DE102011088222A1

DE102011088222A1 - Multitube heat exchanger

Info

Publication number: DE102011088222A1
Application number: DE102011088222A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Shimoya; Fumiaki Nakamura; Makoto Ito
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2012-06-21
Also published as: JP5556644B2; JP2012127623A

Abstract

Ein Mehrfachrohr-Wärmetauscher umfasst ein äußeres Rohr (20) und ein inneres Rohr (30), das in dem äußeren Rohr angeordnet ist. Ein äußerer Durchlass (12) ist zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr definiert, und ein innerer Durchlass (13) ist in dem inneren Rohr definiert. Eine Wand des inneren Rohres weist mehrere konvexe Abschnitte (36, 236, 336) auf, die in den äußeren Durchlass vorragen, und mehrere konkave Abschnitte (37, 337), welche von dem inneren Durchlass (13) vertieft sind. Die konvexen Abschnitte sind in einem Abstand voneinander entlang einer Strömungsrichtung eines Mediums in dem äußeren Durchlass angeordnet, und die konkaven Abschnitte sind in einem Abstand voneinander entlang der Strömungsrichtung des Mediums in dem äußeren Durchlass angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrfachrohr-Wärmetauscher, der einen Wärmeaustausch zwischen einem Medium in einem inneren Rohr und einem Medium zwischen dem inneren Rohr und einem äußeren Rohr ausführt.
Verschiedene Mehrfachrohr-Wärmetauscher sind herkömmlich bekannt. Die Patentdokumente 1 bis 4 schlagen zum Beispiel das Verwenden eines Mehrfachrohr-Wärmetauschers als einen inneren Wärmetauscher eines Kältekreislaufs vor. Das Patentdokument 5 schlägt das Verwenden eines Mehrfachrohr-Wärmetauschers als einen Wärmetauscher zwischen einem Kältemittel und Wasser vor.
Die Patentdokumente 6 bis 10 schlagen das Bilden von vertiefungsähnlichen konvexen Abschnitten oder konkaven Abschnitten in einem Rohr für einen Wärmetauscher vor.
Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 4350058
Patentdokument 2: Japanisches Patent Nr. 4350079
Patentdokument 3: Japanisches Patent Nr. 4246189
Patentdokument 4: JP-A-2007-327706
Patentdokument 5: JP-A-2009-243715
Patentdokument 6: JP-A-2004-190923
Patentdokument 7: JP-A-2008-261566
Patentdokument 8: JP-A-2008-139008
Patentdokument 9: JP-A-2009-270755
Patentdokument 10: JP-A-2007-326142
Bei den Technologien aus den Patentdokumenten 1 bis 5 sind mehrere Nuten in einem inneren Rohr und/oder einem äußeren Rohr zum Erleichtern eines Wärmeaustauschs gebildet. Mit lediglich den Nuten kann die Wärmeaustauschleistung manchmal jedoch unzureichend sein. Aus diesem Grund wurde ein Mehrfachrohr-Wärmetauscher gefordert, der fähig ist, eine höhere Wärmeaustauschleistung zu bieten.
Bei der Technologie aus dem Patentdokument 6 werden Vertiefungen, welche in Richtung zu einem Strömungspfad zwischen einem inneren Rohr und einem äußeren Rohr vorragen, in dem äußeren Rohr gebildet. Mit dieser Ausgestaltung sind jedoch die Vertiefungen in dem äußeren Rohr gebildet, und das nachfolgende Problem entsteht: Die Vertiefungen tragen nicht ausreichend zu dem Wärmeaustausch zwischen dem Inneren und dem Äußeren von dem inneren Rohr bei.
Bei den Technologien aus den Patentdokumenten 7 bis 9 sind Nuten in einem inneren Rohr vorgesehen, und Vertiefungen sind in den Böden der Nuten vorgesehen. Diese Vertiefungen bieten konkave Abschnitte außen von dem inneren Rohr und stellen konvexe Abschnitte innen von dem inneren Rohr bereit. Diese Form bringt jedoch das nachfolgende Problem mit sich: der Wärmeaustausch zwischen dem Medium zwischen dem inneren Rohr und einem äußeren Rohr und dem inneren Rohr wird nicht ausreichend begünstigt.
Auch bei der Technologie aus dem Patentdokument 10 sind Vertiefungen in einem Rohr vorgesehen. Die Vertiefungen stellen jedoch konkave Abschnitte außerhalb von einem inneren Rohr bereit und stellen konvexe Abschnitte innerhalb des inneren Rohres bereit. Dies bringt das folgende Problem mit sich: Ein Wärmeaustausch zwischen dem Medium zwischen dem inneren Rohr und einem äußeren Rohr und dem inneren Rohr wird nicht ausreichend begünstigt.
Diese Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen Probleme gemacht. Es ist eine Aufgabe von ihr, einen Mehrfachrohr-Wärmetauscher bereitzustellen, bei welchem der Wärmeaustausch zwischen dem Medium zwischen einem inneren Rohr und einem äußeren Rohr und dem inneren Rohr verbessert werden kann.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, einen Mehrfachrohr-Wärmetauscher bereitzustellen, bei welchem es möglich ist, den Wärmeaustausch zwischen einem Medium zwischen einem inneren Rohr und einem äußeren Rohr und dem inneren Rohr zu erleichtern und einen Druckverlust in dem Medium im Inneren des inneren Rohres zu verhindern.
Es ist weiter eine andere Aufgabe der Erfindung, einen Mehrfachrohr-Wärmetauscher bereitzustellen, bei welchem es möglich ist, den Wärmeaustausch zwischen einem Medium zwischen einem inneren Rohr und einem äußeren Rohr und dem inneren Rohr zu erleichtern und die volumetrische Kapazität zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr zu reduzieren.
Es ist weiter eine andere Aufgabe der Erfindung, einen Mehrfachrohr-Wärmetauscher bereitzustellen, der für einen inneren Wärmetauscher für einen Kältekreislauf geeignet ist, bei welchem ein Kältemittel von hohem Druck zwischen einem innren Rohr und einem äußeren Rohr strömt und ein Kältemittel von niedrigem Druck im Inneren des inneren Rohres strömt.
