專利名稱：制冷劑用傳熱管及熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制冷劑用傳熱管及熱交換器。尤其是，本發(fā)明涉及使用二氧化碳作為制冷劑的熱泵熱水器所具有的熱交換器中使用的制冷劑用傳熱管，以及具有該制冷劑用傳熱管的熱交換器。
背景技術(shù)：
熱泵是利用壓縮機(jī)(即、compressor)，使來(lái)自外部的大氣、地下水、海水等作為廉價(jià)且豐富存在的資源的熱源的熱發(fā)生轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)。例如，對(duì)于電動(dòng)熱泵不是將電能直接變換為熱能，而是通過(guò)利用電能作為將熱轉(zhuǎn)移的動(dòng)力源，因此可利用所消耗電力(消耗能量) 的近三倍的熱能。這與使石油等化石燃料燃燒而形成熱能的系統(tǒng)相比，為效率高、對(duì)環(huán)境負(fù)荷小的系統(tǒng)。因此，熱泵式熱交換器近年來(lái)得到廣泛利用。另一方面，在利用冷凍循環(huán)的普通熱交換器(空調(diào)機(jī)、冰箱、冷凍機(jī)、熱水器等) 中，以往一直使用氟利昂系制冷劑。但是，出于擔(dān)心氟利昂系制冷劑對(duì)地球溫暖化的影響等理由，正在使用對(duì)環(huán)境負(fù)荷小的自然制冷劑，特別是將二氧化碳作為代替。而且，由于經(jīng)濟(jì)、 環(huán)境的理由，例如，作為EcoCute (熱泵熱水器)以及汽車(chē)空調(diào)裝置用，急劇地增長(zhǎng)對(duì)組合了上述熱泵的自然制冷劑(尤其是二氧化碳)熱泵式熱交換器的期待。在使用二氧化碳制冷劑的熱泵式熱交換器中，一般使用氣體冷卻器(散熱器)和蒸發(fā)器(吸熱器)作為熱交換器，作為這些熱交換器中使用的制冷劑用傳熱管，使用氣體冷卻器用制冷劑管和蒸發(fā)器用制冷劑管。尤其是在使用二氧化碳制冷劑的熱泵式熱水器中， 除了上述兩種傳熱管之外，還使用使制冷劑和熱介質(zhì)之間發(fā)生熱交換的另外的傳熱管(氣體冷卻器用水管)。而且，對(duì)于這些傳熱管(氣體冷卻器用水管、氣體冷卻器用制冷劑管、以及蒸發(fā)器用制冷劑管)所要求的技術(shù)規(guī)格各自不同。以下，將使用二氧化碳制冷劑的熱泵式熱水器的氣體冷卻器稱作水熱交換器。作為這種水熱交換器用制冷劑管，已知專利文獻(xiàn) 1及專利文獻(xiàn)2所示的內(nèi)部帶有溝的管。對(duì)于專利文獻(xiàn)1所述的內(nèi)部帶有溝的管而言，通過(guò)使用在空調(diào)機(jī)中具有實(shí)際功效的內(nèi)部帶有溝的管作為水熱交換器用制冷劑管，可使水熱交換器的性能得到提高?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2006-105525號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)2007-178115號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題但是，在專利文獻(xiàn)1所述的內(nèi)部帶有溝的管中，由于作為冷凍循環(huán)壓縮機(jī)用的潤(rùn)滑劑的壓縮機(jī)潤(rùn)滑油混入到在制冷劑管中流動(dòng)的二氧化碳制冷劑中，因此存在阻礙傳熱管的熱交換的嚴(yán)重問(wèn)題。