CN103403486B - 热交换器以及具备该热交换器的冰箱、空气调节器 - Google Patents

热交换器以及具备该热交换器的冰箱、空气调节器 Download PDF

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Abstract

翅片管式的热交换器具备平行配置的多个传热管（10）和与传热管（10）正交设置的多个板状翅片（1），通过使传热管（10）与翅片（1）的插通传热管（10）的翅片翻边（2）接触而形成，其中，上述翅片翻边（2）在翅片翻边（2）的再展开部（3）和根部（4）设置弯曲部，在这两个弯曲部之间形成平坦的中间部（5），再展开部（3）的厚度Tw1形成得比根部（4）的厚度Tw2薄，再展开部（3）的弯曲部的半径R1形成得比根部（4）的弯曲部的半径R2大，再展开部（3）的弯曲部的半径R1与厚度Tw1的比例（Tw1/R1）是根部（4）的弯曲部的半径R2与厚度Tw2的比例（Tw2/R2）的二分之一以上。

Description

热交换器以及具备该热交换器的冰箱、空气调节器
技术领域
本发明涉及例如冰箱或空气调节器等使用的热交换器以及具备该热交换器的冰箱、空气调节器。
背景技术
现有的冰箱或空气调节器使用的热交换器中有被称为翅片管式热交换器的热交换器。该热交换器由被以规定间隔配置并供气体(空气)在其之间流动的板状翅片、和与该板状翅片(以下简称为翅片)正交地被***并供制冷剂在内部流动的传热管构成。作为影响这样的翅片管式热交换器的传热性能的因素，已知有制冷剂与传热管之间的制冷剂侧传热率、传热管与翅片之间的接触传热率以及空气与翅片之间的空气侧传热率。
为了提高制冷剂与传热管之间的制冷剂侧传热率，通过扩大传热管的面积以及设置获得制冷剂搅拌效果的传热管的内表面槽来提高管内性能。另外，为了促进空气与翅片之间的空气侧传热率，在邻接的传热管之间，设置通过对翅片进行切起加工而形成的狭缝群。该狭缝群被设置成使狭缝的侧端部与风向相对，在其侧端部使气流的速度边界层和温度边界层变薄，由此促进传热，增大热交换能力。另外，传热管与翅片之间的接触传热率受到传热管与翅片之间的接触状态的影响。
例如像图8所示那样，当在对传热管10进行扩管后将其固定在翅片1上时，在传热管10的外表面与翅片1之间，产生了因传热管10的外表面的起伏而形成的间隙、因翅片翻边2的中间部的变形而形成的间隙、翅片1与翅片1之间的间隙等。该间隙导致的接触传热率的降低估计是整个热交换器的5％左右(例如参考非专利文献1)。
因此，为了减少这样的间隙以提高接触传热率，例如像图9所示那样提出了以下技术方案，即：在翅片1的供传热管10***的翅片翻边2上设置三个以上的弯曲R，进而使各个弯曲R平滑地连接，整体上使翅片翻边2的形状向传热管10侧呈凸状，不存在笔直部分(例如参考专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3356151号公报(权利要求书、图1)
非专利文献1：中田、“空调用热交换器上的最佳设定与经济性”、机械研究、1989、第41卷、第9号、p.1005-1011
发明内容
发明所要解决的课题
但是，上述现有技术存在以下问题。在专利文献1所记载的技术中，在翅片翻边2上设置三个以上的弯曲R，进而使各个弯曲R平滑地连接，整体上使翅片翻边2的形状向传热管10侧呈凸状，不存在笔直部分，因此，具有以下问题，即：由于弯曲R成形加工的不良，在将传热管10***到翅片翻边2中时，会导致***力增加，批量生产成本增加，不能得到所需要的传热性能。
本发明是为了解决上述课题而形成的，其目的是提供通过减少传热管与翅片的翅片翻边的接触热阻而可以增大热交换能力的热交换器以及具备该热交换器的冰箱、空气调节器。
用于解决课题的手段
本发明是一种翅片管式的热交换器，该热交换器具备平行配置的多个传热管和与该传热管正交地设置的多个板状翅片，所述热交换器通过使所述传热管与所述板状翅片的供所述传热管插通的翅片翻边接触而形成，其特征在于，
所述翅片翻边构成为，在该翅片翻边的再展开部和根部设有弯曲部，在这两个弯曲部之间形成有平坦的中间部，所述再展开部的厚度与所述根部的厚度相比较形成得较薄，所述再展开部的弯曲部的半径与所述根部的弯曲部的半径相比较形成得较大，
所述传热管构成为，所述再展开部的厚度相对于所述再展开部的弯曲部的半径之比是所述根部的厚度相对于所述根部的弯曲部的半径之比的二分之一以上。
另外，本发明的冰箱或空气调节器具备上述的热交换器。
发明的效果
根据本发明，可以得到传热管与翅片的翅片翻边的接触热阻降低、能使热交换能力增大的热交换器以及具备该热交换器的冰箱、空气调节器。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的热交换器的主要部分的放大截面图。
图2是第一实施方式的热交换器的制造方法的说明图。
图3是表示第一实施方式的热交换器的翅片翻边的弯曲部的半径及厚度的关系式与热交换率的关系的线图。
图4是表示第一实施方式的热交换器的翅片翻边的弯曲部的半径及厚度的关系式与热交换率的关系的线图。
图5是本发明的第二实施方式的热交换器的主要部分的放大图和传热管的截面图。
