CN103857974A - 翅片管热交换器和其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种翅片管热交换器，其具有：形成气体流路的多个翅片（1）；和贯通多个翅片且内部流通与气体进行热交换的流体的导热管（21），翅片具有：第一倾斜部（6），其相对于气体的流动方向倾斜以使得至少形成一个峰部（3）；管周围部（5），其分别形成于在沿重力方向相互分开的第一位置和第二位置贯通翅片的导热管周围；和第二倾斜部（7），其将管周围部和第一倾斜部相互连接，连接第一位置和第二位置中的各自的第二倾斜部的槽部（8）形成于第一倾斜部的表面，由此冷凝水顺着槽部流动，向重力方向下方顺畅地被引导，排水性能提高。

Description

翅片管热交换器和其制造方法

技术领域

本发明涉及与气体进行热交换的翅片管热交换器和其制造方法。

背景技术

目前，这种翅片管热交换器由以规定间隔排列的多个翅片和贯通多个翅片的导热管构成。空气（气体）在翅片与翅片之间流动来与导热管中的流体进行热交换。

在此，在使用翅片管热交换器作为蒸发器的情况下，当翅片的表面温度比进行热交换的空气的露点低时，空气中的水分凝结，水滴（冷凝水）附着于翅片表面。当这样在翅片表面上附着冷凝水时，在相邻的翅片间等产生水分架桥（交联），翅片间的空气流路被该冷凝水堵塞，而导致通风阻力的增大。

其结果是，在使用这种翅片管热交换器的空气调节机或供热水器等设备中存在消耗电力增加且能量效率降低的课题。因此，优选从翅片表面迅速地除去冷凝水。

因此，通过在翅片表面形成亲水性覆膜层，且缩小相对于在翅片表面附着的水的接触角，来提高排水性并进行防止生成的冷凝水引起的翅片间的空气流路的堵塞（例如，参照文献1）。

另外，还具有一种装置，其通过对翅片表面的亲水性覆膜层进行等离子照射，形成微细凹凸，来提高亲水性（例如，参照文献2）。

另外，还具有通过在翅片上形成排水槽来提高冷凝水的排出性的装置（例如，参照文献3）。图10表示该文献3的翅片管热交换器的结构。如图10所示，在翅片131上设有排水槽116，该排水槽116从导热管121下方的排水（冷凝水113）滞留区域沿着翅片131的表面向斜下方延伸。通过设置该排水槽116，迅速地排出滞留在导热管121下方的排水滞留区域的冷凝水113。

现有技术文献

非专利文献

文献1：平泽秀公“预涂敷铝翅片材料的表面处理技术”，表面技术，Vol.57（2006），No.2，p.127

专利文献

文献2：（日本）特开2010－175131号公报

文献3：（日本）实开昭64－22186号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在文献1所记载的技术中，特别是在隔开规定间隔地层叠的翅片间产生冷凝水的交联的情况下，具有冷凝水的排水性不充分的课题。

另外，在文献2所记载的技术中，在翅片表面形成微细凹凸的情况下，具有需要等离子照射等高价的加工工艺且制造成本非常高的课题。

另外，文献3所记载的技术是在平翅片上设置排出槽的技术，也如文献3的图2和图5所示，具有在相邻的翅片间难以避免交联的产生且不能充分地将冷凝水顺畅地向翅片下方引导的课题。

本发明是鉴于上述情况而研发的，其目的在于，提供一种通过廉价的加工工艺提高附着于翅片表面的冷凝水的排水性能并且能量效率优异的翅片管热交换器和其制造方法。

用于解决课题的技术方案

为了解决所述现有的课题，本发明提供一种翅片管热交换器，其特征在于，具有：为了在彼此之间形成气体流路而平行地排列的多个翅片；和贯通所述多个翅片且在内部流通与所述气体进行热交换的流体的导热管，所述翅片具有：第一倾斜部，其相对于气体的流动方向倾斜以使得至少形成一个峰部；管周围部，其分别形成于在重力方向相互分开的第一位置和第二位置贯通所述翅片的所述导热管的周围；和第二倾斜部，其以将所述管周围部和所述第一倾斜部相互连接的方式相对于气体的流动方向倾斜，连接所述第一位置的所述第二倾斜部和第二位置的所述第二倾斜部的槽部形成于所述第一倾斜部的表面。

