热交换器以及冷冻循环装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种热交换器和冷冻循环装置，其包括：多个翅片（10），该多个翅片隔开间隔配置，在其之间流动有气体；以及多个传热管（20），该多个传热管插入到多个翅片（10）中，并通过扩管与多个翅片（10）接合；多个传热管（20）在沿着气体的流动方向的列方向上排列五列以上，多个翅片（10）形成为平板状，将多个传热管（20）的列方向之间连续地相连，在将扩管前的外径设为D，扩管后的外径设为Da，使相邻的传热管（20）的中心邻接的距离设为L的情况下，多个传热管（20）满足1.055D≤Da≤1.068D、1.56Da≤L≤2.58Da的关系。
【专利说明】热交换器以及冷冻循环装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及具备传热管的热交换器、以及使用了该热交换器的冷冻循环装置。
【背景技术】
[0002]以往，已知有一种热交换器，其包括:多个翅片，该多个翅片隔开间隔配置，在其之间流动气体(例如空气)；以及传热管，该传热管插入到该多个翅片中，在其内部流动介质(例如制冷剂)。
[0003]在这样的热交换器中，提出了通过使传热管的列间距以及排间距的合理化、以及翅片的狭缝化来提高传热性能的技术(例如，参照专利文献I)。
[0004]【现有技术文献】
[0005]【专利文献】
[0006]专利文献1:日本专利2604722号公报(图1)
实用新型内容
[0007]实用新型要解决的课题
[0008]在以往的热交换器中，存在如下问题:在通过扩管将传热管固定于翅片时，若热管的外表面与翅片之间的紧贴性降低，则热交换器的传热性能降低，热交换能力降低。
[0009]近年来，考虑回收再利用性与耐腐蚀性等，作为热交换器的翅片以及传热管的材料，使用了例如铜或者铜合金等的铜类金属材料。
[0010]然而，由于铜类金属材料的变形阻力较低，因此，若为了将传热管固定于翅片而扩管，则传热管的外表面与翅片之间的紧贴性降低，热传递率降低。因此，存在热交换器的传热性能降低、热交换能力降低的问题。
[0011]本实用新型是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于获得一种能够抑制热交换能力的降低的热交换器以及冷冻循环装置。
[0012]解决课题的技术方案
[0013]本实用新型的热交换器，包括:多个翅片，该多个翅片隔开间隔配置，在其之间流动气体；和多个传热管，该多个传热管插入到所述多个翅片中，并通过扩管与所述多个翅片接合；所述多个传热管在沿着气体的流动方向的列方向上排列五列以上，所述多个翅片形成为平板状，将所述多个传热管的列方向之间连续地相连，在将扩管前的外径设为D，扩管后的外径设为Da，使相邻的所述传热管的中心连结的距离设为L的情况下，所述多个传热管满足1.055D彡Da彡1.068DU.56Da彡L彡2.58Da的关系。
[0014]优选地，所述多个翅片以及所述多个传热管由铜类金属材料构成。
[0015]优选地，所述多个传热管在与所述气体的流动方向相交的排方向上配置多排，所述多个翅片形成为平板状，将所述多个传热管的排方向之间连续地相连。
[0016]优选地，所述多个传热管满足3mm ^ D ^ 6mm的关系。
[0017]优选地，所述多个传热管在内壁面上形成多个沿轴向延伸的槽，在将形成于所述槽之间的突起数的合计条数设为N的情况下，满足6.66D ^ N ^ 1D的关系，D的单位是mm。
[0018]优选地，所述多个翅片在将相邻的所述翅片的间隔、即翅片间距设为Fp的情况下，满足0.3D ^ Fp ^ 0.58D的关系。
[0019]优选地，所述多个翅片在将厚度设为Ft的情况下，满足0.026D彡Ft彡0.037D的关系。