Um die obigen Aufgaben zu lösen, setzt die Erfindung die nachfolgenden technischen Maßnahmen ein.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Mehrfachrohr-Wärmetauscher (10) ein äußeres Rohr (20) und ein inneres Rohr (30), das in dem äußeren Rohr angeordnet ist. Ein äußerer Durchlass (12) ist zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr definiert, und ein innerer Durchlass (13) ist in dem inneren Rohr definiert. Eine Mehrzahl von konvexen Abschnitten (36, 236, 336), die in den äußeren Durchlass vorragen, und eine Mehrzahl von konkaven Abschnitten (37, 337), welche von dem inneren Durchlass (13) vertieft sind, sind in einer Wand des inneren Rohres gebildet bzw. geformt. Die Mehrzahl von konvexen Abschnitten ist in einem Abstand voneinander in einer Strömungsrichtung eines Mediums in dem äußeren Durchlass angeordnet, und die Mehrzahl von konkaven Abschnitten ist in einem Abstand voneinander in der Strömungsrichtung eines Mediums in dem äußeren Durchlass angeordnet.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist der konkave Abschnitt (37, 337) an einer Position entsprechend zu dem konvexen Abschnitt (36, 236, 336) definiert, und der konkave Abschnitt (37, 337) und der konvexe Abschnitt (36, 236, 336) definieren einen ausgebauchten Abschnitt (35, 235, 335), der in den äußeren Durchlass vorragt.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Mehrfachrohr-Wärmetauscher (10) ein äußeres Rohr (20) und ein inneres Rohr (30) auf, das in dem äußeren Rohr angeordnet ist. Ein äußerer Durchlass (12) ist zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr definiert, und ein innerer Durchlass (13) ist in dem inneren Rohr definiert. Eine Mehrzahl von ausgebauchten Abschnitten (35, 235, 335) ist in einer Wand des inneren Rohres durch ein Vorragen in den äußeren Durchlass definiert, um konvexe Abschnitte (36, 236, 336) in Richtung zu dem äußeren Durchlass und konkave Abschnitte (37, 337) in Richtung zu dem inneren Durchlass zu bilden, und ist angeordnet, um in einem Abstand voneinander in einer Strömungsrichtung eines Mediums in dem äußeren Durchlass angeordnet zu sein. Demgemäß erleichtert der konvexe Abschnitt den Wärmeaustausch zwischen einem Medium, das in dem äußeren Durchlass und dem inneren Rohr strömt. Da der konkave Abschnitt gegenüberliegend zu dem inneren Durchlass angeordnet ist, kann des Weiteren der Druckverlust an einer Zunahme in dem inneren Durchlass beschränkt werden. Da der konvexe Abschnitt in den äußeren Durchlass vorragt, kann weiterhin das Volumen des äußeren Durchlasses reduziert werden.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung weist die Wand des inneren Rohres eine Strömungspfadnut (238, 338) auf, welche einen konkaven Abschnitt in Richtung zu dem äußeren Durchlass bildet und welche sich spiralförmig erstreckt, und der ausgebauchte Abschnitt ist in der Strömungspfadnut (238, 338) gebildet. Der konvexe Abschnitt erleichtert demgemäß einen Wärmeaustausch zwischen einem Medium, das durch die spiralförmig sich erstreckende Strömungspfadnut und das innere Rohr strömt.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung weist der konvexe Abschnitt eine Höhe (DH) in einer radialen Richtung auf, und die Höhe ist geringer als eine Tiefe von der Strömungspfadnut in der radialen Richtung. Ein Wärmeaustausch wird demgemäß zwischen dem Medium und dem inneren Rohr ohne übermäßige Zunahme des Druckverlusts von dem Medium, das durch die spiralförmig sich erstreckende Strömungspfadnut strömt, erleichtert.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung weist der konvexe Abschnitt eine Länge (DL) in der Strömungsrichtung des Mediums in dem äußeren Durchlass und eine Breite (DW) in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kältemittels von hohem Druck in dem äußeren Durchlass 12 auf. Die Länge und die Breite sind größer als eine Höhe von dem äußeren Durchlass, der zwischen einer Bodenfläche der Strömungspfadnut und einer inneren Oberfläche von dem äußeren Rohr definiert ist, und sind geringer als ein innerer Durchmesser des äußeren Rohres. Ein Wärmeaustausch zwischen dem Medium und dem inneren Rohr wird demgemäß ohne übermäßige Zunahme des Druckverlusts des Mediums, das durch die spiralförmig sich erstreckende Strömungspfadnut strömt, erleichtert.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist der ausgebauchte Abschnitt durch einen inselähnlichen Abschnitt definiert, der zwischen Nuten (32, 34, 238, 338) verbleibt, wobei die Nuten durch ein Verformen der Wand des inneren Rohres von außen nach innen in einer radialen Richtung definiert sind. Das kompliziert geformte innere Rohr, welches die mehreren ausgebauchten Abschnitte aufweist, kann demgemäß leicht aus einem unbehandelten Rohr hergestellt werden.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung weist der konvexe Abschnitt eine Länge (DL) in der Strömungsrichtung eines Mediums in dem äußeren Durchlass und eine Breite (DW) in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kältemittels von hohem Druck in dem äußeren Durchlass (12) auf, und die Länge und die Breite sind im Wesentlichen gleich zueinander. Der Wärmeaustausch zwischen einem Medium und dem inneren Rohr wird demgemäß ohne eine übermäßige Zunahme eines Druckverlusts des Mediums, das durch die spiralförmig sich erstreckende Strömungspfadnut strömt, erleichtert.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung weist der konvexe Abschnitt (36, 236, 336) eine Form entsprechend zu einem Teil von einer Kugel bzw. einem Abschnitt von einer Kugel auf. Ein Wärmeaustausch zwischen einem Medium und dem inneren Rohr wird demgemäß ohne eine übermäßige Zunahme eines Druckverlusts des Mediums, das durch die spiralförmig sich erstreckende Strömungspfadnut strömt, erleichtert.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist der äußere Durchlass ein Durchlass für Kältemittel von hohem Druck, und der innere Durchlass ist ein Durchlass für Kältemittel von niedrigem Druck in einem Kältekreislauf (1), so dass der Mehrfachrohr-Wärmetauscher einen inneren Wärmetauscher für den Kältekreislauf bereitstellt. Der konvexe Abschnitt erleichtert demgemäß einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel von hohem Druck und dem inneren Rohr. Der konkave Abschnitt erleichtert des Weiteren einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel von niedrigem Druck und dem inneren Rohr und beschränkt den Druckverlust des Kältemittels von niedrigem Druck daran, zuzunehmen. Da der konvexe Abschnitt das Volumen des äußeren Durchlasses reduziert, kann weiterhin die Menge von Kältemittel von hohem Druck, welches eine hohe Kältemitteldichte aufweist, reduziert werden, und die Menge von Kältemittel, das in den Kältekreislauf eingefüllt ist, kann reduziert werden.
Darüber hinaus zeigt ein Bezugszeichen in Klammern, das in den Ansprüchen und in dem obigen Abschnitt beschrieben ist, eine entsprechende Beziehung mit einer spezifischen Komponente, die in einer Ausführungsform, welche später als ein Aspekt erwähnt wird, beschrieben ist, so dass sie nicht die technische Reichweite der vorliegenden Erfindung beschränkt.
1 ist ein Blockdiagramm, welches einen Kältekreislauf gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt, an welcher die Erfindung angewendet wird;
2 ist eine teilweise Schnittansicht, welche einen Mehrfachrohr-Wärmetauscher der ersten Ausführungsform darstellt;
3 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein inneres Rohr des Mehrfachrohr-Wärmetauschers der ersten Ausführungsform darstellt;
4 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Strömung von Kältemittel von hohem Druck in der ersten Ausführungsform darstellt;
5 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Strömung von Kältemittel von niedrigem Druck in der ersten Ausführungsform darstellt;
6 ist eine Seitenansicht, welche ein inneres Rohr eines Mehrfachrohr-Wärmetauschers gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt, an welcher die Erfindung angewendet wird;
7 ist eine Seitenansicht, welche ein inneres Rohr eines Mehrfachrohr-Wärmetauschers gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt, an welcher die Erfindung angewendet wird;
8 ist eine Schnittansicht, welche eine Strömung von Kältemittel von hohem Druck in der dritten Ausführungsform darstellt; und
9 ist eine Schnittansicht, welche eine Strömung von Kältemittel von niedrigem Druck in der dritten Ausführungsform darstellt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. In den Ausführungsformen kann ein Teil, der einem Sachverhalt entspricht, der in einer vorherigen Ausführungsform beschrieben ist, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein, und eine redundante Erläuterung für diesen Teil kann weggelassen werden. Wenn lediglich ein Teil einer Ausgestaltung in einer Ausführungsform beschrieben ist, können andere vorherige Ausführungsformen auf die anderen Teile der Ausführungsform angewendet werden. Die Teile können miteinander kombiniert werden, selbst wenn es nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können teilweise kombiniert werden, selbst wenn es nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, vorausgesetzt, dass es keinen Konflikt in der Kombination gibt.
