的一部分的立體圖2是用于以往的熱交換器上的傳熱管的橫剖面圖；圖3是第1實(shí)施例的傳熱管的縱剖視圖；圖4是第1實(shí)施例的傳熱管的變更例的縱剖視圖；圖5是以往的帶螺旋槽的管的縱剖視圖；圖6是表示以往的帶螺旋槽的管的一部的橫剖視圖；圖7是非共沸混合制冷劑氣液平衡線圖；圖8是表示第1實(shí)施例的沿著獨(dú)立的凸起流動(dòng)的非共沸混合制冷劑的濃度邊界層與流線的傳熱管的縱剖視圖；圖9是以往的帶螺旋槽的管的單一制冷劑與非共沸混合制冷劑以及第1實(shí)施例的非共沸混合制冷劑的傳熱系數(shù)比較圖；圖10是本發(fā)明的第2實(shí)施例的傳熱管的縱剖視圖；圖11是表示第2實(shí)施例的傳熱管的一部的立體圖；圖12是以往的帶螺旋槽的管的單一制冷劑與非共沸混合制冷劑以及第2實(shí)施例的非共沸混合制冷劑的冷凝傳熱系數(shù)比較圖；圖13是以往的帶螺旋槽的管的單一制冷劑與非共沸混合制冷劑以及第2實(shí)施例的非共沸混合制冷劑的蒸發(fā)傳熱系數(shù)比較圖；圖14是本發(fā)明的第3實(shí)施例的傳熱管的縱剖視圖；圖15是表示圖14的第3實(shí)施例的變形例的傳熱管的縱剖視圖；圖16是表示在第3實(shí)施例中將插入有螺旋彈簧的傳熱管應(yīng)用于非共沸混合制冷劑的結(jié)果的圖；圖17是以空氣流速為橫座標(biāo)軸，以總傳熱系數(shù)為縱座標(biāo)軸，比較表示各種熱交換器的性能的圖；圖18是以制冷劑的質(zhì)量速度為橫座標(biāo)軸，以制冷劑的傳熱系數(shù)為縱座標(biāo)軸，比較表示各種熱交換器的性能的圖；圖19是熱泵式冷凍循環(huán)的系統(tǒng)圖；圖20是以往的空調(diào)機(jī)與本發(fā)明空調(diào)機(jī)的性能比較圖。
實(shí)施例按照?qǐng)D1～圖9說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1是表示第1實(shí)施例的交叉翅片管型熱交換器的一部分的立體圖，圖2是用于以往的熱交換器上的傳熱管的橫剖面圖，圖3、圖4分別是第1實(shí)施例及其變更例的傳熱管的縱剖視圖，圖5是以往的帶螺旋槽的管的縱剖視圖，圖6是表示以往的帶螺旋槽的管的一部的橫剖視圖，圖7是非共沸混合制冷劑的氣液平衡線圖，圖8是表示第1實(shí)施例的沿著獨(dú)立的凸起流動(dòng)的非共沸混合制冷劑的濃度邊界層與流線的傳熱管的縱剖視圖，圖9是以往的帶螺旋槽的管的單一制冷劑與非共沸混合制冷劑以及第1實(shí)施例的非共沸混合制冷劑的傳熱系數(shù)比較圖。
圖1表示本發(fā)明的熱交換器的第1實(shí)施例的一部分，該第1實(shí)施例的熱交換器，是將多片散熱片7大致平行地配置，傳熱管8貫穿該散熱片地插入多根。在散熱片7的表面上設(shè)置百葉窗9，是在傳熱管8之間對(duì)散熱片進(jìn)行加工而形成，利用未予圖示的鼓風(fēng)機(jī)，如箭頭6所示從平行于散熱片7的方向所吹送的空氣流過(guò)散熱片7與百葉窗9。另一方面，傳熱管8內(nèi)，非共沸混合制冷劑流動(dòng)，與空氣進(jìn)行熱交換。
在傳熱管8的內(nèi)面，如圖3的第1實(shí)施例或圖4的第1實(shí)施例的變更例所示，設(shè)置從管壁5隆起而形成的獨(dú)立的凸起3。如圖3所示，該獨(dú)立的凸起3。是通過(guò)在管壁5上形成交叉槽1以設(shè)置凸起部分而形成，或如圖4所示，也可以交叉狀地切削管壁5而形成菱形的凸起。再者，未予圖示，也可以通過(guò)擠壓傳熱管8的外壁而形成。
在此，在說(shuō)明本實(shí)施例的傳熱管的作用與效果之前，根據(jù)圖5、圖6說(shuō)明以往的內(nèi)圓面帶螺旋槽的管。如圖5所示，在管壁5上設(shè)置槽1a成螺旋狀，一般，管內(nèi)徑為6～10mm，槽深0.1～0.3mm，槽距為0.1～0.3mm，螺旋槽1a的角度為0～25度，槽1a的狀狀為T(mén)形，凸棱前端角度制成30～40度。在該帶螺旋槽的管內(nèi)，考慮例如流有HFC—32與HFC—134a這2種混合制冷劑而進(jìn)行冷凝的情形。
