专利名称：交叉翅片式换热器及使用了该交叉翅片式换热器的制冷循环装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在经由多个折回部蛇行的传热管的直管部周围层叠多个传热翅片而成的交叉翅片式换热器和使用了该交叉翅片式换热器的制冷循环装置。
背景技术：
一般来说，在经由折回部蛇行的传热管的直管部周围层叠多个翅片而成的交叉翅片式换热器中，传热面的表面温度被冷却到空气露点温度以下时，空气中的水蒸气在传热面表面冷凝，在表面上产生水滴。尤其在翅片温度为0°c以下的情况下，发生空气中的水蒸气在传热面表面成为霜的结霜现象。随着传热面表面的结霜的进行，空气通过的风路被堵塞，通风阻力增加，装置的性能大幅度降低。
为避免因这样的结霜导致的性能降低，需要定期地进行除去在换热器表面上产生的霜的化霜(除霜)运转。化霜运转例如采用切换制冷循环的制冷剂的流动并从内部加热成为对象的换热器的高温气体方式、和通过设置在换热器附近的加热器从外部加热的加热器方式等。在化霜运转过程中，作为装置的作用、例如空气调节下的舒适性降低，另外，设备的效率也降低。因此，需要极力地缩短化霜运转时间。对于该结霜问题，以往，在翅片表面上形成亲水性的涂层，通过等离子体照射在该亲水性涂层上形成细微的凹凸，由此，扩大翅片表面的亲水性涂层的面积，形成增强涂层的效果的超亲水性，使成为霜的原因的附着水分容易吸附于翅片表面，促进因重力而流下排出，或者，在翅片表面上形成疏水性的涂层，通过等离子体照射在该疏水性涂层上形成细微的凹凸，由此，扩大翅片表面的疏水性涂层的面积，形成增强涂层的效果的超疏水性，使成为霜的原因的附着水分球状化，促进从翅片表面因重力而落下排出，实施结霜延迟(例如，参照专利文献I)。现有技术文献专利文献I :日本特开2002 — 90084号公报(图2)像这样，在以往的交叉翅片式换热器中，基本上利用形成在翅片表面的亲水性或疏水性的涂层所具有的效果来提高由重力产生的水的排水性，获得结霜延迟效果。但是，在制冷剂流动的传热管例如为扁平形状的交叉翅片式换热器的情况下，扁平传热管的长度方向沿水平配置的情况较多，在该水平配置部分，不能期待因重力产生的排水效果。另外，因相同的理由，也不能期待化霜时间的缩短效果。
发明内容
本发明的技术课题是得到不由重力产生的排水效果，实现排水性的提高、达到翅片间(风路)堵塞的时间的延长、以及化霜时间的缩短。本发明的交叉翅片式换热器的保持装置由下述结构构成。即，在经由多个折回部蛇行的传热管的直管部周围层叠多个传热翅片而成的交叉翅片式换热器中，在传热管和传热翅片与空气的传热面上设置有孔，上述孔具有比从水蒸气向冷凝液滴的相变化时产生的核的临界半径小的半径。发明的效果在本发明的交叉翅片式换热器中，在传热管和传热翅片与空气的传热面上设置的孔具有比从水蒸气向冷凝液滴的相变化时产生的核的临界半径小的半径，因此，在该孔内部不能产生冷凝液滴，始终被空气填满。另外，在传热面上始终存在空气的部分和金属的部分。表面能越大越容易被水润湿，因此与表面能小的空气相比，水向表面能大的金属部移动。水从被该空气填满的孔向金属部的移动成为驱动力，排水性被促进，排水性提高，能够通过成为结霜成长的核的冷凝液滴的排除实现结霜延迟，并通过化霜时的排水性提高实现化霜时间的缩短，进而能够实现使用了该交叉翅片式换热器的制冷循环装置的高效率的运转。
