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CN108779945B - 散热器、冷凝器单元、制冷循环 - Google Patents

散热器、冷凝器单元、制冷循环 Download PDF

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CN108779945B
CN108779945B CN201780002194.0A CN201780002194A CN108779945B CN 108779945 B CN108779945 B CN 108779945B CN 201780002194 A CN201780002194 A CN 201780002194A CN 108779945 B CN108779945 B CN 108779945B
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Abstract

本发明提供一种提高散热效率且实现小型化的散热器、冷凝器单元、制冷循环。本发明的散热器包括：大致圆筒状的管11；以及涡流形成体21，配置在管内流路11B的一端侧，使从管内流路的一端侧流向另一端侧的气体介质产生涡流；且使通过涡流形成体21的气体介质沿管11的内壁面呈螺旋状流动而使气体介质的热从管11的外壁面释放。

Description

散热器、冷凝器单元、制冷循环
技术领域
本发明涉及一种适合作为涡流散热式冷凝器或过冷却器而适合用于制冷循环的散热器、使用该散热器的冷凝器单元及制冷循环。
背景技术
以往，关于空调装置等制冷循环中的散热器，例如蒸发器或冷凝器等，提出有提高散热效率且实现小型化的散热器(例如参照专利文献1)。
背景技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2015-1317号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
但是，以往的技术中，散热效率的提高并不充分，期望显著提高散热效率，且使蒸发器或冷凝器等进一步小型化。
本发明是鉴于所述情况而完成的，其目的在于提供一种适合作为涡流散热式冷凝器或过冷却器且提高散热效率、实现小型化的散热器、冷凝器单元、制冷循环。
[解决问题的手段]
本发明的特征在于包括：大致圆筒状的管；以及涡流形成体，配置在所述管内流路的一端侧，使从所述管内流路的一端侧流向另一端侧的气体介质产生涡流；且使通过所述涡流形成体的气体介质沿所述管的内壁面呈螺旋状流动而使气体介质的热从所述管的外壁面释放。
在该发明中，由于在管内流路的一端侧具备涡流形成体，所以气体介质沿管的内壁面高速地流动，对气体介质作用产生离心力，产生温度分离现象，能够使管的内壁面侧的气体介质的温度为高温。由此，能够将气体介质的热从管的外壁面高效率地释放。
也可以是，所述涡流形成体在配置在所述管内流路的一端侧的状态下，下游侧为封闭的盖形螺帽状，在流入部的外周壁形成有多个通孔，所述通孔在流入部的内周壁的切线方向上延伸，将所述流入部与所述管内流路连通。
也可以是，所述涡流形成体在配置在所述管内流路的一端侧的状态下，在外周部上设置有螺旋槽，该螺旋槽将所述涡流形成体的上游与下游连通，使气体介质产生涡流。
也可在所述管的外周部设置螺旋状的翼片部。
本发明是一种冷凝器单元，包括过冷却器，其特征在于：所述过冷却器为根据技术方案1至4中任一项所述的散热器。
本发明的特征在于包括压缩机、冷凝器单元、减压装置及蒸发器，所述冷凝器单元具有过冷却器，且所述过冷却器为根据技术方案1至4中任一项所述的散热器。
[发明的效果]
根据本发明，由于包括使从管内流路的一端侧流向另一端侧的气体介质产生涡流的涡流形成体，所以气体介质沿管的内壁面高速地流动，对气体介质作用离心力，产生温度分离现象，管的内壁面侧的气体介质的温度变成高温，能够将气体介质的热从管的外壁面高效率地释放，从而能够提高散热效果。
附图说明
图1是表示本实施方式的制冷循环的图。
