專利名稱：制造熱交換器用交叉翅片管的方法和交叉翅片型熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造熱交換器用交叉翅片管的方法和交叉翅片型熱交換器，特別涉及一種制造這樣一種交叉翅片管的有利方法，即，所述交叉翅片管被構(gòu)造成將內(nèi)部開有溝槽的傳熱管插入到散熱翅片中的規(guī)定裝配孔，接著使傳熱管擴張并且牢固地固定；以及本發(fā)明還特別涉及一種包括根據(jù)該制造方法獲得的交叉翅片管的交叉翅片型熱交換器。
背景技術(shù)：
通常，將用作蒸發(fā)器或者冷凝器的熱交換器應(yīng)用于諸如家用空調(diào)器、車用空調(diào)器、整體空調(diào)器等的空氣調(diào)節(jié)設(shè)備以及電冰箱等中。其中，交叉翅片型熱交換器在家用的室內(nèi)空調(diào)器和商用的整體空調(diào)器中最常使用。交叉翅片型熱交換器設(shè)有交叉翅片管，該交叉翅片管的構(gòu)造是這樣的，即，使在空氣側(cè)的鋁板翅和在制冷劑側(cè)的傳熱管(銅管)相互固定成一體。眾所周知，上述的交叉翅片管是這樣制造的，即，首先，根據(jù)壓機成型或類似手段制備其中形成有多個規(guī)定的裝配孔的鋁板翅；然后，堆疊放置所得到的鋁板翅；接著，將單獨制造的傳熱管插入到裝配孔的內(nèi)部；隨后以一種擴張的方式將傳熱管牢固地固定在鋁板翅上。
作為在上述的交叉翅片型傳熱交換器中所用的傳熱管，可使用所謂的內(nèi)部開有溝槽的傳熱管。即，內(nèi)部開有溝槽的傳熱管在管的內(nèi)表面上具有多條溝槽，例如相對于管軸線以規(guī)定的螺旋角延伸的多條螺旋型溝槽，從而在溝槽之間形成具有規(guī)定高度的內(nèi)翅片或者凸脊。近年來，為了滿足熱交換器的高性能要求，已經(jīng)提出了多種結(jié)構(gòu)，其中將傳熱管的內(nèi)溝槽做得較深以及將內(nèi)翅片做得較窄。另外，為了進一步提高性能，已經(jīng)提出對溝槽深度、溝槽深度/內(nèi)徑、翅片的頂角、螺旋角、溝槽部分的橫截面面積/溝槽深度等進行優(yōu)化。
例如，在JP-A-3-234302和JP-A-8-303905中披露了一種內(nèi)部開有溝槽的傳熱管，所述內(nèi)部開有溝槽的傳熱管在其內(nèi)表面上具有沿管軸線的方向螺旋狀延伸的多條主溝槽和沿著與主溝槽相交的方向延伸的多條副溝槽，以形成一種交叉的溝槽結(jié)構(gòu)效果。更具體地說，以這樣的方式形成主溝槽，即，使主溝槽沿管軸線方向移位(偏置)，并且將交叉部分保持在其的副溝槽上。在使用上述的內(nèi)部開有溝槽的傳熱管作為冷凝器中的冷凝管的情況下，凝聚濃度邊界層在位于主溝槽和副溝槽之間的交叉部分中被可靠地更新，該凝聚邊界層由被冷凝以便液化的傳熱介質(zhì)和還未被冷凝并且處于氣態(tài)的傳熱介質(zhì)形成。因此，由于可降低凝聚的擴散阻力，所以可達到高的冷凝性能。
當(dāng)利用內(nèi)部開有溝槽的傳熱管組裝熱交換器時，需要使傳熱管在設(shè)置于散熱翅片中的固定孔內(nèi)擴張，以便使傳熱管與散熱翅片緊密接觸。作為擴張傳熱管的方法，例如，液壓式擴管方法和機械式擴管方法都是公知的。即，液壓式擴管方法為通過將諸如水、油等的液體充填到傳熱管中并且在充填的液體上施加壓力來擴張傳熱管，而機械擴管方法為通過將直徑大于傳熱管內(nèi)徑的擴管塞或者工具插入到傳熱管的內(nèi)部并且驅(qū)動擴管塞來擴張傳熱管。
在擴管方法中，由于利用擴管塞的機械式擴管方法與液壓式擴方法相比不需要專門的技術(shù)，所以機械擴管方法在大規(guī)模生產(chǎn)性能方面是極好的，因此是常用的。但是，根據(jù)利用擴管塞的機械式擴管方法，當(dāng)使內(nèi)部開有溝槽的傳熱管和散熱翅相互固定以組裝目標熱交換器時，由于機械管擴張效應(yīng)，特別是由于插入在管中的擴管塞，將預(yù)先形成于傳熱管的內(nèi)表面上的內(nèi)翅片或者凸脊沿徑向和管軸線方向壓在外側(cè)上。因此，使內(nèi)翅片不理想地經(jīng)受變形過程，并被壓扁并且倒塌，由此翅片的高度變低。因此，使與在管內(nèi)流動的制冷劑的接觸區(qū)域不理想地減小，從而存在這樣一個問題，即，對傳熱性能產(chǎn)生不利影響。相反，根據(jù)液壓式擴管方法，不存在上述的使內(nèi)翅片在擴張管時壓扁的問題。但是，由于將液體充填到傳熱管中并且在充填的液體上施加壓力需要復(fù)雜的配置，因此該方法存在大規(guī)模生產(chǎn)性能較差的問題。