发明效果

根据本发明，能够提供一种通过廉价的加工工艺提高附着于翅片表面的冷凝水的排水性能的能量效率优异的翅片管热交换器。

附图说明

图1是本发明实施方式1的翅片管热交换器的立体图。

图2A是实施方式1的翅片管热交换器的波纹翅片的平面图。

图2B是图2A的波纹翅片的A－A剖面图。

图2C是图2A的波纹翅片的B－B剖面图。

图3是表示实施方式1的翅片管热交换器的翅片材料结构的剖面图。

图4是本实施方式1的比较例的在翅片管热交换器的波纹翅片滞留有冷凝水的状态的说明图。

图5是实施方式1的翅片管热交换器的波纹翅片的冷凝水排水作用的说明图。

图6是表示实施方式1的翅片管热交换器的槽部的详细形状的剖面图。

图7是表示实施方式1的翅片管热交换器的槽部的其它详细形状的剖面图。

图8是本发明实施方式2的翅片管热交换器的波纹翅片的平面图。

图9A是实施方式3的翅片管热交换器的波纹翅片的平面图。

图9B是图9A的波纹翅片的A－A剖面图。

图9C是图9A的波纹翅片的B－B剖面图。

图10是现有的翅片管热交换器的翅片的平面图。

具体实施方式

第一发明提供一种翅片管热交换器，其具有：为了在彼此之间形成气体流路而平行地排列的多个翅片；和贯通上述多个翅片且在内部流通与上述气体进行热交换的流体的导热管，上述翅片具有：第一倾斜部，其相对于气体的流动方向倾斜以使得至少形成一个峰部；管周围部，其分别形成于在重力方向相互分开的第一位置和第二位置贯通上述翅片的上述导热管的周围；和第二倾斜部，其以将上述管周围部和上述第一倾斜部相互连接的方式相对于气体的流动方向倾斜，连接上述第一位置的上述第二倾斜部和第二位置的上述第二倾斜部的槽部形成于上述第一倾斜部的表面。

由此，能够将冷凝水从成为冷凝水主要的滞留区域的第二倾斜部（或经由第二倾斜部从管周围部）通过槽部有效地向重力方向下方引导。即，能够将滞留在第一位置的第二倾斜部的冷凝水通过槽部有效地向位于比第一位置更靠重力方向下方的第二位置的第二倾斜部引导。由此，能够提高附着于翅片表面的冷凝水的排水性能，能够抑制在相邻的翅片间等产生交联，能够提供能量效率优异的翅片管热交换器。另外，这种槽部能够通过比较简单的加工工艺形成，能够抑制伴随槽部的形成的制造成本的上升。

第二发明如第一发明的翅片管热交换器，其中，上述槽部的开口宽度尺寸为2mm以下。

由此，因为在槽部和冷凝水之间产生毛细管效应，所以能够更有效地进行冷凝水的排水。

第三发明如第一或第二发明的翅片管热交换器，其中，在上述翅片中，由上述第一倾斜部形成的上述峰部的棱线沿重力方向配置，上述槽部在重力方向延伸。

由此，能够将进入到槽部内的冷凝水有效地向重力方向下方排水。

第四发明如第一～第三发明中任一项的翅片管热交换器，其中，上述翅片具有基材和形成于上述基材的表面的覆膜层，构成上述覆膜层的层的一部分为亲水性覆膜。

由此，通过亲水性覆膜，滞留在管周围部或第二倾斜部的冷凝水沿着翅片表面平坦地蔓延（扩展），能够进一步抑制交联的产生，并且容易向槽部引导冷凝水。

第五发明提供一种第四发明中的翅片管热交换器的制造方法，在上述基材上形成上述亲水性覆膜后，使用上述基材同时成形上述第一倾斜部、上述第二倾斜部、上述槽部来成形上述翅片。

由此，同时成形翅片的第一、第二倾斜部和槽部，因此不增加加工工艺，就能够提供抑制制造成本且能量效率优异的翅片管热交换器。

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，本发明不被该实施方式限定。

（实施方式1）

图1表示本发明的实施方式1的翅片管热交换器的立体图。如图1所示，本实施方式1的翅片管热交换器100具有为了形成空气A（气体）的流路而隔开规定间隔平行地排列的多个翅片1和贯通这些翅片1的导热管21。翅片管热交换器100使在导热管21内部流通的介质B与沿着翅片1的表面流动的空气A进行热交换。