图6是表示第二实施方式的热交换器的翅片翻边的厚度、传热管的外径以及传热管的内部突起的数量的关系式与热交换率的关系的线图。
图7是表示第二实施方式的热交换器的翅片翻边的厚度、传热管的外径以及传热管的内部突起的数量的关系式与热交换率的关系的线图。
图8是现有的翅片式热交换器的主要部分的放大截面图。
图9是图8的翅片的说明图。
具体实施方式
[第一实施方式]
图1是本发明的第一实施方式的热交换器扩管后的主要部分的放大截面图。在图1中，1是由铜合金或铝合金等耐热金属板形成的(在其他实施方式中也一样)翅片，与翅片1正交地设置了由铜或铜合金或者铝或铝合金等金属材料形成的(在其他实施方式中也一样)传热管10。
图2(a)、(b)是表示本发明的第一实施方式的热交换器的制造方法的说明图。
在制造热交换器时，首先将各传热管10在各自的纵向中央部以规定的弯曲间距弯曲加工成U字形，制备多个U字形管。然后，将这些U字形管插通在按照规定间隔彼此平行配置的多张翅片1的翅片翻边(fincollar)2之间，然后，通过如图2(a)所示利用杆16将扩管球15推入到U字形管内的机械扩管方式，或通过如图2(b)所示利用流体17将扩管球15推入到U字形管内的液压扩管方式，对U字形管进行扩管，接合各翅片1与U字形管即传热管10。如此制造翅片管式热交换器。
这样制造的热交换器具有平行配置的多个传热管10和与传热管10正交的多个翅片1，使传热管10与翅片1的供传热管10插通的翅片翻边2接触。
作为翅片翻边2的形状，在再展开部(re-flaredportion)3和根部4设置半径R1、R2的圆弧状的弯曲部，再展开部3的厚度Tw1形成得比根部4的厚度Tw2薄，再展开部3的厚度Tw1相对于弯曲部的半径R1的比例(Tw1/R1)是根部4的厚度Tw2相对于弯曲部的半径R2的比例(Tw2/R2)的二分之一以上。另外，在再展开部3与根部4的弯曲部之间设有外面侧平坦的中间部5，整体被形成为大致J字形。
在这种情况下，如果将翅片翻边2的再展开部3的弯曲部的半径R1形成得比根部4的弯曲部的半径R2大，则在传热管10扩管后，前侧的翅片1的翅片翻边2的根部4与后侧的翅片1的翅片翻边2的再展开部3的接触面积增加，接触热阻降低，热交换能力增加。
图3、图4是表示翅片翻边2的再展开部3和根部4的弯曲半径R1、R2及厚度Tw1、Tw2的关系式和热交换率的关系的线图。
翅片翻边2的再展开部3的弯曲部的半径R1与再展开部3的厚度Tw1有密切的关系，在加大再展开部3的弯曲部的半径R1的情况下，必须也加大再展开部3的厚度Tw1。当翅片翻边2的再展开部3的弯曲部的半径R1增大时，如果再展开部3的厚度Tw1变薄，则应力集中在再展开部3，中间部5与传热管10的接触面压降低，接触热阻增加，热交换能力降低。
另外，如果翅片翻边2的再展开部3的厚度Tw1相对于弯曲部的半径R1的比例(Tw1/R1)是根部4的厚度Tw2相对于弯曲部的半径R2的比例(Tw2/R2)的二分之一以下，则前侧的翅片1的翅片翻边2的根部4与后侧的翅片1的翅片翻边2的再展开部3的接触面压就降低，翅片翻边2的中间部5与传热管10的接触面压降低，接触热阻增加，热交换能力降低。
因此，优选的是，翅片翻边2的再展开部3的厚度Tw1相对于弯曲部的半径R1的比例(Tw1/R1)相对于根部4的厚度Tw2相对于弯曲部的半径R2的比例(Tw2/R2)为0.6以上。
[第二实施方式]
图5是本发明的第二实施方式的热交换器的主要部分的放大截面图和传热管的截面图。另外，对与第一实施方式相同的部分标注与之相同的附图标记。
在图中，1是由铜合金或铝合金等耐热金属板形成的翅片，与翅片1正交地设置传热管10，该传热管10由铜或铜合金或者铝或铝合金等金属材料形成，且在内周面的轴向设有多个内表面突起11。
本实施方式的热交换器构成为，在翅片1的翅片翻边2的再展开部3和根部4设置弯曲部，再展开部3的厚度Tw1相对于弯曲部的半径R1的比例(Tw1/R1)是根部4的厚度Tw2相对于弯曲部的半径R2的比例(Tw2/R2)的二分之一以上，另外，外径D的传热管10的圆周的长度(3.14×D)相对于内表面突起11的合计数量N的比例(3.14×D/N)乘以翅片翻边2的中间部5的平均厚度(Tw1+Tw2)/2相对于翅片翻边2的根部4的厚度Tw2的比例((Tw1+Tw2)/2)/Tw2的、关系式(3.14×D/N)×((Tw1+Tw2)/2)/Tw2为0.26以上且0.34以下。
以下，就本实施方式的数值限定的理由进行说明。
图6和图7是表示翅片1的翅片翻边2的厚度Tw、传热管10的外径D以及传热管10的内表面突起11的数量N的关系式与热交换率(％)的关系的线图。
如图6、图7所示，为了维持热交换器的热交换能力，外径D的传热管10的圆周长度(3.14×D)相对于内表面突起11的数量N的比例(3.14×D/N)乘以翅片翻边2的中间部5的平均厚度(Tw1+Tw2)/2相对于翅片翻边2的根部4的厚度Tw2的比例((Tw1+Tw2)/2)/Tw2的、关系式(3.14×D/N)×((Tw1+Tw2)/2)/Tw2需要为0.26以上且0.34以下。