圖7是非共沸混合制冷劑的氣液平衡線圖在圖中以一種制冷劑，在此是以HFC—32的克分子濃度(％)作為橫座標(biāo)軸，以溫度作為縱座標(biāo)軸，圖7中所示的曲線V叫作露點(diǎn)曲線，表示冷凝開(kāi)始的溫度。在圖7中，殘余的克分子濃度(％)表示另一種制冷劑HFC—134a的情形。在曲線V的上方，非共沸混合制冷劑處于氣體狀態(tài)。再者，曲線L叫作沸點(diǎn)曲線，在該曲線L的下方，非共沸混合制冷劑處于液體狀態(tài)。HFC—32的克分子濃度處于C狀態(tài)的非共沸制冷劑是由氣體狀態(tài)C1逐漸冷卻，可以考慮是成為液體狀態(tài)的過(guò)程。C1狀態(tài)的蒸氣冷卻到溫度T2時(shí)，到達(dá)露點(diǎn)溫度，開(kāi)始冷凝，溫度由T3下降到達(dá)溫度T4時(shí)，冷凝完畢。
象這樣，對(duì)于非共沸混合制冷劑來(lái)說(shuō)，有特征是冷凝溫度不是一定，而是在某一范圍內(nèi)變化，再者，還有特征是，冷凝的液體的濃度與照舊殘留的蒸氣的濃度不同。就是說(shuō)，如圖7所示，溫度為T(mén)3時(shí)，混合制冷劑HFC—32的濃度不是C，因而分成混合制冷劑HFC—32的克分子濃度(％)為B的冷凝液與HFc—32的克分子濃度(％)為D的蒸氣。使具有這樣特性的非共沸混合制冷劑在圖5所示的帶螺旋槽的管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，冷凝性能將會(huì)降低。
其原因可作如下的說(shuō)明。HFC—32與HFC—134a相比具有難以冷凝的性質(zhì)。因此，在冷凝面上，HFC 134a的濃度高的混合制冷劑進(jìn)行冷凝而成為液體，HFC—32的濃度高的混合制冷劑作為蒸氣殘留下來(lái)。其結(jié)果，在氣液界面上產(chǎn)生濃度分布，特別是蒸氣方面的HFC—32的濃度高的領(lǐng)域(下面把它叫作濃度邊界層)，其存在于管中心部的HFC—32的濃度起著阻礙C的混合制冷劑的蒸氣冷凝的作用，因此，冷凝性能降低。如圖5所示，對(duì)于帶螺旋槽的管來(lái)說(shuō)，接近管壁5的制冷劑氣體是由螺旋槽1a以及槽與槽之間的凸脊10導(dǎo)向沿螺旋槽1a的方向流動(dòng)。在非共沸混合制冷劑的情況下，比較易于冷凝的制冷劑與比較難以冷凝的制冷劑是混合在一起的，因此，比較易于冷凝的制冷劑先冷凝成為液體，比較難以冷凝的制冷劑保持著氣體狀態(tài)而殘留，形成濃度邊界層。如圖5所示，內(nèi)圓面帶螺旋槽的管內(nèi)濃度邊界層11是沿著螺旋槽1a形成。如圖6所示，濃度邊界層11是連續(xù)形成的，因此，如圖5中的虛線所示逐漸變厚，該濃度邊界層所起的作用是防止將比較易于冷凝的制冷劑擴(kuò)散到管壁5上。特別是如圖6所示那樣，在低溫、低速的槽部，不冷凝氣體的蓄積是顯著的，成為冷凝氣體的擴(kuò)散阻力層，妨礙氣體的冷凝，非共沸混合制冷劑的傳熱系數(shù)降低。
本實(shí)施例的傳熱管，設(shè)置獨(dú)立的凸起3，該獨(dú)立的凸起3如上述那樣是由交叉部分將槽與槽之間的凸脊10截?cái)喽?。順便說(shuō)一下，是以單一制冷劑作為對(duì)象的，在日本專利特開(kāi)平3—234302號(hào)上公布了二種槽交叉的帶交叉槽的管。作為單一制冷劑用的傳熱管，此外還提出了具有各種內(nèi)部形狀的傳熱管。
作為非共沸混合制冷劑用傳熱管的形狀，何種內(nèi)部形狀的管是效率最佳的問(wèn)題，以往是不明確的，但是由下述的實(shí)施例可以明確，作成帶交叉槽的管是良好的，這是從本發(fā)明人的研究中查明的。
下面，說(shuō)明詳細(xì)情況。
