專利名稱：帶內面槽的波紋管及換熱器的制作方法
技術領域：
本發明涉及帶內面槽的波紋管及換熱器。特別是涉及作為本發明的自然冷卻劑熱泵式熱水器(在下面，也有簡稱為“熱泵熱水器”的情況)的水-冷卻劑換熱器用傳熱管的帶內面槽的波紋管及使用該帶內面槽的波紋管的換熱器。
背景技術：
在以往，作為自然冷卻劑熱泵式熱水器的換熱器，已知有由流通水的外管與流通冷卻劑的內管的雙層管構成的雙層管式換熱器。在這樣的雙層管式換熱器的情況下，若在流通冷卻劑的內管上由腐蝕導致開孔，則水與冷卻劑混合，因而有設置檢測水或者冷卻劑的泄漏并使裝置停止的泄漏檢測部(換句話說，具有泄漏檢測槽的泄漏檢測管)的情況 (此外由于設置有泄漏檢測管，實際上變為三層管結構。)。另一方面，自然冷卻劑熱泵式熱水器是在夜間耗時來燒開熱水的熱水器，水的流速較小，水流為層流。由此，為提高作為換熱器的性能，需要提高水管的傳熱性能。此外，自然冷卻劑熱泵式熱水器由貯熱水箱單元與熱泵單元構成，該自然冷卻劑熱泵式熱水器是將自然冷卻劑CO2作為熱泵單元的傳熱介質，與貯熱水箱單元的水進行換熱的裝置。作為以提高傳熱性能為目的換熱器已知有如下結構的換熱器，該換熱器具備 帶內面槽的波紋管，該帶內面槽的波紋管在波紋槽深度為He，波紋外徑為OD的情況下， 滿足0.04 <Hc/0D，在波紋槽與管軸的夾角為扭轉角i3c的情況下，滿足i3c彡40°， 在內面槽的散熱片高度為Hf，管的最大內徑為ID的情況下，滿足0. 022 {30. 7X (He/ 0D)+1. 13} “ (-0. 5)彡Hf/ID彡0. 037 ；配置在帶內面槽的波紋管的外側的外管(例如，參照專利文獻1。)。根據如專利文獻1所述的換熱器，能夠得到即使在自然冷卻劑熱泵式熱水器那樣的水的流速較小的使用形態下，也能夠提高換熱器的傳熱性能的換熱器用傳熱管及使用該換熱器用傳熱管的換熱器。專利文獻1 日本特開2009-174833號公報在此，日本從2006年開始施行修正節能法(涉及合理化使用能源的法律)采用 APF取代COP作為節能的基準值。根據該修正法案，將評價基準從以往的僅對熱泵的效率評價變為對包括貯熱水單元的系統整體的效率評價。由此，通過也使貯熱水單元側的消耗電力減少來提高APF的需求變得更高。具體而言，通過減少水管的壓力損失，節省泵動力的能耗。并且，為了實現節能，要求水管的進一步的高性能化及低壓力損失化。
發明內容
由此，本發明的目的在于，提供能夠將壓力損失抑制在較低水平并提高傳熱性能的帶內面槽的波紋管及換熱器。用于解決問題的手段
(1)本發明以解決上述問題為目的，提供如下帶內面槽的波紋管，具備具有內周面及外周面的主管；設置在內周面上的多個散熱片；多個散熱片之間的多個槽；以及設置在外周面上的波紋槽，在波紋槽的深度為He，主管的外徑為OD的情況下，滿足0. 04 ^ He/ 0D，在多個散熱片的高度為Hf，主管的最大內徑為ID的情況下，滿足0. 022 {30. 7X (He/ 0D) +1. 13} “ (-0. 5) ( Hf/ID ( 0. 037，在波紋槽的波紋間距為Pc的情況下，滿足1. 1 ( Pc/ ID。(2)此外，在上述帶內面槽的波紋管中，Pc/ID也可以滿足1. 1彡Pc/ID彡2. 0。(3)此外，本發明以解決上述問題為目的，提供具備上述(1)或(2)所述的帶內面槽的波紋管的換熱器。本發明的效果如下。根據本發明的帶內面槽的波紋管及換熱器，能夠提供降低壓力損失并提高傳熱性能的帶內面槽的波紋管及換熱器。