图2是制冷循环的P-H(pressure-enthalpy，压焓)线图。
图3A是表示散热器的一实施方式的图，图3B是涡流形成体的端视图。
图4A是表示涡流形成体的另一实施方式的剖视图，是以上半部分作为剖面的图，图4B是涡流形成体的端视图。
图5是表示一实施方式的冷凝器单元的图。
图6是表示另一实施方式的冷凝器单元的图。
图7是表示另一实施方式的冷凝器单元的图。
图8是表示另一实施方式的冷凝器单元的图。
图9A是表示涡流形成体的另一实施方式的剖视图，图9B是图9A的B-B剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。
图1是表示制冷循环的电路图。
该制冷循环是具备压缩机1、冷凝器3、过冷却器(散热器)5、减压装置7及蒸发器9而构成。在制冷循环内，从压缩机1喷出的制冷剂(气体介质)沿图中逆时针方向循环。包括冷凝器3及过冷却器5而构成冷凝器单元6。此外，在本说明书中，气体介质包括气液二相的气体液体介质。
图2是为方便说明而将所述制冷循环和P-H线图组合而描绘的线图。
在图2中，压缩机1是将压力P1的气体制冷剂进行压缩，制成压力P2的气体制冷剂，该压力P2的气体制冷剂被输送到冷凝器3，在冷凝器3内散热而冷凝液化。
在冷凝器3中难以完全液化，包含液体制冷剂而以气液二相的状态输送到过冷却器5，在过冷却器5内几乎完全液化。从过冷却器5流出的液体制冷剂在减压装置7中被节流而膨胀，变成压力P1的液体制冷剂，并被输送到蒸发器9。在蒸发器9中，液体制冷剂吸热而蒸发，变成气体制冷剂并返回到压缩机1。
图3表示本实施方式的过冷却器(散热器)5。
如图3A所示，该过冷却器5具有大致圆筒状的管11，且在管11的两端连接着连接管13、15。在连接管13、15分别连接着管路17A、17B，所述管路17A、17B将冷凝器3和减压装置7之间连接而使制冷剂循环。管路17A、17B的粗度形成为比管11的粗度细。在管11的外周形成有螺旋状的翼片11A。
在管11的管内流路11B的一端侧(气体制冷剂的上游侧)配置有涡流形成体21。进入涡流形成体21的气体制冷剂(气体介质)并非完全的气体制冷剂，还包含液体制冷剂，为气液二相(气体液体介质)的状态。
该涡流形成体21是具备如下部件而构成：主体部21A，密接于管11的内周部而配置；以及引导部21B，与主体部21A一体地形成，在气体制冷剂的上游侧前端变细地呈大致圆锥状延伸，用来将流入的气体制冷剂导向管11的内壁面侧。如图3B所示，在该主体部21A的外周面设置着12个螺旋槽21C，所述12个螺旋槽21C以在圆周方向上12等分地配置的方式形成，且螺旋槽21C在主体部21A的外周面从上游侧朝向下游侧呈螺旋状延伸。
在本实施方式中，涡流形成体21是在配置在管内流路11B的一端侧的状态下，在外周部具备12个螺旋槽21C而构成，所述12个螺旋槽21C将涡流形成体21的上游与下游连通，使气体介质产生涡流。
从管路17A进入管内流路11B而到达涡流形成体21的气体制冷剂(或气体液体制冷剂)进入12个螺旋槽21C，在从上游侧朝向下游侧呈螺旋状延伸的螺旋槽21C内呈螺旋状流动，而在涡流形成体21的下游侧形成大的螺旋状的气体制冷剂的涡流X。多个螺旋槽21C的合计截面积可以被设定为等于或小于管内流路11B的截面积。
变成螺旋状涡流X的气体制冷剂沿管11的内壁面呈螺旋状流动，而气体制冷剂的热从管11的外壁面释放。
此处，在气体制冷剂变成螺旋状涡流X而流动的情况下，发现气体制冷剂分别流向靠近管11的内壁面的一侧与靠近管内流路11B的中心的一侧。发现在靠近管11的内壁面的一侧，气体制冷剂以高速流动，而成为大的涡流X。
即，由于气体制冷剂(或气体液体制冷剂)沿管11的内壁面高速地流动，所以离心力作用于气体制冷剂，产生温度分离现象，管11的内壁面侧变成高温，流体的中心部侧变成低温。同时，进行气液分离，将作为制冷剂性能有害的微气泡消除，能够将气体制冷剂的热从管11的外壁面高效率地释放，从而能够提高散热效果。
