传热管以及热交换器的制作方法

1.本公开涉及一种传热管以及热交换器。


背景技术：

2.近年来，有时能使用热交换效率高、能实现小型化和轻量化的微通道型的热交换器作为空调机的热交换器。所述微通道型的热交换器包括传热管，所述传热管被称为在内部排列形成有多个流路的多孔管(例如，参照专利文献1)。在所述传热管中，在各流路中流动的制冷剂与沿着多个流路的排列方向在传热管的周围流动的空气之间进行热交换。在专利文献1所记载的传热管中，在各流路的内表面设置有多个突起，通过所述突起来扩大与制冷剂的接触面积。现有技术文献专利文献
3.专利文献1：日本专利特开2009-63228号公报


技术实现要素：

发明所要解决的技术问题
4.专利文献1所记载的传热管的各流路的截面形状形成为在多个流路的排列方向上较长的长方形。因此，能在各流路的内表面形成大量的突起来进一步扩大与制冷剂的接触面积，而且，由于传热管内部的流路的数量变少，因此，存在在沿着多个流路的排列方向的空气流的上游侧与下游侧之间减小热交换效率之差的优点。然而，流路的截面形状中的长方形的长边越长，则在各流路内流动的制冷剂的速度越低，因此，也有时热交换性能反而会变差。因此，为了提高热交换性能，需要适当地设定各流路的尺寸。
5.本公开的目的在于提供一种能提高热交换性能的传热管以及热交换器。解决技术问题所采用的技术方案
6.(1)本公开的传热管，其中，在内部排列形成有多个第一流路，各所述第一流路的截面形状是在作为多个所述第一流路的排列方向的第一方向上较长的长方形，在所述第一流路的内表面形成有多个突起，所述第一流路的截面形状中的长边的长度与短边的长度的比例是1.1以上且1.5以下。
7.根据以上结构，能适当地设定第一流路的截面形状中的长边与短边的比例，从而能提高热交换性能。
8.(2)较为理想的是，相邻的所述第一流路之间的距离是0.5mm以上且0.6mm以下。
9.(3)较为理想的是，在所述传热管的内部的所述第一方向的端部形成有第二流路，所述第二流路的截面比所述第一流路的截面积小。
根据上述结构，在第一方向的传热管的端面处容易结霜，因此，通过使第二流路的截面积比第一流路的截面积小，第二流路的制冷剂流量比第一流路的制冷剂流量少，能抑制结霜。
10.(4)较为理想的是，在所述传热管的内部的所述第一方向的两个端部形成有所述第二流路。
11.(5)较为理想的是，所述第二流路与所述传热管的端面之间在所述第一方向上的最大距离比相邻的两个第一流路之间在所述第一方向上的距离大，所述传热管的所述端面在所述第一方向上离所述第二流路最近。根据上述结构，由于在第一方向上的传热管的端面处容易产生结霜，因此，通过使第二流路与传热管的端面之间在第一方向上的最大距离比相邻的第一流路之间在第一方向上的距离大，能使在第二流路中流动的制冷剂的热量不易传递至传热管的端面，从而能抑制该端面处的结霜。
12.(6)本公开的热交换器包括：集管；以及在集管的长度方向上排列配置，且端部连接于所述集管的所述(1)～(5)中任一项所述的多个传热管。
13.(7)本公开的热交换器包括：集管；在所述集管的长度方向上排列配置，且端部连接于所述集管的所述(3)～(5)中任一项所述的多个传热管；以及翅片，所述翅片与除了所述传热管在所述第一方向上的一侧的端面以外的所述传热管的外周面接触，在所述传热管的内部的所述一侧的端部形成有所述第二流路。
14.根据以上结构，翅片未接触的传热管的一侧的端面的温度比翅片所接触的其他面的温度低，从而变得容易结霜，因此，通过在传热管的内部的一侧于端部形成第二流路，能减少传热管的一侧的端面附近的制冷剂流量，以抑制结霜。
附图说明
15.图1是本公开一实施方式的空调机的概略结构图。图2是表示空调机的室外热交换器的立体图。图3是将室外热交换器展开并示出的概略图。图4是图3的a-a向视剖视图。图5是传热管的剖视图。图6是将传热管的第一流路放大表示的剖视图。图7是将传热管的第二流路放大表示的剖视图。图8是表示扁平率与热交换性能比之间的关系的图表。图9是表示扁平率与流路内的表面积及单个流路的热交换性能比之间的关系的图表。