[0020]本实用新型的冷冻循环装置，包括冷冻回路，该冷冻回路用配管依次连接有压缩机、冷凝器、膨胀部件、蒸发器，并供制冷剂循环，在所述冷凝器以及所述蒸发器中的至少一个使用权利要求1或2所记载的热交换器。
[0021]优选地，能够使用以下任意一种作为所述制冷剂:HC单一制冷剂；包含HC的混合制冷剂；包含R32、R410A、R407C、二氧化碳、R1234yf、以及R1234yf中的至少一个的混合制冷剂；包含R1234ze以及R1234ze中的至少一个的混合制冷剂。
[0022]本实用新型能够抑制传热管的外表面与翅片之间的紧贴性的降低。另外，能够抑制热交换器的热交换能力的降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是表示本实用新型的实施方式I的空气调节机的结构的图。
[0024]图2是表示由机械扩管方式进行的扩管的状况的图。
[0025]图3是表示本实用新型的实施方式I的热交换器的图。
[0026]图4是表示热交换器的传热管的扩管率与热交换率之间的关系的线图。
[0027]图5是表示热交换器的传热管的各传热管中心部之间的距离L与热交换率之间的关系的线图。
[0028]图6是表示热交换器的传热管的突起的合计条数与热交换率之间的关系的线图。
[0029]图7是表示热交换器的翅片的层叠方向的翅片间距Fp与热交换率之间的关系的线图。
[0030]图8是表示热交换器的翅片的厚度Ft与热交换率之间的关系的线图。
【具体实施方式】
[0031]实施方式1.
[0032]图1是表示本实用新型的实施方式I的空气调节机的结构的图。
[0033]在本实施方式I中，作为本实用新型的冷冻循环装置的一个例子，对空气调节装置进行说明。
[0034]如图1所示，空气调节机使压缩机5、四通阀8、室外侧热交换器3、膨胀阀7、以及室内侧热交换器2依次由制冷剂配管连接，并包括使制冷剂循环的制冷剂回路。此外，膨胀阀7相当于本实用新型中的“膨胀部件”。
[0035]四通阀8通过切换制冷剂回路内的制冷剂的流动方向来进行制热运转、制冷运转的切换。此外，在为制冷专用或者制热专用的空气调节机的情况下也可以省略四通阀8。
[0036]室内侧热交换器2搭载于室内机。室内侧热交换器2在制冷运转时作为制冷剂的蒸发器发挥功能。室内侧热交换器2在制热运转时作为制冷剂的冷凝器发挥功能。
[0037]室外侧热交换器3搭载于室外机。室外侧热交换器3在制冷运转时作为利用制冷剂的热量对空气等进行加热的冷凝器发挥功能。室外侧热交换器3在制热运转时作为使制冷剂蒸发并利用此时的气化热量将空气等冷却的蒸发器发挥功能。
[0038]压缩机5压缩自蒸发器排出的制冷剂，并使其成为高温而供给到冷凝器。
[0039]膨胀阀7使自冷凝器排出的制冷剂膨胀，并使其成为低温而供给到蒸发器。
[0040]作为制冷剂，使用如下制冷剂中的任一个:HC单一制冷剂、包含HC的混合制冷剂、包含R32、R410A、R407C、二氧化碳、R1234yf、以及R1234yf中的至少一个的混合制冷剂、包含R1234ze、以及R1234ze中的至少一个的混合制冷剂。
[0041]这些制冷剂是在传热管20内的管内压力损失小的制冷剂。因此，通过使用这些制冷剂中的任一个，能够不增加传热管20的管内压力损失地提高管内传热性能。因此，能够提供高效率的热交换器I。特别是，若将传热管20细径化，则需要加厚传热管20的槽21(后述)的底的板厚，因此该效果显著。
[0042]此外，在以下的说明中，在不区分室内侧热交换器2与室外侧热交换器3时，称作热交换器I。
[0043]图2是表示由机械扩管方式进行的扩管的状况的图。
[0044]机械扩管方式是指使在顶端具有直径比传热管20的内径稍大的扩管球30的杆31通过传热管20的管内部来扩大传热管20的外径，从而使传热管20与翅片10紧贴的接合方式。