另一方面，在JP-A-2-137631中披露了一種在管擴張操作的同時獲得在其內(nèi)表面上形成有交叉溝槽的冷凝傳熱管的方法。更具體地說，當(dāng)通過將擴管塞插入到傳熱管的內(nèi)部而使在其內(nèi)表面上具有螺旋形溝槽或者垂直于管軸線的溝槽的傳熱管擴張時，設(shè)置在擴管塞的外表面上的凸起連續(xù)地分隔在管的內(nèi)表面上的溝槽，以在管的內(nèi)表面上形成交叉溝槽。即，根據(jù)擴管方法，在擴張傳熱管的同時，由設(shè)置在擴管塞的外表面上的凸起分隔設(shè)置在傳熱管的內(nèi)表面上的主溝槽，并且形成溝槽深度大于主溝槽的深度的第二溝槽，以便與杏管的內(nèi)表面上的主溝槽相交。
但是，在根據(jù)上述制造方法制造的交叉翅片管中，預(yù)前形成在傳熱管的內(nèi)表面上的主溝槽被設(shè)置在插入的擴管塞的外表面上的凸起分隔，換言之，位于相鄰的主溝槽之間的凸脊或者肋部被完全分開，并且形成以與主溝槽相交的方式延伸的第二溝槽，其具有大于主溝槽深度的溝槽深度。因而，可大大抑制制冷劑溶液的掃除現(xiàn)象，從而提高冷凝性能。但是，由于制冷劑和傳熱管之間的接觸區(qū)域因主溝槽的分隔而減小，因此制冷劑存在著蒸發(fā)性能降低的問題。
另外，由于第二溝槽是通過利用設(shè)置在擴管塞的外表面上的凸起完全分隔設(shè)置在管內(nèi)表面上的主溝槽而形成的，所以使翅片的倒塌量不理想地增大，從而形成毛邊以伸到主溝槽的內(nèi)側(cè)。毛邊使得壓力下降增大，由此存在使換熱性能降低的問題，特別是，使受壓力下降很大影響的蒸發(fā)性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
在上述情況下提出了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種適于制造交叉翅片管的方法，其中當(dāng)根據(jù)機械式管擴張操作而使內(nèi)部開有溝槽的傳熱管擴張并且使其整體地固定在散熱翅片上時，蒸發(fā)性能和冷凝性能不會降低，本發(fā)明的目的還在于提供一種包括根據(jù)這樣一種制造方法得到的交叉翅片管的交叉翅片型熱交換器。
為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種制造用于熱交換器的交叉翅片管的方法，所述交叉翅片管包括內(nèi)部開有溝槽的傳熱管和散熱翅片，所述傳熱管在其內(nèi)表面中形成有多條主溝槽，該傳熱管和散熱翅片被相互固定成一整體，從而利用擴管塞使傳熱管被機械擴張，所述擴管塞被插入在傳熱管中并且傳熱管處于這樣一個狀態(tài)，即，將傳熱管插入在散熱翅片的固定孔中，其特征在于擴管塞具有形成切口的突起，該形成切口的突起在擴管塞的外圓周表面上形成，并且每一圈圓周具有60-160個所述突起，從而形成切口的突起沿著與主溝槽相交的方向延伸，當(dāng)將擴管塞插入到所述傳熱管中時，傳熱管和散熱翅片相互之間緊密接觸，并且形成切口的突起將位于相鄰的兩個主溝槽之間的凸脊分成多個部分以形成凹口，由此形成相對于主溝槽為交叉溝槽的第二溝槽，第二溝槽的深度被保持在是位于所述兩個相鄰的主溝槽之間的所述凸脊高度的10-40％的范圍內(nèi)。
即，根據(jù)基于本發(fā)明的制造熱交換器用交叉翅片管的方法，利用在擴管塞的外圓周表面上形成的形成切口的突起，使內(nèi)部開有溝槽的傳熱管擴張，從而使傳熱管和散熱翅片相互之間固定成一整體。同時，形成切口的突起將位于預(yù)前形成在傳熱管的內(nèi)表面上的多條主溝槽之間的凸脊分成多個部分以形成切口或者凹口，由此形成第二溝槽，所述第二溝槽相對于主溝槽是交叉溝槽。因此，能夠容易地使傳熱管與散熱翅片成整體地緊密接觸，從而能夠有利地改善熱交換器的生產(chǎn)率。另外，由于在主溝槽中除了被形成為交叉溝槽的部分以外的其他部分中，將內(nèi)翅片在沒有根據(jù)管擴張壓扁的情況下保持在被擴張之前的狀態(tài)，將內(nèi)翅片的壓扁限制部分。因此，能夠有效地阻止由于換熱性能的降低而導(dǎo)致的蒸發(fā)性能的降低，特別是，在管內(nèi)流動的制冷劑和內(nèi)翅片之間的接觸區(qū)域的減小。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，利用在擴管塞的外圓周表面上形成的形成切口的突起，將形成在位于主溝槽之間的凸脊中的第二溝槽的數(shù)量設(shè)定為管內(nèi)圓周表面的每一圈圓周有60-160個。因此，由于交叉溝槽，能夠有效地實現(xiàn)制冷劑溶液的湍流加速效應(yīng)。在這種情況下，翅片壓扁、翅片倒塌等問題不會出現(xiàn)，而在利用具有光滑表面的擴管塞進行管擴張的情況下會出現(xiàn)這樣的問題。因此，能夠有利地保證制冷劑和傳熱管之間的接觸區(qū)域并且可提高傳熱性能，從而可有效地提高蒸發(fā)性能和冷凝性能。