Erste Ausführungsform
Die 1 ist ein Blockdiagramm, welches einen Kältekreislauf gemäß einer ersten Ausführungsform, an welcher die Erfindung angewendet wird, darstellt. Der Kältekreislauf 1 ist ein Kältekreislauf, der in einem Fahrzeug als ein Teil einer Klimaanlage für das Fahrzeug montiert ist. Der Kältekreislauf 1 umfasst einen Kompressor 2, einen Wärmetausches 3 für eine Wärmestrahlung, einen Dekompressor 4, einen Wärmetauscher 5 für eine Wärmeabsorption und mehrere Rohre, welche sie als einen ringförmigen Kreislauf verbinden. Der Kompressor 2 saugt Kältemittel von niedrigem Druck an und komprimiert es und lässt Kältemittel von hohem Druck aus. Der Wärmetauscher 3 verursacht einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel von hohem Druck, das von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, und einem Medium zum Kühlen, so dass Wärme von dem Kältemittel von hohem Druck abgestrahlt wird. Der Wärmetauscher 3 wird auch als Kühler oder Kondensator bezeichnet. Das Kältemittel von hohem Druck, welches von dem Wärmetauscher 3 austritt, wird an den Dekompressor 4 geliefert. Der Dekompressor 4 verringert den Druck des Kältemittels von hohem Druck und liefert es an den Wärmetauscher 5. Der Dekompressor 4 wird auch als Expansionsventil bezeichnet. Der Wärmetauscher 5 führt einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel von niedrigem Druck, das von dem Dekompressor 4 geliefert wird, und einem zu kühlenden Medium, zum Beispiel Luft einer Klimaanlage, durch. Als ein Ergebnis wird zum Beispiel die klimatisierte Luft gekühlt, und eine Klimatisierung wird in Gang gesetzt. Der Wärmetauscher 5 wird auch als Kühler oder Verdampfer bezeichnet. Das Kältemittel von niedrigem Druck, das von dem Wärmetauscher 5 austritt, wird an dem Kompressor 2 wiederum angesaugt. Der Kompressor 2 und der Wärmetauscher 3 sind außerhalb einer Fahrgastzelle, zum Beispiel in einem Motorraum davon, angeordnet. Der Wärmetauscher 5 ist in der Klimaanlage des Fahrzeugs angeordnet.
Der Kältekreislauf 1 umfasst einen Mehrfachrohr-Wärmetauscher 10. Ein Hochdruckrohr für ein Liefern von Kältemittel von hohem Druck von dem Wärmetauscher 3 zu dem Dekompressor 4 und ein Niedrigdruckrohr zum Liefern von Kältemittel von niedrigem Druck von dem Wärmetauscher 5 zu dem Kompressor 2 sind durch diesen Mehrfachrohr-Wärmetauscher 10 vorgesehen. Der Mehrfachrohr-Wärmetauscher 10 wird auch als ein innerer bzw. interner Wärmetauscher bezeichnet.
Der Mehrfachrohr-Wärmetauscher 10 ist ein Wärmetauscher mit doppeltem Rohr, welcher ein äußeres Rohr 20 und ein inneres Rohr 30 aufweist. Das äußere Rohr 20 wird aus einem geraden, unbehandelten Rohr, das runde Querschnitte aufweist, hergestellt. Das innere Rohr 30 wird aus einem geraden, unbehandelten Rohr, das runde Querschnitte aufweist, hergestellt. Das innere Rohr 30 wird in das äußere Rohr 20 eingesetzt. Das innere Rohr 30 ist länger als das äußere Rohr 20. Beide Endabschnitte von dem inneren Rohr 30 ragen von beiden Enden von dem äußeren Rohr 20 vor. Das äußere Rohr 20 und das innere Rohr 30 werden durch Verbindungsabschnitte 51, 52 miteinander verbunden. Die Verbindungsabschnitte 51, 52 sind an beiden Endabschnitten von dem äußeren Rohr 20 vorgesehen. Jeder Verbindungsabschnitt 51, 52 ist gebildet aus: einem Abschnitt von reduziertem Durchmesser, der durch ein geringfügiges Reduzieren des Durchmessers von einem Ende von dem äußeren Rohr 20 geformt wird, und einem Lötfüllmetall, das zwischen dem äußeren Rohr 20 und dem inneren Rohr 30 angeordnet wird, um sie miteinander zu verbinden. Abzweigungsrohre 61, 62 sind mit den Endabschnitten des äußeren Rohres 20 verbunden.
Der Mehrfachrohr-Wärmetauscher 10 wird als ein Rohr des Kältekreislaufs 1 in dem Fahrzeug installiert. Der Mehrfachrohr-Wärmetauscher 10 umfasst mehrere gebogene Abschnitte 11 für das Montieren in dem Fahrzeug. In jedem der gebogenen Abschnitte 11 ist die innere Oberfläche des äußeren Rohres 20 fest gegen die äußere Oberfläche des inneren Rohres 30 aufgrund einer Differenz in dem Verformungsvolumen zwischen dem äußeren Rohr 20 und dem inneren Rohr 30 gepresst. Das äußere Rohr 20 befestigt fest das innere Rohr 30. Als ein Ergebnis ist das innere Rohr 30 in dem äußeren Rohr 20 befestigt.
Die 2 ist eine teilweise Schnittansicht, welche den Mehrfachrohr-Wärmetauscher 10 der ersten Ausführungsform darstellt. In der Zeichnung ist der Zwischenabschnitt des Mehrfachrohr-Wärmetauschers 10 weggelassen, und ein teilweiser Aufrissabschnitt, mit dem äußeren Rohr an beiden Endabschnitten weggenommen, ist dargestellt.
Der innere Durchmesser des äußeren Rohres 20 ist größer als der maximale äußere Durchmesser von dem inneren Rohr 30. Als ein Ergebnis wird ein Zwischenraum zwischen dem äußeren Rohr 20 und dem inneren Rohr 30 gebildet. Dieser Zwischenraum und Nuten 32, 34, welche später beschrieben werden, bilden einen äußeren Durchlass 12 zwischen dem äußeren Rohr 20 und dem inneren Rohr 30. Der äußere Durchlass 12 ist ein Durchlass für ein Hindurchlassen eines Mediumstroms entlang der äußeren Oberfläche von dem inneren Rohr 30. Der äußere Durchlass 12 stellt einen Hochdruckdurchlass bereit, durch welchen Kältemittel von hohem Druck strömt. Die Verbindungsabschnitte 51, 52 verschließen den Zwischenraum zwischen dem äußeren Rohr 20 und dem inneren Rohr 30, um beide Enden von dem äußeren Durchlass 12 zu verschließen. Die Durchlässe in den Abzweigungsrohren 61, 62 stehen mit dem äußeren Durchlass 12 in Kommunikation. Die Abzweigungsrohre 61, 62 stellen den Einlass und den Auslass des äußeren Durchlasses 12 bereit.
Das innere Rohr 30 bildet einen inneren Durchlass 13 entlang der inneren Oberfläche des inneren Rohres 30. Der innere Durchlass 13 stellt einen Niedrigdruckdurchlass bereit, durch welchen Kältemittel von niedrigem Druck strömt. Das innere Rohr 30 weist an beiden Enden davon Endabschnitte 31a auf, welche in der Form des unbehandelten Rohres verbleiben. Die Endabschnitte 31a des inneren Rohres 30 stellen den Einlass und den Auslass des inneren Durchlasses 13 bereit.
