DE102004030024A1

DE102004030024A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102004030024A1
Application number: DE102004030024A
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Kariya Katoh; Masaaki Kariya Kawakubo; Ken Kariya Muto; Etsuo Kariya Hasegawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2005-01-13
Also published as: FR2856781A1; KR100678600B1; US6907922B2; US20040256090A1; FR2856781B1; JP4679827B2; JP2005037113A; KR20050000314A

Abstract

Ein Wärmetauscher (1) wird in einem Dampfkompressionskühler verwendet, in dem ein Druck eines Kältemittels in einem Hochdruck-Abschnitt einen kritischen Druck erreicht und übersteigt. Ein Niederdruck-Kältemittel strömt durch den Wärmetauscher. Der Wärmetauscher weist ein flaches Rohr (2, 6); Kältemittelkanäle (2a, 6a, 6b), die in dem Rohr enthalten sind; und innere Stützen (2b), die zwischen den Kältemittelkanälen angeordnet sind, auf. Eine Zugfestigkeit des Materials des Rohres ist als S [N/mm·2·] definiert; ein Maß etwa parallel zu einer Hauptachsenrichtung des Rohres eines der Kältemittelkanäle ist als Wp [mm] definiert; und eine Dicke etwa parallel zu der Hauptachsenrichtung des Rohres einer der Stützen ist als Ti [mm] definiert. Dann gilt DOLLAR F1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der an einem Niederdruck-Abschnitt eines Dampfkompressionskühlers angeordnet ist, wo ein Druck eines Kältemittels einen kritischen Druck des Kältemittels erreicht und übersteigt; er ist effektiv anwendbar auf einen Verdampfapparat des Dampfkompressionskühlers, der Kohlendioxid als Kältemittel verwendet.

In einem Kohlendioxid (CO₂) als Kältemittel verwendenden Dampfkompressionskühler muss ein Kältemitteldruck einen kritischen Druck des Kältemittels in einem Hochdruck-Abschnitt erreichen und übersteigen, wenn eine Umgebungstemperatur hoch ist (mehr als 30°C). Der Druck an dem Hochdruck-Abschnitt ist dabei etwa 10 Mal so hoch wie jener bei einem Chlorfluorkohlenwasserstoff (CFC) als Kältemittel verwendenden Dampfkompressionskühler; demgemäß ist auch der Druck an dem Niederdruck-Abschnitt etwa 10 Mal so hoch wie jener bei dem Chlorfluorkohlenwasserstoff als Kältemittel verwendenden Dampfkompressionskühler.

Querschnittsflächen von Kältemittelkanälen sind deshalb kreisförmig oder elliptisch, sodass ein Widerstandsdruck erhöht werden kann (siehe JP-A-2000-111290 bzw. US 6,357,522 B2 ). Unter einem Gesichtspunkt der Wärmeleitfähigkeit ist jedoch eine winklige Querschnittsfläche (z.B. rechtwinklig) bevorzugt. Diese winklige Querschnittsfläche ist in der JP-A-2000-356488 ( JP 3313086 B2 ) beschrieben, welche ein optimales Beispiel eines Wärmetauschers bei einem überkritischen Druck vorsieht. Da jedoch sein Druck bei Gebrauch in einem Hochdruckbereich (etwa 10 MPa) eines CO₂-Kreises fällt, sieht er kein optimales Beispiel als Verdampfapparat vor. Ferner sieht er ohne Spezifikation des benutzten Materials keine optimale Druckwiderstandskonstruktion für einen CO₂-Kreis, der insbesondere bei hohen Drücke betrieben wird, vor. Ferner ist ein Kältemittelzustand zwischen einem Verdampfapparat und einem Wärmetauscher verschieden, sodass ein Beitrag einer Form bezüglich eines kältemittelseitigen Leistungsvermögens berücksichtigt werden sollte.

Ferner zeigen die rechtwinkligen Querschnittsflächen von Kältemittelkanälen mit abgerundeten Ecken in der JP-A-2000-356488 eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit als jene mit winkligen (nicht abgerundeten) Ecken. Im Vergleich zu den abgerundeten Ecken (z.B. kreisförmige Ecken) mit äquivalenten Querschnittsflächen gewährleisten die winkligen Ecken auf der Kältemittelseite breitere Leitfähigkeitsbereiche und dickere ringförmige Flüssigkeitsfilme, was ferner eine ungleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit ermöglicht. Es wird angenommen, dass die obigen Phänomene wesentlich zu einem Blasensieden beitragen.