另外，根據(jù)本發(fā)明，利用擴管塞，將在主溝槽之間的凸脊分成多個部分以形成凹口，以便形成深度被保持在10-40％的范圍內(nèi)的第二溝槽。在這種情況下，與通過完全地分隔主溝槽而形成第二溝槽的常規(guī)情況相比，幾乎不產(chǎn)生伸向主溝槽內(nèi)側(cè)的毛邊。這樣，能夠有效地避免增大由于形成毛邊而導(dǎo)致的壓力下降的危險，并且能夠有利地阻止制冷劑和傳熱管之間的接觸區(qū)域減小，由此可有利地實現(xiàn)高的冷凝性能和高的蒸發(fā)性能。
在根據(jù)本發(fā)明的制造熱交換器用交叉翅片管的方法的一種優(yōu)選形式中，主溝槽是螺旋形溝槽，所形成的螺旋形溝槽相對于傳熱管的管軸線以規(guī)定的螺旋角延伸，而第二溝槽是基本上為線性的溝槽，所形成的基本上為線性的溝槽沿著管軸線的方向延伸。采用上述結(jié)構(gòu)，可更好地實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
此外，根據(jù)本發(fā)明，考慮到傳熱面積等，將內(nèi)部開有溝槽的傳熱管的主溝槽的數(shù)量最好保持在每一圈圓周有30-80個的范圍內(nèi)。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的用于制造熱交換器用交叉翅片管的方法的另一種優(yōu)選形式中，主溝槽具有沿著垂直于傳熱管的管軸線方向的平面切割的橫截面形狀，并且該橫截面形狀為梯形或者U形。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的用于制造熱交換器用交叉翅片管的方法的又一種優(yōu)選形式中，將主溝槽相對于傳熱管的管軸線的螺旋角保持在10-50度的范圍內(nèi)，以便保證有效的換熱性能并且容易根據(jù)成形輥軋形成溝槽。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的用于制造熱交換器用交叉翅片管的方法中，內(nèi)部開有溝槽的傳熱管最好具有4-10毫米的外徑，主溝槽最好具有0.10-0.30毫米的深度，并且傳熱管最好在其形成主溝槽并且限定主溝槽的底部的部分處具有0.20-0.30毫米的厚度。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的用于制造熱交換器用交叉翅片管的方法中，在相鄰的兩個主溝槽之間的凸脊最好具有被保持在15-50度的范圍內(nèi)的頂角，以便保證有效的換熱性能并且根據(jù)成形輥軋容易實現(xiàn)溝槽的成形。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的用于制造熱交換器用交叉翅片管的方法中，作為傳熱管的材料，最好使用銅或者銅合金。作為散熱翅片的材料，最好使用鋁或者鋁合金。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的用于制造熱交換器用交叉翅片管的方法的再一種優(yōu)選形式中，將的第二溝槽制成V形溝槽、U形溝槽或者梯形溝槽的形狀。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種交叉翅片型熱交換器，其包括根據(jù)上述的制造熱交換器用交叉翅片管的方法獲得的交叉翅片管。在根據(jù)該制造方法獲得的交叉翅片型熱交換器中，如上所述，能夠提高蒸發(fā)性能和冷凝性能，并且無需利用特別的技術(shù)制造交叉翅片型熱交換器。因此，可有利地提高大規(guī)模生產(chǎn)的性能。