如上所述，变成螺旋状涡流X的气体制冷剂沿管11的内壁面呈螺旋状流动，气体制冷剂的热从管11的外壁面释放，此时，由于靠近管11的内壁面的螺旋状的流体的部分变成高温部分，所以从管11的外壁面的散热效率显著提高。在图2中，假设设为不存在过冷却器5的制冷循环，那么在减压装置7中被节流而膨胀从而变成压力P1的液体制冷剂的过程是沿着虚线L1所示的线路。相对于此，在本实施方式中，在减压装置7中被节流而膨胀从而变成压力P1的液体制冷剂的过程是沿着实线L2所示的线路，发现制冷效率显著提高。
图4A、图4B表示涡流形成体的另一实施方式。
该涡流形成体121是与图3A大致同样地具备如下部件而构成：主体部121A，密接于管11的内周部而配置；以及引导部121B，与主体部121A一体地形成，在气体制冷剂的上游侧前端变细地呈大致圆锥状延伸，用来将流入的气体制冷剂导向管11的内壁面侧。在该主体部121A的外周面设置着从引导部121B侧一连串地延伸的单一的螺旋槽121C，螺旋槽121C在主体部21A的外周面从上游侧朝向下游侧呈螺旋状延伸。在视为该螺旋槽121C在管内流路11B形成单相流的情况下，图3所示的螺旋槽21C在管内流路11B形成多相流。
在该实施方式中，从管路17A进入管内流路11B而到达涡流形成体121的气体制冷剂进入单一的螺旋槽121C，在从上游侧朝向下游侧呈螺旋状延伸的螺旋槽121C内呈螺旋状流动，如图3A所示，在涡流形成体121的下游侧形成大的螺旋状的气体制冷剂的涡流X。
在该情况下，也在靠近管11的内壁面的一侧，气体制冷剂成为大的涡流X，以沿着管11的内壁面的方式呈螺旋状流动。此时，发现靠近管11的内壁面的螺旋状的流体部分变成高温，靠近管内流路11B的中心部的直线状的流体部分变成低温。
图5表示另一实施方式。
在图3的实施方式中，以单独体构成过冷却器5，但并不限定于此，也可如图5所示，将冷凝器单元设为蒸发器和过冷却器的一体构造。
该冷凝器单元106是所谓涡流散热式冷凝器，除下述过冷却器151以外的冷凝部分具有呈蜿蜒状弯曲的管131、及设置在管131间的散热片133。在管131的最下游的端部连接过冷却器151，在过冷却器151设置着所述散热片133。在管131内沿箭头A所示的方向流动气体制冷剂。
过冷却器151的构成和图3的构成大致相同。
过冷却器151具有大致圆筒状的管111，在管111的管内流路111B的一端侧(气体制冷剂的上游侧)配置有涡流形成体153。进入涡流形成体153的气体制冷剂(气体介质)并非完全的气体制冷剂，还包括液体制冷剂，为气液二相的状态。
涡流形成体153是与图3的构成同样地具备如下部件而构成：主体部153A，密接于管111的内周部而配置；以及引导部153B，与主体部153A一体地形成，在气体制冷剂的上游侧前端变细地呈大致圆锥状延伸，用来将流入的气体制冷剂导向管111的内壁面侧。在该主体部153A的外周面设置着12个螺旋槽，所述12个螺旋槽以在圆周方向上12等分地配置的方式形成，且螺旋槽在主体部153A的外周面从上游侧朝向下游侧呈螺旋状延伸。
在该实施方式中，冷凝器单元106一体地具备过冷却器151，因此能够简单地形成散热效率良好的冷凝器单元。在该实施方式中，在管131的最下游的端部连接过冷却器151而构成，但并不限定于此，例如也可将呈蜿蜒状弯曲的管131本身设为大致圆筒状的管131，在该管131内配置所谓涡流形成体153，将冷凝器单元106整体作为所谓的过冷却器。冷凝器单元106包括单条路径，但并不限定于此，也可包括多条路径。
图6表示另一实施方式。
该实施方式例如适于载于汽车的汽车空调。
该冷凝器单元206具有一对箱207、208，在箱207、208的内部设置着间隔板207A、208A，在箱207、208间形成着3个热交换部N1～N3。3个热交换部N1～N3沿箭头方向流动气体制冷剂，在气体制冷剂与空气之间进行热交换。2个热交换部N1、N2虽然省略图示，但具备连结箱207、208间的管以及设置在管之间的散热片而构成。
最后段的热交换部N3包括本实施方式的过冷却器210。过冷却器210的构成和图3的构成大致相同。该冷凝器单元206包括过冷却器210，是所谓的涡流散热式冷凝器。
