專利名稱：混合制冷劑用傳熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以混合制冷劑作為工作流體的冷凍機(jī)、空調(diào)機(jī)等中所用的熱交換器，特別涉及一種冷凝器或蒸發(fā)器或適合用于其中的傳熱管。
現(xiàn)有技術(shù)中，采用HCFC-22(氫氯氟烴-22)等單一制冷劑的冷凍機(jī)、空調(diào)機(jī)的熱交換器用傳熱管，除了光滑的管以外，還有一種如圖17所示的內(nèi)面帶有單一螺旋槽的管。
這種內(nèi)面帶單一螺旋槽的管對于單一制冷劑來說，具有很好的傳熱性能，但對于趨向于代替HCFC-22的混合制冷劑來說，卻得不到采用單一制冷劑時的效果。圖18表示采用現(xiàn)有的帶內(nèi)面螺旋槽管子時的冷凝熱傳導(dǎo)率比較。曲線a表示在內(nèi)面帶單一螺旋槽管內(nèi)使用單一制冷劑時的實(shí)驗結(jié)果，曲線b表示在內(nèi)面帶單一螺旋槽的管子內(nèi)使用混合制冷劑時的實(shí)驗結(jié)果。從圖18可知，使用混合制冷劑時的冷凝熱傳導(dǎo)率比使用單一制冷劑時明顯降低，尤其是當(dāng)質(zhì)量速率小時，降低得更加顯著。在該實(shí)驗中，所用的混合制冷劑是由30％重量的HFC-32(氫氟烴)、10％重量的HFC-125和60％重量的HFC-134a混合而成的。
在日本專利公報特開平3-234302號中公開了一種使用單一制冷劑的傳熱管，該管帶有由主槽和付槽交叉形成的交叉槽。使用單一制冷劑的傳熱管，除了這種以外，在現(xiàn)有技術(shù)中雖然也提出過具有各種內(nèi)部形狀的傳熱管，但是，對于非共沸混合制冷劑用傳熱管來說，具有什么樣的內(nèi)部形狀能得到最好的傳熱效率，是現(xiàn)有技術(shù)中正在探討的問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種使用混合制冷劑并具有高傳熱性能的傳熱管。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的傳熱管，用于使用混合制冷劑進(jìn)行冷凍循環(huán)的冷凝器或蒸發(fā)器，其特征在于，在該傳熱管的內(nèi)面交叉地設(shè)有的主槽和付槽，沿主槽方向的槽頂被付槽斷開而形成為突起，該突起的長度比其寬度長，而且付槽的寬度比該突起的長小，付槽形成在管內(nèi)壓力梯度變小的方向上。
在該傳熱管中，付槽可以相對于主槽在±5度范圍內(nèi)扭轉(zhuǎn)。最好基本平行于管軸。
在該傳熱管中，也可以在主槽的突起上形成凸?fàn)钭冃尾糠?，以便使沿主槽流動的制冷劑流拐向付槽方向?br> 在上述各傳熱管中，也可以使主槽相對于管軸傾斜7度到25度。
由于上述的構(gòu)造，在本發(fā)明的傳熱管中，制冷劑的流動被引導(dǎo)拐向付槽方向，該制冷劑流被引入寬度小于突起長度的付槽內(nèi)，所以，濃度邊界層被斷開，從各突起的前端形成新的濃度邊界層。其結(jié)果，不減少傳熱面積，對于混合制冷劑能實(shí)現(xiàn)高熱傳導(dǎo)率。
圖1是表示在本發(fā)明第1實(shí)施例的帶交叉槽傳熱管中，制冷劑在槽附近流動的圖。