圖1是示意性地示出根據(jù)機械式管擴張操作制造交叉翅片管的步驟的說明性橫截面圖；圖2是表示用在根據(jù)本發(fā)明的制造交叉翅片管的方法中的內(nèi)部開有溝槽的傳熱管的一個示例的局部放大的說明性橫截面圖；圖3a和圖3b是表示用于根據(jù)本發(fā)明的制造交叉翅片管的方法中的內(nèi)部開有溝槽的傳熱管中的內(nèi)溝槽布置圖案的一個示例的展開圖，其中圖3a示出了在管軸線方向上(圖中的橫向)以預(yù)定的螺距角延伸的螺旋形溝槽的圖案，而圖3b示出了一種Z字形溝槽的圖案，其通過在管周邊方向上(圖中的垂直方向)組合在每一個預(yù)定區(qū)域中傾斜方向相反的V形溝槽圖案而獲得；圖4a和圖4b是表示用在根據(jù)本發(fā)明的制造交叉翅片管的方法中的擴管塞的一個示例的示意圖，其中圖4a是主視圖，而圖4b是沿著圖4a中的線A-A剖切擴管塞并且將擴管塞的一部分被放大的說明性橫截面圖；圖5是以展開形式表示根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的交叉翅片管的管內(nèi)表面的一部分的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的交叉翅片管的局部放大的說明性橫截面圖，并且示出了沿著圖5中的線B-B的橫截面；圖7是表示實施例2中的在根據(jù)本發(fā)明進行管擴張操作后的傳熱管內(nèi)表面的特征的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；圖8是表示在用于測量該實施例中的熱交換器的單體性能的測試設(shè)備中制冷劑的循環(huán)狀態(tài)的示意圖；以及圖9是表示與比較例1相比，在示例中得到的各種熱交換器中的蒸發(fā)性能和冷凝性能的性能比的圖表。
具體實施例方式
為了具體闡明本發(fā)明，下面將參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的制造熱交換器用交叉翅片管的方法以及使用由此方法得到的交叉翅片管的交叉翅片型熱交換器進行詳細的說明。
首先，圖1示意性地示出了在制造交叉翅片型熱交換器的情況下的機械方式擴張內(nèi)部開有溝槽的傳熱管并將內(nèi)部開有溝槽的傳熱管整體地固定在散熱翅片上從而獲得交叉翅片管的步驟。換言之，在圖1中，傳熱管10是一種由規(guī)定的金屬材料和構(gòu)造成的內(nèi)部開有溝槽的傳熱管，所述規(guī)定的金屬材料根據(jù)所需的傳熱性能和所采用的傳熱介質(zhì)從銅、銅合金等中適當(dāng)?shù)剡x擇。在這種情況下，傳熱管10采用U形。另一方面，對應(yīng)于板形散熱翅片的板翅12是由諸如鋁、鋁合金等的規(guī)定金屬材料制成。另外，將板翅12形成為這樣一種結(jié)構(gòu)，即，其中具有大于傳熱管10的外徑的預(yù)定尺寸的固定孔14整體地設(shè)有包圍其的翅套環(huán)16。使多個板翅12在使各固定孔14相互對準(在圖中以便沿垂直方向穿過)的狀態(tài)下重疊或者堆疊，并且將傳熱管10插入并布置在對準的固定孔14中。
在將傳熱管10插入到板翅12的固定孔14中的狀態(tài)下(圖1中的左側(cè)部分的狀態(tài))，根據(jù)一種公知的方式，通過將擴管塞18從傳熱管10的敞開端部插入到傳熱管10中并且使被插入的擴管塞18在傳熱管10內(nèi)向前移動來執(zhí)行或者實現(xiàn)機械式擴管操作。因此，使傳熱管10與固定孔14緊密接觸，具體地，使傳熱管10與翅套環(huán)16的內(nèi)圓周表面緊密接觸(指的是在圖1中表示在擴管塞18穿過后的狀態(tài)的右側(cè)部分中，傳熱管10在固定孔14內(nèi)的固定狀態(tài))，同時擴張傳熱管10，由此使得傳熱管10和板翅12相互固定在一起。這樣，能夠形成其中將傳熱管10和板翅12整體結(jié)合的交叉翅片管。
在根據(jù)本發(fā)明的制造交叉翅片管的方法中，對于傳熱管10，可使用各種已知的內(nèi)部開有溝槽的傳熱管，在其內(nèi)表面上具有多個主溝槽以及在主溝槽之間形成具有規(guī)定高度的凸脊(內(nèi)翅)。這樣的內(nèi)部開有溝槽的傳熱管10是利用一種已知的成形輥軋方法、軋制方法或類似方法制造的，例如如在JP-A-2002-5588等中描述的。在這方面，在利用如該公開文獻的圖4中所示的成形輥軋設(shè)備的情況下，當(dāng)使連續(xù)的未加工管通過成形輥軋設(shè)備時，該未加工管被壓在插入未加工管的內(nèi)部中的帶溝槽的插塞和布置在管的外圓周部分中的圓形壓模之間。這樣，在縮小直徑的同時在管的內(nèi)圓周表面上連續(xù)地形成規(guī)定的溝槽。另一方面，在利用軋制方法制造內(nèi)部開有溝槽的傳熱管的情況下，利用具有如該公開文獻的圖7所示結(jié)構(gòu)的加工設(shè)備，根據(jù)規(guī)定的軋制操作在連續(xù)帶板的材料上施加開溝槽的操作和管成形操作，同時使帶板在縱向上移動。因此，可制造所需的內(nèi)部開有溝槽的傳熱管。