在本實(shí)施例中由于設(shè)置了凸起3，制冷劑蒸氣的氣流，或是制冷劑液膜的液流與該獨(dú)立的凸起3沖突。因此，如圖8所示，濃度邊界層12是由獨(dú)立的各凸起3的前端個(gè)別地?cái)U(kuò)展，因此，濃度邊界層的厚度減薄。其結(jié)果，制冷劑的擴(kuò)散阻力降低，可獲得高的物質(zhì)傳遞率。再者，獨(dú)立的凸起3有攪拌非共沸混合制冷劑的蒸氣與冷凝液流的效果。
作為一例，在圖9中用曲線b表示以往的帶螺旋槽的管的非共沸混合制冷劑的冷凝傳熱系數(shù)；用曲線C表示本實(shí)施例的傳熱管的非共沸混合制冷劑的冷凝傳熱系數(shù)，由該圖9可知，本實(shí)施例的傳熱管的非共沸混合制冷劑的冷凝傳熱系數(shù)比以往的具有螺旋槽的管的非共沸混合制冷劑時(shí)的性能好。
以上的說(shuō)明是針對(duì)熱交換器的冷凝器進(jìn)行了敘述，作為蒸發(fā)器來(lái)使用的情況下，在非共沸混合劑冷劑的液體中產(chǎn)生的濃度邊界層也是由獨(dú)立的凸起所截?cái)?，并且，濃度邊界層由該凸起進(jìn)行攪拌，因此，在蒸發(fā)的情況下也能獲得高的傳熱系數(shù)。
按照?qǐng)D10～圖13說(shuō)明本發(fā)明的第2實(shí)施例。圖10是第2實(shí)施例的傳熱管的縱剖視圖，圖11是表示本實(shí)施例的傳熱管的一部的立體圖，圖12、圖13是分別表示試驗(yàn)結(jié)果的圖。
如圖10、圖11所示，第2實(shí)施例的凸起，其凸脊10是由節(jié)距Pf1、高度Hf1形成，為了對(duì)于該凸脊10形成交叉部，以深度Hf2形成2次槽10a。再者，形成凸脊10的一次槽的螺旋角為α，二次槽與該凸脊10交叉，以交叉角度β形成。
在此，進(jìn)行了試驗(yàn)等的結(jié)果，一般的傳熱管的管內(nèi)徑Di是Di＝3.0～7.0mm，在該傳熱管的情況下，凸脊10的高度與管內(nèi)徑Di的比最好是Hf1/Di＝0.03～0.1程度，形成凸脊10的節(jié)距Pf1與管內(nèi)徑Di的比以Pf1/Di＝0.05～0.1程度為宜。再者，二次槽的深度Hf2最好在形成凸脊10的一次槽的深度Hf1的40～100％的范圍內(nèi)。這樣設(shè)定二次槽深度Hf2的理由是由于當(dāng)二次槽的深度Hf2過(guò)淺時(shí)，會(huì)減小液膜攪亂界面的效果，另外，會(huì)妨礙冷凝液沿著二次槽排出。這樣，二次槽的深度Hf2過(guò)淺時(shí)，不能獲得對(duì)于非共沸混合制冷劑的傳熱促進(jìn)效果。再者，在變更熱交換器的性能的情況下，形成凸脊10的節(jié)距Pf1可以減窄或加寬。
另外，2次槽的切割寬度Wf2也影響凸脊10的剖面形狀，例如凸脊10的剖面形狀接近長(zhǎng)方形，并且使凸脊10的高度為一定的情況下，凸脊的底寬Wb與凸脊10的頂寬Wt的比Wt/Wb接近1的情況下，使Wf2比Wb大時(shí)，則與不切制二次槽的情形相比，表觀傳熱面積減小，因此，Wf2最好設(shè)定在Wt～Wb之間。二次槽的切割寬度的形狀為矩形、V字形等何種形狀都可以，也能通過(guò)使凸脊10部分地傾斜來(lái)設(shè)置凹部。
形成凸脊10的1次槽的深度Hf1為一定的情況下，凸脊10的底寬Wb與凸脊的頂寬Wt的比Wt/Wb最好在0.5以下。通過(guò)將凸脊10的剖面形狀作成這樣的構(gòu)造，能夠不減小傳熱面積地增加凸脊10與凸脊10所包圍的槽部的剖面積。
另外，在一次槽以螺旋角度α＝10～20°進(jìn)行扭曲的情況下，二次槽對(duì)于一次槽的交叉角度最好是一次槽的螺旋角度α的1.5倍～4倍。