圖2是圖1所示帶交叉槽傳熱管的縱斷面圖。
圖3是表示圖2所示傳熱管的槽的濃度邊界層的圖。
圖4是表示一種帶交叉槽傳熱管的槽間濃度邊界層的圖，該傳熱管槽頂方向的突起的間隔大。
圖5是本發(fā)明第2實(shí)施例的帶交叉槽傳熱管的縱斷面圖。
圖6是表示圖5所示傳熱管的槽間濃度邊界層的圖。
圖7是表示本發(fā)明第2實(shí)施例中的付槽扭轉(zhuǎn)角度與熱傳導(dǎo)率的關(guān)系圖。
圖8是表示本發(fā)明第2實(shí)施例中的交叉角度0與扭轉(zhuǎn)角度β的關(guān)系圖。
圖9是現(xiàn)有技術(shù)中的帶單一槽傳熱管與本發(fā)明第2實(shí)施例的帶交叉槽傳熱管的性能比較圖。
圖10是表示本發(fā)明第3實(shí)施例的帶交叉槽傳熱管的槽間濃度邊界層的圖。
圖11是本發(fā)明第3實(shí)施例傳熱管的縱斷面圖。
圖12是使用本發(fā)明傳熱管的交叉翅管形熱交換器的立體圖。
圖13是使用HCFC-22的現(xiàn)有帶槽傳熱管與使用混合制冷劑的本發(fā)明傳熱管的性能比較圖。
圖14是采用本發(fā)明傳熱管的熱交換器的制冷劑的熱傳導(dǎo)率變化圖。
圖15是采用本發(fā)明傳熱管的熱交換器中，制冷劑通路布置之一例的側(cè)面圖。
圖16是表示圖15所示熱交換器的制冷劑通路數(shù)變化的示意圖。
圖17是現(xiàn)有傳熱管的橫斷面圖。
圖18是現(xiàn)有的傳熱管使用單一制冷劑和混合制冷劑的性能比較圖。
圖19是表示在現(xiàn)有傳熱管中，制冷劑在槽附近流動的立體圖。
圖20是現(xiàn)有傳熱管的縱斷面圖。
圖21是表示現(xiàn)有傳熱管的槽間濃度邊界層的圖。
下面，參照


本發(fā)明的實(shí)施例。
在說明本發(fā)明的實(shí)施例之前，用圖17至圖21說明現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。圖17是通常的空調(diào)用熱交換器中所使用的、內(nèi)面帶螺旋槽傳熱管的橫斷面圖。在該帶槽的管內(nèi)，混合制冷劑(例如由HFC-32、HFC-125、HFC 134a三種混合而成的混合制冷劑)流經(jīng)并冷凝。
圖20中表示流經(jīng)管內(nèi)的制冷劑氣體的方向。管中心附近的制冷劑氣體從制冷劑入口4a向制冷劑出口4b的方向流動，但管壁附近的制冷劑氣體被主槽1a及主槽的槽頂1b引導(dǎo)而向主槽1a的方向流動。
在混合制冷劑中，由于存在較易冷凝的制冷劑和較不易冷凝的制冷劑，所以，較易冷凝的制冷劑先冷凝成為液體，而較不易冷凝的制冷劑氣體仍以氣體形式存在而形成濃度邊界層。如圖20所示，濃度邊界層5沿主槽1a形成。該濃度邊界層5是連續(xù)的，所以如圖21所示那樣逐漸變厚，它妨礙較易冷凝的制冷劑向管壁擴(kuò)散。其結(jié)果，冷凝熱傳導(dǎo)率降低。
為了解決上述問題，改善混合制冷劑的冷凝熱傳導(dǎo)率降低，斷開濃度邊界層5是個有效的辦法，為此，本申請中提出了使用帶交叉槽傳熱管的方案。本申請第1實(shí)施例的傳熱管如圖1所示，在該帶交叉槽傳熱管的內(nèi)面，設(shè)有主槽1a和與主槽1a交叉的付槽2a，主槽1a的槽頂1b被付槽2a斷開，形成三維的突起3。該突起3的長度比其寬度大；付槽的寬度比突起的長度小，也比主槽的寬度小；以便加大沿主槽方向的制冷劑流量。制冷劑從制冷劑入口4a向制冷劑出口4b方向流動，付槽2a沿著其管中心部的壓力梯度變小的方向形成。