[0045]这里，如图2所示，将扩管前的传热管20的外径设为D。另外，将扩管后的外径设为Da。
[0046]以下，对本实施方式I中的热交换器I的制造方法的一个例子进行说明。
[0047]将传热管20在长度方向的中央部以规定的弯曲间距弯曲加工成发夹状。
[0048]在翅片10上形成通孔，并隔开间隔而配置。此外，在翅片10的通孔形成翅片翻边11。
[0049]将传热管20插入到隔开间隔而配置的多个翅片10的通孔中。
[0050]然后，通过机械扩管方式将传热管20扩管，使传热管20的外表面与翅片10的翅片翻边11紧贴，从而使传热管20与翅片10接合。
[0051]此外，在图2所示的例子中，示出了将传热管20弯曲加工成发夹状的情况，但本实用新型不限于此。
[0052]图3是表示本实用新型的实施方式I的热交换器的图。在图3中示出自侧面侧观察到热交换器I的剖面的一部分。此外，图3中的局部放大图示出形成在传热管20的内壁面上的槽。
[0053]热交换器I包括多个翅片10和多个传热管20。
[0054]多个翅片10隔开间隔而配置，在其之间流动气体(例如空气)。
[0055]多个传热管20在其内部流动介质(例如制冷剂)。
[0056]多个传热管20在与气体的流动方向(气流方向)相交的排方向上配置多排。另外，多个传热管20在沿着气体的流动方向(气流方向)的列方向上配置五列以上。
[0057]另外，多个传热管20例如被交错排列。这里，交错排列是指相邻列的传热管20在排方向上交替错开地排列。也就是说，相邻列的传热管20以在排方向上不重合的方式彼此不同地配置。例如，在传热管20的排方向的间隔的一半的位置配置相邻列的传热管20。
[0058]在将热交换器I用于冷冻循环装置的蒸发器以及冷凝器中的至少一个的情况下，传热管20成为冷冻循环装置中的制冷剂回路的一部分。
[0059]热交换器I对在传热管20的内部流动制冷剂和通过多个翅片10之间的空气进行热交换。
[0060]这样，热交换器I将传热管20的内部的热量(热能或冷能)经由翅片10向空气传递，由此使构成为与空气的接触面的传热面积扩大。因此，能够高效地进行制冷剂与空气之间的热交换。
[0061]多个翅片10以及多个传热管20例如由铜或者铜合金等的铜类金属材料构成。
[0062]例如，多个翅片10由无氧铜(JIS规格:C1020)构成。例如，多个传热管20由变形阻力高于多个翅片10的无氧铜构成。
[0063]铜类金属材料的传导性较高。另外，铜类金属材料的变形阻力较低。因此，若通过机械扩管方式将传热管20与翅片10接合，则能够确保传热管20与翅片10之间的紧贴性，能够获得高效率的热交换器I。
[0064]此外，多个翅片10以及多个传热管20并不限于铜或者铜合金等的铜类金属材料，例如也可以由铝等任意的金属材料构成。
[0065]在多个传热管20的内壁面上形成有多个沿轴向延伸的槽21。在槽21之间形成突起22。通过形成多个槽21，制冷剂与传热管20的内壁面之间的接触面积增大，能够进一步提闻传热性能。
[0066]此外，多个槽21既可以是具有规定的导程角的螺旋槽，也可以是直槽。
[0067]多个传热管20的扩管前的外径D例如为3mm彡D彡6mm。
[0068]另外，在将多个传热管20的扩管前的外径设为D，将扩管后的外径设为Da的情况下，满足1.055D彡Da彡1.068D的关系。
[0069]图4是表示热交换器的传热管的扩管率与热交换率之间的关系的线图。
[0070]在图4中，以往的热交换器的热交换率作为基准(100%)，表示传热管20的扩管率与热交换率之间的关系。此外，在图4中，表示多个传热管20为五列的情况。
[0071]这里，扩管率是指扩径后的外径Da相对于扩径前的外径D的增加比例，扩管率=(Da / D — I) XlOO [%]?