Das innere Rohr 30 weist eine Nut 32 auf, welche durch ein plastisches Verformen der Wand des unbehandelten Rohres nach innen in der radialen Richtung gebildet ist. Die Nut 32 ist geformt, um sich von der Position des Abzweigungsrohres 61 zu der Position des Abzweigungsrohres 62 zu erstrecken. Die Nut 32 bildet eine ringförmige Nut 33a, welche den gesamten Umfang des inneren Rohres 30 in Entsprechung mit der Position des Abzweigungsrohres 61 umkreist. Die Nut 32 bildet eine ringförmige Nut 33b, welche den gesamten Umfang des inneren Rohres 30 in Entsprechung mit dem Abzweigungsrohr 62 umkreist. Die ringförmige Nut 33a funktioniert als eine Verteilnut, welche Kältemittel von hohem Druck an den gesamten Umfang des äußeren Durchlasses 12 verteilt. Die ringförmige Nut 33b funktioniert als eine Sammelnut, welche Kältemittel von hohem Druck von dem gesamten Umfang des äußeren Durchlasses 12 sammelt.
Die Nut 32 definiert gitterähnliche Strömungspfadnuten 34 zwischen der ringförmigen Nut 33a und der ringförmigen Nut 33b. Die gitterähnlichen Strömungspfadnuten 34 definieren einen ausgebauchten Abschnitt 35 zum Erleichtern eines Wärmeaustauschs in Abschnitten entsprechend zu den Gittern zwischen den Strömungspfadnuten 34. Jeder ausgebauchte Abschnitt 35 ragt von der äußeren Oberfläche des inneren Rohres 30 in den äußeren Durchlass 12 vor. Der ausgebauchte Abschnitt 35 kann auch als ein verformter Abschnitt bezeichnet werden, der in der Wand des inneren Rohres 30 gebildet ist. Der ausgebauchte Abschnitt 35 kann auch als ein warzenartig vorragender Abschnitt Vertiefungs- bzw. Grübchenabschnitt oder ein Prägungsabschnitt bezeichnet werden.
Die 3 ist eine perspektivische Ansicht, welche das innere Rohr 30 des Mehrfachrohr-Wärmetauschers 10 der ersten Ausführungsform darstellt. Die Zeichnung zeigt das innere Rohr 30, wie es durch ein Aufschneiden des äußeren Rohres 20 freigelegt ist.
Jeder ausgebauchte Abschnitt 35 formt einen konvexen Abschnitt 36 auf der äußeren Oberfläche des inneren Rohres 30. Die konvexen Abschnitte 36 ragen von der Oberfläche des inneren Rohres 30 in Richtung zu dem äußeren Rohr 20 vor. In anderen Worten sind die konvexen Abschnitte 36 von der Oberfläche von dem inneren Rohr 30 in den äußeren Durchlass 12 vorragend. Jeder konvexe Abschnitt 36 weist die Form einer Halbkugel oder eines Teils bzw. Abschnitts einer Kugel auf. Jeder ausgebauchte Abschnitt 35 bildet einen konkaven Abschnitt 37 in der inneren Oberfläche von dem inneren Rohr 30. Jeder konkave Abschnitt 37 ist an einer Position entsprechend zu dem konvexen Abschnitt 36 geformt. Jeder konkave Abschnitt 37 weist die Form einer Halbkugel oder eines Teils bzw. Abschnitts einer Kugel auf.
Jeder konvexe Abschnitt 36 weist eine Höhe DH in der radialen Richtung des inneren Rohres 30 auf. Die Höhe DH ist geringer als eine Höhe von dem äußeren Durchlass 12, der zwischen der Bodenfläche von der Strömungspfadnut 34 und der inneren Oberfläche von dem äußeren Rohr 20 definiert ist. Die Höhe DH ist leicht geringer bzw. niedriger als die Tiefe von der Strömungspfadnut 34. In anderen Worten ist der Durchmesser eines gedachten Kreises, bei welchem die Spitzen der mehreren konvexen Abschnitte 36 umschrieben sind, geringfügig geringer als der äußere Durchmesser von jedem Endabschnitt 31a, der an der äußeren Form des unbehandelten Rohres verbleibt. Die Höhe DH ist leicht geringer als die Höhe des äußeren Durchlasses 12 in der radialen Richtung. Es kann auch gesagt werden, dass die Höhe DH im Wesentlichen gleich ist zu der Höhe von dem äußeren Durchlass 12 in der radialen Richtung. Einige der konvexen Abschnitte 36 sind mit der inneren Oberfläche von dem äußeren Rohr 20 an ihren Spitzen in Kontakt. Als ein Ergebnis wird ein Kontakt zwischen dem Bodenabschnitt der Strömungspfadnut 34 und dem äußeren Rohr 20 durch die konvexen Abschnitte 36 verhindert, und der äußere Durchlass 12 wird beibehalten. An den gebogenen Abschnitten 11 sind einige der konvexen Abschnitte 36 mit der inneren Oberfläche des äußeren Rohres 20 an ihren Spitzen in fester Kontakt. Als ein Ergebnis wird auch an den gebogenen Abschnitten 11 ein Kontakt zwischen dem Bodenabschnitt der Strömungspfadnut 34 und dem äußeren Rohr 20 durch die konvexen Abschnitte 36 vermieden, und der äußere Durchlass 12 wird aufrechterhalten.
Jeder konvexe Abschnitt 36 weist eine Länge DL in der Strömungsrichtung des Kältemittels von hohem Druck in dem äußeren Durchlass 12 auf. Jeder konvexe Abschnitt 36 weist eine Breite DW in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kältemittels von hohem Druck in dem äußeren Durchlass 12 auf. Bei dieser Ausführungsform ist die Länge DL geringfügig größer als die Breite DW. Die Länge DL und die Breite DW können auf im Wesentlichen gleiche Werte eingestellt sein. Die Länge DL ist ausreichend geringer als der innere Durchmesser von dem äußeren Rohr 20. Die Breite DW ist ausreichend geringer als der innere Durchmesser von dem äußeren Rohr 20. Die Breite DW ist ausreichend geringer als die äußere umfängliche Länge von dem inneren Rohr 30. Bei dieser Ausführungsform sind die konvexen Abschnitte 36 in einer Reihe acht zu acht in der äußeren umfänglichen Oberfläche von dem inneren Rohr 30 angeordnet. Die Strömungspfadnut 34 ist zwischen den acht konvexen Abschnitten 36 in jeder Reihe bzw. Linie gebildet. Die Breite DW ist daher geringer als 1/8 der äußeren umfänglichen Länge des inneren Rohres 30. Die Breite DW kann auf einen Wert geringer als 1/16 der äußeren umfänglichen Länge des inneren Rohres 30 eingestellt sein. Die Länge DL ist ausreichend kürzer als die Länge des inneren Rohres 30 zwischen der ringförmigen Nut 33a und der ringförmigen Nut 33b, so dass das Nachfolgende umgesetzt werden kann: zehn oder mehr konvexe Abschnitte 36 können in Intervallen zwischen der ringförmigen Nut 33a und der ringförmigen Nut 33b in der axialen Richtung des inneren Rohres 30 angeordnet sein. Die Länge DL und die Breite DW sind jede größer als die Höhe des äußeren Durchlasses 12, welche zwischen der Bodenfläche von der Strömungspfadnut 34 und der inneren Oberfläche von dem äußeren Rohr 20 definiert ist. Die Breite DW ist auf einen Wert eingestellt, der nicht geringer ist als eine Bearbeitungsgrenze, innerhalb welcher die konvexen Abschnitte 36 geformt werden können.
Die Tiefe, Länge und Breite von jedem konkaven Abschnitt 37 sind jeweils geringer als die Höhe DH, die Länge DL und die Breite DW von jedem konvexen Abschnitt 36. Die Tiefe von jedem konkaven Abschnitt 37 ist ausreichend geringer als der Durchmesser von dem inneren Durchlass 13, der in dem inneren Rohr 30 geformt ist.
