翅片管式换热器用传热管和使用了其的翅片管式换热器的制造方法
【专利摘要】本发明提供能够有效地提高制冷剂侧的导热率的翅片管式换热器用传热管和使用了其的翅片管式换热器。将形成于由铝或铝合金构成的扁平多孔管(14)的梯形形状的孔(20)构成为，使上底长度成为下底长度的1/2以下，使孔的高度成为传热管的厚度的0.5倍～0.8倍，并且使通过4倍的孔的截面积除以孔的边的长度之和而定义的水力直径D与孔的高度h之比D/h处于0.40～0.85的范围内，组装这种扁平多孔管(14)与由铝或铝合金构成的翅片(12)构成了翅片管式换热器(10)。
【专利说明】翅片管式换热器用传热管和使用了其的翅片管式换热器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及翅片管式换热器用传热管和使用了该翅片管式换热器用传热管的翅 片管式换热器，特别是涉及适合用于家庭用空调、箱型空调等空调机中的翅片管式换热器 的传热管和使用了该传热管的翅片管式换热器。
【背景技术】
[0002] -直以来，除了家庭用空调、汽车用空调、箱型空调等空调用设备使用作为蒸发器 或冷凝器进行工作的换热器以外，在冰箱、热泵式热水器等中也使用作为蒸发器或冷凝器 进行工作的换热器，其中，在家庭用室内空调、营业用箱型空调中，最通常使用在传热管上 组装翅片而成的结构的翅片管式换热器。
[0003] 另外，近年来，从保护臭氧层、防止地球变暖等方面考虑，也正在进行取代以往的 氟利昂系制冷剂而利用了变暖系数较低的自然制冷剂的换热器的开发，其中，使用了以二 氧化碳为主体的制冷剂的热水器受到关注，其开发正在推进，这种热水器的空气换热器也 采用了与上述相同的翅片管式换热器。
[0004] 但是，该翅片管式换热器被实用化的通常是使用被实施了预定加工的翅片（外表 面翅片）与传热管、并使该翅片与传热管相结合而成的结构的换热器。而且，在形成为这种 结构的换热器中，通过使制冷剂在传热管内流通的同时，使作为换热流体的空气沿着翅片 向与传热管成直角的方向流动，从而在制冷剂与空气之间进行换热。
[0005] 而且，作为在这种翅片管式换热器中使用的传热管之一，所知道的有具有利用多 个分隔壁将扁平形状的管内部分割为多个流路而成的结构的扁平多孔管。另外，该扁平多 孔管通常采用通过分流挤压（日文：#一卜*一&押出）铝或铝合金而获得的扁平多孔管， 但是作为这种扁平多孔管的截面形状，例如如日本特开平6 - 142755号公报（专利文献1) 明确所示，经常使用将管内部的流路形成为四边形状的扁平多孔管。另外，在这种扁平多孔 管中，增加流路的表面积的做法对提高换热效率是有效的，因此在日本特开平5 - 222480 号公报（专利文献2)中，明确了在形成为四边形状的孔的内表面上形成许多微小的凹凸而 增加表面积的构造。通过如此增大流路的表面积，从而增大在孔的内部流通的制冷剂与孔 表面之间的接触面积，通过提高制冷剂侧的导热率、即提高制冷剂与传热管之间的导热率， 从而实现了换热效率的提
[0006] 但是，在利用分流挤压铝或铝合金等挤压成形来形成扁平多孔管的情况下，由于 无法使形成于孔的内表面的凹凸的大小足够小，因此无法充分地增大表面积。特别是在出 于使换热器小型化等目的而减小了扁平多孔管的情况下，所形成的孔也变小，因此基于由 这种凹凸的形成使表面积增加从而提高导热率的效果不能说是足够的。
[0007] 另外，在上述专利文献1(日本特开平6 - 142755号公报）的图9的（c)、日本特开 平9 一 72680号公报（专利文献3)中，明确了将扁平多孔管的孔截面形状形成为三角形形 状的内容。即，在专利文献1中，在进行多孔管的挤压成形时，只不过将延长多孔管挤压用 模具的寿命、提高产品的尺寸、精度作为目的，作为使用这种多孔管挤压用的模具制作的多 孔管的孔形状的一例，只是列举了三角形形状。另外，在专利文献2中，涉及一种多孔扁平 管，其通过轧制或压缩获得预定的厚度与平坦的表面，并且通过加工硬化来改善抗拉强度， 能够赋予适当的硬度与弹性，并明确了使孔形状形成等腰三角形的截面形状的结构作为能 够获得这种特性的多孔扁平管的结构。