So ist der in der JP-A-2000-356488 beschriebene Wärmetauscher geeignet als Kühler an einem Hochdruck-Abschnitt, aber er ist nicht direkt als Wärmetauscher an einem Niederdruck-Abschnitt, wie beispielsweise einem Verdampfapparat, anwendbar. Außerdem sind Kältemittelkanäle mit winkligen Querschnittsflächen aufgrund einer Konzentration der Spannung potenziell in eine Beschädigung des Rohrs involviert. Insbesondere muss bei Kanälen mit Ecken von beinahe rechten Winkeln aufgepasst werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher vorzusehen, der geeignet ist, um an einem Niederdruck-Abschnitt eines Kohlendioxid als Kältemittel verwendenden Dampfkompressionskühlers angeordnet zu werden.

Um die obige Aufgabe zu lösen, ist ein in einem Dampfkompressionskühler verwendeter Wärmetauscher, wo ein Druck eines Kältemittels an einem Hochdruck-Abschnitt einen kritischen Druck erreicht und übersteigt, mit den folgenden Merkmalen vorgesehen. Ein Niederdruck-Kältemittel strömt durch den Wärmetauscher. Der Wärmetauscher weist ein flaches Rohr; Kältemittelkanäle, die in dem Rohr enthalten sind; und innere Stützen, die zwischen Kältemittelkanälen angeordnet sind, auf. Eine Zugfestigkeit des Materials des Rohrs ist als S [N/mm²] definiert; ein Maß etwa parallel zu einer Hauptachsenrichtung des Rohres eines der Kältemittelkanäle ist als Wp [mm] definiert; und eine Dicke etwa parallel zu der Hauptachsenrichtung des Rohres einer der Stützen ist als Ti [mm] definiert. Hierbei gilt [447 × Wp/{10^(1,54 × log10S)} – 533/{10^(1,98 × log10S)}] ≤ Ti ≤ [447 × Wp/{10^(1,54 × log10S)} – 533/{10^(1,98 × log10S)}] × 2,3.

Obige sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
1 eine Perspektivansicht eines Verdampfapparats gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2A eine Querschnittsansicht eines Rohrs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
2B eine vergrößerte Darstellung eines Teils IIB in 2A;
3 ein Diagramm von Druckwiderstandslinien bezüglich einer Beziehung zwischen Ti und To;
4 ein Diagramm von Bereichen, in denen eine maximale Belastung ausgeübt wird, bezüglich To und Ti;
5 ein Diagramm sowohl einer Kühlleistung als auch eines Verhältnisses von Gewicht zu Kühlleistung bezüglich Tix/Ti;
6 ein Diagramm von sowohl einer Kühlleistung als auch eines Verhältnisses von Gewicht zu Kühlleistung bezüglich To/Ti;
7 ein Diagramm sowohl einer Kühlleistung als auch eines Druckverlusts bezüglich Wp;
8A und 8B Querschnittsansichten eines Wärmetauschers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9A bis 9I Querschnittsansichten von Rohren gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; und
10 eine Querschnittsansicht eines Rohres gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Ein Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung ist in einem ersten Ausführungsbeispiel auf einen Verdampfapparat einer einen Dampfkompressionskühler verwendenden Fahrzeug-Klimaanlage gerichtet, deren Kältemittel Kohlendioxid (CO₂) ist. In diesem Dampfkompressionskühler wird ein Niederdruck-Kältemittel in einem Wärmetauscher an einem Niederdruck-Abschnitt (Wärmetauscher am Niederdruckende, wie beispielsweise ein Verdampfapparat) verdampft, um Wärme in einem Niederdruck-Abschnitt aufzunehmen. Dieses verdampfte gasförmige Kältemittel wird komprimiert, um seine Temperatur zu erhöhen; dadurch wird die aufgenommene Wärme in einem Hochdruck-Abschnitt abgestrahlt. Der Kühler enthält im Allgemeinen einen Kompressor, einen Kühler, einen Dekompressor und einen Verdampfapparat.