Die konvexen Abschnitte 36 sind in Intervallen verteilt auf der äußeren Oberfläche von dem inneren Rohr 30 angeordnet. Die konvexen Abschnitte 36 sind in einem Abstand voneinander in der Umfangsrichtung des inneren Rohres 30 verteilt angeordnet. Die konvexen Abschnitte 36 sind in Intervallen auch in der axialen Richtung des inneren Rohres 30 verteilt angeordnet. Die ausgebauchten Abschnitte 35 sind in Intervallen entlang der Strömungsrichtung des Mediums in dem äußeren Durchlass 12 angeordnet. Die konvexen Abschnitte 36 sind in einer Art und Weise angeordnet, dass ein gerader Durchlass, der sich geradlinig entlang der axialen Richtung des inneren Rohres 30 fortsetzt, nicht in dem äußeren Durchlass 12 gebildet wird. In anderen Worten sind die konvexen Abschnitte 36 so angeordnet, dass ein Kältemittel von hohem Druck, das entlang der äußeren Oberfläche von dem inneren Rohr 30 in der axialen Richtung des inneren Rohres 30 strömt, mit den konvexen Abschnitten 36 unweigerlich zusammenstößt. In der Zeichnung ist die Strömung des Kältemittels von hohem Druck durch Pfeile angegeben. Das Kältemittel von hohem Druck strömt derart, dass es mit den konvexen Abschnitten 36 zusammenstößt und an den konvexen Abschnitten 36 vorbeigeht.
Die konvexen Abschnitte 36 bilden Reihen, entlang welchen sie in der umfänglichen Richtung von dem inneren Rohr 30 angeordnet sind. In jeder Reihe sind mehrere konvexe Abschnitte 36 angeordnet. Bei dem Beispiel in der Zeichnung machen acht konvexe Abschnitte eine Reihe aus. Als ein Ergebnis sind zwei konvexe Abschnitte 36 an beiden Seiten von einem konvexen Abschnitt 36 nahe dazu in der umfänglichen Richtung des inneren Rohres 30 angeordnet. Die konvexen Abschnitte 36 sind so angeordnet, dass sie mehrere Reihen ausmachen, die sich in der axialen Richtung des inneren Rohres 30 erstrecken. Die konvexen Abschnitte 36 sind des Weiteren so angeordnet, dass das Nachfolgende umgesetzt wird, wenn es entlang der axialen Richtung des inneren Rohres 30 betrachtet wird: ein konvexer Abschnitt 36 in einer Reihe auf der stromabwärtigen Seite ist zwischen zwei konvexen Abschnitten 36 positioniert, welche zu der benachbarten Reihe auf der stromaufwärtigen Seite gehören. Die konvexen Abschnitte 36 sind in anderen Worten so angeordnet, dass das Kältemittel von hohem Druck, welches entlang der äußeren Oberfläche von dem inneren Rohr 30 in der axialen Richtung von dem inneren Rohr 30 strömt, wiederholt mit den konvexen Abschnitten 36 zusammenstößt. Wie es oben erwähnt wurde, sind die Höhe und die Anordnung der mehreren konvexen Abschnitte 36 derart eingestellt, dass sie einen großen Einfluss auf die Strömung des Kältemittels von hohem Druck in dem äußeren Durchlass 12 aufweisen und in beträchtlicher Art und Weise die Strömung des Kältemittels von hohem Druck stören.
Da die konvexen Abschnitte 36 in den äußeren Durchlass 12 vorragen, reduzieren sie den Querschnittsbereich des Strömungspfads des äußeren Durchlasses 12. Die konvexen Abschnitte 36 reduzieren des Weiteren die volumetrische Kapazität des äußeren Durchlasses 12. Das Kältemittel von hohem Druck, welches in den äußeren Durchlass 12 eingefüllt ist, wird in der Kältemitteldichte höher als das Kältemittel von niedrigem Druck, das in den inneren Durchlass 13 eingefüllt ist. Aus diesem Grund tragen die konvexen Abschnitte 36 in beträchtlicher Art und Weise zu der Reduzierung der Menge des Kältemittels, das in den Kältekreislauf 1 eingefüllt ist, bei.
Wie es oben erwähnt wurde, zeigen die konkaven Abschnitte 37 zu dem inneren Durchlass 13. Wie es oben erwähnt wurde, sind die Tiefe und der Durchmesser von jedem konkaven Abschnitt 37 jeweils geringer als die Höhe und der Durchmesser von jedem konvexen Abschnitt 36. Des Weiteren ist das Kältemittel von niedrigem Druck, das in den inneren Durchlass 13 eingefüllt ist, in der Kältemitteldichte geringer als das Kälte mittel von hohem Druck, das in den äußeren Durchlass 12 eingefüllt ist. Aus diesem Grund ist der Einfluss der konkaven Abschnitte 37 auf die Strömung des Kältemittels von niedrigem Druck offensichtlich geringer als der Einfluss der konvexen Abschnitte 36 auf die Strömung des Kältemittels von hohem Druck. Noch genauer sind die Tiefe und die Form von jedem konkaven Abschnitt 37 derart eingestellt, dass ein Druckverlust in dem Kältemittel von niedrigem Druck kaum verursacht wird.
Die 4 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Strömung von Kältemittel von hohem Druck in der ersten Ausführungsform darstellt. In der Zeichnung wird die Strömung von Kältemittel von hohem Druck durch Pfeile angegeben. Die Strömung von Kältemittel von hohem Druck in dem äußeren Durchlass 12 hängt von der Form und der Anordnung der konvexen Abschnitte 36 ab. Wenn die Strömung von Kätemittel von hohem Druck mit dem konvexen Abschnitt 36 zusammenstößt, verändert sie die Richtung der Strömung, um an dem konvexen Abschnitt 36 vorbeizugehen. Das Kältemittel von hohem Druck strömt derart, dass es nach links und rechts von dem konvexen Abschnitt 36 oder über den konvexen Abschnitt 36 hinweg vorbeigeht. Da die Höhe von jedem konvexen Abschnitt 36 im Wesentlichen gleich ist zu der Höhe von dem äußeren Durchlass 12 in der radialen Richtung, strömt das Kältemittel von hohem Druck entlang den konvexen Abschnitten 36, ohne weit von den konvexen Abschnitten 36 wegzugehen. Da mehrere konvexe Abschnitte 36 auch in der umfänglichen Richtung von dem inneren Rohr 30 angeordnet sind, strömt das Kältemittel von hohem Druck entlang den konvexen Abschnitten 36, ohne weit von den konvexen Abschnitten 36 wegzugehen. Die Strömung von Kältemittel von hohem Druck stößt daher stark mit den konvexen Abschnitten 36 zusammen. Des Weiteren strömt das Kältemittel von hohem Druck entlang den Oberflächen von den konvexen Abschnitten 36. Die Strömung von Kältemittel von hohem Druck erzeugt weiterhin viele verwirbelte Strömungen auf der stromabwärtigen Seite von jedem konvexen Abschnitt 36. Diese Strömung von Kältemittel von hohem Druck reduziert die thermische Grenzschicht zwischen dem Kältemittel von hohem Druck und dem inneren Rohr 30 und erleichtert einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel von hohem Druck und dem inneren Rohr 30.
