用于制冷循环的热交换器的制造方法
【专利摘要】本文公开一种用于制冷循环的热交换器，其吸入管和毛细管均用铝制成，相比现有制冷循环热交换器中的铜制吸入管和铜制毛细管更便宜，而且容易应用曲径。毛细管选择JIS3000系列合金的铝合金制成，吸入管选择JIS1000系列铝的铝制成，毛细管外表面和吸入管外表面熔化且粘合，或尤其是，通过光纤激光束照射熔化且粘合。热交换器配备于冰箱中。
【专利说明】用于制冷循环的热交换器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于制冷循环的热交换器，制冷循环用于，例如，冰箱中。
【背景技术】
[0002] -般情况下，冰箱具有制冷循环，从压缩机排出的制冷剂依次通过冷凝器、毛细 管、蒸发器和吸入管，并返回压缩机。
[0003] 在压缩机中压缩的制冷剂转换成高温高压气体后送入冷凝器，并在冷凝器中放热 以便液化。液化后的制冷剂经过毛细管后送入蒸发器。从毛细管送至蒸发器的液化后制冷 剂经蒸发器蒸发，并吸收制冷剂周围的热量，以便产生冷空气。蒸发后的制冷剂通过吸入 管，然后返回压缩机，以便被再次压缩。
[0004] 在上述制冷循环中，通过毛细管的制冷剂温度相对较高。为了提高冷却效率，最有 效的是降低从毛细管输入蒸发器中的制冷剂温度。对于这一点，众所周知的方法是邻接吸 入管，这样在毛细管上流动的制冷剂温度相对较低。也就是，在吸入管的制冷剂和毛细管的 制冷剂之间执行热交换，以便降低流过毛细管的制冷剂温度。为了在用于制冷循环的热交 换器中彼此连接毛细管和吸入管，经常使用的方法是焊接毛细管和吸入管，使它们彼此并 联邻接。
[0005] 毛细管通常为内径Φ0. 6mm至Φ0. 8mm，外径Φ 2. 0mm至Φ 3. 0mm的细管，吸入管 为内径Φ4. 5mm至Φ6. 5mm，夕卜径Φ6. 0mm至Φ8. 0mm的圆管。另夕卜，毛细管和吸入管的长 度分别为2, 000mm至5, 000mm，但长度也可根据冰箱尺寸改变。
[0006] 在世界各地市场上，包括日本市场，用于制冷循环的热交换器配备于冰箱中时，铜 制成的吸入管和铜制成的毛细管彼此一体式连接，使得外表面彼此热接触。目前为止，铜制 吸入管和铜制毛细管一直广泛应用，因为它们热交换效率高，具有良好的耐腐蚀性能，通过 焊接很容易一体式连接。
[0007] 产品成本降低是制造产业的永久任务。如果能实现用于制冷循环的热交换器的成 本降低，也就可以实现冰箱产品的成本降低。为了实现冰箱产品的成本降低，要求热交换器 的功能和质量在容许范围内与现有热交换器相比不会变差。另外，应避免改进热交换器以 改变进入制冷循环系统的结构，或避免改变冰箱的整体结构。为此，改进的热交换器必须与 现有热交换器具有相同的结构，即，热交换器的吸入管和毛细管的形状，例如，吸入管或毛 细管的内径、外径、长度，必须保持在允许范围内。
[0008] 本发明的发明人判断如果用铝代替铜制作吸入管和毛细管，用于制冷循环的热交 换器与现有制冷循环的热交换器相比不会变差，且实际上具有与现有制冷循环的热交换器 相同的结构。即，本发明的发明人判断可以提供降低成本的热交换器用于制冷循环，因此提 出引用参考文献1的本发明。
[0009] 引用参考文献1公开一种用于制冷循环的热交换器，以及制造该热交换器的一种 方法。在引用参考文献1中，毛细管和吸入管分别用铝制成，选自铝-硅合金或锌-铝合金 的铜焊料在毛细管外表面和吸入管外表面之间的连接部分熔化，以便在其上形成圆角。