這被認(rèn)為是因?yàn)槎趸贾评鋭┖蛪嚎s機(jī)潤(rùn)滑油的相溶性差。此外，這種問(wèn)題是以往的氟利昂系制冷劑中所沒(méi)有的課題。此外，在專利文獻(xiàn)2所述的內(nèi)部帶有溝的管中，相對(duì)于放熱性能、即熱導(dǎo)率的提高，并沒(méi)有研究有關(guān)壓力損失的增加。尤其是，在水熱交換器中，如果二氧化碳制冷劑的壓力損失增大，即便是相同的熱交換量，制冷劑溫度也會(huì)降低，因此不能確保水和制冷劑的溫度差，產(chǎn)生沒(méi)有熱交換的區(qū)域(即，窄點(diǎn))。該現(xiàn)象不發(fā)生在使用氟利昂系制冷劑的空調(diào)機(jī)中，是在超臨界區(qū)域由進(jìn)行氣冷的二氧化碳的熱和水的熱進(jìn)行熱交換而產(chǎn)生的現(xiàn)象，尤其發(fā)生在制冷劑的壓力損失大的場(chǎng)合。此外，制冷劑的溫度由制冷劑的壓力和焓決定，傳熱管的熱交換量由制冷劑流量和焓差值的乘積而算出。此處，如果焓相等，則制冷劑的壓力越小，溫度變得越低。即，由于如果制冷劑的壓力損失增大，制冷劑的溫度降低，因此傳熱管的熱交換量降低。根據(jù)上述內(nèi)容，在水熱交換器中，需要將制冷劑管的壓力損失增大控制在與傳熱性能提高相平滑的程度。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種制冷劑用傳熱管及熱交換器，該制冷劑用傳熱管為以二氧化碳作為制冷劑的熱泵式熱水器的水熱交換器，能抑制壓力損失增大的同時(shí)， 可有效地提高傳熱性能。解決問(wèn)題的方案(1)本發(fā)明為了達(dá)成上述目的提供一種制冷劑用傳熱管，其為在使用二氧化碳作為制冷劑的熱泵熱水器的熱交換器中使用的制冷劑用傳熱管，具備具有內(nèi)周面的主管、設(shè)置于所述內(nèi)周面的多個(gè)散熱片、以及所述多個(gè)散熱片間的多個(gè)溝部，所述多個(gè)溝部具備具有第一寬度的第一溝部、和具有與所述第一寬度不同寬度的第二寬度的第二溝部。(2)此外，在上述制冷劑用傳熱管中，優(yōu)選所述第二溝部周期地設(shè)置于所述內(nèi)周面。(3)此外，在上述制冷劑用傳熱管中，優(yōu)選所述多個(gè)散熱片分別具有0. 15mm以上
的高度。(4)此外，在上述制冷劑用傳熱管中，優(yōu)選所述多個(gè)散熱片分別具有0°以上、3° 以下的扭轉(zhuǎn)角。(5)此外，本發(fā)明為了達(dá)成上述目的，提供一種具有上述⑴ ⑷中任一項(xiàng)所述的制冷劑用傳熱管的熱交換器。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明所涉及的制冷劑用傳熱管及熱交換器，可提供一種以二氧化碳作為制冷劑的熱泵式熱水器的水熱交換器，能抑制壓力損失增大的同時(shí)，可有效地提高傳熱性能的制冷劑用傳熱管以及熱交換器。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施方式所涉及的熱泵式熱水器構(gòu)成的概要圖。圖2為本發(fā)明第二實(shí)施方式所涉及的制冷劑用傳熱管的剖面圖。圖3為本發(fā)明第三實(shí)施方式所涉及的制冷劑用傳熱管的剖面圖。圖4為本發(fā)明第四實(shí)施方式所涉及的水熱交換器的結(jié)構(gòu)的概要圖。圖5為本發(fā)明第五實(shí)施方式所涉及的水熱交換器的結(jié)構(gòu)的概要圖。