這樣構(gòu)成的情況下的非共沸混合制冷劑的性能測(cè)定結(jié)果如圖12、圖13所示。圖12是以制冷劑質(zhì)量速度作為橫座標(biāo)軸，以平均冷凝傳熱系數(shù)作為縱座標(biāo)軸，表示了各種傳熱管的性能比較的圖，圖13是以制冷劑質(zhì)量速度作為橫座標(biāo)軸，以熱流束10KW/m2、干度0.6的情況下局部蒸發(fā)傳熱系數(shù)作為縱座標(biāo)軸，表示了各種傳熱管的性能比較的圖。由圖12、圖13可知，在使用非共沸混合制冷劑的情況下，以往的帶螺旋槽的管顯著降低，與此相反，第2實(shí)施例的傳熱管顯示出接近于以虛線表示的單一制冷劑HCFC—22和以往的帶螺旋槽的管的性能的值。再者，與平滑管比較，能提高性能2倍以上。另外，在第2實(shí)施例中，給出了凸脊10的底部是連續(xù)地形成，并且設(shè)置有交叉部的例子，在圖3、圖4所示的第1實(shí)施例及其變更例中也可以如此形成。
按照?qǐng)D14～圖16說(shuō)明本發(fā)明的第3實(shí)施例。圖14是第3實(shí)施例的縱剖視圖，圖15是表示圖14的第3實(shí)施例的變形例的縱剖視圖，圖16是表示試驗(yàn)結(jié)果的圖。
在應(yīng)用非共沸混合制冷劑的情況下，作為與在傳熱管內(nèi)圓面上設(shè)置交叉部分，或使之形成獨(dú)立的凸起的結(jié)構(gòu)具有同樣效果的其他方法，可以考慮在內(nèi)圓面上帶槽的管23內(nèi)設(shè)置彈簧狀的插入物。圖14表示出其一例，在把彈簧的卷繞方向設(shè)定成與內(nèi)圓面上的槽的螺旋方向相同的情況下，把兩者的交叉角度設(shè)定得大一些，又在彈簧的卷繞方向與內(nèi)圓面上的槽的螺旋方向不同的情況下，為了形成多數(shù)的交叉部分，要確定彈簧的節(jié)距。另外，如圖15所示，將卷繞方向不同的2條以上的彈簧19、20插入內(nèi)圓面平滑的管內(nèi)，借此，也可以在傳熱管內(nèi)設(shè)置交叉部分。使彈簧19、20緊貼在傳熱管內(nèi)壁上的情況下，彈簧19、20可收到與有凹凸的傳熱面相同的效果，因此，能期待制冷劑的攪拌效果與熱傳遞。再者，將按小于傳熱管內(nèi)徑的直徑卷繞的彈簧以1點(diǎn)或數(shù)點(diǎn)固定在傳熱管內(nèi)壁上，由于制冷劑的流動(dòng)在彈簧上產(chǎn)生振動(dòng)，能攪亂壁面附近的制冷劑，因此，能期待降低使用非共沸混合制冷劑時(shí)產(chǎn)生的擴(kuò)散阻力的效果。
另外，在冷凝過(guò)程中，可獲得使冷凝液沿著彈簧排出的效果，在蒸發(fā)過(guò)程中，彈簧具有促進(jìn)液體的攪拌以幫助氣泡的發(fā)生與脫離的效果，能提高蒸發(fā)傳熱特性。
作為試驗(yàn)結(jié)果的一例，圖16示出了將線徑t＝0.3mm、節(jié)距p＝3.0mm、簧圈外徑Dc＝6.0mm的螺旋彈簧插入內(nèi)面帶有凸棱高0.15mm、螺旋角18°的槽的管內(nèi)，并將這樣的傳熱管應(yīng)用于非共沸混合制冷劑的結(jié)果。在圖16中，橫座標(biāo)軸表示空氣的質(zhì)量，縱座標(biāo)軸表示局部的傳熱系數(shù)。在圖16中，左端為冷凝器入口，右端為冷凝器出口，可知隨著相變的進(jìn)展與空氣的質(zhì)量減小，傳熱系數(shù)也降低。與圖16中所示的內(nèi)圓面上帶槽的管的傳熱系數(shù)比較，在將彈簧插入的情況下，在熱交換器出口附近，性能提高了。在單層流的情況下，一般認(rèn)為在彈簧節(jié)距P與彈簧的線徑d方面，當(dāng)p/d＝10～20時(shí)效果最大，對(duì)于使用該非共沸混合制冷劑的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)說(shuō)，p/d＝10時(shí)為最大。
簧圈是單線或鉸線狀都可以，另外，象雙彈簧那樣，也可以沿縱向使簧圈變細(xì)或是使其彎曲。另外，也可以沿縱向使線徑變化，或使用變化的形態(tài)。關(guān)于彈簧的節(jié)距，除了全長(zhǎng)的節(jié)距為一定的情形之外，也可使一部分變化，或是根據(jù)制冷劑的流動(dòng)方向，逐漸變化，如此根據(jù)制冷劑的狀態(tài)，對(duì)彈簧加以加工，借此，能在熱交器全長(zhǎng)范圍內(nèi)提高性能。