Die 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Strömung von Kältemittel von niedrigem Druck in der ersten Ausführungsform darstellt. In der Zeichnung ist die Strömung des Kältemittels von niedrigem Druck durch Pfeile angegeben. Wenn die Strömung von Kältemittel von niedrigem Druck in dem inneren Durchlass 13 auf den konkaven Abschnitt 37 trifft, verändert sie die Richtung der Strömung derart, dass sie in den konkaven Abschnitt 37 strömt. Ein Teil der Strömung von Kältemittel von niedrigem Druck erzeugt eine starke und niedrigverwirbelte Strömung in dem stromaufwärtigen Abschnitt von dem konkaven Abschnitt 36. Ein Teil der Strömung des Kältemittels von niedrigem Druck erzeugt eine verwirbelte Strömung auf der stromabwärtigen Seite von dem konkaven Abschnitt 36. Diese verwirbelten Strömungen reduzieren die thermische Grenzschicht zwischen dem Kältemittel von niedrigem Druck und dem inneren Rohr 30 und erleichtern einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel von niedrigem Druck und dem inneren Rohr 30. Jedoch ist die Tiefe von jedem konkaven Abschnitt 37 ausreichend geringer als der innere Durchmesser von dem inneren Rohr 30. Aus diesem Grund sind verwirbelte Strömungen, die durch die konkaven Abschnitte 37 erzeugt werden, gering und in der Geschwindigkeit langsam. Derweil erhöhen die konkaven Abschnitte 37 kaum den Druckverlust in dem Kältemittel von niedrigem Druck, da der Einfluss der konkaven Abschnitte 37 auf die Strömung von Kältemittel von niedrigem Druck gering ist.
Der Mehrfachrohr-Wärmetauscher 10 in dieser Ausführungsform kann durch das nachfolgende Herstellungsverfahren hergestellt sein. In einem Vorbereitungsschritt werden zuerst ein unbehandeltes Rohr als das Material des äußeren Rohres 20 und ein unbehandeltes Rohr als das Material des inneren Rohres 30 vorbereitet. Bei einem Verarbeitungsschritt für das innere Rohr wird anschließend die Wand des unbehandelten Rohres für das innere Rohr 30 von außen nach innen in der radialen Richtung verformt, um die Strömungspfadnut 34 zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Strömungspfadnuten 34 derart geformt, dass mehrere inselähnliche Abschnitte zwischen den Strömungspfadnuten 34 verbleiben. Zusätzlich werden die Strömungspfadnuten 34 so geformt, dass die inselähnlichen Abschnitte in der Form des ausgebauchten Abschnitts 35 geformt werden. Die ausgebauchten Abschnitte 35 sind Abschnitte, die wie Inseln zurückgelassen werden, wenn das unbehandelte Rohr von außen in der radialen Richtung nach innen in der radialen Richtung verformt wird, um die Strömungspfadnuten 34 zu bilden. Es kann gesagt werden, dass die ausgebauchten Abschnitte 35 durch ein Stehenlassen von im Volumen kleinen Abschnitten bei der Verformung von dem unbehandelten Rohr ähnlich wie Netze geformt werden. Als ein Ergebnis sind die mehreren ausgebauchten Abschnitte 35 vorgesehen. In einem Einführschritt wird nachfolgend das innere Rohr 30 in das äußere Rohr 20 eingesetzt. In einem Verbindungsschritt werden anschließend die Verbindungsabschnitte 51, 52 zwischen dem äußeren Rohr 20 und dem inneren Rohr 30 geformt. Bei dem nachfolgenden Schritt werden die Abzweigungsrohre 61, 62 mit dem äußeren Rohr 20 verbunden.
Wenn der Kompressor 2 bei dieser Ausführungsform betrieben wird, zirkuliert Kältemittel in dem Kältekreislauf 1. In dem äußeren Durchlass 12 von dem Mehrfachrohr-Wärmetauscher 10 strömt Kältemittel, das einer Wärmestrahlung durch den Wärmetauscher 3 unterzogen wurde und noch nicht durch den Dekompressor 4 im Druck verringert worden ist. In dem inneren Durchlass 13 des Mehrfachrohr-Wärmetauschers 10 strömt Kältemittel, das einer Wärmeabsorption durch den Wärmetauscher 5 unterzogen wurde und noch nicht durch den Kompressor 2 unter Druck gesetzt worden ist. Das Kältemittel, welches durch den äußeren Durchlass 12 strömt, ist daher höher im Druck als das Kältemittel, welches durch den inneren Durchlass 13 strömt. Das Kältemittel, welches durch den äußeren Durchlass 12 strömt, ist von höherer Temperatur als das Kältemittel, welches durch den inneren Durchlass 13 strömt. Der Mehrfachrohr-Wärmetauscher 10 führt einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel von hohem Druck, das nach nicht an den Dekompressor 4 geliefert worden ist, und dem Kältemittel von niedrigem Druck, das aus dem Wärmetauscher 5 herausgeströmt ist, aus. Der Mehrfachrohr-Wärmetauscher 10 bietet die Funktionen des inneren Wärmetauschers des Kältekreislaufs 1.
Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel von hohem Druck, das durch den äußeren Durchlass 12 strömt, und dem inneren Rohr 30 durch die konvexen Abschnitte 36 erleichtert. Zusätzlich wird ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel von niedrigem Druck, das durch den inneren Durchlass 13 strömt, und dem inneren Rohr 30 durch die konkaven Abschnitte 37 erleichtert. Als ein Ergebnis wird auch ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel von hohem Druck und dem Kältemittel von niedrigem Druck erleichtert. Die Wirkung der Erleichterung des Wärmeaustauschs, welche durch die konvexen Abschnitte 36 erbracht wird, ist größer als die Wirkung der Erleichterung des Wärmeaustauschs, die durch die konkaven Abschnitte 37 erbracht wird. Bei dieser Ausführungsform sind die konvexen Abschnitte 36 so geformt, dass sie in den äußeren Durchlass 12 vorragen; ein Wärmeaustausch zwischen Kältemittel von hohem Druck, das in der Kältemitteldichte hoch ist, und dem inneren Rohr 30 wird daher stark erleichtert. Indessen wird, da die konkaven Abschnitte 37 zu dem inneren Durchlass 13 weisen, eine Zunahme im Druckverlust in der Strömung von dem Kältemittel von niedrigem Druck unterbunden. Die konvexen Abschnitte 36 drücken die Strömung von Kältemittel von hohem Druck auch gegen die innere Oberfläche von dem äußeren Rohr 20. Aus diesem Grund wird auch ein Wärmeaustausch zwischen dem äußeren Rohr 20 und dem Kältemittel von hohem Druck erleichtert. Als ein Ergebnis ist es möglich, eine Wärmestrahlung von dem Kältemittel von hohem Druck zu der Außenseite von dem äußeren Rohr 20 zu erleichtern.
Da die konvexen Abschnitte 36 in den äußeren Durchlass 12 vorragend sind, der mit dem Kältemittel von hohem Druck, das hoch in der Kältemitteldichte ist, befüllt ist, wird die volumetrische Kapazität des äußeren Durchlasses 12 reduziert. Als ein Ergebnis wird die Menge von Kältemittel von hohem Druck reduziert, und die Menge von Kältemittel, das in den Kältekreislauf 1 eingefüllt ist, wird ebenfalls reduziert. Das Formen der konvexen Abschnitte 36 von inselähnlichen Abschnitten, welche zwischen den Strömungspfadnuten 34 verbleiben, macht es möglich, das innere Rohr 30, welches die konvexen Abschnitte 36 aufweist, leicht herzustellen.
Zweite Ausführungsform
Die 6 ist eine Seitenansicht, welche ein inneres Rohr 230 des Mehrfachrohr-Wärmetauschers 10 von einer zweiten Ausführungsform darstellt, an welcher die Erfindung angewendet ist. Die Zeichnung zeigt das innere Rohr 230, wie es durch ein Aufschneiden des äußeren Rohres 20 freigelegt ist.