过冷却器210具有大致圆筒状的管211及散热片215，在管211的管内流路2111B的一端侧(气体制冷剂的上游侧)配置有涡流形成体253。进入涡流形成体253的气体制冷剂(气体介质)并非完全的气体制冷剂，还包括液体制冷剂，为气液二相的状态。
涡流形成体253是和图3的构成大致同样地具备如下部件而构成：主体部253A，密接于管211的内周部而配置；以及引导部253B，与主体部253A一体地形成，在气体制冷剂的上游侧前端变细地呈大致圆锥状延伸，用来将流入的气体制冷剂导向管211的内壁面侧。
在主体部253A的外周面设置着12个螺旋槽，所述12个螺旋槽以在圆周方向上12等分地配置的方式形成，螺旋槽在主体部253A的外周面从上游侧朝向下游侧呈螺旋状延伸。
在该实施方式中，冷凝器单元206一体地具备过冷却器210，因此能够简单地形成散热效率良好的小型冷凝器单元。
在该实施方式中，将最后段的热交换部N3整体是一个过冷却器，但例如也可仅将热交换部N3的一个管211设为大致圆筒状，在该管211内配置涡流形成体253，将一个管211作为过冷却器。
图7表示另一实施方式。
在该实施方式中，如图7所示，所有热交换部N1～N3的管211均设为过冷却器210。在该实施方式中，因为所有热交换部N1～N3均成为过冷却器210，所以与以往的构成相比，能够将气体制冷剂的热从管211的外壁面高效率地释放，从而能够提高散热效果。
也就是说，与所述实施方式同样地使气体制冷剂(或气体液体制冷剂)沿着管211的内壁面高速地流动，因此离心力作用于气体制冷剂，产生温度分离现象，管211的内壁面侧变成高温，流体的中心部侧变成低温。同时，进行气液分离，将作为制冷剂性能有害的微气泡消除，能够将气体制冷剂的热从管211的外壁面高效率地释放，从而能够提高散热效果。因此，能够使涡流散热式冷凝器(冷凝器单元206)相比于以往的构成大幅地小型化，适合作为汽车空调的冷凝器。
在所述实施方式中，作为气体介质，以气体制冷剂进行了说明，但气体介质并不限定于气体制冷剂，包括任意的气体状态的介质。
在本实施方式中，具备使从管内流路的一端侧流向另一端侧的气体介质产生涡流的涡流形成体，使通过涡流形成体的气体介质沿管的内壁面呈螺旋状流动，因此，在靠近管的内壁面的一侧，气体制冷剂成为大的涡流X，以沿着管的内壁面的方式呈螺旋状流动。
由此，靠近管的内壁面的螺旋状的流体部分变成高温部分，因此，在本实施方式中能够将气体介质的热从管的外壁面有效地释放，从而能够提高散热效率，且实现小型化。
图8表示另一实施方式。
该冷凝器单元306是将5根(多根)过冷却器(散热器)351大致平行地排列而构成。多个过冷却器351均为相同形状。
多个过冷却器351分别具有大致圆筒状的管311，在管311的内部设置着管内流路311B。在管311的外周形成有螺旋状的翼片311A。翼片311A形成在所有管311的外周。在管311的上游侧连接着涡流形成体321，在下游侧连接着连接管313。
在邻接的过冷却器351中，一过冷却器351的连接管313和另一过冷却器351的涡流形成体321是利用U字状的弯管352进行连接。361为入口管，362为出口管。
在本实施方式中，涡流形成体321的构成不同。如图9A所示，该涡流形成体321嵌合于管311的内周部。该涡流形成体321在配置在管内流路311B的一端侧的状态下，下游侧封闭为穹顶状且为盖形螺帽状，且于内部具有流入部321A。
流入部321A的外周壁具有大径部321X及小径部321。大径部321X嵌合于管311的内周部，在小径部321的外周部和管311的内周部之间形成着间隙δ。
如图9B所示，在小径部321形成着6个通孔321C。通孔321C在流入部321A的内周壁321D的切线方向上延伸，将流入部321A与管内流路311B连通。
进入涡流形成体321的气体制冷剂(气体介质)并非完全的气体制冷剂，还包括液体制冷剂，为气液二相(气体液体介质)的状态。
该气液二相的介质从入口管361流入到第一个涡流形成体321的流入部321A，并从设置在小径部321的6个通孔321C，如箭头R(图9B)所示，流入到管311的内周部。流入到管311的内周部的介质在管311的内周从上游侧朝向下游侧呈螺旋状流动，在涡流形成体321的下游侧形成大的螺旋状的气体制冷剂的涡流X。