[0072]如图4所示，若扩管率变得过大，则热交换率降低。这是因为，若扩径率变大，则突起22的峰顶部被扩管球30压溃的量变大，传热管20的内壁面的传热面积减少。另外，若扩径率变大，则翅片翻边11产生裂纹或者变形等，传热管20与翅片10之间的紧贴性降低。
[0073]另一方面，若扩管率变得过小，则热交换率降低。这是因为，若扩径率小，则传热管20的外表面不会充分地紧贴于翅片10，传热管20与翅片10之间的紧贴性降低。
[0074]因此，需要将扩管率的值设定为与以往的热交换器相比较能够提高热交换率的值(100%以上)。若考虑产品差别等，如图4所示，优选的是满足5.5 <扩管率< 6.8的关系。即，优选传热管20满足1.055D彡Da彡1.068D的关系。
[0075]由此，能够抑制传热管20的外表面与翅片10之间的紧贴性的降低。另外，能够提高热交换器I的热交换能力。由此，能够得到高效率的热交换器I。因此，能够提高冷冻循环装置的效率。
[0076]另外，在将连结相邻的传热管20的中心的距离设为L的情况下，多个传热管20满足 1.56Da 彡 L 彡 2.58Da。
[0077]多个翅片10形成为平板状，将多个传热管20的排方向之间连续地相连。即，在排方向上以无狭缝等切口的方式连续地相连。另外，多个翅片10将多个传热管20的列方向之间连续地相连。即，在列方向上以无隔热等的切口的方式连续地相连。此外，也可以仅在排方向以及列方向中的至少一个将多个传热管20之间连续地相连。
[0078]图5是表示热交换器的传热管的各传热管中心部之间的距离L与热交换率之间的关系的线图。
[0079]在图5中，以往的热交换器的热交换率作为基准(100%)，表示各传热管中心部之间的距离L相对于扩径后的外径Da的比例(L / Da)与热交换率之间的关系。此外，如图3所示，距离L是连结相邻的传热管20的中心的距离。此外，在图5中，表示多个传热管20为五列的情况。
[0080]如图5所示，若L / Da变得过大，则热交换率降低。这是因为，若L / Da变得过大，则在各传热管20之间的翅片10变形，传热管20与翅片10之间的紧贴性降低。
[0081]另一方面，若L / Da变得过小，则热交换率降低。这是因为，若L / Da变得过小，则与翅片效率的增加相比，空气的通风阻力变大。这样的通风阻力增大无法期待全年能量消耗效率(APF)的改善。
[0082]因此，需要将L / Da的值设定为与以往的热交换器相比较能够提高热交换率的值(100%以上)。若考虑产品差别等，如图5所示，优选的是满足1.56Da彡L ( 2.58Da的关系O
[0083]由此，能够抑制传热管20的外表面与翅片10之间的紧贴性的降低。另外，能够提高热交换器I的热交换能力。由此，能够获得高效率的热交换器I。因此，能够提高冷冻循环装置的效率。
[0084]另外,若在列方向上配置五列以上传热管20,则改善热交换器I的传热管20与翅片10之间的紧贴性的效果进一步变大，能够实现热交换率的大幅度提高。
[0085]也就是说，若在列方向上配置五列以上传热管20，则除去两端的两列外的三列以上的传热管20被配置为处于相邻的两侧的列之间。
[0086]处于相邻的两侧的列之间的传热管20 (中间列的传热管20)由于相邻的两侧列的多个传热管20的扩管，由此对其周围的翅片10作用向传热管20的中心侧按压的力，因此传热管20的外表面与翅片10之间的紧贴性提高。
[0087]另一方面，在两端的两列传热管(端列的传热管20)上，仅从相邻列的传热管20作用按压翅片10的力，因此与中间列的传热管20相比，传热管20的外表面与翅片10之间的紧贴性降低。
[0088]因此，若在列方向上配置五列以上传热管20，则半数以上的列成为中间列，相比于端列的传热管20，中间列的传热管20的比例变大。由此，传热管20的外表面与翅片10之间的紧贴性较好的传热管20的比例变大。因此，能够提高热交换器I的热交换率。
[0089]实施方式2.