作为介质B例如能够使用二氧化碳、氢氟烃等制冷剂。导热管21可以连成1个，也可以分成多个。

图2A、图2B、图2Ｃ表示本实施方式1的翅片1的详细构造。如图2A所示，翅片1形成为相对于空气的流动方向S至少出现一个峰部3。具体而言，翅片1相对于空气的流动方向S具有两个峰部3，如图2B的剖面图所示，形成为具有大致M字形的截面形状的波纹翅片。

另外，如图2B和图2Ｃ所示，翅片1具有：形成于贯通翅片1的导热管21的周围的管周围部5、相对于空气的流动方向S倾斜以形成峰部3的第一倾斜部6、和将管周围部5与第一倾斜部6相互连接的第二倾斜部7。

如图2B所示，通过交替连接相对于空气的流动方向S的倾斜角不同的第一倾斜部6，形成两个峰部3和配置于该峰部3之间的谷部4。本实施方式1的翅片1中，峰部3的棱线和谷部4分别沿着重力方向形成。

管周围部5是在导热管21向翅片1贯通的贯通位置以包围导热管21的周围的方式配置的环状部分。如图2Ｃ所示，本实施方式1中，管周围部5形成为沿着空气的流动方向的平面即平坦的面。另外，如图2A所示，导热管21在沿着重力方向分开的多个位置贯通翅片1，在各个贯通位置设有管周围部5。

第二倾斜部7是配置于管周围部5的周围的部分。如图2Ｃ所示，作为平坦面的管周围部5和作为倾斜面的第一倾斜部6由作为倾斜面的第二倾斜部7连接。因此，如图2Ｃ所示，在导热管21的贯通位置的周围形成由第二倾斜部7的倾斜面包围的凹状区域。该凹状区域成为易于冷凝水滞留的区域。

本实施方式1的翅片1中，形成有将滞留在第二倾斜部7的冷凝水排水的多个凹状的槽部8。具体而言，凹状的槽部8形成为在形成谷部4的一对第一倾斜部6的表面沿着重力方向延伸。各个槽部8沿着峰部3和谷部4形成，形成于谷部4的附近。

另外，如图2A所示，翅片1中，分别配置于在重力方向上相互分开的第一位置P1和第二位置P2贯通翅片1的导热管21的周围的凹状的区域（第二倾斜部7），通过多个槽部8相互连接。即，各个槽部8沿重力方向延伸以将由重力方向上相邻的第二倾斜部7包围的凹状区域相互连接。此外，槽部8优选在与第二倾斜部7的连接部分，使凹状截面的至少一部分在第二倾斜部7侧开口。

关于翅片1的表面的材质，优选使用与水的接触角成为30度以下的金属。另外，当金属暴露于空气或水分中时，形成氧化覆膜或腐蚀生成物，因此也可以使用作为构成翅片1的基材的表面处理形成有亲水性覆膜的基材。

在该情况下，作为翅片材料如图3所示使用在基材9的表面上形成有覆膜层10的材料。覆膜层10是重叠有耐腐蚀性覆膜10a，并且在其上重叠有亲水性覆膜10b和润滑性覆膜10c的层。关于基材9能够应用钢铁材、铜材、铝材。

耐腐蚀性覆膜10a通过磷酸铬酸盐处理而形成，作为亲水性覆膜10b能够使用无机类（水玻璃类、勃姆石类）、有机树脂类和有机·无机复合类的覆膜。本实施方式1中，作为亲水性覆膜10b使用通过化成处理形成作为有机·无机复合类的二氧化硅／树脂的复合类的覆膜的覆膜。

另外，润滑性覆膜10c用于提高将翅片材料冲压加工成翅片1时的润滑性，在使用水溶性的覆膜时，由于在翅片1上产生的冷凝水而容易消失。因此，不会由于在上层形成的该润滑性覆膜10c而使亲水性覆膜10b的亲水性降低。

这样，如果以亲水性覆膜10b构成由多个层构成的覆膜层10的至少一层，则冷凝水沿着翅片表面平坦地蔓延。因此，能够抑制在相邻的翅片1之间等产生交联，并且如后述那样易于向槽部8引导冷凝水。