具体实施方式
16.下面，参照附图，对本公开的实施方式进行详细说明。图1是本公开一实施方式的空调机的概略结构图。作为冷冻装置的空调机1包括设置于室外的室外机2和设置于室内的室内机3。室外机2与室内机3通过连通配管彼此连接。空调机1包括进行蒸气压缩式冷冻循环运转的制冷剂回路4。在制冷剂回路4中设置有室内热交换器11、压缩机12、油分离器13、室外热交换器14、膨胀阀(膨胀机构)15、储罐16以及四通换向阀17等，上述设备通过制冷剂配管10连接。制冷剂配管10包括液体配管10l和气体配管10g。
17.室内热交换器11是用于使制冷剂与室内空气进行热交换的热交换器，设置于室内机3。作为室内热交换器11，例如，能够采用交叉翅片型的翅片管式热交换器或微通道型热交换器等。在室内热交换器11的附近设置有用于将室内空气朝室内热交换器11输送的室内风扇(省略图示)。
18.压缩机12、油分离器13、室外热交换器14、膨胀阀15、储罐16以及四通换向阀17设置于室外机2。压缩机12对从吸入端口吸入的制冷剂进行压缩并将其从喷出端口喷出。作为压缩机12，例如，能够采用涡旋式压缩机等各种压缩机。
19.油分离器13用于从自压缩机12喷出的润滑油以及制冷剂的混合流体中分离出润滑油。分离出的制冷剂被送往四通换向阀17，润滑油返回至压缩机12。室外热交换器14用于使制冷剂与室外空气进行热交换。本实施方式的室外热交换器14是微通道型热交换器。在室外热交换器14附近设置有用于将室外空气送往室外热交换器14的室外风扇18。在室外热交换器14的液体侧端连接有具有毛细管的制冷剂分流器19。
20.膨胀阀15在制冷剂回路4中配置在室外热交换器14与室内热交换器11之间，使流入的制冷剂膨胀而减压至规定的压力。作为膨胀阀15，例如能够采用开度可变的电子膨胀阀。
21.储罐16对流入的制冷剂进行气液分离，在制冷剂回路4中配设在压缩机12的吸入端口与四通换向阀17之间。在储罐16中分离后的气体制冷剂被吸入压缩机12。
22.四通换向阀17能够进行图1中实线所示的第一状态和虚线所示的第二状态的切换。当空调机1进行制冷运转时，四通换向阀17被切换至第一状态，当进行制热运转时，四通换向阀17被切换至第二状态。
23.在空调机1进行制冷运转的情况下，室外热交换器14作为制冷剂的冷凝器(放热器)起作用，室内热交换器11作为制冷剂的蒸发器起作用。从压缩机12喷出的气状制冷剂在室外热交换器14中冷凝，然后，在膨胀阀15中减压后的制冷剂在室内热交换器11中蒸发，被吸引至压缩机12。在制热运转时进行将附着于室外热交换器14的霜去除的除霜运转的情况下，也与制冷运转相同地，室外热交换器14作为制冷剂的冷凝器起作用，室内热交换器11作为制冷剂的蒸发器起作用。
24.在空调机1进行制热运转的情况下，室外热交换器14作为制冷剂的蒸发器起作用，室内热交换器11作为制冷剂的冷凝器起作用。从压缩机12喷出的气状制冷剂在室内热交换器11中冷凝，然后，在膨胀阀15中减压后的制冷剂在室外热交换器14中蒸发，被吸引至压缩机12。
25.[室外热交换器的结构]图2是表示空调机的室外热交换器的立体图。图3是将室外热交换器展开并示出的概略图。图4是图3的a-a向视剖视图。在下述说明中，为了说明朝向、位置，有时使用“上”、“下”、“左”、“右”、“前(前表面)”、“后(背面)”等表述。只要没有特别说明，则这些表述遵循图2中描绘的箭头的方向。具体而言，在下述说明中，将图2中的箭头x的方向设为左右方向，将箭头y的方向设为前后方向，将箭头z的方向设为上下方向。另外，这些表示方向、位置的表述是为了便于说明而使用的，在没有特别说明的情况下，并非将室外热交换器14整体和室外热交换器14的各结构的朝向、位置确定为所记载的表述的朝向、位置。
[0026]