圖2是圖1所示帶交叉槽傳熱管的縱斷面圖，箭頭6表示制冷劑的流動方向。即，主槽1a的槽頂1b被付槽2a斷開而形成三維的突起3，該突起3的方向與主槽1a的方向一致，制冷劑流的大部分在長的槽頂處圍繞著其兩側(cè)，并朝向?qū)挾却蟮闹鞑?a的方向6流動，其余的制冷劑朝著付槽2a的方向即箭頭7的方向流，如圖2所示，一些制冷劑朝著付槽方向流，對混合制冷劑的性能降低有所改善。
但是，如圖3所示，沿圖2的三維突起3形成的濃度邊界層5，在付槽的寬度小的情況下，濃度邊界層與單一槽時的情形一樣，是逐漸變厚的，因此不能充分發(fā)揮該三維突起的作用，即不能斷開沿主槽流動的制冷劑流。
為了充分發(fā)揮三維突起3的作用，圖4所示的方法是，把付槽的寬度做得比突起的長度大，在突起之間設(shè)定較長的距離。用這種方法，能從三維突起的前端形成新的濃度邊界層。但是，其不利的一面是，由于傳熱面積減少，其綜合性能并未提高，所以，這一方法不是很理想的方法。
下面，說明本發(fā)明最佳實(shí)施例的構(gòu)造，該實(shí)施例的傳熱管，即使用窄的付槽2b也能引導(dǎo)沿付槽2b流動的制冷劑流7。
用圖5和圖6說明本發(fā)明的第2實(shí)施例。圖6是表示本實(shí)施例的帶交叉槽傳熱管的槽間濃度邊界層的圖。從圖6可見，付槽2b平行于管軸。在傳熱管中心附近流動的制冷劑從制冷劑入口4a的方向朝著制冷劑出口4b的方向流動，該方向與管軸方向一致。因此，制冷劑沿管軸方向流動。由于付槽2b平行于管軸，在付槽內(nèi)流動的制冷劑增加，把在主槽1a方向6上形成的濃度邊界層斷開。因此，如圖6所示，從各三維突起3分別形成新的濃度邊界層5，可得到高的冷凝熱傳導(dǎo)率。這時，如圖5的傳熱管縱斷面圖所示，管壁附近的制冷劑在沿管軸設(shè)置的付槽內(nèi)流動。
這里，探討一下本發(fā)明的主槽和付槽的關(guān)系。當(dāng)主槽的扭轉(zhuǎn)角β1為20度、把主槽和付槽的交叉角度θ、或付槽的扭轉(zhuǎn)角度β2作為橫軸表示熱傳導(dǎo)率時，即如圖7所示的曲線。曲線f是當(dāng)付槽的扭轉(zhuǎn)角度β2為0度時，即、付槽平行于管軸時具有最大值。之所以具有該最大值，有下述原因。
流入付槽的制冷劑量如曲線g所示，當(dāng)主槽和付槽的交叉角度θ越小，制冷劑流入量則越增加，同時，熱傳導(dǎo)率提高。但是，付槽的扭轉(zhuǎn)角度β2變小甚至變?yōu)樨?fù)值時，如圖8所示，主槽和付槽幾乎不再交叉。其結(jié)果，三維突起的長度變長，熱傳導(dǎo)率降低。圖7的曲線h表示了該傾向。由于曲線g和曲線h為相反的傾向，把兩者的影響疊加，則成為曲線f，具有極大值。因此，嚴(yán)格地說，付槽的扭轉(zhuǎn)角度β2不必設(shè)定為0度，距管軸±5度左右范圍內(nèi)的扭轉(zhuǎn)角度就能足以保持高性能。
圖9是第2實(shí)施例的一個實(shí)驗結(jié)果，曲線b是現(xiàn)有的帶單一槽傳熱管的實(shí)驗結(jié)果，曲線c是本發(fā)明的帶交叉槽傳熱管的實(shí)驗結(jié)果。從該結(jié)果可看出，熱傳導(dǎo)率在整個質(zhì)量速率的大范圍內(nèi)提高。