Wie in 1 dargestellt, enthält ein Verdampfapparat mehrere Rohre 2, durch die ein Kältemittel strömt; Verteilerbehälter 3, die an beiden Enden in der Längsrichtung (vertikale Richtung in 1) der Rohre 2 angeordnet sind, um mit den Rohren 2 in Fluidverbindung zu stehen; Wellrippen 4, die mit den Außenseiten der Rohre 2 verbunden sind, um Wärmestrahlflächen an Luft zu vergrößern; eine Seitenplatte 5, die an dem Ende eines aus den Rippen und den Rohren 2 aufgebauten Wärmetauscherkerns angeordnet ist, um den Wärmetauscherkern zu verstärken, und dergleichen.
In diesem Ausführungsbeispiel sind diese Komponenten der Rohre 2, der Verteilerbehälter 3 und dergleichen aus einer Aluminiumlegierung gebildet und mittels Hartlöten oder Weichlöten integriert. Wie in einem Buch „Setsuzoku/Setshgou Gijyutsu (Verbindungstechnik)" von Tokyo-denki-daigaku-syuppan-kyoku (Tokyo Denki University Press) beschrieben, ist das „Hartlöten oder Weichlöten" eine Technik, die eine Verbindung ohne Schmelzen der Hauptkörper ermöglicht. Zum Beispiel ist „Hartlöten" eine Technik, bei der eine Verbindung mittels eines Füllmetalls („Hartlot") mit einem Schmelzpunkt nicht unter 450°C durchgeführt wird, während „Weichlöten" eine Technik ist, bei der eine Verbindung mittels eines Füllmetalls („Weichlot") mit einem Schmelzpunkt von nicht mehr als 450°C durchgeführt wird.
Ferner ist, wie in 2A dargestellt, ein Rohr 2 ein flaches Rohr und enthält mehrere Kältemittelkanäle 2a mit Querschnittsflächen von winkligen Löchern (Quadrate in diesem Ausführungsbeispiel). Das Rohr 2 und die mehreren Kältemittelkanäle 2a werden gleichzeitig durch einen Extrusions- oder Ziehprozess gebildet. Hierbei wird ein Trennabschnitt 2b zwischen benachbarten Kanälen 2a als eine innere Stütze bezeichnet.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf 2B Maße und dergleichen des Rohres 2 erläutert, die Merkmale dieses Ausführungsbeispiels sind. Definitionen und dergleichen sind wie folgt:
To: Dicke [mm] eines Rohres 2 etwa parallel zu einer Nebenachse (vertikale Richtung in 2B) des Rohres 2 oder Plattendicke des Rohrumfangs 2;
Ti: Dicke [mm] einer inneren Stütze 2b etwa parallel zu einer Hauptachse (waagrechte Richtung in 2B) des Rohres 2;
Wp: Maß [mm] eines Kältemittelkanals 2a etwa parallel zu einer Hauptachse des Rohres 2, Kanalbreite;
Hp: Maß [mm] eines Kältemittelkanals 2a etwa parallel zu einer Nebenachse des Rohres 2, Kanalhöhe; und
S: Zugfestigkeit [N/mm²] eines Materials des Rohres 2.
Hierbei ist eine Zugfestigkeit des Materials des Rohres 2 ein Ergebnis eines Zugversuchs gemäß JIS H 4100. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Material des Rohres 2 ein A1060-0 mit einer Zugfestigkeit von 70 N/mm².
Im Rahmen dieser Beschreibung enthält der Begriff „etwa" zusätzlich zu „etwa" auch „exakt". Zum Beispiel enthält „etwa parallel" zusätzlich zu „etwa parallel" auch „genau parallel".
Bezug nehmend auf 3 wird eine Beziehung zwischen To und Ti erläutert, die es ermöglicht, dass eine maximale Belastung nicht größer als eine zulässige Belastung ist. Dies resultiert aus einer Rechensimulation, bei der ein Druck in dem Rohr 2 konstant gehalten wird (etwa 30 MPa), während die Maße Wp, Hp des Kältemittelkanals 2b variiert werden. Das Rohr 2 bricht aufgrund eines Innendrucks in einem Bereich, der über und rechts von einer L-förmigen Linie L in 3 liegt, nicht.