另一方面，如果外径D的传热管10的圆周长度(3.14×D)相对于内表面突起11的数量N的比例(3.14×D/N)乘以翅片翻边2的中间部5的平均厚度(Tw1+Tw2)/2相对于根部4的厚度Tw2的比例((Tw1+Tw2)/2)/Tw2的、关系式(3.14×D/N)×((Tw1+Tw2/2)/Tw2低于0.26，则翅片翻边2的中间部5与传热管10的接触面压降低，接触热阻增加，热交换能力降低。
另外，如果外径D的传热管10的周围长度(3.14×D)相对于内表面突起11的数量N的比例(3.14×D/N)乘以翅片翻边2的中间部5的平均厚度(Tw1+Tw2)/2相对于根部4的厚度Tw2的比例((Tw1+Tw2)/2)/Tw2的关系式(3.14×D/N)×((Tw1+Tw2)/2)/Tw2大于0.34，则应力集中到翅片翻边2的根部4，翅片翻边2的中间部5与传热管10的接触面压降低，接触热阻增加，热交换能力降低。
另外，特别优选的是，外径D的传热管10的圆周长度(3.14×D)相对于内表面突起11的数量N的比例(3.14×D/N)乘以翅片翻边2的中间部5的平均厚度(Tw1+Tw2)/2相对于根部4的厚度Tw2的比例((Tw1+Tw2)/2)/Tw2的、关系式(3.14×D/N)×((Tw1+Tw2)/2)/Tw2为0.27以上且0.31以下。
因此，在本实施方式中，外径D的传热管10的圆周长度(3.14×D)相对于内表面突起11的数量N的比例(3.14×D/N)乘以翅片翻边2的中间部5的平均厚度(Tw1+Tw2)/2相对于根部4的厚度Tw2的比例((Tw1+Tw2)/2)/Tw2的、关系式(3.14×D/N)×((Tw1+Tw2)/2)/Tw2成为0.26以上且0.34以下的范围。
由此，翅片1与传热管10的接触热阻降低，热交换能力增大。
[第三实施方式]
本实施方式是在冰箱或空气调节器使用了第一或第二实施方式的任意一种热交换器的实施方式。
由此，可以得到热交换器的翅片1与传热管10的接触阻力降低、热交换能力增大的高效率的冰箱或空气调节器。
另外，上述的本发明的冰箱和空气调节器作为工作流体使用HC单一制冷剂或含有HC的混合制冷剂、R32、R410A、R407C、由四氟丙烯和沸点低于该四氟丙烯的HFC类制冷剂组成的非共沸混合制冷剂、或者二氧化碳等的任意一种制冷剂，在空气调节器中在蒸发器和冷凝器双方或任意一方使用了本发明的热交换器。
[实施例]
以下，与落到本发明范围之外的比较例进行比较来说明本发明的实施例。
如表1所示，制造了翅片1的翅片翻边2的根部4的弯曲部的半径R2为0.3mm、厚度Tw2为0.1mm、再展开部3的弯曲部的半径R1为0.4mm、厚度Tw1为0.067mm或0.09mm的热交换器(实施例1和实施例2)。
另外，作为比较例，制造了翅片1的翅片翻边2的根部4的弯曲部的半径R2为0.3mm、厚度Tw2为0.1mm、再展开部3的弯曲部的半径R1为0.4mm、厚度Tw1为0.05mm或0.06mm的热交换器(比较例1和比较例2)。
[表1]
从表1可知，实施例1和实施例2的热交换器与比较例1和比较例2的热交换器相比，都是热交换率高，接触传热率提高。
以下，如表2所示，制造了翅片1的翅片翻边2的根部4的弯曲部的半径R2为0.3mm、厚度Tw2为0.1mm、再展开部3的弯曲部的半径R1为0.5mm、厚度Tw1为0.083mm或0.09mm的热交换器(实施例3和实施例4)。
另外，作为比较例，制造了翅片1的翅片翻边2的根部4的弯曲部的半径R2为0.3mm、厚度Tw2为0.1mm、再展开部3的弯曲部的半径R1为0.5mm、厚度Tw1为0.06mm或0.07mm的热交换器(比较例3和比较例4)。
[表2]
从表2可知，实施例3和实施例4的热交换器与比较例3和比较例4的热交换器相比，都是热交换率高，接触传热率提高。
以下，如表3所示，制造了翅片1的翅片翻边2的再展开部3的厚度Tw1为0.07mm、根部4的厚度Tw2为0.1mm、传热管10的外径D为7mm、内表面突起11的数量N为55或72的热交换器(实施例5和实施例6)。
另外，作为比较例，制造了翅片1的翅片翻边2的再展开部3的厚度Tw1为0.07mm、根部4的厚度Tw2为0.1mm、传热管10的外径D为7mm、内表面突起11的数量N为45、50或80的热交换器(比较例5、比较例6和比较例7)。
[表3]
从表3可知，实施例5和实施例6的热交换器与比较例5、比较例6以及比较例7的热交换器相比，都是热交换率高，接触传热率提高。
而且，如表4所示，制造了翅片1的翅片翻边2的再展开部3的厚度Tw1为0.09mm、根部4的厚度Tw2为0.1mm、传热管10的外径D为7mm、内表面突起11的数量N为60或80的热交换器(实施例7和实施例8)。
另外，作为比较例，制造了翅片1的翅片翻边2的再展开部3的厚度Tw1为0.09mm、根部4的厚度Tw2为0.1mm、传热管10的外半径D为7mm、内表面突起11的数量N为50、55或85的热交换器(比较例8、比较例9和比较例10)。
[表4]
从表4可知，实施例7和实施例8的热交换器与比较例8、比较例9以及比较例10的热交换器相比，都是热交换率高，接触传热率提高。
附图标记说明
1翅片，2翅片翻边，3翅片翻边的再展开部，4翅片翻边的根部，5翅片翻边的中间部，10传热管，11内表面突起，15扩管球，16杆，17流体。