下面，就熱交換器進(jìn)行說(shuō)明。圖1所示的熱交換器，是以這樣的傳熱管構(gòu)成，因此，在使用非共沸混合制冷劑的情況下，與以往的熱交換器進(jìn)行比較，熱交換器的性能提高了。表現(xiàn)熱交換器的綜合傳熱性能的是總傳熱系數(shù)。影響總傳熱系數(shù)的是空氣傳熱系數(shù)、制冷劑傳熱系數(shù)與接觸熱阻等。在圖17中，以空氣流速作為橫座標(biāo)軸，以總傳熱系數(shù)作為縱座標(biāo)軸，表示出各種熱交換器的性能比較。在圖17中，曲線a2表示使單一制冷劑HCFC—22在以往的帶螺旋槽的管內(nèi)流動(dòng)的情形，曲線b2表示使非共沸混合制冷劑在以往的帶螺旋槽的管內(nèi)流動(dòng)的情形，曲線c2表示使非共沸混合制冷劑在使用了本發(fā)明的傳熱管的熱交換器內(nèi)流動(dòng)的情形。由該圖17可知，對(duì)于以往的帶螺旋槽的管子來(lái)說(shuō)，使用非共沸混合制冷劑時(shí)性能顯著降低，對(duì)于本發(fā)明的傳熱管來(lái)說(shuō)，可獲得接近單一制冷劑HCFC—22的總傳熱系數(shù)。
另外，在將本發(fā)明的傳熱管組裝成圖1所示的交叉翅片管型熱交換器的情況下，需要使散熱片與傳熱管貼緊。以往，多用心軸對(duì)傳熱管進(jìn)行機(jī)械地?cái)U(kuò)管，但是，在本發(fā)明的傳熱管的情況下，由于傳熱管內(nèi)圓面具有復(fù)雜的形狀，進(jìn)行機(jī)械擴(kuò)管時(shí)要發(fā)生變形，因此，擔(dān)心會(huì)使性能大幅度降低。圖18是表示由于本發(fā)明的傳熱管的擴(kuò)管方法不同致使制冷劑傳熱系數(shù)不同的圖，曲線C表示擴(kuò)管前的性能，曲線d表示液壓擴(kuò)管后的性能，曲線e表示機(jī)械擴(kuò)管后的性能。由圖18可知，液壓擴(kuò)管方法能維持與擴(kuò)管前的性能大致相同的性能，因此，對(duì)于象本實(shí)施例這樣復(fù)雜的形狀的傳熱管，最好應(yīng)用液壓擴(kuò)管方法。再者，所謂液壓擴(kuò)管方法，就是將傳熱管貫穿在散熱片上，使流體的壓力作用于傳熱管內(nèi)以進(jìn)行擴(kuò)管，使散熱片與傳熱管貼緊的方法。
下面，說(shuō)明將本發(fā)明的熱交換器應(yīng)用在使用非共沸混合制冷劑的空氣調(diào)和機(jī)上的情形。圖19是表示使用非共沸混合制冷劑的熱泵式冷凍循環(huán)的構(gòu)成的圖。在進(jìn)行冷氣運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，室內(nèi)熱交換器17是作為蒸發(fā)器而工作，室外熱交換器15是作為冷凝器而工作。再者，在進(jìn)行暖氣運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，室內(nèi)熱交換器17是作為冷凝器而工作，室外熱交換器15是作為蒸發(fā)器而工作。圖20是表示將本實(shí)施例的熱交換器應(yīng)用于該室內(nèi)熱交換器與室外熱交換器兩方的情況下同應(yīng)用以往的熱交換器的情況下的冷氣運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)與暖氣運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的性能以及制冷系數(shù)的比較。在此，制冷系數(shù)(COP)是定義為以全部電力輸入除冷氣能力或暖氣能力所得的值，所謂制冷系數(shù)的比，就是以使用單一制冷劑HCFC—22于以往的熱交換器內(nèi)時(shí)的制冷系數(shù)值作為基準(zhǔn)，將三種制冷劑HFC—32、HFC—125、HFC—134a各自混合30wt％、10wt％、60wt％的混合制冷劑用以作為非共沸混合制冷劑時(shí)的制冷系數(shù)的比(％)。由圖20可知，對(duì)于以往的空氣調(diào)和機(jī)來(lái)說(shuō)，在使用非共沸混合制冷劑的情況下，性能大為降低，但是，對(duì)于本實(shí)施例的空氣調(diào)和機(jī)來(lái)說(shuō)，能使性能與單一制劑時(shí)同等。