Bei der ersten Ausführungsform weist das innere Rohr 30 die gitterähnlichen Strömungspfadnuten 34 auf, die durch die Nut 32 definiert sind. Bei dieser Ausführungsform umfasst indessen das innere Rohr 230 mehrere spiralförmige Strömungspfadnuten 238, welche durch die Nut 32 definiert sind. Die Strömungspfadnuten 238 sind in der Wand des inneren Rohres gebildet und erstrecken sich spiralförmig. Die Strömungspfadnuten 238 bilden konkave Abschnitte, welche zu dem äußeren Durchlass 12 gerichtet sind bzw. zu ihm weisen. Die Strömungspfadnuten 238 sind derart geformt, dass sie mit der ringförmigen Nut 33a an einem Ende in Kommunikation stehen und mit der ringförmigen Nut 33b an dem anderen Ende in Kommunikation stehen. Die Strömungspfadnuten 238 stellen den äußeren Durchlass 12 bereit. Das innere Rohr 230 weist mehrere ausgebauchte Abschnitte 235 lediglich in den Strömungspfadnuten 238 auf. Die ausgebauchten Abschnitte 235 bilden konvexe Abschnitte 236 auf der äußeren Oberfläche von dem inneren Rohr 230. Jede Strömungspfadnut 238 weist mehrere ausgebauchte Abschnitte 235 auf, d. h. mehrere konvexe Abschnitte 236 in jedem Abschnitt, welcher einer Windung von der Strömungspfadnut 238 um das innere Rohr 30 herum entspricht. Die ausgebauchten Abschnitte 235 sind voneinander in Abstand in einer Richtung von der Spiralströmung von Kältemittel von hohem Druck in dem äußeren Durchlass 12 angeordnet. Die konvexen Abschnitte 236 definieren einen verengten Abschnitt in der Strömungspfadnut 238, welche teilweise den Querschnittsbereich des Strömungspfads, der durch die Strömungspfadnut 238 vorgesehen ist, verengt. Die konvexen Abschnitte 236 sind in der Form identisch mit den konvexen Abschnitten 36 der ersten Ausführungsform.
Aderartige Erhebungen 239, die in den äußeren Durchlass 12 vorragen und welche sich spiralförmig erstrecken, sind zwischen den mehreren Strömungspfadnuten 238 geformt. Jede der Erhebungen 239 ist ein Abschnitt von dem inneren Rohr 230, der erhalten wird durch ein Stehenlassen der äußeren Oberfläche des unbehandelten Rohres ohne Veränderung. Die Erhebung 239 weist eine Breite auf, die ausreichend größer ist als diejenige von jedem ausgebauchten Abschnitt 235. Die Erhebung 239 ist fähig, in teilweisem Kontakt mit der inneren Oberfläche von dem äußeren Rohr 20 zu stehen. Die Erhebung 239 verhindert einen harten Kontakt zwischen dem ausgebauchten Abschnitt 235 und dem äußeren Rohr 20, um den ausgebauchten Abschnitt 235 durch ein Kontaktieren der inneren Oberfläche des äußeren Rohres 20 zu schützen.
Die Strömungspfadnuten 238 und die konvexen Abschnitte 236 können durch ein Herstellungsverfahren eines Verformens eines unbehandelten Rohres nach innen in der radialen Richtung durch eine Walze geformt sein. Die bei diesem Herstellungsverfahren verwendete Walze ist mit Vertiefungen zum Formen der konvexen Abschnitte 236 versehen.
Bei dieser Ausführungsform strömt das Kältemittel von hohem Druck in dem äußeren Durchlass 12 hauptsächlich in den Strömungspfadnuten 238. Ein Teil des Kältemittels von hohem Druck strömt von einer Strömungspfadnut 238 zu einer anderen Strömungspfadnut 238 auf der stromabwärtigen Seite entlang der axialen Richtung des inneren Rohres 230. Das Kältemittel von hohem Druck strömt derart, dass es über die Erhöhungen zwischen ihnen aufsteigt. Ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel von hohem Druck und dem inneren Rohr 230 wird durch diese verkomplizierte Strömung erleichtert. Da die konvexen Abschnitte 236 lediglich in den Strömungspfadnuten 238 vorgesehen sind, durch welche des Kältemittel von hohem Druck strömt, ist es möglich, die Strömung von Kältemittel von hohem Druck, das in den Strömungspfadnuten 238 konzentriert ist, ausreichend zu stören. Der verengte Abschnitt, welcher durch die konvexen Abschnitte 236 vorgesehen ist, erhöht die Strömung von Kältemittel von hohem Druck, das über die Erhöhungen zwischen einer Strömungspfadnut 238 und einer anderen Strömungspfadnut 238 aufsteigt. Als ein Ergebnis wird ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel von hohem Druck und dem inneren Rohr 230 weiter erleichtert.
Dritte Ausführungsform
Die 7 ist eine Seitenansicht, welche ein inneres Rohr 330 des Mehrfachrohr-Wärmetauschers 10 einer dritten Ausführungsform, an welcher die Erfindung angewendet ist, darstellt. Die Zeichnung zeigt das innere Rohr 330, wie es durch ein Aufschneiden des äußeren Rohres 20 freigelegt ist.
Auch bei dieser Ausführungsform weist das innere Rohr 330 mehrere spiralförmige Strömungspfadnuten 338 auf, die durch die Nut 32 geformt sind. Die spiralförmigen Strömungspfadnuten 338 sind so geformt, dass sie mit der ringförmigen Nut 33a an einem Ende in Kommunikation stehen und mit der ringförmigen Nut 33b an dem anderen Ende in Kommunikation stehen. Die Strömungspfadnuten 338 stellen den äußeren Durchlass 12 bereit. Das innere Rohr 330 weist mehrere ausgebauchte Abschnitte 335 lediglich in den Strömungspfadnuten 338 auf. Die ausgebauchten Abschnitte 335 bilden konvexe Abschnitte 336 auf der äußeren Oberfläche von dem inneren Rohr 330. Jeder konvexe Abschnitt 336 ist in einer Form ähnlich zu derjenigen von jedem konvexen Abschnitt 36 der ersten Ausführungsform vorgesehen. Die konvexen Abschnitte 336 sind in den Strömungspfadnuten 338 gebildet, welche bogenförmig vertiefte Querschnitte aufweisen. Aus diesem Grund ist die äußere Kante von jedem konvexen Abschnitt 336 nicht ausgeprägt bzw. eindeutig, und eine gekrümmte Oberfläche, welche sich leicht von der konkaven Oberfläche der Strömungspfadnut 338 zu der konvexen Oberfläche des konvexen Abschnitts 336 verändert, wird gebildet.
Eine aderartige Erhebung 339, welche in den äußeren Durchlass 12 vorragt und sich spiralförmig erstreckt, wird zwischen den mehreren Strömungspfadnuten 338 geformt. Jede Erhebung 339 ist ein Abschnitt des inneren Rohres 330, der durch ein Stehenlassen der äußeren Oberfläche von dem unbehandelten Rohr ohne Veränderung erhalten ist. Die Erhebung 339 weist eine Breite auf, die ausreichend größer ist als diejenige von jedem ausgebauchten Abschnitt 335. Die Erhebung 339 ist fähig, in einem teilweisen Kontakt mit der inneren Oberfläche von dem äußeren Rohr 20 zu stehen. Die Erhebung 339 setzt das Folgende um durch ein Kontaktieren der inneren Oberfläche von dem äußeren Rohr 20: Ein direkter Kontakt zwischen den ausgebauchten Abschnitten 335 und dem äußeren Rohr 20 wird verhindert, und ein Strömungspfad für ein Kältemittel von hohem Druck wird außerhalb von jedem ausgebauchten Abschnitt 335 in der radialen Richtung sichergestellt.