此外，對應(yīng)于在本發(fā)明中所用的內(nèi)部開有溝槽的傳熱管的傳熱管10具有這樣的構(gòu)造，即，在管的內(nèi)表面上形成多個具有梯形形狀并由底邊構(gòu)成短邊的主溝槽20，其在管的圓周方向上延伸并且相對于管軸線有規(guī)定的螺旋角地延伸，而在相鄰的兩個主溝槽之間形成具有規(guī)定高度的內(nèi)翅22，如圖2中舉例說明的，該圖2以放大的方式示出了通過由沿著相對于管軸線的垂直表面切割傳熱管10而獲得的端面的一部分。在上述的傳熱管10中，適當(dāng)?shù)剡x擇傳熱管10的管直徑、主溝槽20和內(nèi)翅22的形狀和深度，并且通常，管外徑最好被保持在4-10毫米的范圍內(nèi)；溝槽深度(d1)最好被保持在0.10-0.30毫米的范圍內(nèi)；以及在溝槽形成部分處的管深度(t)最好被保持在0.20-0.30毫米的范圍內(nèi)。對于預(yù)前形成在內(nèi)部開有溝槽的傳熱管中的主溝槽20，可以有利地采用這樣一種結(jié)構(gòu)，其中，考慮到保證有效的傳熱性能和根據(jù)成形輥軋形成溝槽的容易程度，將主溝槽20相對于管軸線的螺旋角保持在10-50度的范圍內(nèi)，并且將內(nèi)翅22的頂角(α)保持在15-50度的范圍內(nèi)。另外，考慮到傳熱面積等，將形成在的內(nèi)表面上的多個主溝槽20的數(shù)量有利地保持在每圈圓周30-80個的范圍內(nèi)。另外，作為主溝槽20的形狀，除圖2中的梯形之外還可采用諸如U形的多種形狀。
此外，本發(fā)明中的內(nèi)部開有溝槽的傳熱管10可從各種類型的內(nèi)部開有溝槽的傳熱管中適當(dāng)選擇，例如，如圖3a中的管內(nèi)表面的展開圖所示的具有螺旋形溝槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)部開有溝槽的傳熱管，其中形成主溝槽20以相對于管軸線方向(在圖中的橫向)以規(guī)定的螺旋角延伸以及如圖3b中所示的具有Z字形溝槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)部開有溝槽的傳熱管，所述Z字形溝槽結(jié)構(gòu)是通過以其中將主溝槽20的傾斜方向在相鄰區(qū)域中設(shè)定為彼此相反的方向的具有V形溝槽圖案的主溝槽20組合而獲得的。本發(fā)明可被優(yōu)選地用于任何選擇的內(nèi)部開有溝槽的傳熱管。
在本發(fā)明中，當(dāng)根據(jù)機械式擴管方法使傳熱管10和散熱翅片12相互之間或整體地固定在一起時，利用沿軸線方向以相互平行的方式設(shè)置在如圖4中所示的擴管塞18的外圓周表面上的多個形成切口的突起28使傳熱管10擴張。同時，形成切口的突起28將內(nèi)翅22的頂部分成多個部分以形成缺口或者凹口，由此在內(nèi)翅22的上部中形成其數(shù)量等于形成切口的突起28的數(shù)量的多個第二溝槽24，如圖5和圖6中所示。在這種情況下，第二溝槽24的形狀可從諸如V溝槽、U溝槽、梯形溝槽等的各種形狀中選擇。因此，形成切口的突起28形成對應(yīng)于第二溝槽24的形狀。
如上所述，除了預(yù)前形成在傳熱管10的內(nèi)表面上的多個主溝槽20以外，形成多個第二溝槽24以與主溝槽20相交。因此，可充分地實現(xiàn)促進在傳熱管10內(nèi)的制冷劑湍流的效果，因此可有效地提高蒸發(fā)性能和冷凝性能。此外，當(dāng)擴張傳熱管10時，傳熱管10，更具體地描述，與擴管塞的外圓周表面接觸的內(nèi)翅22的上部僅受擴管塞18的形成切口的突起28壓迫。因此，可有利地阻止可能在擴張管時出現(xiàn)的內(nèi)翅22的破壞和變形。因此，能夠有利地避免使蒸發(fā)性能和冷凝性能降低的問題，該問題是由于在流過管的內(nèi)表面的制冷劑和傳熱管之間的接觸面積減小而產(chǎn)生的。