[0090]在本实施方式2中，对表示热交换器I的传热管20的突起22的合计条数和热交换率之间的关系进行说明。
[0091]此外，本实施方式2中的热交换器I的结构与上述实施方式I相同，对相同的结构标注相同的附图标记。
[0092]多个传热管20在内壁面上形成有多个沿轴向延伸的槽21，在将表示形成于槽21之间的突起22的合计数量的条数设为N的情况下，满足6.66D ^ N ^ 1D的关系。此外，D的单位是mm。
[0093]图6是表示热交换器的传热管的突起的合计条数与热交换率之间的关系的线图。
[0094]在图6中，以以往的热交换器的热交换率为基准(100%)，示出条数N相对于扩径前的外径D的比例(N / D)和热交换率之间的关系。
[0095]传热管20的槽21之间的突起22的条数N越多，内壁面处的传热面积越增加。但是，如图6所示，若N / D变得过大，则热交换率降低。这是因为，若N / D变得过大，则槽21的截面积变小，制冷剂液膜自槽21溢出，制冷剂液膜覆盖至突起22的峰顶部。S卩，导致不能获得增大制冷剂与传热管20的内壁面之间的接触面积的效果。
[0096]另一方面，若N / D变得过小，则热交换率降低。这是因为，若N / D变得过小，则槽21的数量变少，传热管20的内壁面的传热面积减少。即，导致不能获得增大制冷剂与传热管20的内壁面之间的接触面积的效果。
[0097]基于以上原因，需要将N / D的值设定为与以往的热交换器相比能够提高热交换率的值(100%以上)。考虑产品差别等，如图6所示，优选的是满足6.66D1D的关系O
[0098]由此，能够提闻传热管20的传热面积,从而能够提闻热传递率。另外，能够提闻热交换器I的热交换能力，由此，能够获得高效率的热交换器I。因此，能够提高冷冻循环装置的效率。
[0099]实施方式3.
[0100]在本实施方式3中，对翅片10的层叠方向的翅片间距与热交换率之间的关系进行说明。
[0101]此外，本实施方式3中的热交换器I的结构与上述实施方式I相同，对相同的结构标注相同的附图标记。
[0102]在将作为相邻的翅片10的间隔的翅片间距设为Fp的情况下，多个翅片10满足0.3D ^ Fp ^ 0.58D 的关系。
[0103]图7是表示热交换器的翅片的层叠方向的翅片间距Fp与热交换率之间的关系的线图。
[0104]在图7中，以往的热交换器的热交换率作为基准(100 % )，表示翅片间距Fp相对于扩径前的外径D的比例(Fp / D)和热交换率之间的关系。
[0105]若增大翅片间距Fp，则通过多个翅片10之间的空气的通风阻力减小。由此，能够不增加向热交换器I供给空气的送风机的驱动力地实现风量的增加，因此能够提高热交换器I的热交换率。
[0106]但是，如图7所示，若Fp / D变得过大，则热交换效率降低。这是因为，若Fp / D变得过大，则翅片10的传热面积减少。
[0107]另一方面，若Fp / D变得过小，则热交换效率降低。这是因为，若Fp / D变得过小，则虽然翅片10的传热面积增加，但通过翅片10之间的空气的通风阻力增加，风量减少。
[0108]基于以上原因，需要将Fp / D的值设定为与以往的热交换器相比能够提高热交换率的值(100%以上)。考虑产品差别等，如图7所示，优选的是满足0.3D ^ Fp ^ 0.58D的关系。
[0109]由此，能够提闻热交换器I的热交换率。另外，能够提闻热交换器I的热交换能力。由此，能够获得高效率的热交换器I。因此，能够提高冷冻循环装置的效率。
[0110]实施方式4.