Demgemäß ist eine Linie OL, die durch Verbinden der Knickpunkte der L-förmigen Linien gebildet ist, eine Linie eines optimalen Verhältnisses zwischen To und Ti, die wie folgt dargestellt ist: Ti = 447 × Wp/10A – 533/10B,mit A = (1,54 × log₁₀S) und B = (1,98 × log₁₀S).
Nachfolgend wird diese Gleichung als Grundgleichung bezeichnet. Die Grundgleichung leitet sich aus dem folgenden Verfahren ab. Eine Beziehung zwischen der Dicke Ti der inneren Stütze und dem Hauptachsenmaß Wp des Kanals wird bezüglich jeder Zugfestigkeit S durch eine Fehlerquadratmethode berechnet (Ti = αWp + β). Man erhält eine Funktion der Proportionalitätskonstante α und der Konstante β bezüglich der Zugfestigkeit S (α = f(S), β = f(S)). Diese werden mittels einer logarithmischen Näherung weiter angenähert. Die Werte von α, β, die durch einen logarithmischen Näherungsausdruck dargestellt sind, werden in Ti (= αWp + β) eingesetzt, das man durch die Fehlerquadratmethode erhalten hat, sodass die Grundgleichung von Ti berechnet wird.
Ferner sind basierend auf den in 3 dargestellten Rechensimulationsergebnissen Bereiche, in denen die maximale Belastung erzeugt wird, in 4 dargestellt. Der Bereich A zeigt, wo die maximale Belastung in der inneren Stütze 2b unabhängig von Werten für To und Ti auftritt, während der Bereich B dies für den Abschnitt etwa parallel zu der Nebenachse (vertikale Richtung in 2B) des Rohres 2 zeigt. Angenommen, dass ein gegebenes Ti die obige Grundgleichung erfüllt und auf der Grenzlinie zwischen den Bereichen A, B (gegebenes To entspricht gegebenem Ti auf der Grenze) liegt, sind hier das gegebene To und das gegebene Ti die Minimalwerte von To bzw. Ti, wo kein Brechen des Rohres 2 möglich ist.
Als nächstes wird der optimale Bereich von Ti Bezug nehmend auf 5 erläutert. Das Diagramm in 5 zeigt Beziehungen zwischen der Kühlleistung und einem Ti-Verhältnis (Tix/Ti) und zwischen Gewicht/Kühlleistung und dem Ti-Verhältnis. Hierbei wird Ti aus der Grundgleichung berechnet, während Tix von Ti variiert. Die gestrichelte Linie zeigt die Kühlleistung, während die durchgezogene Linie den Quotienten Gewicht/Kühlleistung zeigt. Wie oben erläutert, ist das aus der Grundgleichung berechnete Ti der Minimalwert unter der Bedingung, dass ein Widerstands druck möglich ist (d.h. kein Brechen des Rohres 2 auftritt), sodass das Rohr 2 bricht, wenn das Ti-Verhältnis kleiner als 1 ist (Tix < Ti). Demgemäß sollte die Untergrenze von Ti auf der Grundgleichung basieren.
Als nächstes wird die obere Grenze von Ti bestimmt. Wenn Ti größer wird, steigt ein Druckverlust des Kältemittels, was die Kühlleistung vermindert. Eine Linie E einer herkömmlichen Kühlleistung unter Verwendung des Kältemittels R134a ist in 5 dargestellt; das Ti-Verhältnis von 2,3 oder weniger wird dadurch erhalten, um wenigstens die herkömmliche Kühlleistung zu gewährleisten. Es gilt: 447 × Wp/10A – 533/10B ≤ Ti ≤ 2,3 × (447 × Wp/10A – 533/10B),mit A = (1,54 × log₁₀S) und B = (1,98 × log₁₀S).
Da die Kühlleistung von etwa 1,8 deutlich sinkt, wird ferner der bevorzugte Ti-Bereich zusätzlich wie folgt eingestellt: 447 × Wp/10A – 533/10B ≤ Ti ≤ 1,8 × (447 × Wp/10A – 533/10B),mit A = (1,54 × log₁₀S) und B = (1,98 × log₁₀S).