根據(jù)本發(fā)明，為了提高傳熱輸性能以及有效地阻止根據(jù)機械式擴管方法可能在將傳熱管10固定在板翅12上時產(chǎn)生的形成于傳熱管10的內(nèi)表面上的內(nèi)翅的諸如翅片破損、翅片倒塌等的翅片變形，將設(shè)置在擴管塞18的外圓周表面上的形成切口的突起28的數(shù)量設(shè)定為每一圈圓周為60-160個。因此，也將在以機械方式擴張管的同時形成的第二溝槽24的數(shù)量設(shè)定為每一圈圓周為60-160個。如果第二溝槽24的數(shù)量小于每一圈圓周60個，由于主溝槽20和第二溝槽24形成的交叉溝槽部分較少，因此不能獲得充分的湍流促進效果。相反，如果第二溝槽24的數(shù)量大于每一圈圓周160個，盡管交叉溝槽部分較多，但由于內(nèi)翅22的上部的大部分都具有交叉溝槽，從而形成與利用具有平滑外表面的擴管塞進行機械式管擴張的情況極其類似的溝槽形狀，并且使制冷劑和傳熱管之間的接觸面積減小。因此，導(dǎo)致使蒸發(fā)性能和冷凝性能降低，并且不能充分地實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
另外，根據(jù)本發(fā)明，在由設(shè)置在擴管塞18的外表面上的形成切口的突起28形成在內(nèi)翅22的上部的相對于主溝槽20形成交叉溝槽的第二溝槽24具有這樣的深度d2，其被保持在為主溝槽20的深度d1(內(nèi)翅22的高度)的10-40％的范圍內(nèi)。如果所形成的第二溝槽24的深度d2小于預(yù)前形成的主溝槽20的深度d1的10％，那么由于第二溝槽24的深度太淺，不能獲得充分的湍流促進效果。另一方面，如果第二溝槽24的深度d2大于主溝槽20的深度d1的40％，那么由于形成第二溝槽24而使位于相鄰的兩個主溝槽20之間的內(nèi)翅22極大地損壞，并且使在制冷劑和傳熱管之間的接觸面積減小，從而降低傳熱管10的蒸發(fā)性能和冷凝性能。特別是，當(dāng)所形成的第二溝槽24具有較深的深度時，在壓扁內(nèi)翅22以便形成第二溝槽24時，較大的毛邊伸到位于內(nèi)翅22和內(nèi)翅22之間的部分，換言之，延伸到每一個主溝槽20的內(nèi)側(cè)。因此，尤其使蒸發(fā)性能降低。
對根據(jù)本發(fā)明的交叉翅片型熱交換器進行組裝，以具有與傳統(tǒng)的交叉翅片型熱交換器相同的結(jié)構(gòu)，并且包括以上述方式獲得的交叉翅片管和安裝在交叉翅片管上的諸如分水器等的各個已知部件。這一種交叉翅片型熱交換器作為熱交換器可獲得極好的特性，這是由于使用了能夠達到上述性能的交叉翅片管。
如上所述，已經(jīng)對根據(jù)本發(fā)明的制造熱交換器用交叉翅片管的方法以及進一步使用所得到的交叉翅片管的根據(jù)本發(fā)明的交叉翅片型熱交換器的代表性實施例進行了詳細描述。但是，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可以其他的各種變化、變型和改進來實施本發(fā)明。應(yīng)該理解的是，這些實施形式包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)，只要這些實施形成不脫離本發(fā)明的精神。
示例為了進一步闡明本發(fā)明的概念，將描述本發(fā)明的代表性實施例。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不限于所述示例的細節(jié)。
首先，作為內(nèi)部開有溝槽的傳熱管，制備熱交換器(磷脫氧銅管JIS H3300 C1220)，其中在以機械方式擴張管之前管外徑為7.0毫米，管厚度(t)為0.25毫米，主溝槽深度(d1)為0.24毫米，主溝槽的螺旋角為15度，翅片頂角(α)為15度，并且主溝槽20的數(shù)量為50個。接著，使傳熱管10和已經(jīng)過表面處理的鋁板翅12結(jié)合，以便制造具有430毫米寬度、250毫米高度、20毫米厚度和兩排、12級結(jié)構(gòu)的交叉翅片型測試熱交換器。
具體地說，如圖1中所示，進行機械式管擴張操作，以便使傳熱管10和鋁板翅12彼此整體地固定。根據(jù)上述方式，在管擴張操作時，通過使用各種具有設(shè)置在其外圓周表面上并且數(shù)量為60-160個的突起的擴管塞18制造多個這樣的熱交換器，從而制造設(shè)有主溝槽20和第二溝槽24并且具有如在下列表1的示例1至6中所示的數(shù)值的各種熱交換器。另外，作為相對于根據(jù)本發(fā)明的示例的比較例，制造下列熱交換器。通過使用將其外表面形成為平滑表面的擴管塞以與傳統(tǒng)熱交換器相同的方式制造比較例1的熱交換器。比較例2的熱交換器被制造成具有數(shù)量為40個的第二溝槽24，即，其數(shù)量小于示例1至6的數(shù)量。比較例3的熱交換器被制造成具有數(shù)量為180個的第二溝槽24，即，其數(shù)量大于示例1至6的數(shù)量。在表1中還列出了其多個更具體的數(shù)據(jù)。在表1中，主溝槽20的每一個數(shù)值表示在以機械方式擴張預(yù)先形成在管的內(nèi)表面上的內(nèi)翅后的尺寸，并且第二溝槽24的每一個數(shù)值表示由擴管塞的突起形成的溝槽的尺寸。