[0111]在本实施方式4中，对翅片10的厚度和热交换率之间的关系进行说明。
[0112]此外，本实施方式4中的热交换器I的结构与上述实施方式I相同，对相同的结构标注相同的附图标记。
[0113]在将层叠方向的厚度设为Ft的情况下，多个翅片10满足0.026D ^ Ft ^ 0.037D
的关系。
[0114]图8是表示热交换器的翅片的厚度Ft与热交换率之间的关系的线图
[0115]在图8中，以往的热交换器的热交换率作为基准(100%)，表示翅片10的厚度Ft相对于扩径前的外径D的比例(Ft / D)与热交换率之间的关系。
[0116]若减小翅片10的厚度Ft，则通过多个翅片10之间的空气的通风阻力减小。由此，能够不增加向热交换器I供给空气的送风机的驱动力地实现风量的增加，因此能够提高热交换器I的热交换率。
[0117]但是，如图8所示，若Ft / D变得过小，则热交换效率降低。这是因为，若Ft / D变得过小，则翅片10的传热性能降低且翅片效率降低。
[0118]另一方面，若Ft / D变得过大，则热交换效率降低。这是因为，若Ft / D变得过大，则虽然翅片10的传热性能增加，但是通过翅片10之间的空气的通风阻力增加，风量减少。
[0119]基于以上理由，需要将Ft / D的值设定为与以往的热交换器相比能够提高热交换率的值(100%以上)。若考虑产品差别等，则如图8所示，优选的是满足0.026D ^ Ft ^ 0.037D 的关系。
[0120]由此，能够提闻热交换器I的热交换率。另外，能够提闻热交换器I的热交换能力。由此，能够获得高效率的热交换器I。因此，能够提高冷冻循环装置的效率。
[0121]此外，也可以任意地组合上述实施方式I?4的结构。在这样的结构中，也能够提高热交换器I的热交换率。另外，能够提高热交换器I的热交换能力。由此，能够获得高效率的热交换器I。
[0122]此外，在上述实施方式I?4中，说明了空气调节装置作为本实用新型的冷冻循环装置的一个例子，但是本实用新型不限于此。例如，也能够应用于冷冻装置、热泵装置等的、构成制冷剂回路并具有成为蒸发器、冷凝器的热交换器的其他冷冻循环装置。
[0123]附图标记的说明
[0124]I热交换器，2室内侧热交换器，3室外侧热交换器，5压缩机，7膨胀阀，8四通阀，10翅片，11翅片翻边，20传热管，21槽，22突起，30扩管球，31杆。
【权利要求】
1.一种热交换器，其特征在于，包括: 多个翅片，该多个翅片隔开间隔配置，在其之间流动气体；和 多个传热管，该多个传热管插入到所述多个翅片中，并通过扩管与所述多个翅片接合； 所述多个传热管在沿着气体的流动方向的列方向上排列五列以上， 所述多个翅片形成为平板状，将所述多个传热管的列方向之间连续地相连， 在将扩管前的外径设为D，扩管后的外径设为Da，使相邻的所述传热管的中心连结的距离设为L的情况下，所述多个传热管满足1.055D 彡 Da 彡 1.068D、 1.56Da彡L彡2.58Da的关系。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于， 所述多个翅片以及所述多个传热管由铜类金属材料构成。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于， 所述多个传热管在与所述气体的流动方向相交的排方向上配置多排， 所述多个翅片形成为平板状，将所述多个传热管的排方向之间连续地相连。
4.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于， 所述多个传热管满足 3mm ^ D ^ 6mm 的关系。
5.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于， 所述多个传热管在内壁面上形成多个沿轴向延伸的槽， 在将形成于所述槽之间的突起数的合计条数设为N的情况下，满足 6.66D彡N彡1D的关系，D的单位是_。
6.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于， 所述多个翅片在将相邻的所述翅片的间隔、即翅片间距设为Fp的情况下，满足
0.3D ^ Fp ^ 0.58D 的关系。
7.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于， 所述多个翅片在将厚度设为Ft的情况下，满足
0.026D ^ Ft ^ 0.037D 的关系。
8.—种冷冻循环装置，其特征在于，包括冷冻回路，该冷冻回路用配管依次连接有压缩机、冷凝器、膨胀部件、蒸发器，并供制冷剂循环，在所述冷凝器以及所述蒸发器中的至少一个使用权利要求1或2所记载的热交换器。
【文档编号】F25B1/00GK204063687SQ201420128129
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2013年3月21日
【发明者】石川智隆, 李相武 申请人:三菱电机株式会社