Als nächstes wird der optimale Bereich eines Verhältnisses von To und Ti Bezug nehmend auf 6 erläutert. Die gestrichelte Linie ist die Kühlleistung, während die durchgezogene Linie den Quotienten Gewicht/Kühlleistung zeigt. Die Kühlleistung ist bezüglich To/Ti als nach oben ragenden Kurve um das Zentrum gezeigt. Analog zu dem Fall in 5 erhält man dadurch den Bereich für To/Ti von 0,2 bis 2,6 (0,2 ≤ To/Ti ≤ 2,6), um zumindest die herkömmliche Kühlleistung zu gewährleisten.
Da die Kühlleistung bei To/Ti unter 0,5 und über 2,0 deutlich sinkt, ist ein bevorzugter To/Ti-Bereich zusätzlich zwischen einschließlich 0,5 und einschließlich 2,0 eingestellt (0,5 ≤ To/Ti ≤ 2,0).
Ferner ist bei der praktischen Konstruktion des Rohres eine zusätzliche Dicke für eine Fertigungstoleranz zusätzlich zu der dem Druck widerstehenden Dicke und eine Toleranz gegen Korrosion bei Gebrauch erforderlich. Insbesondere wird der Verdampfapparat wiederholten Nasszuständen unterzogen, sodass er der Korrosion unterliegt. Die zusätzliche Dicke als Toleranz für Ti beträgt etwa 0,05 bis 0,25 mm, während eine zusätzliche Dicke für To etwa 0,05 bis 0,40 mm beträgt. Unter Berücksichtigung der obigen Erläuterungen sollten die praktischen Wert für Ti' und To' wie folgt eingestellt werden: Ti + 0,05 mm ≤ Ti' ≤ Ti + 0,25 mm To + 0,05 mm ≤ To' ≤ Ti + 0,40 mm.
Ferner beträgt der optimale Wert für To/Ti 1,5, weshalb 1,5 × (Ti – 0,25 mm) + 0,05 mm ≤ To ≤ 1,5 × (Ti – 0,05 mm) + 0,40 mm.
Als Ergebnis ist ein bevorzugter Bereich eines praktischen Dickenverhältnisses von To'/Ti' wie folgt eingestellt: 1,5 – 0,325mm/Ti' ≤ To'/Ti' ≤ 1,5 + 0,325mm/Ti'.
Wenn zum Beispiel Ti' gleich 1 mm ist, gilt 1,175 ≤ To'/Ti' ≤ 1,825.
Ferner wird die Strömungsgeschwindigkeit größer, wenn eine Querschnittsfläche des Kältemittelkanals 2a kleiner wird, um dadurch die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen; wenn eine Querschnittsfläche des Kältemittelkanals 2a kleiner wird, wird ein Druckverlust größer, wie in 7 dargestellt. Dies bedeutet, dass es eine Querschnittsfläche des Kältemittelkanals 2a gibt, welche die Kühlleistung maximiert.
Hierbei bedeutet in 7 „Q" eine Kühlleistung, „ΔPr" bedeutet einen Druckverlust, und „FH" bedeutet eine Höhe von Rippen 4, d.h, eine Differenz zwischen dem oberen und dem unteren Ende der Rippen 4, z.B. bedeutet „FH2", dass die Höhe der Rippen 4 2 mm beträgt. Demgemäß bedeutet „QL FH2" eine Kühlleistung an den Rippen mit einer Höhe von 2 mm, „ΔPr: FH2" bedeutet einen Druckverlust bei den Rippen einer Höhe von 2 mm.
In diesem Ausführungsbeispiel ist unter Berücksichtigung des in 7 dargestellten Ergebnisses der Rechensimulation das Maß Wp zwischen einschließlich 0,3 mm und einschließlich 1,0 mm eingestellt (0,3 mm ≤ Wp ≤ 1,0 mm).
Ferner ist unter Berücksichtigung der obigen Gleichung und von To/Ti zwischen einschließlich 0,2 und einschließlich 2,6 (0,2 ≤ To/Ti ≤ 2,6) ein Nebenachsenmaß Ht des Rohres 2 bevorzugt zwischen einschließlich 0,8 mm und einschließlich 2,0 mm eingestellt (0,8 mm ≤ Ht ≤ 2,0 mm).