如上所述，從本發(fā)明來(lái)看，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的冷凝器或蒸發(fā)器的熱交換器所用的傳熱管上，通過(guò)在管內(nèi)圓面上的蒸氣流中或液膜中突出的三維凸起、截?cái)嗤估饣蛭菁雇估獾?，從其前端使新的濃度邊界層擴(kuò)展，借此能減低擴(kuò)散阻力。其結(jié)果，在使用非共沸混合制冷劑的情況下，能提供具有高傳熱性能的傳熱管。
另外，從本發(fā)明來(lái)看，在帶交叉槽的混合制冷劑用的傳熱管內(nèi)設(shè)置交叉部分或在內(nèi)圓面上設(shè)置多數(shù)的獨(dú)立的凸起，因此，能降低在非共沸混合制冷劑內(nèi)產(chǎn)生的濃度分布不均勻，同時(shí)能促進(jìn)液膜內(nèi)的攪拌作用。其結(jié)果，能提供具有高傳熱系數(shù)的非共沸混合制冷劑用的傳熱管。該效果由圖9所示的例中可知，在質(zhì)量速度的寬范圍內(nèi)提高了傳熱系數(shù)。
另外，從本發(fā)明來(lái)看，即使在使用非共沸混合制冷劑的制冷循環(huán)中也能維持較高的制冷劑傳熱系數(shù)，因此，能提供具有高傳熱性能的非共沸混合制冷劑用的熱交換器。
另外，通過(guò)使用本發(fā)明的熱交換器，能提供制冷系數(shù)(COP)高的冷凍機(jī)、空調(diào)機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種傳熱管，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器所用的傳熱管上，其特征在于對(duì)于內(nèi)圓面上的槽設(shè)置交叉部分。
2.一種非共沸混合制冷劑用的傳熱管，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器所用的傳熱管上，其特征在于在內(nèi)圓面上設(shè)置多數(shù)的獨(dú)立的凸起。
3.一種非共沸混合制冷劑用的傳熱管，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器所用的傳熱管上，其特征在于在內(nèi)圓面的槽上至少設(shè)置一個(gè)彈簧。
4.一種非共沸混合制冷劑用的傳熱管，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器所用的傳熱管上，其特征在于在其內(nèi)圓面上設(shè)置交叉的彈簧。
5.一種非共沸混合制冷劑用的傳熱管，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器所用的傳熱管上，其特征在于在內(nèi)圓面上設(shè)置多數(shù)的螺旋狀凸脊，同時(shí)設(shè)置與該凸脊交叉的二次槽。