圖IA是本發明的第一實施方式的帶內面槽的波紋管的結構的概要圖。圖IB (a)是圖IA的B-B上的剖面的一部分的圖，圖IB (b)是圖IA的A部分的部分放大剖視圖。圖2是本發明的第二實施方式的換熱器的結構的概要圖。圖3是本發明的第三實施方式的換熱器的結構的概要圖。圖4是本發明的第四實施方式的換熱器的結構的概要圖。圖5是本發明的第五實施方式的換熱器的結構的概要圖。圖6是本發明的第六實施方式的換熱器的結構的概要圖。圖7是表示雷諾數Re為5000時的帶內面槽的波紋管的Pc/ID與無因次化熱傳導率的關系(對比較例1的無因次化熱傳導率比)的圖。圖8是表示雷諾數Re為5000時的波紋管的Pc/ID與壓力損失的關系(對比較例 1的管摩擦系數比)的圖。圖9是表示雷諾數Re為5000時的Pc/ID與(無因次化熱傳導率比/壓力損失比)的關系的圖。其中1-帶內面槽的波紋管，2、3、4、5、6_換熱器，10-主管，IOa-內周面，IOb-外周面， 12-散熱片，14-槽，16-波紋槽，16a-凸部，20-外管，30-泄漏檢測管，32-泄漏檢測槽， 40-波紋外管，42-波紋槽，50-波紋外管，52-波紋槽，60-螺旋狀傳熱管，100-管軸。
具體實施例方式(實施方式的簡述)帶內面槽的波紋管是作為構成換熱器的水管的帶內面槽的波紋管，具有如下結構，具備具有內周面及外周面的主管；設置在上述內周面上的多個散熱片；上述多個散熱片之間的多個槽；以及設置在上述外周面上的波紋槽，在上述波紋槽的深度為He，上述主管的外徑為OD的情況下，滿足0. 04 ^ Hc/OD，在上述多個散熱片的高度為Hf，上述主管的最大內徑為 ID 的情況下，滿足 0. 022(30. 7 X (Hc/0D)+1. 13} “ (-0. 5)彡 Hf/ID 彡 0. 037，在上述波紋槽的波紋間距為Pc的情況下，滿足1. 1 ( Pc/ID。(第一實施方式)(帶內面槽的波紋管1的結構)圖IA表示本發明的第一實施方式的帶內面槽的波紋管的結構的概要，圖IB的(a) 表示圖IA的B-B的剖面的一部分，圖IB的(b)表示圖IA的A部分的部分放大剖視圖。第一實施方式的帶內面槽的波紋管1例如是作為自然冷卻劑熱泵式熱水器的水-冷卻劑換熱器所使用的傳熱管的帶內面槽的波紋管。帶內面槽的波紋管1在主管10 的內周面IOa上具有多個螺旋狀的槽14，并且在主管10的外周面IOb上具有螺旋狀的波紋槽16，在設置有波紋槽16的外周面IOb對應的位置的主管10的內周面IOa處具有凸部 16a0具體而言，帶內面槽的波紋管1具備使用具有規定的傳熱率、規定的機械強度的金屬材料構成，具有內周面IOa及外周面IOb的主管10 ；相對于主管10的管軸100具有規定的角度(即，內面槽扭轉角)，并設置在內周面IOa上的多個散熱片12 ；設置在多個散熱片12之間的多個槽14 ；以及設置在主管10的外周面IOb上的波紋槽16。此外，能夠由例如銅、銅合金、鋁、鋁合金等形成主管10。在此，帶內面槽的波紋管1在波紋槽16的深度為He，主管10的外徑為OD的情況下，滿足0. 04 ( Hc/OD，在多個散熱片12的高度為Hf，主管10的最大內徑為ID的情況下，滿足 0. 022(30. 7X (Hc/OD)+1. 13} “ (-0. 5)彡 Hf/ID 彡 0. 037。此外，帶內面槽的波紋管1在波紋槽16的波紋間距為Pc的情況下，滿足1. 1 ( Pc/ID。此外，Pc/ID優選為滿足 1. 