In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Aluminiumlegierung verwendet, deren Zugfestigkeit zwischen einschließlich 50 N/mm² und einschließlich 220 N/mm² liegt (50 N/mm² ≤ S ≤ 220 N/mm²); für einen in einer Fahrzeug-Klimaanlage mit CO₂ als Kältemittel verwendenden Verdampfapparat besitzt jedoch eine Aluminiumlegierung bevorzugt eine Zugfestigkeit zwischen einschließlich 110 N/mm² und einschließlich 200 N/mm². Der Grund für die Obergrenze von 200 N/mm² resultiert aus einem Abfall der Produktivität. Wenn die Zugfestigkeit größer wird, wird die Härte typischerweise größer, wodurch das Abschleifen der Form vergrößert wird, was in einem Abfall der Produktivität resultiert.
Ferner weist, wie in 2B dargestellt, jede der Ecken der Querschnittsflächen des Kältemittelkanals 2a einen Krümmungsradius R von bevorzugt weniger als 10% von dem kleineren Wert von Hp und Wp basierend auf einer Beziehung zwischen dem Blasensieden und der Leitfähigkeitsleistung auf. Ein Krümmungsradius von höchstens 10% beschränkt das Blasensieden an den Ecken.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Im ersten Ausführungsbeispiel ist die vorliegende Erfindung auf einen Verdampfapparat gerichtet, während sie in einem zweiten Ausführungsbeispiel auf einen in 8A, 8B dargestellten inneren Wärmetauscher 6 als ein Rohr der Erfindung gerichtet ist. Hierbei dient der innere Wärmetauscher 6 einem Wärmeaustausch zwischen einem Hochdruck-Kältemittel (z.B. einem Kältemittel aus einem Kühler) und einem Niederdruck-Kältemittel (in einen Kompressor gesaugtes Kältemittel). In 8A, 8B strömt ein Niederdruck-Kältemittel durch Kältemittelkanäle 6a von viereckigen (winkligen) Löchern, während ein Hochdruck-Kältemittel durch Kältemittelkanäle 6b von kreisförmigen Löchern strömt.
Der innere Wärmetauscher 6 ist durch einen Extrusions- oder Ziehprozess zusammen mit den Kältemittelkanälen 6a, 6b ausgebildet.
(Weitere Ausführungsbeispiele)
In den obigen Ausführungsbeispielen besitzt der Kältemittelkanal eine Querschnittsfläche eines Quadrats; jedoch kann er ohne irgendeine Beschränkung der vorliegenden Erfindung auch eine Querschnittsfläche einer anderen Form, wie beispielsweise jene einer runden Ecke, wie in 9A dargestellt, und jene einer holprigen Innenfläche, wie in 9B dargestellt, aufweisen. Hierbei ist, wenn die Ecke eine runde Form hat, ein Krümmungsradius der Ecke bevorzugt so konstruiert, dass eine Leitfähigkeitsleistung nicht eingeschränkt wird (z.B. weniger als 10% des Maßes Wp oder des Maßes Hp).
In den obigen Ausführungsbeispielen haben alle der mehrfachen Kältemittelkanäle die gleichen Formen der Querschnittsflächen; jedoch können sie ohne irgendeine Beschränkung der vorliegenden Erfindung auch einen Kältemittelkanal 2a einer unterschiedlichen Form, wie beispielsweise einer kreisförmigen oder dreieckigen Form, anders als die quadratische Form haben, wie in 9D bis 9H dargestellt.
Ferner können, wie in 9A, 9B, 9D, 9F, 9H, 9I dargestellt, die Rohre auch Vorsprungabschnitte 2c an dem Hauptachsenende davon haben, sodass auf den Oberflächen der Rohre 2 kondensiertes Wasser vorzugsweise ablaufen kann.
Ferner können, wie in 9C, 9E, 9G dargestellt, die Rohre auch dreieckige Formen an dem Hauptachsenende davon haben, sodass auf den Oberflächen der Rohre 2 kondensiertes Wasser bevorzugt ablaufen kann.