圖6為用于評(píng)價(jià)傳熱性能的雙重管式熱交換器的模式圖。圖7為表示顯示油濃度為5. 0%時(shí)，對(duì)于實(shí)施例1、比較例1 (內(nèi)部帶有溝的管)，平均制冷劑溫度與、管內(nèi)熱導(dǎo)率平滑管比(相對(duì)于比較例4的比)和壓力損失平滑管比(以下，稱為性能壓力損失比)的比的關(guān)系的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。符號(hào)說(shuō)明
10 熱泵式熱水器；
11 壓縮機(jī)；
12 水熱交換器；
13 膨脹閥；
14 吸熱器；
15、15a、15b、15c 配管
20 制冷劑用傳熱管；
20a內(nèi)表面；
20b外表面；
30 制冷劑用傳熱管；
41 水管；
51 水管；
60 制冷劑用傳熱管；
61 水管；
62 雙重管式熱交換器
200散熱片；
210第一溝部；
212第二溝部；
300散熱片；
400熱交換器；
500熱交換器。
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式的要點(diǎn)提供一種制冷劑用傳熱管，其為在使用二氧化碳作為制冷劑的熱泵熱水器的熱交換器中使用的制冷劑用傳熱管，具備具有內(nèi)周面的主管、設(shè)置于所述內(nèi)周面的多個(gè)散熱片、 以及所述多個(gè)散熱片間的多個(gè)溝部，所述多個(gè)溝部具備具有第一寬度的第一溝部和具有與所述第一寬度不同寬度的第二寬度的第二溝部。第一實(shí)施方式圖1顯示使用本發(fā)明第一實(shí)施方式所涉及的制冷劑用傳熱管而構(gòu)成的熱泵熱水器構(gòu)成的概要。第一實(shí)施方式所涉及的熱泵式熱水器10為，作為將二氧化碳作為制冷劑而使用的二氧化碳制冷劑熱泵式熱水器的熱泵式熱水器10。熱泵式熱水器10具有壓縮機(jī)11、作為具有后述的制冷劑用傳熱管20的熱交換器的水熱交換器12、膨脹閥13、吸熱器(蒸發(fā)器)14。而且，通過(guò)用配管15相互連接壓縮機(jī)11和水熱交換器12，用配管1 相互連接水熱交換器12和膨脹閥13，用配管1 相互連接膨脹閥13和吸熱器14，用配管15c相互連接吸熱器14和壓縮機(jī)11，來(lái)構(gòu)成冷凍循環(huán)。二氧化碳制冷劑被封入該冷凍循環(huán)內(nèi)。這里， 在從壓縮機(jī)11的排出部到經(jīng)水熱交換器12的膨脹閥13的入口部的區(qū)域，制冷劑為超臨界狀態(tài)(即，超過(guò)臨界壓力的狀態(tài))。此外，作為壓縮機(jī)11的潤(rùn)滑油，可使用例如聚烷撐二醇油(PAG油)。熱泵式熱水器10的工作接著，對(duì)熱泵式熱水器10的工作進(jìn)行說(shuō)明。首先，在壓縮機(jī)11中，壓縮作為制冷劑的二氧化碳制冷劑。然后，被壓縮的二氧化碳制冷劑在超過(guò)臨界壓力(約7.4MPa)的狀態(tài)(超臨界狀態(tài))下，從壓縮機(jī)11導(dǎo)入到氣體冷卻器(水熱交換器)12。這里，在本實(shí)施方式中，在壓縮機(jī)11中，例如在約IOMPa下壓縮制冷劑。超臨界狀態(tài)的二氧化碳制冷劑為沒(méi)有液化(即，不為氣液兩相的狀態(tài))、高溫高壓的狀態(tài)。然后，超臨界狀態(tài)的二氧化碳制冷劑在氣體冷卻器(水熱交換器)12中，在水等之間進(jìn)行熱交換(即從制冷劑放熱)。