室外热交换器14是使在内部流动的制冷剂与空气之间进行热交换的设备。本实施方式的室外热交换器14在俯视观察时形成为大致u字状。所述室外热交换器14例如收纳于形成为长方体形状的室外机2的壳体，并配置成与所述壳体的三个侧壁相对。本实施方式的室外热交换器14具有一对集管21、22和热交换器主体23。一对集管21、22以及热交换器主体23是铝制或铝合金制的。
[0027]
一对集管21、22配置于热交换器主体23的两端。一个集管21是供液状制冷剂(气液两相制冷剂)流动的液体集管。另一个集管22是供气状制冷剂流动的气体集管。液体集管21以及气体集管22以其长度方向朝向上下方向z的状态配置。在液体集管21连接有具有前述的毛细管37a～37f的制冷剂分流器19。在气体集管22连接有气体配管24。
[0028]
热交换器主体23是使在内部流动的制冷剂与空气之间进行热交换的部分。空气如箭头a所示从形成为大致u字状的热交换器主体23的外侧向内侧沿着与热交换器主体23交叉的方向经过。
[0029]
如图3所示，热交换器主体23具有多个传热管26和多个翅片27。多个传热管26水平地配置。多个传热管26在作为集管21、22的长度方向的上下方向上排列而配置。各传热管26的长度方向的一端部与液体集管21连接。各传热管26的长度方向的另一端部与气体集管22连接。
[0030]
如图4所示，本实施方式的传热管26是形成有多个制冷剂流路30a、30b的多孔管。各流路30a、30b沿着传热管26的长度方向延伸。制冷剂在传热管26的各流路30a、30b中流通的期间与空气进行热交换。多个流路30a、30b沿着相对于热交换器主体23的空气流动方向a排列而配置。空气经过多个传热管26的上下方向之间。传热管26形成为上下方向的长度比多个流路30a、30b排列的方向(空气流动方向a)的长度小的扁平形状。传热管26的多个流路30a、30b排列的方向上的两个端面26a形成为半圆弧状。
[0031]
多个翅片27沿着传热管26的长度方向排列而配置。各翅片27是形成为在上下方向上长的薄板材。在翅片27中，从空气流动方向a的一侧的边27c向另一侧的边延伸的槽27a形成为在上下方向上隔开间隔地排列多个。槽27a在翅片27的一侧的边27c处开放。传热管26以插入到翅片27的各槽27a的状态安装于翅片27。在翅片27形成有用于促进热传递的散热孔27b和加强用的肋部27d。
[0032]
图2以及图3所例示的热交换器主体23具有多个热交换部31a～31f。多个热交换部31a～31f在上下方向上排列而配置。液体集管21的内部沿上下按照每个热交换部31a～31f而被划分。换言之，如图3所示，在液体集管21的内部形成有每一热交换部31a～31f的流路
33a～33f。
[0033]
在液体集管21连接有多个连接管35a～35f。各连接管35a～35f与各流路33a～33f对应地设置。在各连接管35a～35f连接有制冷剂分流器19的毛细管37a～37f。在制热运转时，在制冷剂分流器19中分流后的液状制冷剂流经毛细管37a～37f以及连接管35a～35f而流入液体集管21内的各流路33a～33f，并且流过与各流路33a～33f连接的一个或多个传热管26而流向气体集管22。相反地，在制冷运转或除霜运转时，在气体集管22中分流至各传热管26的制冷剂流入液体集管21的各流路33a～33f，并且从各流路33a～33f流经各毛细管37a～37f而在制冷剂分流器19合流。
[0034]
气体集管22的内部未被划分，与所有的热交换部31a～31f连续。因此，从一根气体配管24流入气体集管22的制冷剂分流至所有的传热管26，从所有的传热管26流入气体集管22的制冷剂在气体集管22中合流并流入一根气体配管24。
[0035]
[传热管的具体结构]图5是传热管的剖视图。图6是将传热管的第一流路放大表示的剖视图。图7是将传热管的第二流路放大表示的剖视图。如图5所示，在传热管26形成有多个流路30a、30b。在传热管26的空气流动方向a的两端形成有第二流路30b。在两个第二流路30b之间排列形成有多个第一流路30a。在本实施方式中，七个第一流路30a和两个第二流路30b形成为在空气流动方向a上排列成一列。在以下的说明中，将流路30a、30b的排列方向也称为“第一方向p”。
