专利名称：内壁带槽的传热管及使用该传热管的热交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及构成以空调为代表的冷冻及空调机中使用的热交换器的内壁带槽传热管及使用该传热管的热交换器的制作方法，特别是涉及内壁带槽之传热管的机械胀管时的抑制内壁鳍变形的技术。
但是，以所涉及的热交换器的高性能化为目的，对于上述的内壁带槽的传热管，尝试了加深其内壁槽或内壁鳍的细鳍化，并且通过槽深度、槽深度/内径、鳍顶角、螺旋升角及槽部截面/槽深度等的优化，追求进一步的高性能化的热交换器在特开平7-12483号公报等中公开。另外，特开平3-234302号公报或特开平8-303905号公报等中提出了带交叉槽的管，即，在上述的内壁带螺旋槽的管上，进一步形成与其一次槽相反方向的二次槽，通过使该两种槽交叉，使传热性能进一步提高。除此之外，最近，特开平9-26279号公报等提出了具有组合V字状的槽模样的松叶槽的管。
然而，在通过已往采用的机械胀管方法将如上述的内壁带槽的管组装到散热片上，组装成作为目标物的热交换器时，由于该机械胀管作用，形成于管内壁的内壁鳍受到由直径方向向外或者管轴方向的挤压，内壁鳍受到变形作用，会产生鳍前端部的鳍毁坏或者鳍倒伏等问题。这个问题对于已往的内壁带槽的管来说是很难克服的。进一步，近年，为了实现高性能化，具有增高内壁带槽的管的内壁鳍，或者减小鳍顶角，进一步增大槽螺旋升角的倾向，因此，抑制乃至阻止机械胀管时的鳍变形变得越来越困难。
特别是，这样的机械胀管时的鳍变形给热交换性能带来的影响在冷凝运转时是显著的，因此，对于重视致暖性能的室内空调的室内机中所采用的热交换器用传热管来说，这成为招致致命的性能不足的主要原因。其中，到目前为止，对于内壁带槽的管而言，与提高蒸发性能相比，提高冷凝性能更困难。从这种状况来讲，由于上述机械胀管时的鳍变形造成的冷凝性能的降低也是大问题。
那么，为了实现上述的涉及传热管的目的，本发明的内壁带槽的传热管，在管内壁形成有多条沿管圆周方向或者与管轴成一定的螺旋升角延伸的槽，同时，在这些槽之间，形成一定高度的内壁鳍，其特征在于其构成为使上述管外径为4mm～10mm，而且上述槽的深度为0.1mm～0.3mm，同时，作为形成上述槽的部位的管壁厚的基壁厚(t)满足下式(t)≤0.1248×D0.32782(D表示管外径)。
即，在现有技术中，对内壁带槽的传热管进行机械胀管，将其组装到散热片时，在作为传热管的槽形成部位的管壁厚的基壁厚几乎没有变化的状态下，伴随内壁鳍的变形及管轴方向的收缩进行胀管。但是，在上述构成的本发明中，在与现有技术相比适当地削减了相关的基壁厚的状态下，通过使基壁厚变薄，在胀管时使基壁厚的变化(变小)优先进行，可以将鳍变形抑制在极限内的同时，进行胀管。这样，通过抑制鳍变形，可以在热交换器性能上充分发挥内壁带槽的管本来具有的管内热传导特性。即，调整内壁带槽的传热管的槽形成部位的基壁厚，仅仅适度削减该基壁厚，就可以得到具有比现有技术高的热交换性能的内壁带槽的管。
另外，根据本发明涉及的内壁带槽的传热管的一个较佳形态，采用如下构成上述槽的螺旋升角为10°～30°，上述内壁鳍的顶角为20°～40°，而且槽的条数为30～80。通过采用这样的构成，可以进一步达到本发明的目的。
另外，根据本发明涉及的内壁带槽的传热管的一个较佳形态，上述槽形成为倒梯形形状的横截面形状。通过采用这样的槽的形状，在这些槽之间形成的内壁鳍具有有益的三角形形状的横截面。
然而，为了实现本发明的上述的涉及热交换器的制作方法的目的，本发明的热交换器的制作方法具有利用如上述内壁带槽的传热管，以机械胀管的方法将该传热管胀管安装在设于板状的散热片的安装孔中的工序。
根据本发明的热交换器的制造方法，可以有效地抑制由于机械胀管操作引起的鳍形状的变形，可以有利地制作在热交换器性能上充分发挥内壁带槽的管本身具有的管内热传导特性的热交换器。