1 彡 Pc/ID 彡 2. 0。在此，在圖IA及圖IB中，“Tw”為主管10 ( S卩，進行波紋加工之前的原管)的壁厚。 該部分可以從未加工波紋槽的部分、例如波紋管的端部等進行確認。由此，主管10的外徑 “0D”相等于主管10的最大內徑“ID”的和二倍的主管10的剖面的末端平滑部的壁厚“Tw” 值相加的值。由此，ID能夠定義為ID= (0D-2XTW)。此外，帶內面槽的波紋管1的末端平滑部的壁厚Tw為例如0. 4mm ^ Tw ^ 1. 7mm。此外，帶內面槽的波紋管1的波紋槽16與管軸100的夾角為扭轉角β C。此外， 根據上述的帶內面槽的波紋管1的定義，扭轉角0(3在0° < i3c<90°的范圍內。扭轉角β c的范圍優選為40° <。由此，能夠促進越過波紋槽16的凸部16a的流體的紊流化。(帶內面槽的波紋管1的制造方法)作為第一實施方式的帶內面槽的波紋管1的制造方法的一個例子，能夠舉出在主管10的內周面IOa上形成螺旋狀的連續槽之后，對主管10的外周面IOb進行波紋加工的方法。具體而言，首先，將具有連續的螺旋狀的多個槽的栓插入主管10。然后，一邊對主管10進行從插入有栓的主管10拔出栓的拉拔加工，一邊從主管10的外側對插入栓的部分施加連續的負載，從而在主管10的內面上滾壓栓形狀形成內面槽(換句話說，槽14)。接下來，通過在主管10的長度方向上以均速移動主管10，同時對外周面IOb以圓盤狀的盤進行壓入波紋加工，從而形成波紋槽16。通過這樣的加工方法，能夠將進行波紋加工的主管10的外周面IOb視為彎曲較少的平滑面。(第一實施方式的效果)由于第一實施方式的帶內面槽的波紋管1滿足0. 04 < Hc/OD,并滿足 0. 022 {30. 7 X (Hc/OD) +1. 13} “ (-0. 5)彡 Hf/ID 彡 0. 037，并滿足 1. 1 彡 Pc/ID,因此能夠大幅減少在帶內面槽的波紋管1中的壓力損失，由此能夠大幅提高(無因次化熱傳導率比/ 壓力損失比)。(第二實施方式)圖2表示本發明的第二實施方式的換熱器的結構的概要。第二實施方式的換熱器2 (換句話說，雙層管式換熱器)以第一實施方式的帶內面槽的波紋管1作為內管，在覆蓋內管的外側具備外管20。并且，在帶內面槽的波紋管1的外表面與外管20的內表面之間設置有冷卻劑流動的環路。(第三實施方式)圖3表示本發明的第三實施方式的換熱器的結構的概要。第三實施方式的換熱器3 (換句話說，三層管式換熱器)是以第一實施方式的帶內面槽的波紋管1作為內管，以在內管的外側形成泄漏檢測部(換句話說，泄漏檢測槽32)的方式將由平滑管構成的泄漏檢測管30配置為在覆蓋內管的外側。此外，外管20配置在覆蓋泄漏檢測管30的外側，在泄漏檢測管30與外管20之間設置有冷卻劑流動的環路。(第四實施方式)圖4表示本發明的第四實施方式的換熱器的結構的概要。第四實施方式的換熱器4與第二實施方式的換熱器2相比，除了波紋外管的形狀不同的點之外，具備與第二實施方式的換熱器2大致相同的結構及功能。由此，省略除不同點以外的詳細的說明。換熱器4所具備的波紋外管40在外表面上具有波紋槽42。由此，能夠提高波紋外管40的撓性。(第五實施方式)圖5表示本發明的第五實施方式的換熱器的結構的概要。第五實施方式的換熱器5與第三實施方式的換熱器3相比，除了波紋外管的形狀不同的點之外，具備與第三實施方式的換熱器3大致相同的結構及功能。由此，省略除不同點以外的詳細的說明。