[0036]
如图6所示，第一流路30a具有在第一方向p上较长的长方形的截面形状。在图6中，第一流路30a的截面形状中的长边的长度(第一方向p的长度)用l1a来表示，短边的长度(上下方向的长度)用l1b来表示。在第一流路30a的内表面形成有多个突起31。具体而言，多个突起31形成于第一流路30a的截面形状中的两个长边一侧的内表面。在图6所示的例子中，在各内表面形成有六个突起31。各突起31形成为越靠近前端侧则第一方向p的长度越小的前端细形状。
[0037]
如图7所示，第二流路30b具有在第一方向p上较长的长方形的截面形状。在图7中，第二流路30b的截面形状中的长边的长度用l2a来表示，短边的长度用l2b来表示。第二流路30b的长边的长度l2a比第一流路30a的长边的长度l1a短。第二流路30b的短边的长度l2b与第一流路30a的短边的长度l1b相同。第二流路30b的截面积比第一流路30a的截面积小。
[0038]
在第二流路30b的内表面形成有多个突起31。具体而言，多个突起31形成于第二流路30b的截面形状中的两个长边一侧的内表面。在图7所示的例子中，在各内表面形成有四个突起31。第二流路30b的突起31与第一流路30a的突起31是相同的形状。第二流路30b的长边的长度l2a比第一流路30a的长边的长度l1a短，因此，能形成于第二流路30b的突起31的数量比能形成于第一流路30a的突起31的数量少。
[0039]
通过以上方式在第一流路30a、第二流路30b的内表面形成有突起31以使各流路的表面积增大，因此，能提高热交换效率。
[0040]
(关于第一流路30a的形状)第一流路30a的截面形状是长方形，所述长方形的长边一侧的长度l1a与短边一侧的长度l1b的比例、即扁平率设定为1.1以上且1.5以下。将扁平率设定为上述值的理由考虑了以下的(1)～(4)的事项。
[0041]
(1)如图4所示，当空气沿着传热管26内的第一流路30a(以下，也简称为“流路”)的排列方向流动时，在空气流动方向a的上游侧(图4的右侧)，流路30a内的制冷剂与空气的温度差大，因此，能高效地进行热交换。另一方面，在空气流动方向a的下游侧(图4的左侧)，在上游侧被热交换后的空气流来，因此，流路30a内的制冷剂与空气的温度差变小。由此，与上游侧相比，热交换效率下降。在空气流动方向a的上游侧的流路30a中流动的制冷剂和在空气流动方向a的下游侧的流路30a中流动的制冷剂中，状态变化的时刻不同。因此，室外热交换器14设计成下游侧的流路30a内的制冷剂适当地进行状态变化。然而，若上游侧的流路30a和下游侧的流路30a中的热交换效率相差很大，则使在上游侧的流路30a中的已经完成状态变化的制冷剂流至室外热交换器14，能力会遭到浪费。为了抑制这种现象，只要在不减小流路30a的总截面积的情况下减少传热管26内的流路30a的数量即可，因此，将流路30a的截面形状形成为在空气流动方向a上较长的长方形是有效的。
[0042]
(2)在基于上述(1)的想法将流路30a的截面形状设为长方形的情况下，使该长方形的长边越长(使扁平率越大)，则在流路30a的长边一侧的内表面能形成越多的突起31。因此，能增大流路30a内的表面积，从而能期待热交换效率的提高。
[0043]
(3)然而，使流路30a的截面形状的长边越长，则传热管26内的流路30a的数量越少，与此同时，将流路30a和流路30a分隔的壁26b(参照图5)的数量也越少，因此，传热管26的强度下降。因此，为了防止传热管26的强度下降，需要使壁26b的厚度t1变大。其结果是，即使使流路30a的截面形状的长边变长，也无法使流路30a的表面积与此成比例地变大。
[0044]