图I是将本发明的实施方式I的交叉翅片式换热器作为蒸发器使用的制冷循环装置的制冷剂回路图。图2是表示采用了本发明的实施方式I的交叉翅片式换热器的蒸发器的主视图及A-A向首I]视图。图3是表示采用了本发明的实施方式I的交叉翅片式换热器的蒸发器和霜层的关系的立体图及B向视图。图4是表示将本发明的实施方式I的交叉翅片式换热器作为蒸发器使用的制冷循环装置的除霜时的制冷剂流动的制冷剂回路图。图5是表示采用了本发明的实施方式I的交叉翅片式换热器的蒸发器和除霜水的关系的立体图。图6是表示(I)式的r依存性的线图。图7是表示水蒸气压力和冷凝液滴的平衡蒸气压力的压力比的临界半径依存性的线图。图8是表示采用了本发明的实施方式I的交叉翅片式换热器的蒸发器的主视图、B-B向剖视图及主要部分放大图。图9是表示采用了本发明的实施方式I的交叉翅片式换热器的蒸发器表面上的排水性的示意图。图10是与以往相比地表示采用了本发明的实施方式I的交叉翅片式换热器的蒸发器表面上的霜成长过程的示意图。图11是表示采用了本发明的实施方式2的交叉翅片式换热器的蒸发器的主视图、C-C向剖视图及主要部分放大图。图12是表示凝固点下降的冷凝液滴的临界半径依存性的线图。图13是表示采用了本发明的实施方式2的交叉翅片式换热器的蒸发器表面上的排水性的示意图。图14是表示采用了本发明的实施方式3的交叉翅片式换热器的蒸发器的主视图、D-D向剖视图及主要部分放大图。
图15是表示采用了本发明的实施方式3的交叉翅片式换热器的蒸发器表面上的排水性的示意图。图16是表示本发明的实施方式3的交叉翅片式换热器的阳极氧化处理的顺序的示意图。图17是放大地表示本发明的实施方式3的交叉翅片式换热器的阳极氧化处理后的主要部分的示意图。图18是表示采用了本发明的实施方式3的交叉翅片式换热器的蒸发器的阳极氧化处理的方法的示意图。图19是放大地表示阳极氧化处理后的金属基质上的氧化膜的状态的示意图。
具体实施例方式实施方式I图I是将本发明的实施方式I的交叉翅片式换热器作为蒸发器使用的制冷循环装置的制冷剂回路图。制冷循环装置如图I所示地通过制冷剂配管将压缩机I、四通阀2、冷凝器3、膨胀机构4及蒸发器5连接成闭环，并且具有冷凝器用送风机6和蒸发器用送风机7，在制冷剂回路内填充有制冷剂。四通阀2位于图I所示的切换位置的情况下，制冷剂被压缩机I压缩，成为高温高压的气体制冷剂并通过四通阀2流入冷凝器3。制冷剂在冷凝器3中散热而成为液体制冷齐U，然后，通过膨胀机构4膨胀而成为低压的气液二相的制冷剂。然后，制冷剂在蒸发器5中从周围空气吸热，成为气体并返回压缩机I。此外，采用氟系制冷剂或HC制冷剂的情况下，产生冷凝而存在气体和液体的制冷剂，因此，采用将气体冷凝成液体的冷凝器3，但该冷凝器3在作为制冷剂采用CO2这样的超临界压力制冷剂的情况下，成为散热的散热器。图2表不图I的蒸发器5的详细情况。蒸发器5具有多个传热翅片8和多个传热管9。传热翅片8以规定的间隔多片地层叠，以贯穿设置在各翅片上的通孔的方式设置传热管9。传热管9呈扁平形状，通过气化流过内部的制冷剂来进行吸热，经由该传热管外表面及传热翅片8进行热交换。翅片材料及传热管多使用容易加工的热传导率好的铝板。为了高效率地进行与空气的热交换过程，通过朝向传热翅片8并行地设置的蒸发器用送风机7将空气送入蒸发器5。此外，这里，对平行的板状翅片进行了说明，但例如波纹式的传热翅片等也能够产生相同的作用和效果。例如，在空调机中，制热运转时的室外换热器成为蒸发器5，在流入蒸发器5的空气温度为2°C的情况下，蒸发器5内的制冷剂的蒸发温度为约一 5°C。传热面表面为0°C以下，在传热面上因流入的空气中的水蒸气而发生结霜。通过结霜，如图3所示，传热翅片8间(风路)被霜层11堵塞，风量减少，与空气的热交换量降低，设备效率恶化。图3 (a)是换热器的主要部分的立体图，图3 (b)是图3 Ca)的B向视图。在换热器上结霜的情况下，通过使传热面上生成的霜的量减少，或者即使是相同的结霜量，通过生成密度高的霜来延迟传热翅片8间(风路)的堵塞变得重要。另外，为除去传热面上生成的霜层11，装置进行除霜(化霜)运转，例如在空调机中，如图4所示地切换四通阀2而使高温高压的气体制冷剂在蒸发器5内流动，由此使霜层11融解。融解的霜成为除霜水12，通过传热翅片8沿重力方向下落，向外部流出。