換熱器5所具備的波紋外管50在外表面具有波紋槽52。由此，能夠提高波紋外管 50的撓性。(第6實施方式)圖6表示本發明的第6實施方式的換熱器的結構的概要。第6實施方式的換熱器6構成為沿設置在第一實施方式的帶內面槽的波紋管1的外周面IOb上的波紋槽16卷繞有冷卻劑流通用的螺旋狀傳熱管60的結構。此外，如有必要，能夠以釬焊等固定波紋槽16與螺旋狀傳熱管60。在換熱器6中，在帶內面槽的波紋管1之內流動的水與在接觸于帶內面槽的波紋管1的外周的、在螺旋狀傳熱管60之內流動的冷卻劑之間進行熱交換。通過沿波紋槽16 卷繞螺旋狀傳熱管60，在起到第一實施方式的帶內面槽的波紋管1的效果之外，能夠增大帶內面槽的波紋管1與螺旋狀傳熱管60的有效接觸面積(換言之，有效傳熱面積)。如上所述，根據第一實施方式的帶內面槽的波紋管1至第6的實施方式的換熱器， 在自然冷卻劑熱泵式熱水器的水-冷卻劑換熱器中，能夠保持同等的壓力損失并提高傳熱性能。(實施例1)已制成實施例1及實施例2和比較例1及比較例2的帶內面槽的波紋管。在表1 中表示了實施例1及實施例2和比較例1及比較例2的帶內面槽的波紋管的結構。表 權利要求
1.一種帶內面槽的波紋管，其特征在于， 具備具有內周面及外周面的主管； 設置在上述內周面上的多個散熱片； 上述多個散熱片之間的多個槽；以及設置在上述外周面上的波紋槽；在上述波紋槽的深度為He，上述主管的外徑為OD的情況下，滿足0. 04 ( Hc/OD, 在上述多個散熱片的高度為Hf，上述主管的最大內徑為ID的情況下，滿足 0. 022 {30. 7 X (Hc/OD) +1. 13} “ (-0. 5) ( Hf/ID ( 0. 037，在上述波紋槽的波紋間距為Pc的情況下，滿足1. 1 ^ Pc/ID。
2.如權利要求1所述的帶內面槽的波紋管，其特征在于， 上述 Pc/ID 滿足 1. 1 ^ Pc/ID 彡 2. 0。
3.如權利要求1所述的帶內面槽的波紋管，其特征在于， 上述主管的壁厚Tw滿足0. 4mm ^ Tw ^ 1. 7mm。
4.如權利要求1所述的帶內面槽的波紋管，其特征在于，作為上述波紋槽與管軸的夾角的扭轉角β c滿足40° <。
5.如權利要求1所述的帶內面槽的波紋管，其特征在于， 上述主管的外徑OD為12. 7mm。
6.如權利要求1所述的帶內面槽的波紋管，其特征在于， 上述波紋槽的深度Hc為0. 7mm。
7.如權利要求1所述的帶內面槽的波紋管，其特征在于， 上述散熱片的高度Hf為0. 2mm。
8.一種換熱器，其特征在于，該換熱器具備權利要求1至7所述的帶內面槽的波紋管。
全文摘要
本發明提供能夠抑制壓力損失并提高傳熱性能的帶內面槽的波紋管及換熱器。本發明的帶內面槽的波紋管具備具有內周面及外周面的主管；設置在內周面上的多個散熱片；多個散熱片之間的多個槽；以及設置在外周面上的波紋槽，在波紋槽的深度為Hc，主管的外徑為OD的情況下，滿足0.04≤Hc/OD，在多個散熱片的高度為Hf，主管的最大內徑為ID的情況下，滿足0.022{30.7×(Hc/OD)+1.13}^(-0.5)≤Hf/ID≤0.037，在波紋槽的波紋間距為Pc的情況下，滿足1.1≤Pc/ID。
文檔編號F28F1/42GK102445101SQ201110043858
公開日2012年5月9日 申請日期2011年2月22日 優先權日2010年9月30日
發明者堀口賢, 小林隆一, 本間和彥, 谷中昭仁 申請人:日立電線株式會社