Ferner können, wie in 9F, 9G dargestellt, die Rohre nahe an ihrem Hauptachsenende Kältemittelkanäle enthalten, die Formen entlang des Umfangs des Rohres 2 haben, sodass die Rohre 2 dünner sein können.
Ferner kann, wie in 10 dargestellt, das Rohr in seiner Hauptachsenrichtung mehrere Reihen von Kältemittelkanälen (zwei Reihen in 10) enthalten.
In dem obigen Beispiel ist Ti = 447 × Wp/10^A – 533/10^B mit A = (1,54 × log₁₀S) und B = (1,98 × log₁₀S) beschrieben; jedoch kann ohne irgendeine Beschränkung Ti auch in einem Bereich von (447 × Wp/10^A – 533/10^B) ≤ Ti ≤ 2,3 × (447 × Wp/10^A – 533/10^B) mit A = (1,54 × log₁₀S) und B = (1,98 × log₁₀S) liegen.
In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Aluminiumlegierung verwendet, deren Zugfestigkeit zwischen einschließlich 50 N/mm² und einschließlich 220 N/mm² liegt; jedoch ist diese Erfindung nicht auf diese Aluminiumlegierung beschränkt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist diese Erfindung auf einen Verdampfapparat gerichtet; jedoch kann sie auch ohne irgendeine Beschränkung auf einen an einem Niederdruck-Abschnitt angeordneten Wärmetauscher gerichtet sein, welcher zum Beispiel für einen überkritischen Kreislauf verwendet wird.
Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Änderungen in den obigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Wärmetauscher (1), der in einem Dampfkompressionskühler verwendet wird, in dem ein Druck eines Kältemittels an einem Hochdruck-Abschnitt einen kritischen Druck erreicht und übersteigt und ein Niederdruck-Kältemittel durch den Wärmetauscher strömt, wobei der Wärmetauscher aufweist: ein flaches Rohr (2, 6); Kältemittelkanäle (2a; 6a, 6b), die in dem Rohr enthalten sind und durch die das Niederdruck-Kältemittel strömt; und innere Stützen (2b), die zwischen den Kältemittelkanälen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugfestigkeit eines Materials des Rohres als S [N/mm²] definiert ist; ein Maß etwa parallel zu einer Hauptachsenrichtung des Rohres eines der Kältemittelkanäle als Wp [mm] definiert ist; und eine Dicke etwa parallel zu der Hauptachsenrichtung des Rohres einer der Stützen als Ti [mm] definiert ist, und dass gilt [447 × Wp/{10^(1,54 × log10S)} – 533/{10^(1,98 × log10S)}] ≤ Ti ≤ [447 × Wp/{10^(1,54 × log10S)} – 533/{10^(1,98 × log10S)}] × 2,3.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, mit [447 × Wp/{10^(1,54 × log10S)} – 533/{10^(1,98 × log10S)}] ≤ Ti ≤ [447 × Wp/{10^(1,54 × log10S)} – 533/{10^(1,98 × log10S)}] × 1,8.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem eine Dicke etwa parallel zu einer Nebenachsenrichtung des Rohres als To [mm] definiert ist und 0,2 ≤ To/Ti ≤ 2,6 gilt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem 0,5 ≤ To/Ti ≤ 2,0 gilt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem 1,5 – (0,325mm/Ti) ≤ To/Ti ≤ 1,5 + (0,325mm/Ti) gilt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem 50 N/mm² ≤ S ≤ 220 N/mm² gilt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem 110 N/mm² ≤ S ≤ 200 N/mm² gilt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem 0,3 mm ≤ Wp ≤ 1 ,0 mm gilt; ein Maß etwa parallel zu einer Nebenachsenrichtung des Rohre eines der Kältemittelkanäle als Hp [mm] definiert ist; und 0,3 mm ≤ Hp ≤ 1,0 mm gilt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem ein Krümmungsradius (R) einer Ecke eines der Kältemittelkanäle kleiner als 10% des kleineren Wertes von Wp und Hp ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem ein Maß in einer Nebenachsenrichtung des Rohres als Ht [mm] definiert ist, und 0,8 mm ≤ Ht ≤ 2,0 mm gilt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem das Kältemittel Kohlendioxid enthält.