接着，关于具有这种结构的本实施方式1的翅片管热交换器100，对排出附着于翅片1的冷凝水的动作、作用进行说明。

在此，图4表示作为本实施方式1的比较例的翅片管热交换器，没有形成槽部8的翅片1的平面图。此外，对槽部8以外的结构标注与本实施方式1的翅片1的各构成部件相同的参照符号并省略其说明。

如图4所示，在没有形成槽部8的比较例的翅片管热交换器中，在翅片1中，特别是在导热管21的周围产生的冷凝水13沿着翅片1表面逐渐向重力方向下方流动。该冷凝水13在管周围部5和第二倾斜部7，不能越过与第一倾斜部6的边界部分的峰部3，而逐渐滞留。

当进一步产生冷凝水13时，滞留的冷凝水量增加，在相邻的翅片1之间产生交联，将翅片1之间堵塞。其结果是，通风阻力增大，并且用于与空气进行热交换的翅片的导热面积减少，导致能量效率的降低。

接着，使用图5说明本实施方式1的翅片1的冷凝水的排水作用。图5从左边起依次时序性地排列有（a）、（b）、（c）、（d）。首先，如图5（a）所示，在第一位置P1，当在第二倾斜部7开始滞留冷凝水13时，如图5（b）所示滞留的冷凝水被引导到与第二倾斜部7的重力方向下部连接的槽部8内，通过槽部8冷凝水被引导向与重力方向下方相邻的第二位置P2的第二倾斜部7。通过该槽部8产生的冷凝水的引导作用，冷凝水13从重力方向上方（第一位置P1）的管周围部5和第二倾斜部7向重力方向下方（第二位置P2）的管周围部5和第二倾斜部7输送（图5（c））。通过反复进行该槽部8产生的冷凝水的引导作用，将冷凝水13进一步向下方输送（图5（ｄ））。

这样，通过槽部8产生的冷凝水的引导作用，能够迅速地排出滞留于管周围部5和第二倾斜部7的冷凝水13，因此能够显著提高翅片1的排水性能。

此外，在本实施方式1中，以将在重力方向上相邻的第二倾斜部7之间相互连接的方式形成有槽部8，但是只要槽部8至少与形成于比导热管21更靠重力方向下部位置的第二倾斜部7相接，就能够向重力方向下方引导滞留在第二倾斜部7的冷凝水。

此外，在本实施方式1中，沿着由第一倾斜部6形成的峰部3的棱线平行地形成两个槽部8，但也可以是1个，还可以是3个以上。另外，本实施方式1中避开由第一倾斜部6形成的峰部3或谷部4的棱线地形成槽部8，但是也可以在这些棱线上使峰部3或谷部4进一步凹下而形成槽部。

此外，如图6所示，为了利用毛细管现象，槽部8的开口宽度尺寸L优选为2mm以下，为了进一步提高毛细管现象的效果，优选为0.5mm以下。通过采用这种开口宽度尺寸，能够大幅度提高槽部8产生的冷凝水13的引导作用。

此外，图6所示的槽部8的形状，考虑到通过翅片1间的空气的通风阻力的降低，构成为侧面8a倾斜的形状，但如图7所示，侧面8a也可以垂直，另外也可以形成为相对的侧面8a在底部8b相接那样的尖形（V字形状）。

具有这种结构的本实施方式1的翅片1，通过对形成有覆膜层的基材进行冲压加工，可以同时成形第一倾斜部6、第二倾斜部7和槽部8。因此，不追加新的加工工艺，就可以制造廉价且排水性优异的翅片管热交换器。

（实施方式2）

图8是本发明实施方式2的翅片管热交换器的翅片的平面图。此外，本实施方式2中，对与上述实施方式1相同的结构部分标注相同的参照符号，并省略其详细的说明。

本实施方式2与上述实施方式1的差异在于，在翅片1的峰部3附近设有槽部8。

如图8所示，槽部8形成为沿着翅片1的峰部3将重力方向上相邻的第二倾斜部7之间连接。

这种结构中，第二倾斜部7的重力方向的各个下端和槽部8的各个上端连接，因此能够将滞留在第二倾斜部7的冷凝水13顺畅地向下方引导。

（实施方式3）

图9A是本发明实施方式3的翅片管热交换器的波纹翅片的平面图，图9B和图9C为剖面图。此外，本实施方式3中，对与上述实施方式1相同的结构部分标注相同的参照符号，并省略其详细的说明。