(4)而且，使流路30a的截面形状的长边越长，则各流路30a中的制冷剂的流速越下降，因此，各流路(单个的流路)30a中的热交换性能可能会下降。此外，若流路30a的截面形状的长边变长，则在流路30a的内表面中的、长边的中心位置附近会产生制冷剂与流路30a的内表面不接触的区域，在该内表面的与制冷剂不接触的区域中无法实现与制冷剂的热交换，因此，热交换效率下降。
[0045]
图9是表示扁平率与流路内的表面积及单个流路的热交换性能比之间的关系的图表。参照图9可知，流路的扁平率越大则流路内的表面积越变大，但扁平率越大，则各流路的热交换性能比越下降。
[0046]
本技术的发明人鉴于上述(1)～(4)的事项以及图9所示的关系，在接下来的表1所示的条件a～f下，求出了流路的扁平率与换热管26的热交换性能之间的关系。
[0047]
[表1] abcdef流路的数量1614121086壁厚(mm)0.2910.3390.4050.4990.6460.899流路的第一方向长度(mm)1.361.361.361.361.361.36流路的上下方向长度(mm)0.9721.1041.2791.5211.8792.468扁平率0.7150.8120.9401.1181.3821.814突起间的槽数量123469流路内的表面积(mm2)38.59240.74542.83344.83146.69648.340热交换性能比100％103％106％107％107％106％
[0048]
在表1中，在使传热管26的上下方向的长度(厚度)和第一方向p的长度恒定的状态
下，在a～f这六个条件下使流路的数量变化，并设定与流路的数量对应的壁的厚度、扁平率和突起的数量(槽的数量)，并且求出了热交换性能比。热交换性能比设为将条件a设为100％时的比例。传热管26的上下方向的长度是2.0mm，第一方向p的长度是22.2mm。
[0049]
图8是表示表1所示的流路的扁平率与热交换性能比之间的关系的图表。如图8所示，热交换性能比在扁平率为0.7至1.3之间上升，但此后下降。这被认为是由于当扁平率超过1.3时，流路之间的壁的厚度的增大以及各流路各自的性能下降的影响比流路内的表面积的增加大。在本实施方式的传热管26中，根据表1以及图8的结果，采用1.1以上且1.5以下的值作为能获得适当的热交换性能的扁平率，并设定第一流路30a的截面形状中的长边以及短边的长度la1、la2。
[0050]
另外，第一流路30a与第一流路30a之间的距离(壁26b的厚度)t1最好设为0.5mm以上且0.6mm以下。
[0051]
(关于第二流路30b以及传热管26的端面26a的形状)如图5以及图7所示，在将室外热交换器14作为蒸发器使用时，已经冷却的制冷剂经过传热管26内，因此，传热管26的表面的温度也下降，有时会结霜。尤其，如图4所示，室外热交换器14的传热管26的第一方向p的一侧的端面26a(右侧的端面)与翅片27不接触，因此，无法从被制冷剂冷却后的传热管26的端面26a传热至翅片27。因此，在翅片27未接触的传热管26的端面26a中传热管26的温度下降显著，更容易产生结霜。翅片27未接触的传热管26的端面26a位于空气流动方向a的上游侧，因此，包含水分的空气接触，更容易产生结霜。
[0052]
在本实施方式中，在传热管26内部的第一方向p上的两个端部形成有第二流路30b。所述第二流路30b的截面积比第一流路30a的截面积小。因此，在第二流路30b中流动的制冷剂量比在第一流路30a中流动的制冷剂量少，向传热管26的端面26a的传热量下降。因此，通过在传热管26的内部的第一方向p的端部形成第二流路30b，能抑制传热管26的端面26a处的结霜。本实施方式的第二流路30b的扁平率并未包含在作为第一流路30a的扁平率的1.1以上且1.5以下的范围内，小于1.1。
[0053]
如图5以及图7所示，第二流路30b与传热管26的端面26a之间在第一方向p上的最大距离(传热管26的端部的厚度)t2比第一流路30a与第一流路30a之间在第一方向p上的距离(壁26b的厚度)t1大，所述传热管的端面26a在第一方向p上离第二流路30b最近。因此，在第二流路30b中流动的制冷剂的热量不易传递至传热管26的端面26a，从而能进一步抑制结霜。第一流路30a与第二流路30b之间的距离(壁26b的厚度)t1也与第一流路30a之间的距离t1相同。