Claims (4)

1.一种热交换器，该热交换器是翅片管式的热交换器，该热交换器具备平行配置的多个传热管和与该传热管正交地设置的多个板状翅片，所述热交换器通过使所述传热管与所述板状翅片的供所述传热管插通的翅片翻边接触而形成，其特征在于，
所述翅片翻边构成为，在该翅片翻边的再展开部和根部设有弯曲部，在这两个弯曲部之间形成有平坦的中间部，所述再展开部的厚度与所述根部的厚度相比较形成得较薄，所述再展开部的弯曲部的半径与所述根部的弯曲部的半径相比较形成得较大，
所述再展开部的厚度相对于所述再展开部的弯曲部的半径之比是所述根部的厚度相对于所述根部的弯曲部的半径之比的二分之一以上。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述翅片翻边的中间部的平均厚度是所述根部的厚度与所述再展开部的厚度之和的1/2，
所述传热管构成为，所述传热管的圆周长度相对于内表面突起的合计数量之比乘以所述中间部的平均厚度相对于所述根部的厚度之比而得的值成为0.26以上且0.34以下的范围。
3.一种冰箱，其特征在于，具备根据权利要求1或2所述的热交换器。
4.一种空气调节器，其特征在于，具备根据权利要求1或2所述的热交换器。
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