另外，根据本发明涉及的热交换器的制作方法的一个较佳形态，使上述传热管的基壁厚在机械胀管后和胀管前相比减少8μm以上。这样，通过使传热管的管壁厚减少，可以有效抑制机械胀管时的鳍毁坏或鳍倒伏等鳍变形。
另外，在本发明的热交换器的制造方法中，上述机械胀管操作最好以3～8％的胀管率实施，这样便可以实现传热管和散热片之间的有效组装。
图2是本发明的内壁带槽的传热管的机械胀管时的形状变化的截面部分的说明图，(a)是机械胀管前后的内壁带槽的传热管的横截面部分的图，(b)是说明机械胀管后的内壁鳍及基壁厚的变化的形态的截面部分的图。
图3是图解第1实施例中得到的胀管前的管外径(D)和胀管前的基壁厚(t)的关系图。
图4是在为了测定在实施例3中热交换器的蒸发时的单体性能而采用的试验装置中，冷却介质的流通状态的说明图。
图5是在为了测定在实施例3中热交换器的冷凝时的单体性能而采用的试验装置中，冷却介质的流通状态的说明图。
图6是在实施例3中得到的热交换器单体蒸发能力的图。
图7是在实施例3中得到的热交换器单体冷凝能力的图。
具体实施例方式
以下，为了对本发明进行更具体的说明，参照附图对本发明涉及的内壁带槽的传热管及使用该传热管的热交换器的制造方法的具体构成进行详细的说明。
首先，
图1是在制造管式板翼热交换器时对内壁带槽的传热管进行机械胀管，与散热片组装成一体的工序示意图。即，在图1中，标号2是根据要求的传热性能或采用的传热介质的种类，用从铜或者铜合金等之中选择的合适的金属材料制成的内壁带槽的传热管。在此，这样的传热管2做成U字形状来使用。另一方面，为板状散热片的板翼4与现有技术同样地以铝或者铝合金等金属材料制成。同时，设定尺寸比传热管2的外径大的安装孔6以如下构造形成，即，使散热片套环8与安装孔四周成一体地立设。那么，这样的板翼4在使各自的安装孔6同轴的状态下重合，进一步，使传热管2插入并配置在该同轴的安装孔6中。
而且，机械胀管操作是这样进行的，即，在使传热管2插入板翼4的安装孔6的状态下，与现有技术同样地使胀管销10插入相应的传热管2内，在进行传热管2的扩径的同时，通过使胀管销前进，使传热管2在安装孔6内切实地紧密接触散热片套环8的内壁(在图中，参照胀管销10通过的状态下的右侧安装孔6内的传热管2的固定状态)，实现传热管2和板翼4的一体化，制成一体的热交换器。
在此，在本发明中，通过涉及的机械胀管方法，为了有效地抑制在组装传热管2和板翼4时引起的鳍毁坏或鳍倒伏等鳍变形，采用如前述的构成。即，如图2所示，在管内壁形成有多条沿管周方向或者与管轴呈一定的螺旋升角延伸的槽12，同时，在这些槽12、12之间，形成有设定高度的内壁鳍14，使具有这种结构的内壁带槽的传热管2的外径为4mm～10mm，而且槽深度(d)为0.10mm～0.30mm，同时，在槽形成部的基壁厚(t)满足式(t)≤0.1248×D0.32782。因此，即使实施机械胀管，该胀管作用使基壁厚(t)的变化(减少)优先出现，因此可以极力抑制内壁鳍14的变形。
这样，在本发明中，如上述的不等式所示的，通过将作为在内壁带槽的传热管2的槽形成部位的管壁厚的基壁厚削减到设定厚度以下，与鳍变形相比使基壁厚的减少优先，因此，为了达到本发明目的，该基壁厚(t)必须不厚于0.1248×D0.32782，如果违反该式而过厚的话，内壁鳍14的变形变大，会引起鳍毁坏或者鳍倒伏等问题，就不能达到本发明的目的。
另外，与这样的槽基壁厚(t)的控制相关联，在本发明中，胀管前的管外径(D)或槽深度(d)也有限制的必要，因此，相关的管外径(D)为4～10mm，槽深度(d)为0.10～0.30mm。确实，相关的管外径(D)小于4mm的话，在实用上制作内壁带槽的管变得困难，另外，也存在机械胀管变得困难等问题，另一方面，超过10mm的话，从强度上着眼必须加厚基壁厚(t)。因此，要实现本发明就变得很困难。另外，对于深度(d)，如果比0.10还浅的话，存在传热性能降低的问题。另一方面，比0.3mm还深的话，必然地内壁鳍14的高度也变高，变得容易产生鳍毁坏或鳍倒伏等现象，因此，会产生很难有效抑制鳍变形的问题。