[0054]
如图7所示，形成于翅片27的槽27a具有：第一部分27a1，所述第一部分27a1具有与传热管26的上下方向的长度大致相同的上下方向的长度l3；以及第二部分27a2，所述第二部分27a2的上下方向的长度与第一部分27a1的上下方向的长度相比扩大。在图7中，用l4表示第二部分27a2的上下方向的最大长度，用w表示第二部分27a2的第一方向p的范围。
[0055]
传热管26的端面26a的截面形状形成为半圆弧状。传热管26的端面26a中的一部分形成于槽27a的第一部分27a1内，剩余部分配置于槽27a的第二部分27a2的第一方向p的范围w内。传热管26的端面26a和槽27a的第一部分27a1以隔开间隙s的方式接近。
[0056]
传热管26的端面26a的半径约为1.0mm，配置于第二部分27a2的传热管26的端面26a的第一方向p的长度l5例如是0.20～0.24mm，更理想的是0.22mm。
[0057]
[其他实施方式]形成于第一流路30a以及第二流路30b的突起31既可以形成于第一流路30a以及第二流路30b的截面形状中的短边一侧的内表面，也可以形成于长边一侧的内表面以及短边一侧的内表面这两者。在上述实施方式中，第二流路30b的截面形状是长方形，但也可以是正方形或圆形等其他形状。
[0058]
在上述实施方式中，传热管26的第一方向p的端面26a形成为半圆弧状，但也可以是沿着上下方向的平坦面。
[0059]
[实施方式的作用效果](1)上述实施方式的传热管26在内部排列形成有多个第一流路30a，各第一流路30a的截面形状是在作为多个第一流路30a的排列方向的第一方向p上较长的长方形，在第一流路30a的内表面形成有多个突起31，第一流路30a的截面形状中的长边的长度l1a与短边的长度l1b的比例是1.1以上且1.5以下。由此，能适当地设定第一流路30a的截面形状中的长边的长度与短边的长度的比例，从而提高热交换性能。
[0060]
(3)在上述实施方式中，在传热管26的内部的第一方向p的端部形成有第二流路30b，第二流路30b的截面积比第一流路30a的截面积小。在传热管26的第一方向p的端部处容易结霜，因此，通过使第二流路30b的截面积比第一流路30a的截面积小，使在第二流路30b中流动的制冷剂的流量变少，能抑制结霜。
[0061]
(4)在上述实施方式中，在传热管26的内部的第一方向p的两个端部形成有第二流路30b。因此，能抑制传热管26的第一方向p的两个端部处的结霜。
[0062]
(5)在上述实施方式中，第二流路30b与传热管26的端面26a之间在第一方向p上的最大距离t2比相邻的两个第一流路30a之间在第一方向p上的距离t1大，所述传热管26的端面26a在第一方向p上离所述第二流路30b最近。在第一方向p的传热管26的端面26a处容易产生结霜，因此，通过使第二流路30b与传热管26的端面26a的最大距离t2比相邻的第一流路30a之间的距离t1长，能使在第二流路30b中流动的制冷剂的热量不易传递至传热管26的端面26a，从而能抑制结霜。
[0063]
(6)上述实施方式的室外热交换器14包括：集管21、22；在集管21、22的长边方向上排列配置，且端部连接于集管21、22的多个传热管26；以及与传热管26的外周面接触的翅片27，翅片27与除了传热管26的第一方向p上的一侧的端面26a以外的传热管26的外周面接触，在传热管26的内部的所述一侧形成有第二流路30b。翅片27未接触的传热管26的一侧的端面26a的温度比翅片27所接触的其他部分的温度低，容易结霜，因此，通过在传热管26内的所述一侧的端部形成第二流路30b，能减少制冷剂流量，从而抑制结霜。(符号说明)
[0064]
21液体集管；22气体集管；26传热管；26a端面；27翅片；30a第一流路；
30b第二流路；31突起。