之后，二氧化碳制冷劑被膨脹閥(減壓器)13減壓，而成為低壓的氣液兩相狀態(tài)，并被導(dǎo)入吸熱器14。這里，在本實(shí)施方式中，膨脹閥13中的二氧化碳制冷劑例如被減壓至約3. 5MPa左右的壓力。對(duì)于氣液兩相狀態(tài)的二氧化碳制冷劑而言，在吸熱器14中，從空氣(大氣)中吸熱，成為氣體狀態(tài)(即，氣相的單相狀態(tài))，再次被吸入壓縮機(jī)11。通過(guò)重復(fù)這樣的循環(huán)，持續(xù)由來(lái)自水熱交換器12中的制冷劑的放熱所產(chǎn)生的加熱作用，以及由吸熱器14中的制冷劑的吸熱所產(chǎn)生的冷卻作用。第二實(shí)施方式圖2顯示本發(fā)明第二實(shí)施方式所涉及的制冷劑用傳熱管的截面的概要。第二實(shí)施方式所涉及的制冷劑用傳熱管20由銅等金屬材料形成，具備具有內(nèi)周面20a及外周面20b的主管、設(shè)置于內(nèi)周面20a的多個(gè)散熱片200以及多個(gè)散熱片200間的多個(gè)溝部。而且，多個(gè)溝部具備具有第一寬度“WA”的第一溝部210以及具有與第一寬度 “WA”不同寬度的第二寬度“WB”的第二溝部212。在本實(shí)施方式中，第二寬度“WB”比第一寬度“WA”的寬度更寬地形成。制冷劑用傳熱管20可以按下述的方式來(lái)制造。首先，準(zhǔn)備銅管。然后，在銅管內(nèi)部的拉制側(cè)(前方)配置帶有溝的芯棒(1 7 ^ )，并且在后方配置浮動(dòng)塞棒。接著，一邊將進(jìn)行自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)的球按壓至帶有溝的芯棒所在的銅管的外面，一邊拉制銅管。由此，制造作為在銅管的內(nèi)表面滾壓成形帶有溝的芯棒的溝、在內(nèi)部形成有多個(gè)溝的內(nèi)部帶有溝的管的制冷劑用傳熱管。此處，本實(shí)施方式所涉及的制冷劑用傳熱管20，可通過(guò)使用在圓周方向上不以每規(guī)定間隔設(shè)置溝的形態(tài)的帶有溝的芯棒來(lái)制造。例如，可使用如下的帶有溝的芯棒其為在圓周方向上在每第四位置處不形成散熱片(缺失散熱片)的形態(tài)。此外，在內(nèi)表面20a上所形成的多個(gè)散熱片200的扭轉(zhuǎn)角為0°以上、3°以下，優(yōu)選設(shè)為大約0°。這里，“扭轉(zhuǎn)角”是指內(nèi)部帶有溝的管的管中心軸方向與溝方向所成的角。第一及第二實(shí)施方式的效果根據(jù)第一及第二實(shí)施方式，可以提供在使用二氧化碳作為制冷劑的熱泵熱水器10 的水熱交換器12中，性能壓力損失比優(yōu)異的制冷劑用傳熱管20，可提高水熱交換器12的熱交換效率。即，由于在制冷劑用傳熱管20內(nèi)設(shè)置的多個(gè)散熱片200間周期性地設(shè)置作為比第一溝部210更寬的多個(gè)第二溝部212，因此即便壓縮機(jī)11的潤(rùn)滑油混入配管15內(nèi)，也可使混入的潤(rùn)滑油在制冷劑用傳熱管20內(nèi)沿著溝部212容易地流向管外。由此，可使起因于潤(rùn)滑油混入制冷劑用傳熱管20內(nèi)的壓力損失減少。因此，與起因于潤(rùn)滑油的混入而產(chǎn)生的制冷劑用傳熱管20的壓力損失的增大及傳熱阻礙的影響相比，可使制冷劑用傳熱管20內(nèi)的熱導(dǎo)率提高的效果更為增加。