[0008] 但是，在这些专利文献1、3所明确的扁平多孔管中，只是单纯将通过挤压加工而 形成的多孔管的孔形状形成为三角形截面形状，或者只不过是为了改进多孔管的硬度、弹 性而将其孔形状形成了等腰三角形的截面形状。即，对于三角形的具体的形状、传热管的导 热率没有任何研究。并且，那样在利用挤压加工将形成于扁平多孔管的孔形成为三角形形 状的情况下，存在挤压加工时的金属流动进行得不顺利而难以形成目标三角形形状的孔的 制造方面的问题。
[0009] 现有抟术f献 [0010] 专利f献
[0011] 专利文献1 :日本特开平6 - 142755号公报
[0012] 专利文献2 :日本特开平5 - 222480号公报
[0013] 专利文献3 :日本特开平9 一 72680号公报
【发明内容】
[0014] 发明要解决的问是页
[0015] 在此，本发明是以该情况为背景而做成的，其要解决的问题在于提供一种能够有 效地提高制冷剂侧的导热率、挤压加工性能也优良的翅片管式换热器用传热管，另外，提供 一种使用这种翅片管式换热器用传热管制作的、空气调节机用等翅片管式换热器也是其要 解决的问题。
[0016] 用于解决问题的方案
[0017] 因此，在本发明中，为了解决如上所述的问题，其主旨在于提供一种翅片管式换热 器用传热管，其能组装由铝或铝合金构成的翅片，其特征在于，该翅片管式换热器用传热管 由铝或铝合金构成的、整体扁平的截面形状的多孔管构成，而且设于该多孔管的沿管轴向 延伸的许多个梯形截面形状的孔在宽度方向上分开且相互平行地排列，并且该孔的上底长 度为下底长度的1/2以下，该孔的高度大于等于下底长度且为该多孔管的厚度的0. 5倍? 0.8倍，而且通过4倍的该孔的截面积除以该孔的边的长度之和而定义的水力直径D与孔的 高度h之比D/h处于0.40?0.85的范围内。
[0018] 另外，该基于本发明的翅片管式换热器用传热管的优选的技术方案之一在于，设 于上述多孔管的多个相邻的孔在相互成为上下颠倒的梯形截面形状的关系下进行配设。
[0019] 而且，基于本发明的翅片管式换热器用传热管的另一个优选的技术方案之一在 于，上述孔的横截面形状为等腰梯形形状，另一个更优选的技术方案之一在于，上述孔的横 截面形状为下底与一个腰形成的内角是90°的梯形形状。
[0020] 并且，在本发明中，其主旨还在于提供一种翅片管式换热器，其是组装由铝或铝合 金构成的翅片和由铝或铝合金构成的、整体扁平的截面形状的多孔管而成的，其特征在于， 上述多孔管是将沿管轴线方向延伸的许多梯形截面形状的孔在宽度方向上分开且相互平 行地排列而构成的，并且该孔的上底长度为下底长度的1/2以下，该孔的高度大于等于下 底长度且为该多孔管的厚度的0. 5倍?0. 8倍，而且通过4倍的该孔的截面积除以该孔的 边的长度之和而定义的水力直径D与孔的高度h之比D/h处于0. 40?0. 85的范围内。
[0021] 另外，根据这种的基于本发明的翅片管式换热器的优选的技术方案之一，作为上 述翅片，使用矩形的板状翅片，并且通过将上述多管孔嵌入在该板状翅片的一端以开口方 式设置的预定长度的狭缝内并进行固定，从而将该多孔管和板状翅片组装在一起。
[0022] 进而，基于本发明的翅片管式换热器的另一个优选的技术方案之一在于，作为上 述翅片，使用波形形状的波纹翅片，并且通过使多个该波纹翅片和多个上述多孔管交替层 叠并相互接合从而组装在一起。
[0023] 发明的效果