另外，对于如上述的本发明的内壁带槽的传热管2，作为槽12相对于管轴的螺旋升角，从确保有效的传热性能上考虑，最好采用10°～30°范围内的角度。进一步，作为内壁鳍14的鳍顶角(α)，从通过滚轧形成槽的容易程度或者确保有效的传热性能等点出发，采用20°～40°范围内的角度。更进一步，作为管内壁形成的槽12的条数，考虑传热面积，采用30～80范围内适宜的条数。
在本发明涉及的内壁带槽的传热管2中，例如图1所示，进行机械胀管，在使管径(具体地讲外径D)增大时，该胀管作用显现为基壁厚(t)的变化(减少)，因此可以有效地抑制鳍变形。因此，如图2(b)所示，内壁鳍14的高度的减少(δf)变小的另一面，会引起基壁厚(t)的减少(δt)。但是，特别是在本发明中，使这样的基壁厚(t)的减少量(δt)与胀管前相比减少8μm以上，因此，可以有效地抑制鳍的变形。
另外，通过这样的机械胀管操作，在对传热管2进行胀管，并将其组装到作为散热片的板翼4上时，就作为传热管2的胀管程度而言，为了在避免内壁鳍14大的变形的同时，能有效地将传热管2组装到板翼4上，使由(胀管后的管外径/胀管前的管外径)×100规定的胀管率(％)设定在适宜程度，一般来说，以3～8％的胀管率实施胀管。该胀管率超过8％的话，鳍变形变得显著，不能充分达到本发明的目的，另外，胀管率比3％还低的话，传热管2的有效的胀管安装变得困难。
另外，对于本发明的内壁带槽的传热管2，作为形成于内壁的槽12的形状，一般如图2所示，在与管轴呈直角的截面上，最好采用越向底部宽度越窄的大致呈倒梯形形状的横截面形状，但是本发明决不只限定于这样的槽的形状，可以采用公知的各种形状。另外，这样的槽12相对管轴以一定的螺旋升角最好是10°～30°的角度螺旋状地延伸，另外，槽12设计成与管周向方向相互平行的圆周槽也可。另外，本发明也适用于带设计成两个方向的槽相交叉的交叉槽的管或者带使V字状的槽模样组合而成的松叶槽的管。
另外，本发明可以以各种形态实施，可以理解为根据本专业的一般知识对本发明进行的种种变更、修改、改良的各种实施方式，只要不超出本发明的基本思路，就属于本发明的范畴。
通过以下实施例，可以进一步明确本发明的特征，但是无须赘述，本发明不受所记载的实施例的任何制约。
实施例1首先，管外径在4～10mm，槽的深度(d)在0.1～0.3mm，槽的螺旋升角在10～30°，鳍顶角(α)在20～40°，槽条数在30～80的范围内，通过与已往同样的铜管滚轧加工，分别试制各种内壁带螺旋槽的管(2)，之后，与图1同样，以4～7％的胀管率进行机械胀管，将管(2)组装到铝散热片(4)中，分别制作热交换器。
接下来，从得到的该热交换器，取下铝散热片(4)，对胀管后的各内壁带螺旋槽的管(2)进行取样，调查各自的基壁厚。其结果，可以发现对于胀管后的基壁厚比胀管前的基壁厚(t)减少8μm以上的管，有效地抑制了鳍毁坏或者鳍倒伏等鳍变形，进一步对于这样的鳍变形得到抑制的带槽的管(2)，对胀管前的基壁厚t与胀管前的管外径D的关系画曲线，其结果如图3所示。
另外，求出表示连接图3的曲线数据的回归曲线的式，结果得到下式t＝0.1248×D0.32782，此外，本回归式的拟合精度是0.999。由此可以看到，想要有效地抑制鳍变形的话，有必要使胀管后的基壁厚比胀管前的基壁厚减少8μm以上，基壁厚(t)在0.1248×D0.32782值以下。
实施例2与实施例1同样，通过铜管的滚轧加工试制外径在6～9.52mm之间的内壁带螺旋槽的管并使其基壁厚(t)变化，进一步通过机械胀管制作2列8段的热交换器。利用在图2中对由于机械胀管而造成的内壁鳍(14)的鳍变形形态定义的鳍高(d)的减少量(δf)和基壁厚的减少量(δt)，检测胀管后的鳍高度的减少量(δf)及基壁厚的减少量(δt)，将其结果和试制的各种管胀管前的各尺寸同时记入下表表1