在除霜运转过程中，制热运转停止，因此室温降低。室温降低时，不仅损害舒适性，而且在制热运转恢复时，制热负荷相应于室内温度降低的量而提高，效率恶化。若除霜时间越长，室温降低幅度越大，因此，若除霜时间短，舒适性及节能性都能提高。但是，若在除霜水12残留在传热面上的状态下再次开始制热运转，则以残留在传热面上的除霜水12为起点，产生霜。因此，确实地从传热面除去除霜水12变得重要。尤其是，将图2所示的扁平管作为传热管9使用的交叉翅片式换热器的情况下，如图5所示，在传热管9的上表面积存有除霜水12并难以排水，因此，提高排水性变得更重要。以下，对于提高排水性并且延迟传热翅片间(风路)的堵塞的方法进行详细说明。首先，关于从水蒸气向冷凝液滴的相变化时发生的核的临界半径进行说明。相变化是指在稳定的环境相中产生核，通过该核的成长而成为不同的相的现象。为使核成长，在热力学上，需要降低相整体的自由能dG。产生半径r的核时的自由能如下述(I)式所示。[式I]
权利要求
1.一种交叉翅片式换热器，是在经由多个折回部蛇行的传热管的直管部周围层叠多个传热翅片而成的交叉翅片式换热器，其特征在于， 在所述传热管和所述传热翅片的与空气的传热面上设置有孔，所述孔具有比从水蒸气向冷凝液滴的相变化时产生的核的临界半径小的半径。
2.一种交叉翅片式换热器，是在经由多个折回部蛇行的传热管的直管部周围层叠多个传热翅片而成的交叉翅片式换热器，其特征在于， 在所述传热管和所述传热翅片的与空气的传热面上设置有孔，所述孔具有滞留在内部的液滴的凝固温度变得比所述传热面的温度低的半径。
3.一种交叉翅片式换热器，是在经由多个折回部蛇行的传热管的直管部周围层叠多个传热翅片而成的交叉翅片式换热器，其特征在于， 在所述传热管和所述传热翅片的与空气的传热面上设置有第一孔和第二孔双方，所述第一孔具有比从水蒸气向冷凝液滴的相变化时产生的核的临界半径小的半径，所述第二孔具有滞留在内部的液滴的凝固温度变得比所述传热面的温度低的半径。
4.如权利要求I至3中任一项所述的交叉翅片式换热器，其特征在于，所述传热管的孔的直径和所述传热翅片的孔的直径不同。
5.如权利要求I至4中任一项所述的交叉翅片式换热器，其特征在于，所述传热面的孔通过阳极氧化处理形成。
6.如权利要求5所述的交叉翅片式换热器，其特征在于，在组装了所述传热管和所述传热翅片的状态下，实施所述阳极氧化处理。
7.如权利要求6所述的交叉翅片式换热器，其特征在于，当在所述传热面上通过所述阳极氧化处理开设孔时，与电源连接的仅是所述传热管，使开设在该传热管上的孔的直径比开设在所述传热翅片上的孔的直径大。
8.如权利要求6所述的交叉翅片式换热器，其特征在于，当在所述传热面上通过所述阳极氧化处理开设孔时，与电源连接的仅是所述传热翅片，使开设在该传热翅片上的孔的直径比开设在所述传热管上的孔的直径大。
9.如权利要求6至8中任一项所述的交叉翅片式换热器，其特征在于，在所述传热面上通过所述阳极氧化处理开设孔，由此形成氧化膜。
10.一种制冷循环装置，至少具有压缩机、冷凝器、膨胀机构及蒸发器，它们通过制冷剂配管被连接成闭环并构成制冷剂回路，在该制冷剂回路内填充了制冷剂，其特征在于， 作为所述蒸发器使用权利要求I至9中任一项所述的交叉翅片式换热器。
全文摘要
在经由多个折回部蛇行的传热管(9)的直管部周围层叠多个传热翅片(8)，在传热管(9)和传热翅片(8)与空气之间的传热面上，设置具有比从水蒸气向冷凝液滴的相变化时产生的核的临界半径小的半径的孔(21)，孔(21)内部始终被空气填满，水从被表面能小的空气填满的孔(21)向表面能大的金属部移动，提高排水性。
文档编号F28F1/32GK102884391SQ201080066718
公开日2013年1月16日 申请日期2010年5月12日 优先权日2010年5月12日
发明者滨田守, 田代雄亮, 福本久敏, 山下浩司, 森本裕之 申请人:三菱电机株式会社