混合制冷剂用传热管制造技术

本发明专利技术提供一种具有高传热性能的传热管，该传热管用于使用混合制冷剂进行冷冻循环的冷凝器或蒸发器中，在该传热管的内面设有交叉的主槽和副槽，沿主槽方向的槽顶被副槽断开而形成为突起，该突起的长度比其宽度长，并且，副槽的宽度比突起的长度小，副槽是沿管内压力梯度变小的方向形成的。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及以混合制冷剂作为工作流体的冷冻机、空调机等中所用的热交换器，特别涉及一种冷凝器或蒸发器或适合用于其中的传热管。现有技术中，采用HCFC-22(氢氯氟烃-22)等单一制冷剂的冷冻机、空调机的热交换器用传热管，除了光滑的管以外，还有一种如图17所示的内面带有单一螺旋槽的管。这种内面带单一螺旋槽的管对于单一制冷剂来说，具有很好的传热性能，但对于趋向于代替HCFC-22的混合制冷剂来说，却得不到采用单一制冷剂时的效果。图18表示采用现有的带内面螺旋槽管子时的冷凝热传导率比较。曲线a表示在内面带单一螺旋槽管内使用单一制冷剂时的实验结果，曲线b表示在内面带单一螺旋槽的管子内使用混合制冷剂时的实验结果。从图18可知，使用混合制冷剂时的冷凝热传导率比使用单一制冷剂时明显降低，尤其是当质量速率小时，降低得更加显著。在该实验中，所用的混合制冷剂是由30％重量的HFC-32(氢氟烃)、10％重量的HFC-125和60％重量的HFC-134a混合而成的。在日本专利公报特开平3-234302号中公开了一种使用单一制冷剂的传热管，该管带有由主槽和付槽交叉形成的交叉槽。使用单一制冷剂的传热管，除了这种以外，在现有技术中虽然也提出过具有各种内部形状的传热管，但是，对于非共沸混合制冷剂用传热管来说，具有什么样的内部形状能得到最好的传热效率，是现有技术中正在探讨的问题。本专利技术的目的在于提供一种使用混合制冷剂并具有高传热性能的传热管。为了实现本专利技术的目的，本专利技术的传热管，用于使用混合制冷剂进行冷冻循环的冷凝器或蒸发器，其特征在于，在该传热管的内面交叉地设有的主槽和付槽，沿主槽方向的槽顶被付槽断开而形成为突起，该突起的长度比其宽度长，而且付槽的宽度比该突起的长小，付槽形成在管内压力梯度变小的方向上。在该传热管中，付槽可以相对于主槽在±5度范围内扭转。最好基本平行于管轴。在该传热管中，也可以在主槽的突起上形成凸状变形部分，以便使沿主槽流动的制冷剂流拐向付槽方向。在上述各传热管中，也可以使主槽相对于管轴倾斜7度到25度。由于上述的构造，在本专利技术的传热管中，制冷剂的流动被引导拐向付槽方向，该制冷剂流被引入宽度小于突起长度的付槽内，所以，浓度边界层被断开，从各突起的前端形成新的浓度边界层。其结果，不减少传热面积，对于混合制冷剂能实现高热传导率。图1是表示在本专利技术第1实施例的带交叉槽传热管中，制冷剂在槽附近流动的图。图2是图1所示带交叉槽传热管的纵断面图。图3是表示图2所示传热管的槽的浓度边界层的图。图4是表示一种带交叉槽传热管的槽间浓度边界层的图，该传热管槽顶方向的突起的间隔大。图5是本专利技术第2实施例的带交叉槽传热管的纵断面图。图6是表示图5所示传热管的槽间浓度边界层的图。图7是表示本专利技术第2实施例中的付槽扭转角度与热传导率的关系图。图8是表示本专利技术第2实施例中的交叉角度0与扭转角度β的关系图。图9是现有技术中的带单一槽传热管与本专利技术第2实施例的带交叉槽传热管的性能比较图。图10是表示本专利技术第3实施例的带交叉槽传热管的槽间浓度边界层的图。图11是本专利技术第3实施例传热管的纵断面图。图12是使用本专利技术传热管的交叉翅管形热交换器的立体图。图13是使用HCFC-22的现有带槽传热管与使用混合制冷剂的本专利技术传热管的性能比较图。图14是采用本专利技术传热管的热交换器的制冷剂的热传导率变化图。图15是采用本专利技术传热管的热交换器中，制冷剂通路布置之一例的侧面图。图16是表示图15所示热交换器的制冷剂通路数变化的示意图。图17是现有传热管的横断面图。图18是现有的传热管使用单一制冷剂和混合制冷剂的性能比较图。图19是表示在现有传热管中，制冷剂在槽附近流动的立体图。图20是现有传热管的纵断面图。图21是表示现有传热管的槽间浓度边界层的图。