第三實(shí)施方式圖3顯示本發(fā)明第三實(shí)施方式所涉及的制冷劑用傳熱管的截面的概要。第三實(shí)施方式所涉及的制冷劑用傳熱管30，除了多個(gè)散熱片300的間隔之外，具有與第二實(shí)施方式涉及的制冷劑用傳熱管20大致相同的構(gòu)成和功能。因此，除了不同點(diǎn)之外，省略詳細(xì)地說(shuō)明。在制冷劑用傳熱管30中，在內(nèi)表面的一部分設(shè)置具有比第一寬度“WA”更寬的第二寬度“WB”的溝部。此外，制冷劑用傳熱管30與第二實(shí)施方式涉及的制冷劑用傳熱管20 同樣地、使用部分沒(méi)有形成溝的帶有溝的芯棒來(lái)制造。第四實(shí)施方式圖4顯示本發(fā)明第四實(shí)施方式所涉及的水熱交換器的結(jié)構(gòu)的概要。第四實(shí)施方式所涉及的熱交換器400是，將第二實(shí)施方式涉及的制冷劑用傳熱管 20卷繞至水用傳熱管而構(gòu)成。此外，根據(jù)需要，也可用釬焊等固定水用傳熱管外面和制冷劑用傳熱管20。在熱交換器400中，在水用傳熱管41內(nèi)流動(dòng)的水和在與傳熱管41的外周接觸的制冷劑用傳熱管20內(nèi)流動(dòng)的制冷劑之間發(fā)生熱交換。此外，雖然在第四實(shí)施方式中顯示了卷繞至水用傳熱管41的制冷劑用傳熱管20為1根的例子，但根據(jù)使用條件，也可將制冷劑用傳熱管20設(shè)為多根。此外，對(duì)于水用傳熱管41，例示了波紋管的例子。對(duì)于圖示的波紋管，通過(guò)在平滑管的外周面形成作為波紋溝的螺旋狀凹溝，在內(nèi)周面設(shè)置螺旋狀的凸部。更具體而言，波紋溝通過(guò)如下方式而形成將波紋形成用的圓盤(pán)狀的圓盤(pán)以相對(duì)于平滑管即相對(duì)于管軸垂直地切入時(shí)的內(nèi)周面的截面為由正圓的管構(gòu)成的平滑管的中心軸的垂直方向?yàn)閮A斜的狀態(tài)，一邊連續(xù)地按壓至平滑管，一邊使之旋轉(zhuǎn)，使其沿平滑管的周?chē)M(jìn)行公轉(zhuǎn)，并且以規(guī)定的速度移動(dòng)平滑管。即，雖然例示的波紋管朝向管外形成若干凸出的形狀，但殘留大部分實(shí)質(zhì)上平滑的部分，在將第一制冷劑用傳熱管沿波紋溝卷繞后，可將第二制冷劑用傳熱管沿著第一制冷劑用傳熱管進(jìn)行卷繞。此外，波紋溝的寬度大致與制造方法中使用的圓盤(pán)狀圓盤(pán)的寬度相等，在平滑管的表面處的測(cè)定中為0. 5mm 1. 5mm。此外，對(duì)于水用傳熱管41例示了波紋管的例子，但根據(jù)使用條件，也可使用平滑管、內(nèi)部帶有溝的管或內(nèi)部帶有溝的波紋管。第五實(shí)施方式圖5顯示本發(fā)明第五實(shí)施方式所涉及的水熱交換器的結(jié)構(gòu)的概要。對(duì)于第五實(shí)施方式所涉及的熱交換器500而言，構(gòu)成為使水用傳熱管和第三實(shí)施方式的制冷劑用傳熱管30平行地接觸。此外，根據(jù)需要，也可用釬焊等固定水用傳熱管外面與制冷劑用傳熱管30。在熱交換器500中，水用傳熱管51內(nèi)流動(dòng)的水和與傳熱管51的外周接觸的制冷劑用傳熱管30內(nèi)流動(dòng)制冷劑之間進(jìn)行熱交換。此外，可以在水用傳熱管與制冷劑用傳熱管30平行地接觸的狀態(tài)下，通過(guò)卷成圓筒狀、橢圓狀、大致四方形形狀而小型化。