表1

(1)圓括號中的數(shù)值表示由所施加的管擴張開成的溝槽的深度與預(yù)先前形成的主溝槽的深度的比值。
(2)與施加在擴管塞的外圓周表面上的突起的數(shù)量相同的數(shù)量。
在根據(jù)示例2的管擴張操作后傳熱管的內(nèi)表面的狀態(tài)在圖7中以掃描電子顯微鏡(SEM)照片的形式示出。在該照片中可以看出，形成沿著垂直方向延伸的第二溝槽24，以便與從左上側(cè)延伸到右下側(cè)的主溝槽20交叉。
接著，對每一個所獲得的熱交換器進行下列測試。換言之，如圖8中所示，將風(fēng)洞設(shè)備設(shè)置在正常的制冷循環(huán)的旁通回路中，在恒定溫度和濕度環(huán)境下將經(jīng)過上述測試的傳熱管放置在測試室內(nèi)的該風(fēng)洞設(shè)備中，在下面所述的表2中的測試條件下對每一個熱交換器進行性能測試，并且將其結(jié)果顯示在圖9中。在這種情況下，制冷劑使用R410A，并且根據(jù)上和下兩級流動，以便在泠凝時相對于空氣側(cè)形成逆流。
表2

圖9示出了通過將比較例1的熱交換器的性能設(shè)定為參考(＝1.0)而得到的示例1至6以及比較例2和3相對于比較例1的性能比。從圖9中可以看出，所有的示例1至6與其中利用光滑插塞進行管擴張的比較例1相比擁有高的蒸發(fā)性能和高的冷凝性能。應(yīng)該認識的是，冷凝性能最大提高了大約3％，蒸發(fā)性能最大提高了大約2％。這是因為在示例1-6中，由于管的帶有交叉溝槽的內(nèi)表面，使制冷劑之間的碰撞能量與比較例1相比增大，從而提高了湍流促進效應(yīng)。其中，特別地使在其中第二溝槽的數(shù)量在每一圈圓周為100和120個之間的示例3和4中的性能大大提高，這是因為由擴管塞開出的溝槽的數(shù)量和深度具有極好的平衡，并且使湍流促進效應(yīng)明顯。因此，可以認為表現(xiàn)出極好的性能。
相反，在數(shù)量少于根據(jù)本發(fā)明的那些示例的其中第二溝槽24的溝槽數(shù)量為圈圓周40個的比較例2中，由于交叉溝槽部分被減小并且不能獲得充分的湍流促進效應(yīng)，所以性能沒有得到提高。另外，由于第二溝槽24的深度d2太深，使制冷劑和傳熱管之間的接觸面積減小，并且使蒸發(fā)性能和冷凝性能降低。特別是，由于第二溝槽的深度d2太深，在形成第二溝槽24時，較大的毛邊伸到主溝槽20的內(nèi)側(cè)，從而使壓力下降大大加快，并且使蒸發(fā)性能明顯降低。另外，由于施加在擴管塞上的突起的數(shù)量太小，每一個突起在管擴張時施加在內(nèi)翅上的壓力太大，從而趨于產(chǎn)生諸如插塞磨損和斷裂的問題，并且從大規(guī)模生產(chǎn)的角度該結(jié)構(gòu)是不實際的。
另一方面，在數(shù)量大于本發(fā)明的那些示例的其中第二溝槽24的數(shù)量為每圈圓周180個的比較例3中，盡管交叉溝槽部分增大，但由于開槽的第二溝槽24的深度很淺，不可能獲得湍流促進效應(yīng)以提高性能，相反，使性能被降低。由于通過形成大量的第二溝槽使在翅片前端部分中的不規(guī)則性顯著增大，所以使壓力下降加快，從而極大地降低了蒸發(fā)的性能。
從上述內(nèi)容中可以看出，根據(jù)基于本發(fā)明的制造熱交換器用交叉翅片管的方法，能夠有利地制造蒸發(fā)性能和冷凝性能得到提高的交叉翅片管，其中在于傳熱管內(nèi)流動的制冷劑和傳熱管之間的接觸面積可由事前形成在內(nèi)部開有溝槽的傳熱管內(nèi)的主溝槽保證，并且可通過規(guī)定數(shù)量和規(guī)定深度的與主溝槽交叉形成的第二溝槽來有利地實現(xiàn)制冷劑的湍流促進效應(yīng)。還能夠提供包括根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的交叉翅片管的交叉翅片型熱交換器。
權(quán)利要求