依序从第一个涡流形成体321流向第二个涡流形成体321、从第二个涡流形成体321流向第三个涡流形成体321、从第三个涡流形成体321流向第四个涡流形成体321、从第四个涡流形成体321流向最下游的涡流形成体321，在各管311的内部形成涡流X。
变成螺旋状的涡流X的气体制冷剂沿管311的内壁面呈螺旋状流动，而气体制冷剂的热从管311的外壁面释放。
在气体制冷剂变成螺旋状的涡流X而流动的情况下，如上所述，发现气体制冷剂于靠近管311的内壁面的一侧和靠近管内流路311B(图8)的中心的一侧分离而流动。发现在靠近管311的内壁面的一侧，气体制冷剂高速地流动，而成为大的涡流X。
也就是说，由于气体制冷剂(或气体液体制冷剂)沿管311的内壁面高速地流动，所以离心力作用于气体制冷剂，产生温度分离现象，管11的内壁面侧变成高温，流体的中心部侧变成低温。同时，进行气液分离，将作为制冷剂性能有害的微气泡消除，能够将气体制冷剂的热从管311的外壁面高效率地释放，从而能够提高散热效果。
在该实施方式中，由于冷凝器单元306一体地具备过冷却器351，所以能够简单地形成散热效率良好的冷凝器单元。
在以上的实施方式中，对图4所示的涡流形成体121的构成和图9所示的涡流形成体321的构成进行了说明，但并不限定于此，涡流形成体只要能够在管的内部从上游朝向下游形成螺旋状的涡流X即可。另外，当然，能够将图4所示的涡流形成体121的构成应用于图8所示的冷凝器单元306，或将图9所示的涡流形成体321的构成应用于图3所示的过冷却器(散热器)5。当然也能够将图9所示的涡流形成体321的构成应用于图5～图7所示的冷凝器单元106、206。
在该实施方式中，对所有管311连接涡流形成体321，但例如也可不在上游的管311连接涡流形成体321，而仅在最下游的管311的入口连接涡流形成体321。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于这些实施方式。
[符号说明]
1 压缩机
3 冷凝器
5 过冷却器(散热器)
6、106、206、306 冷凝器单元
7 减压装置
9 蒸发器
11、111、211、311 管
11B、111B、211B、311B 管内流路
21、153、253、321 涡流形成体

Claims (6)

1.一种散热器，其特征在于：包括，
大致圆筒状的管；以及
涡流形成体，配置在所述管内流路的一端侧，使从所述管内流路的一端侧流向另一端侧的气体介质在涡流形成体内呈螺旋状流动，并在涡流形成体的下游侧形成螺旋状的涡流；且
变成螺旋状的涡流的气体介质沿所述管的内壁面呈螺旋状高速流动，离心力作用于气体介质，产生温度分离现象，管的内壁面侧变成高温，流体的中心部变成低温，从而使气体介质的热从所述管的外壁面释放。
2.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于：所述涡流形成体在配置在所述管内流路的一端侧的状态下，下游侧为封闭状态，在流入部的外周壁形成有多个通孔，所述通孔在流入部的内周壁的切线方向上延伸，将所述流入部与所述管内流路连通。
3.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于：所述涡流形成体在配置在所述管内流路的一端侧的状态下，在外周部上设置有螺旋槽，该螺旋槽将所述涡流形成体的上游与下游连通，使气体介质产生涡流。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的散热器，其特征在于：所述管的外周部设置有螺旋状的翼片部。
5.一种冷凝器单元，包括过冷却器，其特征在于：
所述过冷却器为根据权利要求1至4中任一项所述的散热器。
6.一种制冷循环系统，其特征在于：包括压缩机、冷凝器单元、减压装置及蒸发器，
所述冷凝器单元具有过冷却器，且
所述过冷却器为根据权利要求1至4中任一项所述的散热器。
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