本实施方式3和上述实施方式1的差异在于，如图9B和图9C所示，翅片15形成为具有大致倒V字形的截面形状的波纹翅片这一点（即，翅片15中只形成一个峰部3）。

另外，如图9A所示，槽部8形成为沿着翅片15的峰部3将重力方向上相邻的第二倾斜部7之间连接。

通常，与M字形波纹翅片相比，V字形波纹翅片易于较大地形成表面积，且易于提高热交换性能。

另一方面，与M字形波纹翅片相比，V字形波纹翅片具有如下课题，即，由于平坦的管周围部5和第二倾斜部7的面积变大，冷凝水13的滞留区域变大，而易于冷凝水13滞留。

因此，如本实施方式3，通过设置槽部8，可以顺畅地向重力方向下方引导冷凝水13。因此，可以实现热交换性能高且排水性能也优异的V字形波纹翅片。

上述说明中，以槽部8沿重力方向延伸的情况为例进行了说明，但槽部只要连续具有向重力方向下方的方向成分即可，例如也可以是相对于重力方向倾斜的情况或弯曲的情况。

上述说明中，说明了通过在翅片表面设置槽部而能够提高附着于翅片表面的冷凝水的排水性的情况，但是除了冷凝水以外，还能够提高附着于翅片表面的液体的排出性。

另外，上述说明中，以在与通过翅片管热交换器的空气之间进行热交换的情况为例进行了说明，但是也可以是空气以外的气体通过翅片管热交换器而在与该气体之间进行热交换那样的情况。

此外，通过适当组合上述各种各样的实施方式中的任意实施方式，能够实现各自具有的效果。

本发明参照附图对优选的实施方式进行充分记载，但对该技术熟练的人而言，当然可以进行各种变形或修正。这种变形或修正只要不脱离添加的权利要求的本发明的范围，就应该理解为包含在本发明保护的范围之中。

工业上的可利用性

如上述，本发明的翅片管热交换器能够通过设于翅片表面的槽部提高排水性，因此能够适用于空气调节装置、供热水装置、取暖装置等中使用的热交换器。

符号说明

1、15 翅片（波纹翅片）

3 峰部

4 谷部

5 管周围部

6 第一倾斜部

7 第二倾斜部

8 槽部

9 基材

10 覆膜层

10a 耐腐蚀性覆膜

10b 亲水性覆膜

10c 润滑性覆膜

13 冷凝水

21 导热管

100 翅片管热交换器

P1 第一位置

P2 第二位置

S 空气的流动方向

L 开口部的开口宽度尺寸

Claims (5)

1.一种翅片管热交换器，其特征在于，具有：

为了在彼此之间形成气体流路而平行地排列的多个翅片；和

贯通所述多个翅片并且在内部流通与所述气体进行热交换的流体的导热管，

所述翅片具有：

第一倾斜部，其相对于气体的流动方向倾斜以使得至少形成一个峰部；

管周围部，其分别形成于在重力方向相互分开的第一位置和第二位置贯通所述翅片的所述导热管周围；

第二倾斜部，其以将所述管周围部和所述第一倾斜部相互连接的方式相对于气体的流动方向倾斜，

连接所述第一位置的所述第二倾斜部和第二位置的所述第二倾斜部的槽部形成于所述第一倾斜部的表面。

2.如权利要求1所述的翅片管热交换器，其特征在于：

所述槽部的开口宽度尺寸为2mm以下。

3.如权利要求1或2所述的翅片管热交换器，其特征在于：

在所述翅片中，由所述第一倾斜部形成的所述峰部的棱线沿重力方向配置，所述槽部在重力方向延伸。

4.如权利要求1～3中任一项所述的翅片管热交换器，其特征在于：

所述翅片具有基材和形成于所述基材的表面的覆膜层，构成所述覆膜层的层的一部分为亲水性覆膜。

5.一种翅片管热交换器的制造方法，其特征在于：

在所述基材上形成所述亲水性覆膜后，使用所述基材同时成形所述第一倾斜部、所述第二倾斜部、所述槽部来成形所述翅片，制造权利要求4所述的翅片管热交换器。

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