下面用圖10、圖11說明本發(fā)明的第3實(shí)施例。圖10是表示本實(shí)施例中的帶交叉槽傳熱管的槽間濃度邊界層的圖。
本實(shí)施例中，如圖10所示，在三維突起3上設(shè)有引導(dǎo)制冷劑流動的凸?fàn)钭冃挝?、即?a、3b。為了使沿主槽流動的制冷劑流6向付槽方向7拐彎，三維突起3前端部肋3a和后端部肋3b設(shè)在相反的方向。圖11是傳熱管的斷面圖，表示沿主槽流動的制冷劑流6因三維突起3上的肋3a、3b的作用而拐向付槽方向7的情形。
以上，主要以冷凝為例作了描述，在蒸發(fā)的情形下，本發(fā)明也能發(fā)揮同樣的效果。即，根據(jù)上述實(shí)施例，由于混合液被吸入付槽，從三維突起處形成新的濃度邊界層，在蒸發(fā)的情況下也能得到高的熱導(dǎo)率。
另外，該傳熱管與通常的帶交叉槽管相比，由于制作付槽時，減少傾斜角度，所以其制造工序作業(yè)快捷而方便。
下面，參照圖12至圖16說明將本發(fā)明的傳熱管用于混合制冷劑用熱交換器時的情形。
圖12是交叉翅片管形熱交換器，傳熱管13插入在多個平行的翅片12中。為了提高空氣的熱傳導(dǎo)率，多數(shù)情況下，在翅片的表面設(shè)有百頁14。空氣從該圖箭頭11所示的方向流入并流經(jīng)翅片之間。這種熱交換器中的傳熱管13，適合采用上述實(shí)施例、特別是第2、第3實(shí)施例中所述的傳熱管。
圖13是單種制冷劑HCFC-22流經(jīng)帶單一槽傳熱管時的平均冷凝熱傳導(dǎo)率a與混合制冷劑流經(jīng)上述實(shí)施例所述帶交叉槽管時的平均冷凝熱傳導(dǎo)率c的比較圖。如圖13所示，質(zhì)量速率在300kg/m2S附近時，二者的熱傳導(dǎo)率沒有差別，但當(dāng)質(zhì)量速率在100kg/m2S時，即使采用上述實(shí)施例的帶交叉槽管，熱傳導(dǎo)率也降低。因此，為了防止熱傳導(dǎo)率的降低，方法之一是盡量在質(zhì)量速率大的區(qū)域使用。
圖14是表示質(zhì)量速率影響的圖，橫軸是干度，縱軸是局部冷凝熱傳導(dǎo)率。當(dāng)干度x變小時，即液體制冷劑變多時，局部冷凝熱傳導(dǎo)率降低。但是，在干度小的區(qū)域，壓力損失也小，所以能增加制冷劑流量。圖14中，在干度大的區(qū)域，以120kg/m2S的質(zhì)量速率流動，在干度小的區(qū)域，以240kg/m2S的質(zhì)量速率流動。這樣，在制冷劑的流路途中，通過使質(zhì)量速率發(fā)生變化，可得到高的平均熱傳導(dǎo)率。
為了在制冷劑流路中使質(zhì)量速率發(fā)生變化，只要使制冷劑通路數(shù)變化即可。圖15中表示其一例。氣體制冷劑從制冷劑入口17a和17b兩個入口流入，經(jīng)過U形彎頭15a和發(fā)針式彎頭15b到達(dá)合流管16。這里，合流后的制冷劑以高質(zhì)量速率在成為一個通路的制冷劑管中流動，直至制冷劑出口18。如將其模式化地表示，即為圖16所示那樣，制冷劑通路從兩個通路變化為一個通路。