[0010] 此外，引用参考文献1中还描述了在连接部分应用的小点热源，在短时间内加热 连接部分，以便将对吸入管和毛细管的高温影响降到最低，使得铝制吸入管外表面和铝制 毛细管外表面使用压力焊接，这样可制造出具有良好热交换效率的热交换器用于制冷循 环，因为经证实细小毛细管通常由于温度过高而变形或熔化并毁坏。具体来说，使用激光束 作为热源，应用激光焊接使得吸入管外表面和毛细管外表面在压力状态下使用压力焊接， 这样外表面在熔化状态下彼此结合。
【发明内容】
[0011] 制冷循环的一大优势是，蒸发器的制冷量增加，如果毛细管外表面和吸入管外表 面彼此热接触的部分，即，换热距离，可以更长，则能降低能量消耗。另外，如果曲径可以应 用到热交换器中，使得热交换器尺寸紧凑，那么即使在有限空间内，如冰箱内，换热距离也 能更长。
[0012] 因此，为解决先前技术中产生的上述问题，本发明的一个目标是提供用于制冷循 环的热交换器，其吸入管和毛细管均用铝制成，相比现有制冷循环热交换器中的铜制吸入 管和铜制毛细管更便宜，而且容易应用曲径。
[0013] 为实施本发明，本发明的发明人选择JIS1000系列铝作为吸入管材料，此系列铝 热传导性最高，并具有优良的可加工性、耐蚀性、可焊性等，作为直径小于吸入管直径的毛 细管的材料，发明人选择不会破坏JIS1000系列铝切削加工性和耐腐蚀性，能增加强度，并 具有优异导热性和可焊性的铝合金。
[0014] 为了实现上述目的，本发明提供了一种用于制冷循环的热交换器，该热交换器经 配置使得从压缩机排出的制冷剂依次在冷凝器、毛细管、蒸发器、吸入管和压缩机相继循 环，且其中毛细管外表面和吸入管外表面彼此热接触，其中毛细管选择JIS3000系列合金 的铝合金制成，吸入管选择JIS1000系列铝的铝制成，毛细管外表面和吸入管外表面熔化 且粘合。
[0015] 在本发明的另一态样中，本发明提供了一种用于制冷循环的热交换器，该热交换 器经配置使得从压缩机排出的制冷剂依次在冷凝器、毛细管、蒸发器、吸入管和压缩机相继 循环，且其中毛细管外表面和吸入管外表面彼此热接触，其中毛细管选择JIS3000系列合 金的铝合金制成，吸入管选择JIS1000系列铝的铝制成，毛细管外表面和吸入管外表面通 过光纤激光束照射熔化且粘合。
[0016] 此外，本发明提供配备制冷循环热交换器的冰箱。
[0017] 根据本发明用于制冷循环的热交换器的功能和质量在容许范围内与现有制冷循 环的热交换器相比不会变差，且实质上具有与现有热交换器相同的结构，即，构成热交换器 的吸入管和毛细管的形状（内径、外径和长度）保持在允许范围内，热交换器包括铝制成的 吸入管和毛细管，便宜且容易应用曲径。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 下面将通过以下本发明优选实施例，结合附图对本发明的上述和其他目标、特征 及优点详细说明描述，其中：
[0019] 图1是制冷循环的基本结构示意图，该制冷循环使用根据本发明的热交换器；
[0020] 图2是根据本发明的热交换器的立体图；
[0021] 图3是光纤激光焊接机的概念视图；
[0022] 图4是吸入管和毛细管的外表面通过压紧辊使用压力焊接的状态示意图；
[0023] 图5是展示根据本发明的热交换器的制造方法的模拟图；
[0024] 图6是冰箱的原理图，该冰箱中配备有使用曲径热交换器的制冷循环；及
[0025] 图7是图6中曲径热交换器的放大原理图。
【具体实施方式】
[0026] 在本发明中，选自JIS3000系列合金的铝合金制成的毛细管103简单命名为毛细 管103,选自JIS1000系列铝的铝制成的吸入管105简单命名为吸入管105。