[0024] 因而，根据这种基于本发明构成的翅片管式换热器用传热管，形成为梯形截面形 状的孔是以将该梯形形状的上底和下底长度之比、该孔的高度和传热管的厚度之比、以及 通过4倍的该孔的截面积除以该孔的边的长度之和而定义的水力直径D与孔的高度h之比 D/h设定在适当的范围内的方式形成，因此制冷剂在传热管的孔的内部流动时，制冷剂在被 梯形截面形状的底边（下底）和腰夹着的部位中的角度较小的部分、被形成为下底的1/2 以下的长度的上底和两个腰夹着的部位等的、孔的较窄的部分中流通，由此与每单位体积 的制冷剂接触的多孔管内面的面积增加，能够有效地提高制冷剂与传热管之间的导热率、 即传热管的换热效率。而且，制冷剂通过这种孔的较窄的部分，能够形成局部的流动状态， 因此能够更有效地提高换热效率。
[0025] 并且，该基于本发明构成的翅片管式换热器用传热管中，孔形状形成为梯形形状， 因此在通过挤压加工来制造传热管时，与制造形成三角形状的孔的扁平多孔管相比，易于 产生金属流动，能够有利于提高挤压加工性能。
[0026] 而且，使用形成为这种结构的翅片管式换热器用传热管所制作的翅片管式换热 器，由于传热管中有利地提高了制冷剂侧的导热率，因此能够获得较高的换热性能，并且有 利于获得换热器的小型化、轻量化以及制造成本降低这样的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1是表示基于本发明的翅片管式换热器的一例的立体说明图。
[0028] 图2是表示构成图1所示的翅片管式换热器的翅片的立体说明图。
[0029] 图3是将构成图1所示的翅片管式换热器的扁平多孔管的横截面的一部分放大表 示的截面说明图。
[0030] 图4是概略表示在实施例中使用的换热性能评价用翅片管式换热器的主视说明 图。
[0031] 图5是表示为了构成在实施例中使用的换热器而准备的扁平多孔管的横截面的 说明图，图5的（a)表示孔形状为等腰梯形形状的截面，图5的（b)表示孔形状为底边与一 个腰形成的内角是直角的梯形形状的截面，图5的（c)表示与图5的（b)不同尺寸的梯形 形状的截面。
[0032] 图6是表示在实施例中为了构成用于比较的换热器而准备的扁平多孔管的横截 面的说明图，图6的（a)表示四边形形状的孔形状的截面，图6的（b)表示圆形形状的孔形 状的截面。
[0033] 图7是表示在实施例中为了构成用于比较的换热器而进一步准备的扁平多孔管 的横截面的说明图，图7的（a)和图7的（b)分别表示具有本发明规格以外的梯形形状的 孔形状的扁平多孔管。
【具体实施方式】
[0034] 以下，为了更具体地明确本发明，参照附图详细地说明本发明的实施方式。
[0035] 首先，在图1中，以立体图的方式概略示出了使用了基于本发明的翅片管式换热 器用传热管的翅片管式换热器的实施方式之一。在此，换热器10通过将两根扁平多孔管 14、14插入于设于配置为相互平行且隔开恒定距离的多张翅片12的狭缝状的组装孔16内 固定接合于该翅片12上而构成。
[0036] 更详细地说，翅片12与以往相同地由铝或者铝合金构成的金属材料、例如日本工 业标准JIS命名为A1000系、A3000系、A7000系等铝材料形成，也如图2所示，形成为呈矩 形的平面形状的薄壁的板状翅片。另外，在该翅片12上形成有用于组装扁平多孔管14的 组装孔16,该组装孔16形成为从矩形形状的翅片12的一端向翅片12的宽度方向（在图2 中为左右方向）延伸的狭缝。并且，在该组装孔16周围，与翅片12 -体形成有预定高度的 卡圈部18,该卡圈部18以U字形状直立设置。