圖15所示的翅片上，設(shè)有分割縫隙12c。由于混合制冷劑在冷凝和蒸發(fā)的過程中，溫度發(fā)生變化，該分割縫隙12c的作用是阻止通過翅片的熱傳導(dǎo)。
把上述實(shí)施例的傳熱管組裝到圖12所示交叉形翅片管形熱交換器中的情況下，必須使傳熱管與翅片密接，現(xiàn)有技術(shù)中，常采取用緊軸對傳熱管進(jìn)行機(jī)械擴(kuò)管的方法。但是，上述實(shí)施例中的傳熱管具有復(fù)雜的形狀，因機(jī)械擴(kuò)管而產(chǎn)生的變形會使性能大幅度降低。因此，在對上述實(shí)施例的傳熱管進(jìn)行擴(kuò)管時，最好采用液壓擴(kuò)管。
根據(jù)本發(fā)明，能夠使沿主槽流動的制冷劑拐向付槽方向，其結(jié)果，可以提供具有高熱導(dǎo)率的混合制冷劑用傳熱管。圖9是本發(fā)明的一個實(shí)驗結(jié)果，曲線b表示現(xiàn)有的帶單一槽管的實(shí)驗結(jié)果，曲線c表示本發(fā)明的交叉槽管的結(jié)果。在質(zhì)量速率大的范圍內(nèi)提高了熱傳導(dǎo)率。
根據(jù)本發(fā)明，由于在熱交換器中，使制冷劑通路數(shù)變化，盡量保持高的質(zhì)量速率，所以能提供具有高傳熱性能的混合制冷劑用熱交換器。
權(quán)利要求
1，一種傳熱管，用于使用混合制冷劑進(jìn)行冷凍循環(huán)的冷凝器或蒸發(fā)器中，其特征在于，在該傳熱管的內(nèi)面設(shè)有交叉的主槽和付槽，沿主槽方向的槽頂被付槽斷開而形成為突起，該突起的長度比其寬度長，并且，付槽的寬度比突起的長度小，付槽是沿管內(nèi)壓力梯度變小的方向形成的。
2，如權(quán)利要求1所述的傳熱管，其特征在于，主槽相對于管軸傾斜7度至25度。
3，如權(quán)利要求1所述的傳熱管，其特征在于，付槽在相對于管軸±5度的范圍內(nèi)扭轉(zhuǎn)。
4，如權(quán)利要求3所述的傳熱管，其特征在于，主槽相對于管軸傾斜7度至25度。
5，如權(quán)利要求3所述的傳熱管，其特征在于，付槽基本平行于管軸。
6，如權(quán)利要求5所述的傳熱管，其特征在于，主槽相對于管軸傾斜7度至25度。
7，如權(quán)利要求1所述的傳熱管，其特征在于，在上述突起上形成使沿主槽流動的制冷劑流拐向付槽方向的凸?fàn)钭冃尾糠帧?br> 8，如權(quán)利要求7所述的傳熱管，其特征在于，主槽相對于管軸傾斜7度至25度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有高傳熱性能的傳熱管，該傳熱管用于使用混合制冷劑進(jìn)行冷凍循環(huán)的冷凝器或蒸發(fā)器中，在該傳熱管的內(nèi)面設(shè)有交叉的主槽和副槽，沿主槽方向的槽頂被副槽斷開而形成為突起，該突起的長度比其寬度長，并且，副槽的寬度比突起的長度小，副槽是沿管內(nèi)壓力梯度變小的方向形成的。
文檔編號F28F1/40GK1132850SQ95121709
公開日1996年10月9日 申請日期1995年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月28日
發(fā)明者伊藤正昭, 內(nèi)田麻理, 工藤光夫, 大谷忠男 申請人:株式會社日立制作所, 日立電線株式會社