[0027] 下面将参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。图1是制冷循环的基本结 构示意图，该制冷循环使用根据本发明的热交换器。图1中所示制冷循环包括用于吸入和 排出制冷剂的压缩机101 ;-端连接至压缩机101的制冷剂排出端的冷凝器102 ; -端连接 至冷凝器102另一端的毛细管103 ;-端连接至毛细管103另一端的蒸发器104 ;以及一端 连接至蒸发器104另一端的吸入管105,吸入管105另一端连接至压缩机101的制冷剂吸入 端。在制冷循环中，选自JIS1000系列铝的铝制成的吸入管105的外表面，和选自JIS3000 系列合金的铝合金制成的毛细管103的外表面彼此热接触，这样构成了根据本发明的用于 制冷循环的热交换器106。选自JIS1000系列铝的铝制成的吸入管105的外表面，和选自 JIS3000系列合金的铝合金制成的毛细管103的外表面熔化且粘合。
[0028] 根据本发明的制冷循环可进一步包括累加器和干燥器，累加器置于蒸发器104和 吸入管105之间，用于从液态制冷剂分离蒸发后的气态制冷剂，从而使气态制冷剂朝向压 缩机101，干燥器置于冷凝器102和毛细管103之间用于去湿。
[0029] 在压缩机101中压缩的制冷剂转换成高温高压气体后送入冷凝器102,并在冷凝 器102中放热以便液化。液化后的制冷剂通过毛细管103时解压，然后送入蒸发器104,在 这里，液化后的制冷剂蒸发时吸收周围热量，因此周围空气冷却。低温的蒸发后制冷剂通过 吸入管105,然后返回压缩机101，以便被再次压缩。所用制冷剂最好为烃类制冷剂，如环戊 烷、异丁烷等，这类制冷剂诱发全球变暖的系数低。
[0030] 在制冷循环中，由于毛细管103和吸入管105彼此热接触，流过毛细管103的液态 制冷剂通过流过吸入管105的低温制冷剂冷却，从而提高冷却效率。
[0031] 图2是根据本发明的热交换器的立体图。在热交换器106中，吸入管105的外表 面和毛细管103的外表面在外表面熔化然后毛细管103和吸入管105彼此热接触的状态下 彼此连接。具体来说，毛细管103和吸入管105的外表面连接部分通过激光束照射熔化且 粘合。
[0032] 根据本发明的热交换器106的毛细管103选用JIS3000系列合金的铝合金制成， 吸入管105选用JIS1000系列铝的铝制成。用于毛细管的选自JIS3000系列合金的铝合金 有 A3003、A3004、A3103、A3104 等。此外，用于吸入管的 JIS1000 系列铝有 A1050、A1070、 A1100、A1200 等。
[0033] 毛细管103的内径、外径和长度以及吸入管105的内径、外径和长度没有特别的限 制，最好毛细管103和吸入管105的内径、外径和长度与家用、商用或其他用途冰箱中采用 的范围相同。毛细管103的内径约为Φ0. 6mm至Φ0. 8mm，外径约为Φ 2. Omm至Φ 3. Omm。 另夕卜，吸入管105为圆形管，内径约为Φ 4. 5mm至Φ 6. 5mm，外径约为Φ 6. Omm至Φ 8. Omm。 毛细管103和吸入管105的长度分别为2, 000mm至5, 000mm，但长度也可按照配备了本发明 热交换器的冰箱的尺寸而改变。
[0034] 图3是制造热交换器106时使用的光纤激光焊接机的概念视图。这里，在本发明 中，光纤激光焊接机用作激光焊接机器。元件符号301表示光纤激光主体，302表示光导纤 维(纤维直径为Φ)，303表示激光束照射装置。图中以虚线指示，引入激光束照射装置303 的激光束（LB)经透镜L1 (焦距为f\)配置成为平行光束，并经另一透镜L2 (焦距为丨2)收 集，使预定光点直径的激光束（LB)照射到工件405 (见图4)上，工件405朝相对激光束（LB) 的方向移动。