[0037] 另一方面，如熟知的那样，扁平多孔管14由利用铝或者铝合金构成的金属材料、 例如日本工业标准JIS命名为A1000系、A3000系、A6000系等铝材料形成，在此，扁平多孔 管14形成有沿管轴线方向延伸的10个孔20,由呈扁平形状的多孔管构成。在此，孔20也 如将与管轴线垂直的方向的截面、所谓横截面的局部放大而得到的图3所示，呈梯形截面 的形状，其梯形的两个底边中的上底长度a形成为下底长度b的1/2以下，高度h大于等于 下底长度b，并且，该孔的高度h形成为扁平多孔管14的厚度H的0. 5倍?0. 8倍的长度。 于是，在此将该孔20的梯形形状形成为如下的等腰梯形形状：孔的高度h和下底长度b形 成相同的长度、上底长度a形成下底长度b的1/2的长度，并且各自的底边（上底、下底）的 两端的内角为相等角度。另外，如图所示，形成为这种形状的孔20的、相邻的孔20彼此分别 在上下方向颠倒的形态下，沿扁平多孔管14的宽度方向隔开预定间隔地相互平行地排列。
[0038] 并且，在这种孔20中，构成为通过4倍的其截面积除以孔的边的长度之和而定义 的水力直径D与孔的高度h之比D/h处于0. 40?0. 85的范围内。即，在此，由于孔20构 成为孔高度h和下底长度b相同且上底长度a为下底长度b的1/2的等腰梯形形状，因此 D/h = 0. 84,处于在上述所规定的D/h的范围内。
[0039] 如此，通过以使梯形的上底长度a、下底长度b、孔的高度h以及扁平多孔管14的 厚度H之比，还有水力直径D和孔的高度h之比D/h成为上述范围内的值的方式设定扁平 多孔管14的孔20的孔形状，从而使制冷剂有效地通过孔20的较窄的部分，与每单位体积 的制冷剂接触的孔内面的面积增加，有利于提高制冷剂与传热管之间的导热率。另外，制冷 剂通过这种孔20的较窄的部分，从而产生局部的流动状态，因此也能够更有效地提高导热 率。
[0040] 但是，在上述的扁平多孔管14中，在上底长度a超过下底长度b的1/2或者孔高 度h小于下底长度b的情况下，由于制冷剂易于通过孔20内，因此制冷剂与传热管之间的 传热难以充分地进行。另外，当孔高度h小于传热管的厚度H的0. 5倍时，则产生孔变得过 小而难以制造的问题。另一方面，在孔高度h大于传热管的厚度H的0. 8倍的情况下，扁平 多孔管14的上下壁厚变得过薄，也会难以制造。另外，孔20的梯形形状的上底长度a优选 0· Imm以上。这是因为当该长度a小于0· Imm时，使挤压加工时的金属流动恶化，而难以制 造目标扁平多孔管。
[0041] 并且，在水力直径D和孔高度h的关系为在该D/h的值小于0.40的情况下，孔20 变得过小，难以制造扁平多孔管，因此并不是实用的。另一方面，在D/h的值大于0.85的情 况下，每单位体积的制冷剂的接触面积增加得不够，导热率的提高效果难以有利地发挥。
[0042] 因此，使用这种扁平多孔管14和翅片12,将该多张翅片12在使分别形成于各翅 片12的组装孔16对齐的状态下以相互平行且隔开恒定距离的方式进行配置，将扁平多孔 管14嵌入于该对齐后的组装孔16内并固定地进行组装，从而构成目标翅片管式换热器10。 另外，众所周知，通过借助机械插入法（力^ 钎焊的接合或者借助粘接剂的粘着等 公知的各种方法来进行该扁平多孔管14与翅片12之间的固定组装，从而做成为一体的翅 片管式换热器。另外，作为构成这种翅片管式换热器的传热管的扁平多孔管14的各自的两 端部分别连接于在此未图示的集管，扁平多孔管14的10个孔20、即沿管轴线方向延伸的供 制冷剂流通的10条流路分别汇聚于制冷剂的入口侧和出口侧，形成翅片管式换热器10。
[0043] 因而，在形成为这种基于本发明的结构的翅片管式换热器10中，形成于扁平多孔 管14的孔20的形状形成为不仅单纯增大了制冷剂与孔内面之间的接触面积、而且也能够 增大每单位体积的制冷剂所接触的接触面积、并有利于提高制冷剂侧的导热率的梯形形 状，因此在扁平多孔管14中，在管内流通的制冷剂与传热管之间的换热效率有效地提高， 其结果，能够有效地提高换热器10的换热性能。另外，通过该形成于扁平多孔管14的孔20 形成为梯形形状，能够有利于解决或者避免在挤压加工时金属流动恶化从而使加工性降低 的问题，由此发挥较高的挤压加工性能。并且，通过如此使用发挥较高的导热率的扁平多孔 管14,能够使换热器10小型、轻量化，并且也有利于发挥减少制造成本这样的效果。