6.一種非共沸混合制冷劑用的傳熱管，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器所用的傳熱管上，其特征在于為了截?cái)喾枪卜谢旌现评鋭┑臐舛冗吔鐚樱档蛿U(kuò)散阻力，在管的內(nèi)圓面上的蒸氣流中或液膜中設(shè)置突出的三維凸起、截?cái)嗤估饣蛭菁雇估狻?br> 7.一種非共沸混合制冷劑用的傳熱管，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器所用的傳熱管上，其特征在于在內(nèi)圓面上相對(duì)于管軸設(shè)置螺旋角為10度～20度的多數(shù)的螺旋狀的凸脊，同時(shí)；如假設(shè)傳熱管的內(nèi)徑為Di時(shí)，則將凸脊的節(jié)距Pf1與Di的比設(shè)定在Pf1/Di＝0.05～0.1的范圍內(nèi)，并且，相對(duì)于該凸脊的深度Hf1來(lái)說(shuō)，將與該凸脊交叉的二次槽的深度Hf2設(shè)定在40～100％的范圍內(nèi)。
8.按權(quán)利要求6所述的非共沸混合制冷劑用的傳熱管，其特征在于將與上述凸脊交叉的二次槽Wf2設(shè)定在上述凸脊的頂部寬度Wt與凸脊的底部寬度Wb之間。
9.一種非共沸混合制冷劑用的熱交換器，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器上，其特征在于將多數(shù)的散熱片大致平行地配置，同時(shí)將權(quán)利要求1～7之中的某一項(xiàng)所述的傳熱管貫穿在上述散熱片上，并且貼緊地構(gòu)成。
10.一種非共沸混合制冷劑用的熱交換器，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器上，其特征在于將多數(shù)的散熱片大致平行地配置，同時(shí)使流體的壓力作用于傳熱管內(nèi)以進(jìn)行擴(kuò)管，使上述散熱片與權(quán)利要求9所述的傳熱管貼緊地構(gòu)成。
11.一種熱交換器的安裝方法，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器的安裝方法中，其特征在于上述熱交換器是交叉翅片管型熱交換器，將權(quán)利要求9所述的傳熱管貫穿在散熱片上，使流體的壓力作用于傳熱管內(nèi)以進(jìn)行擴(kuò)管，使傳熱管與上述散熱片貼緊。
12.一種冷凍機(jī)與空調(diào)機(jī)，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)所構(gòu)成的冷凍機(jī)與空調(diào)機(jī)上，其特征在于將構(gòu)成該冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器按權(quán)利要求9所述的熱交換器構(gòu)成。
13.一種冷凍機(jī)與空調(diào)機(jī)，在使用非共沸混合制冷劑的冷凍循環(huán)所構(gòu)成的冷凍機(jī)與空調(diào)機(jī)上，其特征在于將構(gòu)成該冷凍循環(huán)的至少一臺(tái)熱交換器按權(quán)利要求10所述的熱交換器構(gòu)成。
全文摘要
提供一種具有高傳熱性能的非共沸混合制冷劑用的傳熱管以及使用該傳熱管的交叉翅片管型熱交換器與冷凍機(jī)、空調(diào)機(jī)，在使用非共沸混合制冷劑的傳熱管中，對(duì)于非共沸混合制冷劑流動(dòng)的傳熱管內(nèi)圓面上的槽設(shè)置交叉部分，或是在內(nèi)圓面上設(shè)置多數(shù)的獨(dú)立的凸起，借此，以攪拌在非共沸混合制冷劑內(nèi)產(chǎn)生的濃度邊界層，減少濃度邊界層的產(chǎn)生，降低擴(kuò)散阻力，同時(shí)促進(jìn)攪拌作用。
文檔編號(hào)F25B9/00GK1122444SQ9510775
公開(kāi)日1996年5月15日 申請(qǐng)日期1995年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月1日
發(fā)明者伊藤正昭, 內(nèi)田麻理, 工藤光夫, 福島敏彥, 大浴忠男 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所, 日立電線株式會(huì)社