1.一種制造熱交換器用交叉翅片管的方法，所述交叉翅片管包括內(nèi)部開有溝槽的傳熱管和散熱翅片，所述傳熱管在其內(nèi)表面上形成有多個主溝槽，所述傳熱管和所述散熱翅片相互整體地固定，從而通過擴管塞以機械方式擴張所述傳熱管，所述擴管塞被插入在所述傳熱管中，并且所述傳熱管處于這樣一種狀態(tài)，即，所述傳熱管被插入在所述散熱翅片的固定孔中，所述方法其特征在于所述擴管塞具有形成切口的突起，該形成切口的突起在擴管塞的外圓周表面上形成并且每圈圓周具有60-160個，從而所述形成切口的突起沿著與所述主溝槽相交的方向延伸，當(dāng)將所述擴管塞插入到所述傳熱管中時，使所述傳熱管和所述散熱翅片相互之間緊密接觸，并且所述形成切口的突起將位于相鄰的兩個主溝槽之間的凸脊分成多個部分以形成凹口，由此形成相對于所述主溝槽為交叉溝槽的第二溝槽，所述第二溝槽的深度被保持在位于所述兩個相鄰的主溝槽之間的所述凸脊高度的10-40％的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的制造熱交換器用交叉翅片管的方法，其特征在于，所述主溝槽是螺旋形溝槽，所形成的螺旋形溝槽相對于所述傳熱管的管軸線以規(guī)定的螺旋角延伸，而所述第二溝槽是基本線性的溝槽，其被制成沿著所述管軸線的方向延伸。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制造熱交換器用交叉翅片管的方法，其特征在于，將所述主溝槽的數(shù)量保持在每圈圓周30-80個的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項所述的制造熱交換器用交叉翅片管的方法，其特征在于，所述主溝槽具有沿著垂直于所述傳熱管的所述管軸線的方向的平面切割的橫截面形狀，并且所述橫截面形狀為梯形或者U形。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項所述的制造熱交換器用交叉翅片管的方法，其特征在于，所述主溝槽相對于所述傳熱管的所述管軸線的所述螺旋角被保持在10-50度的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1至5中任何一項所述的制造熱交換器用交叉翅片管的方法，其特征在于，所述傳熱管具有4-10毫米的外徑，所述主溝槽具有0.10-0.30毫米的深度，并且所述傳熱管在其的形成所述主溝槽并且限定所述主溝槽的底部的部分處具有0.20-0.30毫米的厚度。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一項所述的制造熱交換器用交叉翅片管的方法，其特征在于，在所述相鄰的兩個主溝槽之間的所述凸脊具有被保持在15-50度范圍內(nèi)的頂角。
8.如權(quán)利要求1至7中任何一項所述的制造熱交換器用交叉翅片管的方法，其特征在于，所述傳熱管的材料是銅或者銅合金。
9.如權(quán)利要求1至8中任何一項所述的制造熱交換器用交叉翅片管的方法，其特征在于，所述散熱翅片的材料是鋁或者鋁合金。
10.如權(quán)利要求1至9中任何一項所述的制造熱交換器用交叉翅片管的方法，其特征在于，將所述第二溝槽制成為V形溝槽、U形溝槽或者梯形溝槽。
11.一種交叉翅片型熱交換器，包括根據(jù)如權(quán)利要求1至10中任何一項的方法制造的交叉翅片管。
全文摘要
一種有利制造交叉翅片管以及交叉翅片型熱交換器的方法，該交叉翅片型熱交換器具有由這種方法得到的交叉翅片管，在由這種方法得到的交叉翅片管中，在通過機械式管擴張操作擴張內(nèi)表面溝槽的直徑以將傳熱管和散熱翅片成一體時，即沒有降低蒸發(fā)特性也沒有降低冷凝特性，在擴管塞(18)的外表面上形成切口的突起(28)，在缺口的突起的外圓周表面形成上并且每一圈/條圓周具有60－160個沿著與主溝槽(20)相交的方向的切口突起(28)，該主溝槽(20)預(yù)先形成在傳熱管(10)的內(nèi)圓周表面上。在傳熱管(10)和板翅片(12)通過機械式管擴張操作一體形成一個構(gòu)件。與主溝槽(20)交叉的第二溝槽(24)被如此形成，即，第二溝槽的深度(d
文檔編號B21D39/00GK1723379SQ200380105449
公開日2006年1月18日 申請日期2003年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月12日
發(fā)明者近藤隆司, 佐佐木直榮, 柿山史郎 申請人:住友輕金屬工業(yè)株式會社