此外，在第五實(shí)施方式中，雖然例示了與水用傳熱管51接觸的制冷劑用傳熱管30為 1根的例子，但根據(jù)使用條件，也可將制冷劑用傳熱管30設(shè)為多根。而且，水用傳熱管51雖然例示了波紋管的例子，但根據(jù)使用條件，也可使用平滑管、內(nèi)部帶有溝的管、或內(nèi)部帶有溝的波紋管。此外，如圖所示，在具有大量實(shí)質(zhì)上平滑的部分的管情況，可增大接觸面積，或縮短管彼此之間的距離，來(lái)提高熱交換率。實(shí)施例圖6為顯示用于評(píng)價(jià)傳熱性能的雙重管式熱交換器的模式圖。如圖6所示，構(gòu)成具有以制冷劑用傳熱管60為內(nèi)管、在該內(nèi)管的外側(cè)用于環(huán)狀 (套管狀)地流動(dòng)從制冷劑除去熱的水的水管61的雙重管式熱交換器62。此外，在圖6中， “Gr”表示制冷劑質(zhì)量流量(kg/h)，“Pr2”表示制冷劑入口壓力(MPa)，“Tr2”表示制冷劑入口溫度(°C)，“Prl”表示制冷劑出口壓力(MPa)，“Tri”表示制冷劑出口溫度(°C)，“GW”表示水質(zhì)量流量(m3/s)，“Twl”表示水出口溫度(°C )，“Tw2”表示水入口溫度(0C)0表1表示進(jìn)行評(píng)價(jià)的制冷劑用導(dǎo)熱管的規(guī)格。表 權(quán)利要求
1.一種制冷劑用傳熱管，其為在使用二氧化碳作為制冷劑的熱泵熱水器的熱交換器中使用的制冷劑用傳熱管，具備具有內(nèi)周面的主管、設(shè)置于所述內(nèi)周面的多個(gè)散熱片、以及所述多個(gè)散熱片間的多個(gè)溝部，所述多個(gè)溝部具備具有第一寬度的第一溝部、和具有與所述第一寬度不同寬度的第二寬度的第二溝部。
2.如權(quán)利要求1所述的制冷劑用傳熱管，其中，所述第二溝部周期地設(shè)置于所述內(nèi)周
3.如權(quán)利要求2所述的制冷劑用傳熱管，其中，所述多個(gè)散熱片分別具有0.15mm以上的高度。
4.如權(quán)利要求3所述的制冷劑用傳熱管，其中，所述多個(gè)散熱片分別具有0°以上、3° 以下的扭轉(zhuǎn)角。
5.一種熱交換器，其特征在于，具有權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的制冷劑用傳熱管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制冷劑用傳熱管及熱交換器，其為使用二氧化碳作為制冷劑的熱泵式熱水器的水熱交換器，可抑制壓力損失的增大、以及有效地提高傳熱性能。所述制冷劑用傳熱管為在使用二氧化碳作為制冷劑的熱泵熱水器(10)的熱交換器中使用的制冷劑用傳熱管(20)，其具備具有內(nèi)周面(20a)的主管、設(shè)置于內(nèi)周面(20a)的多個(gè)散熱片(200)、以及多個(gè)散熱片(200)間的多個(gè)溝部，所述多個(gè)溝部具備具有第一寬度(WA)的第一溝部(210)和具有與第一寬度(WA)不同寬度的第二寬度(WB)的第二溝部(212)。
文檔編號(hào)F25B39/00GK102269538SQ20111015207
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者北島寬規(guī), 堀口賢, 法福守, 高野將男 申請(qǐng)人:日立電線株式會(huì)社