[0035] 同时，工件405通过压紧辊401和402压紧，吸入管105和毛细管103的外表面使 用压力焊接(见图4)，但附图中只做了简单示意。附图中，工件405沿箭头(一)方向移动(在 附图中从左至右)。元件符号308表示氮气罐，307表示氮气喷射喷嘴。激光焊接时，可使用 惰性气体如氩气以防止工件405氧化。
[0036] 图4图示了压紧夹具压紧辊401和402压紧工件405的状态(也就是吸入管105 和毛细管103彼此并联连接的状态)，这样吸入管和毛细管的外表面通过压紧辊使用压力焊 接，其中图4(a)为侧视图，图4(b)为平面图。
[0037] 压紧辊401朝向毛细管103压紧吸入管105的侧端。压紧辊401是具有对应吸入 管105外径形成的弧形凹面的棍子。压紧辊402朝向吸入管105压紧毛细管103的侧端。 压紧辊402是具有对应毛细管103外径形成的弧形凹面的棍子。元件符号403表示压紧辊 401的滚轮轴，404表示压紧辊402的滚轮轴。滚轮轴403和滚轮轴404的至少一侧的固定 方式使该侧可在与外壳(未不出）轴向方向垂直方向（通过吸入管105和毛细管103中心点 的直线的方向）的位置中调节。
[0038] 图4中，彼此适当间隔隔开的两对压紧辊401和402压紧工件405,以使用压力焊 接吸入管105和毛细管103的外表面，但本发明并不限于以上所述。例如，一对压紧辊401 和402可压紧工件405,以使用压力焊接吸入管105和毛细管103的外表面。压紧辊401和 402可由热传导性能良好的铜、黄铜或铝制成，或者可由聚合物如聚氨酯制成。
[0039] 为制造根据本发明的热交换器，首先，选用JIS1000系列铝的铝制成的吸入管105 和选用JIS3000系列合金的铝合金制成的毛细管103彼此并联连接，然后通过压紧夹具压 紧，以使用压力焊接吸入管105和毛细管103的外表面。接着，在使用压力焊接吸入管105 和毛细管103外表面的状态下，当吸入管105和毛细管103相对激光束移动时，激光束照射 至吸入管105和毛细管103外表面的连接部分，使得吸入管105和毛细管103的外表面彼 此熔化结合。
[0040] 这里，"选用JIS1000系列铝的铝制成的吸入管105和选用JIS3000系列合金的铝 合金制成的毛细管103彼此并联连接的状态"表示吸入管105和毛细管103并排排列，这样 吸入管105和毛细管103的外表面彼此邻接，如图4和图5中所示。
[0041] 图5是展示根据本发明的热交换器的制造方法的模拟图，其中图5(a)为侧视图， 图5(b)为平面图。图5中，一对压紧辊401和402压紧工件405,以使吸入管105和毛细 管103的外表面使用压力焊接，然后在喷射氮气时开始激光焊接。工件405沿相对激光束 (LB)的箭头(一）方向移动(在附图中从右至左)。当光纤激光大量输出时，工件405的移动 速度变快，但当光纤激光峰值输出为1000W时，工件405的标准移动速度约为3米/分至5 米/分。
[0042] 至工件405的激光束（LB)优选以斜面方向照射，从而避免光从工件405反射。激 光束照射装置303斜向工件移动方向的上游侧(此例中，激光束（LB)朝向工件405前进方 向的正面照射)，或斜向工件移动方向的下游侧(此例中，激光束（LB)朝向工件405前进方 向的背部照射)。
[0043] 激光束（LB)对工件405的照射位置优选在一对压紧辊401和402压紧工件405的 位置到紧邻工件移动方向下游侧的位置之间的范围内，更佳的是，激光束（LB)对工件405 的照射位置为一对压紧辊401和402压紧工件405的位置。另外，如果两对压紧辊401和 402压紧工件405,使得吸入管105和毛细管103的外表面使用压力焊接时，激光束（LB)的 照射位置优选在置于工件移动方向下游侧的压紧辊401和402压紧工件405的位置到紧邻 工件移动方向下游侧的位置之间的范围内。更佳的是，激光束（LB)的照射位置为置于工件 移动方向下游侧的压紧辊401和402压紧工件405的位置。