从表1的结果可以看到，涉及本发明例1～4的试制管每一个都是由于胀管后的基壁厚减少量(δt)在8μm以上，所以胀管后的鳍毁坏(δf)在9μm以下，因此，可以认为，通过减少胀管前的基壁厚到基壁厚的变形(减少)优先进行的程度，可以达到充分防止鳍变形的效果。
实施例3为了确认胀管时的防止鳍变形的效果给热交换器性能带来的影响，利用上表1所示的本发明例4和比较例6的试制管，实施分别制作的热交换器的单体性能评价。即，采用下表2所示的测定条件，在流通如图4或图5所示的冷却介质的情况下，根据公知的方法实施体现热交换器单体性能的蒸发试验或者冷凝试验，调查在各热交换器单体中的蒸发能力(致冷能力)和冷凝能力(致暖能力)，将其结果作为热交换量-前面风速曲线图分别表示在图6及图7中。
表2
在图6中，以曲线形式示出了利用本发明例4的试制管和比较例6的试制管构成的热交换器的蒸发能力与前面风速的关系，在图7中以曲线形式示出了这些热交换器的冷凝能力与前面风速的关系，从图中可以看出，利用本发明例4的试制管构成的热交换器的蒸发能力与利用比较例6的试制管构成的热交换器相比提高了2％左右。这可以认为是由于鳍前端部的鳍毁坏得到抑制使传热面积增加而带来的影响。另一方面，利用本发明例4的试制管构成的热交换器的冷凝能力与利用比较例6的试制管构成的热交换器相比提高了6％左右。这可以认为是由于鳍前端部的鳍毁坏得到抑制使传热面积增加，并且外加鳍前端部对冷凝的促进作用而产生的影响。从这些事实不难理解，通过使用符合本发明构造的内壁带槽的传热管(本发明例4的试制管)，可以得到热交换器单体能力好的热交换器。
通过以上的说明可以看到，在符合本发明的内壁带槽的传热管中，通过控制并适度削减基壁厚，在机械胀管时，可以使基壁厚的变化比内壁鳍的鳍变形优先进行，因此具有能够实施将鳍变形抑制在极限以内的胀管等特征。另外，具有以下特征通过抑制鳍变形，在热交换器单体性能中充分发挥内壁带槽的管本来具有的管内热传递特性。进一步，特别是可以有效发挥鳍前端的传热促进效果，因此，具有大大有利于提高冷凝性能等优点。
权利要求
1.内壁带槽的传热管，在管内壁形成多条沿管周方向或者与管轴呈一定螺旋升角延伸的槽，同时，在这些槽之间，形成一定高度的内壁鳍，其特征在于其构成为使管外径为4mm～10mm，而且使上述槽的槽深为0.10mm～0.30mm，同时，使成为在上述槽的形成部位的管壁厚的基壁厚(t)满足下式t≤0.1248×D0.32782(其中，D表示管外径)。
2.如权利要求1所述的内壁带槽的传热管，其特征在于其构成为上述槽的螺旋升角为10°～30°，上述内壁鳍的顶角为20°～40°，而且槽数为30～80。
3.如权利要求1或者权利要求2所述的内壁带槽的传热管，其特征在于上述槽以倒梯形形状的横截面形状形成。
4.热交换器的制作方法，其特征在于利用权利要求1乃至权利要求3的任一项记载的内壁带槽的传热管，以机械胀管的方法，将传热管胀管安装在设于板状散热片的安装孔内。
5.如权利要求4所述的热交换器的制作方法，其特征在于使上述传热管的基壁厚在胀管后与胀管前相比减少8μm以上。
6.如权利要求4或者权利要求5所述的热交换器的制作方法，其特征在于上述机械胀管操作以3～8％的胀管率实施。
全文摘要
提供可以有效抑制机械胀管时的鳍毁坏或者鳍倒伏等鳍变形的内壁带槽的传热管。内壁带槽的传热管2，在管内壁形成多条沿管周方向或者与管轴呈一定螺旋升角延伸的槽12，同时，在这些槽12之间，形成一定高度的内壁鳍14，并使之为如下构成使管外径在4mm～10mm之间，而且使上述槽的槽深在0.10mm～0.30mm之间，同时，使成为在上述槽的形成部位的管壁厚的基壁厚(t)满足下式t≤0.1248×D
文档编号F28F1/10GK1445506SQ02107708
公开日2003年10月1日 申请日期2002年3月18日 优先权日2002年3月18日
发明者佐佐木直荣, 近藤隆司, 柿山史郎 申请人:住友轻金属工业株式会社