[0044] 以上，详细说明了本发明的代表性的实施方式之一，但是这终归不过是例示，应理 解为，不应由这样的实施方式的具体记述限定性地解释本发明。
[0045] 例如，在上述实施方式中，例示了在设于板状的翅片12的组装孔16内组装扁平多 孔管14而构成的翅片管式的换热器10,但是例如也能够设为如图4所示的、在扁平多孔管 22、22之间组装波纹状（波状）的翅片24而构成的、波纹翅片式的翅片管式换热器30。
[0046] 另外，形成于扁平多孔管14的孔20的形状在上述实施方式中形成了如下等腰梯 形形状：孔高度h和下底b的长度相同，并且上底长度a为下底长度b的1/2,而且各自的 底边的两端的内角形成为相等角度，但是只要是水力直径D和孔的高度h之比D/h处于本 发明的预定的范围内的梯形形状，除例示的等腰梯形以外，还可以适当地选择底边（下底） 的两端的内角的角度各异的梯形、底边（下底）与一个腰形成的内角是直角的梯形等各种 梯形形状。并且，在例示的梯形形状中，梯形的各个边（底边、腰）呈直线状，但是只要是D/ h满足上述关系，也能够形成为具有预定的曲率半径的圆弧状的边。
[0047] 此外，在此，该孔20的内表面设为平坦的面，但是也可以是形成有微小的凹凸 (槽、突条）的面。通过形成这种凹凸，能够进一步增大每单位体积的制冷剂与孔20的表面 之间的接触面积，能够更有效地提高制冷剂与传热管之间的导热率。
[0048] 此外，虽未一一例举，但是本发明基于本领域技术人员的知识，可在施加了各种变 更、修改、改进等方式中进行实施，而且当然只要这种实施方式不脱离本发明的主旨，就全 都属于本发明的范畴。
[0049] 实施例
[0050] 以下，示出本发明的代表性的实施例，更具体地明确本发明，但是本发明当然也不 因为这样的实施例的记载而受到任何限制。
[0051] 首先，作为基于本发明的翅片管式换热器用传热管，通过对铝合金（日本工业标 准JISA3003)进行挤压加工，从而准备呈如图5的（a)所示那样的截面形状的、宽度W为 16mm、厚度H为I. 9mm、孔数为12的挤压扁平多孔管40,将其作为传热管No. 1。设于该传热 管No. 1的12个孔42的形状设为上底a为0· 6mm、下底b为I. 2mm、高度h为I. 2mm(传热 管厚度的0.63倍）的等腰梯形。另外，水力直径等各参数如下述表1所示。另外，在下述 表1中，孔高度h表示扁平多孔管40的厚度方向上的孔的高度，流路面积表示与轴向垂直 的截面上的每一个孔的孔部分的截面积，孔周长度表示截面上的每一个孔的边的长度。
[0052] 另外，作为基于本发明的翅片管式换热器用传热管的其他例子，准备如图5的（b) 和图5的（c)所示的截面形状的扁平多孔管44、46,并分别作为传热管No. 2、传热管No. 3。 在此，传热管No. 2为宽度W为16mm、厚度H为I. 9mm、孔数为20个的挤压扁平多孔管，该 孔形状为上底为〇· 1mm、下底为〇· 7mm、高度为I. 5mm(传热管厚度的0.79倍）、底边（下 底）与一个腰形成的内角是90°的梯形形状。另外，传热管No. 3为宽度W为16mm、厚度 H为I. 9mm、孔数为14的挤压扁平多孔管,该孔形状为上底为0· 4mm、下底为0· 7mm、高度为 1.5_、底边与一个腰形成的内角是90°的梯形形状。即，传热管2、传热管3的宽度W和厚 度H与传热管1的宽度W和厚度H相同，但是为孔形状和孔数各异的扁平多孔管。另外，该 传热管No. 2、No. 3与传热管No. 1相同地通过对铝合金（日本工业标准JISA3003)进行挤 压加工来进行制作。另外，这些传热管No. 2、No. 3的流路面积、水力直径等各参数一并在下 述表1中示出。