[0044] 同时，图5(b)中图示了相比紧邻工件移动方向下游侧位置更朝下的激光束（LB) 照射位置，也就是一对压紧辊401和402压紧工件405的位置。这样是为方便起见，在同一 平面上图示激光束照射装置303和氮气喷射喷嘴307。
[0045] 从氮气喷射喷嘴307喷射的氮气朝向工件405的喷射位置优选几乎与激光束（LB) 的照射位置一致。此外，氮气的喷射位置优选与工件405的移动方向一致。当氮气在以上方 向喷射时，焊接后直接连接的部分被氮气环境覆盖，从而免受氧化。氮气流速约为10L/M(每 分钟10公升)。同时，图5(b)中，在吸入管105和毛细管103接触部分的信号XXXXX 指示吸入管105和毛细管103的外表面通过激光束焊接熔化并结合的状态。
[0046] 图6是冰箱的原理图，该冰箱中配备有使用曲径热交换器的制冷循环。元件符号 601表不冰箱主体，602表不冰箱主体的第一顶面部分，603表不第二顶面部分。压缩机101 装配为第二顶面部分603的一部分，冷凝器装配为第一顶面部分602的一部分。在压缩机 101中压缩的制冷剂转换成高温高压气体，通过制冷剂排出部位(未示出）的连接管604然 后送入装配在压缩机上方的冷凝器102。高温高压制冷剂在冷凝器102中与冰箱主体601 的上部空气进行热交换并放热以便液化。冷凝并液化的制冷剂送入毛细管103,当毛细管 103和吸入管105的外表面熔化并彼此结合的位置(为方便起见，元件符号106在图中表示 该位置）发生热交换时解压，然后到达装配在压缩机101下方的蒸发器104。因蒸发器104 内制冷剂的蒸发而冷却的空气通过冷却风扇（未示出）引入冷却室或冷冻室，从而使冷却室 或冷冻室冷却。通过吸收蒸发器104内的蒸发潜热而蒸发的制冷剂穿过累加器(未示出)后 通过吸入管，然后吸入蒸发器101中，累加器置于蒸发器104的制冷剂排放部位。
[0047] 图7是图6中所示装配在冰箱主体601中的曲径热交换器的放大原理图。图中，a 表示毛细管的制冷剂输入部位，b表示制冷剂排出部位。图中，c表示吸入管的制冷剂输入 部位，以及d表示制冷剂排出部位。毛细管103的制冷剂输入部位（a)连接至干燥器(未示 出）的制冷剂排出部位，干燥器连接至冷凝器102。毛细管103的制冷剂排出部位（b)连接 至蒸发器104的制冷剂输入部位（图6中以X表示)。吸入管105的制冷剂输入部位（c)连 接至累加器(未示出）的制冷剂排出部位。吸入管105的制冷剂排出部位（d)连接至压缩机 101的制冷剂吸入部位(未示出）。
[0048] 根据本发明的热交换器106中，除了毛细管103和吸入管105的两个尾部外，毛细 管103和吸入管105的外表面熔化且彼此结合。吸入管105外表面与毛细管103外表面进 行热交换的连接部分的长度优选接近毛细管103长度的80%，以有效进行热交换并提高制 冷循环效率。
[0049] 在本发明中，由于吸入管105由选自JIS1000系列铝的铝制成，毛细管103由选自 JIS3000系列合金的铝合金制成，这样可以轻松制成图7中所示的曲径热交换器。使用折弯 机通过传统方法可轻松将热交换器曲径制成预定形状。
[0050] 如果根据本发明的热交换器106为如图7所示的曲径热交换器时，冰箱中可采用 长度是冰箱主体601高度数倍的热交换器，这样，在毛细管103中流过的液态制冷剂可通过 在吸入管105中流过的低温制冷剂充分冷却。