下面，参照附图说明本专利技术的实施例。在说明本专利技术的实施例之前，用图17至图21说明现有技术中存在的问题。图17是通常的空调用热交换器中所使用的、内面带螺旋槽传热管的横断面图。在该带槽的管内，混合制冷剂(例如由HFC-32、HFC-125、HFC 134a三种混合而成的混合制冷剂)流经并冷凝。图20中表示流经管内的制冷剂气体的方向。管中心附近的制冷剂气体从制冷剂入口4a向制冷剂出口4b的方向流动，但管壁附近的制冷剂气体被主槽1a及主槽的槽顶1b引导而向主槽1a的方向流动。在混合制冷剂中，由于存在较易冷凝的制冷剂和较不易冷凝的制冷剂，所以，较易冷凝的制冷剂先冷凝成为液体，而较不易冷凝的制冷剂气体仍以气体形式存在而形成浓度边界层。如图20所示，浓度边界层5沿主槽1a形成。该浓度边界层5是连续的，所以如图21所示那样逐渐变厚，它妨碍较易冷凝的制冷剂向管壁扩散。其结果，冷凝热传导率降低。为了解决上述问题，改善混合制冷剂的冷凝热传导率降低，断开浓度边界层5是个有效的办法，为此，本申请中提出了使用带交叉槽传热管的方案。本申请第1实施例的传热管如图1所示，在该带交叉槽传热管的内面，设有主槽1a和与主槽1a交叉的付槽2a，主槽1a的槽顶1b被付槽2a断开，形成三维的突起3。该突起3的长度比其宽度大；付槽的宽度比突起的长度小，也比主槽的宽度小；以便加大沿主槽方向的制冷剂流量。制冷剂从制冷剂入口4a向制冷剂出口4b方向流动，付槽2a沿着其管中心部的压力梯度变小的方向形成。图2是图1所示带交叉槽传热管的纵断面图，箭头6表示制冷剂的流动方向。即，主槽1a的槽顶1b被付槽2a断开而形成三维的突起3，该突起3的方向与主槽1a的方向一致，制冷剂流的大部分在长的槽顶处围绕着其两侧，并朝向宽度大的主槽1a的方向6流动，其余的制冷剂朝着付槽2a的方向即箭头7的方向流，如图2所示，一些制冷剂朝着付槽方向流，对混合制冷剂的性能降低有所改善。但是，如图3所示，沿图2的三维突起3形成的浓度边界层5，在付槽的宽度小的情况下，浓度边界层与单一槽时的情形一样，是逐渐变厚的，因此不能充分发挥该三维突起的作用，即不能断开沿主槽流动的制冷剂流。为了充分发挥三维突起3的作用，图4所示的方法是，把付槽的宽度做得比突起的长度大，在突起之间设定较长的距离。用这种方法，能从三维突起的前端形成新的浓度边界层。但是，其不利的一面是，由于传热面积减少，其综合性能并未提高，所以，这一方法不是很理想的方法。下面，说明本专利技术最佳实施例的构造，该实施例的传热管，即使用窄的付槽2b也能引导沿付槽2b流动的制冷剂流7。用图5和图6说明本专利技术的第2实施例。图6是表示本实施例的带交叉槽传热管的槽间浓度边界层的图。从图6可见，付槽2b平行于管轴。在传热管中心附近流动的制冷剂从制冷剂入口4a的方向朝着制冷剂出口4b的方向流动，该方向与管轴方向一致。因此，制冷剂沿管轴方向流动。由于付槽2b平行于管轴，在付槽内流动的制冷剂增加，把在主槽1a方向6上形成的浓度边界层断开。因此，如图6所示，从各三维突起3分别形成新的浓度边界层5，可得到高的冷凝热传导率。这时，如图5的传热管纵断面图所示，管壁附近的制冷剂在沿管轴设置的付槽内流动。这里，探讨一下本专利技术的主槽和付槽的关系。当主槽的扭转角β1为20度、把主槽和付槽的交叉角度θ、或付槽的扭转角度β2作为横轴表示热传导率时，即如图7所示的曲线。曲线f是当付槽的扭转角度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传热管，用于使用混合制冷剂进行冷冻循环的冷凝器或蒸发器中，其特征在于，在该传热管的内面设有交叉的主槽和付槽，沿主槽方向的槽顶被付槽断开而形成为突起，该突起的长度比其宽度长，并且，付槽的宽度比突起的长度小，付槽是沿管内压力梯度变小的方向形成的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤正昭，内田麻理，工藤光夫，大谷忠男，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，日立电线株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]