[0053] 另外，作为用于比较的传热管，准备如图6的（a)所示那样的孔形状为四边形（一 边的长度为Imm的正方形）的扁平多孔管50和如图6的（b)所示那样的孔形状为圆形（直 径为1.2mm的圆）的扁平多孔管52,分别作为传热管No. 4、传热管No. 5。并且，作为虽然孔 形状为梯形形状，但是D/h的值处于本发明的范围外的扁平多孔管，准备形成如图7的（a) 和图7的（b)所示的孔形状的扁平多孔管54、56,分别作为传热管No. 6、传热管No. 7。在此， 传热管No. 6的孔形状成为上底为0. 2mm、下底为0. 5mm、高度为I. 5mm(传热管厚度的0. 79 倍）且底边与一个腰形成的内角是90°的梯形形状。另外，传热管No. 7的孔形状成为上底 为0. 8mm、下底为I. 2mm、高度为I. 2mm(传热管厚度的0. 63倍）且底边与一个腰形成的内 角是90°的梯形形状。另外，对于这些传热管No. 4?传热管No. 7也与传热管No. 1?传 热管No. 3相同地通过对铝合金（日本工业标准JISA3003)进行挤压加工来进行制作，其宽 度、厚度全部形成为与传热管No. 1相同的宽度W :16mm、厚度H :1. 9mm。但是，关于孔数，传 热管No. 4、传热管No. 5、传热管No. 7设有12个孔，传热管No. 6设有18个孔。另外，这些 传热管No. 4?传热管No. 7中的流路面积、水力直径等各参数一并在下述表1中示出。
[0054] [表 1]
[0055]
【权利要求】
1. 一种翅片管式换热器用传热管，其能组装由铝或铝合金构成的翅片，其特征在于， 该翅片管式换热器用传热管由铝或铝合金构成的、整体扁平的截面形状的多孔管构 成，而且设于该多孔管的沿管轴向延伸的许多梯形截面形状的孔在宽度方向上分开且相互 平行地排列，并且该孔的上底长度为下底长度的1/2以下，该孔的高度大于等于下底长度 且为该多孔管的厚度的〇. 5倍?0. 8倍，而且通过4倍的该孔的截面积除以该孔的边的长 度之和而定义的水力直径D与孔的高度h之比D/h处于0. 40?0. 85的范围内。
2. 根据权利要求1所述的翅片管式换热器用传热管，其特征在于，设于上述多孔管的 许多孔的相邻的孔以相互成为上下颠倒的梯形截面形状的关系配设。
3. 根据权利要求1或2所述的翅片管式换热器用传热管，其特征在于，上述孔的横截面 形状为等腰梯形形状。
4. 根据权利要求1或2所述的翅片管式换热器用传热管，其特征在于，上述孔的横截面 形状为下底与一个腰形成的内角是90°的梯形形状。
5. -种翅片管式换热器，其是组装由铝或铝合金构成的翅片和由铝或铝合金构成的、 整体扁平的截面形状的多孔管而成的，其特征在于， 上述多孔管是将沿管轴向延伸的多个梯形截面形状的孔在宽度方向上分开且相互平 行地排列而构成的，并且该孔的上底长度为下底长度的1/2以下，该孔的高度大于等于下 底长度且为该多孔管的厚度的0. 5倍?0. 8倍，而且通过4倍的该孔的截面积除以该孔的 边的长度之和而定义的水力直径D与孔的高度h之比D/h处于0. 40?0. 85的范围内。
6. 根据权利要求5所述的翅片管式换热器，其特征在于，上述翅片使用矩形的板状翅 片，并且通过将上述多管孔嵌入在该板状翅片的一端以开口方式设置的预定长度的狭缝内 并进行固定，从而将该多孔管和板状翅片组装在一起。
7. 根据权利要求5所述的翅片管式换热器，其特征在于，上述翅片使用波形形状的波 纹翅片，并且通过使多个该波纹翅片和多个上述多孔管交替层叠并相互接合从而组装在一 起。
【文档编号】F28F1/40GK104380026SQ201380031247
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年5月8日 优先权日:2012年6月13日
【发明者】柿山史郎, 笹崎幹根 申请人:株式会社Uacj