[0051] 由于当毛细管和吸入管的热接触部分较长时，可有效进行热交换，冰箱中使用的 热交换器最好更长些。另外，由于靠近冷凝器的空气会因热交换器与冷凝器变暖，蒸发器最 好与冷凝器间隔一定距离。对此，如图6中所示，在优选实施例中，压缩机101装配为冰箱 主体601顶面部分的一部分，冷凝器102装配在压缩机101上方，同时，蒸发器104装配在 压缩机101下方，具体在冰箱主体601的下方位置。
[0052] 在本发明中，吸入管和毛细管分别由铝材料制成，相比铜更便宜，且可提供便于应 用曲径制程的制冷循环热交换器。因此，曲径且具有紧凑尺寸的根据本发明的热交换器 106,其长度长于冰箱主体高度的数倍，优选长两倍或三倍。所以，如图6中所示，应用在冰 箱中的热交换器具有的结构为，压缩机101装配为冰箱主体601顶面部分的一部分，冷凝器 102装配在压缩机101上方，蒸发器104装配在压缩机101下方(具体在冰箱主体601的下 方位置)。
[0053] 用A1070制成的吸入管和A3103制成的毛细管，使用光纤激光焊接机制造出根据 本发明的热交换器。
[0054] 吸入管：外径 Φ6. 4mm,厚 0· 7mm,内径 Φ 5mm,长 3540mm
[0055] 毛细管：外径 C>2mm,厚 0· 65mm,内径 Φ〇· 7mm,长 3660mm
[0056] 光纤激光焊接机：振荡波长1070nm至llOOnm，光导纤维302纤维直径Φ0. 1mm，透 镜（L1)焦距（f\) 100mm，透镜（L2)焦距（f2) 200mm，激光束光点直径Φ0· 2mm，以及峰值输 出 800W
[0057] 激光束光点直径为Φ0. 2_的状态下，聚焦位置在工件405的表面，激光束（LB)的 光点中心经调节在吸入管105和毛细管103彼此接触的接触线上偏向吸入管0. 5mm。激光 束（LB)相对工件405在工件移动方向中的照射位置调节至压紧辊401和402压紧工件405 的位置。压紧辊401和402由铜制成。工件405的移动速度为50毫米/秒。此外，流速为 10L/M (每分钟10公升）的氮气用作保护气体，并在与工件405移动方向相同的方向喷射。
[0058] 使用折弯机应用传统的热交换器制作方法可制造图7所示曲径热交换器。
[0059] 工业实用性
[0060] 根据本发明的热交换器适用于冰箱等设备。
【权利要求】
1. 一种用于制冷循环的热交换器，该热交换器经配置使得从一压缩机排出的制冷剂依 次在一冷凝器、一毛细管、一蒸发器、一吸入管和该压缩机相继循环，且其中毛细管外表面 和吸入管外表面彼此热接触， 其中毛细管选择JIS3000系列合金的铝合金制成，吸入管选择JIS1000系列铝的铝制 成，毛细管外表面和吸入管外表面熔化且粘合。
2. -种用于制冷循环的热交换器，该热交换器经配置使得从一压缩机排出的制冷剂依 次在一冷凝器、一毛细管、一蒸发器、一吸入管和该压缩机相继循环，且其中毛细管外表面 和吸入管外表面彼此热接触， 其中毛细管选择JIS3000系列合金的铝合金制成，吸入管选择JIS1000系列铝的铝制 成，毛细管外表面和吸入管外表面通过光纤激光束照射熔化且粘合。
3. 配备根据权利要求1和2所述的制冷循环热交换器的一种冰箱。
【文档编号】F25B41/00GK104121730SQ201310145620
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月24日 优先权日:2013年4月24日
【发明者】松本辉政, 茅野卓史, 草间诚 申请人:松本辉政, 茅野卓史, 草间诚, 巌道利, 喜星素材株式会社