Jeder konvexe Abschnitt 336 weist eine Höhe DH in der radialen Richtung des inneren Rohres 30 auf. Die Höhe DH ist geringer als die Tiefe von jeder Strömungspfadnut 338 in der radialen Richtung. Die Höhe DH ist geringer als die Höhe des äußeren Durchlasses 12 zwischen der Bodenfläche von jeder Strömungspfadnut 338 und der inneren Oberfläche von dem äußeren Rohr 20. Jeder konvexe Abschnitt 336 weist eine Länge DL in der Strömungsrichtung von Kältemittel von hohem Druck in dem äußeren Durchlass 12 auf. Jeder konvexe Abschnitt 336 weist eine Breite DW in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung von Kältemittel von hohem Druck in dem äußeren Durchlass 12 auf. Die Länge DL und die Breite DW sind im Wesentlichen gleich zueinander. Die Länge DL und die Breite DW sind jede geringer als die Breite von jeder Strömungspfadnut 338. Die Länge DL und die Breite DW sind jede größer als die Höhe des äußeren Durchlasses 12 zwischen der Bodenfläche von jeder Strömungspfadnut 338 und die innere Oberfläche von dem äußeren Rohr 20 und geringer als der innere Durchmesser von dem äußeren Rohr 20. Die Höhe DH und die Breite DW von jedem konvexen Abschnitt 336 können derart eingestellt sein, dass der Querschnittsbereich von dem äußeren Durchlass 12, der hauptsächlich durch eine der Strömungspfadnuten 338 gebildet wird, zumindest auf eine Hälfte reduziert ist.
Die Anzahl von konvexen Abschnitten 336 pro Flächeneinheit, die auf dem inneren Rohr 330 vorgesehen sind, ist geringer als die Anzahl von konvexen Abschnitten 236 pro Flächeneinheit, die auf dem inneren Rohr 230 in der zweiten Ausführungsform vorgesehen sind. Die Anzahl von konvexen Abschnitten 336 ist so eingestellt, um den Druckverlust in dem äußeren Durchlass 12 auf einen geeigneten Wert einzustellen. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel ist die Anzahl von konvexen Abschnitten 336, die in jeder Strömungspfadnut 338 vorgesehen sind, drei in jedem Abschnitt, welcher einer Windung von der Strömungspfadnut 338 um das innere Rohr 330 herum entspricht. Hiermit erreicht man sowohl eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit aufgrund der Erleichterung eines Wärmeaustauschs aufgrund der konvexen Abschnitte 336 als auch eine Beschränkung einer Erhöhung des Druckverlusts, der durch die konvexen Abschnitte 336 verursacht wird.
Die 8 ist eine Schnittansicht, welche die Strömung eines Kältemittels von hohem Druck in der dritten Ausführungsform darstellt. Die Zeichnung zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII aus der 7. Das heißt, die Zeichnung zeigt einen Schnitt entlang der Erstreckungsrichtung der Strömungspfadnut 338. Bei dieser Ausführungsform werden die Strömungskomponenten von Kältemittel von hohem Druck, das entlang dem Boden der Nut 338 strömt, stark durch den konvexen Abschnitt 336 gestört. Da das Kältemittel von hohem Druck in konzentrierter Form in der Nut 338 strömt, ist es möglich, die Störung auch an den Strömungskomponenten des Kältemittels von hohem Druck zu verursachen, die in dem oberen Teil der Nut 338 strömen. Als ein Ergebnis wird der Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel von hohem Druck und dem inneren Rohr 330 erleichtert.
Die 9 ist eine Schnittansicht, welche die Strömung von einem Kältemittel von niedrigem Druck in der dritten Ausführungsform darstellt. Die Zeichnung zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX der 7. Das heißt, die Zeichnung zeigt einen Schnitt, der entlang der axialen Richtung des inneren Rohres 330 genommen ist. Eine aderartige Erhebung 340, welche in Übereinstimmung mit der Nut 338 angeordnet ist und in den inneren Durchlass 13 vorragt, ist in der inneren Oberfläche von dem inneren Rohr 330 geformt. Die Erhebung 340 erstreckt sich spiralförmig. Von den Strömungskomponenten von Kältemittel von niedrigem Druck, die in dem inneren Durchlass strömen, stößt eine Strömungskomponente, welche entlang der inneren Oberfläche von dem inneren Rohr 330 strömt, mit der Erhebung 340 zusammen und verändert ihre Strömungsrichtung. Sodann steigt sie über die Erhebung 340 und strömt kontinuierlich weiter. Bei der Erhebung 340 ist ein konkaver Abschnitt 337 lediglich in der Position entsprechend zu jedem konvexen Abschnitt 336 geformt. Eine Strömungskomponente, welche mit der Erhebung 340 zusammenstößt und ihre Strömungsrichtung verändert, trifft nachfolgend auf den konkaven Abschnitt 337. Da die Strömungskomponente dazu gebracht wurde, ihre Strömungsrichtung nach innen in der radialen Richtung durch die Erhebung 340 zu verändern, ist sie jedoch weniger anfällig dafür, in den konkaven Abschnitt 337 zu strömen. Aus diesem Grund wird in dem Bereich auf der stromaufwärtigen Seite von dem konkaven Abschnitt 337 das Kältemittel von niedrigem Druck nicht so stark durch den konkaven Abschnitt 337 gestört. Auch in dem Bereich auf der stromabwärtigen Seite von dem konkaven Abschnitt 337 ist die Menge an Strömungskomponenten, welche aus dem konkaven Abschnitt 337 herausströmen, gering. Aus diesem Grund wird auch in dem Bereich auf der stromabwärtigen Seite von dem konkaven Abschnitt 337 das Kältemittel von niedrigem Druck nicht so stark durch den konkaven Abschnitt 337 gestört. Als ein Ergebnis wird der Einfluss der konkaven Abschnitte 337 auf die Strömung des Kältemittels von niedrigem Druck in dem inneren Durchlass 13 unterbunden bzw. unterdrückt.
Andere Ausführungsformen
Bis zu diesem Punkt wurde die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gegeben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedener Art und Weise modifiziert werden, ohne von dem Gegenstand der Erfindung abzuweichen. Die Strukturen der obigen Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, und die Reichweite der Erfindung ist keineswegs durch die obigen Ausführungsformen beschränkt. Die Reichweite der Erfindung wird durch die Beschreibung in den Ansprüchen angegeben und umfasst alle Modifikationen innerhalb der Bedeutung und der Reichweite entsprechend zu der Beschreibung in den Ansprüchen.
Der Mehrfachrohr-Wärmetauscher 10 kann zum Beispiel als ein Mehrfachrohr-Wärmetauscher von mehr als einem doppelten Rohr ausgestaltet sein, wie zum Beispiel ein dreifaches Rohr oder ein vierfaches Rohr. Bei solch einer Ausgestaltung wird von zwei benachbarten Rohren ein Rohr, das außen angeordnet ist, als das äußere Rohr genommen und ein Rohr, das innen angeordnet ist, als das innere Rohr genommen.
Bei den obigen Ausführungsformen sind die konvexen Abschnitte 36, 236, 336 in der Form von einem Teil einer Kugel vorgesehen. Stattdessen kann jede andere Form wie beispielsweise ein kreisförmig abgeschnittener Konus, eine abgeschnittene Pyramide, eine dreieckige Pyramide, eine Säule und ein rechteckiges Parallelepiped für die konvexen Abschnitte angenommen werden. Die konvexen Abschnitte 36, 236, 336 können in der Form von einer Ellipse oder einem länglichen Rechteck entlang der Strömungsrichtung des Mediums in dem äußeren Durchlass 12 geformt sein. Bei den obigen Ausführungsformen ist die Höhe von jedem konvexen Abschnitt 36, 236, 336 geringer als die Tiefe der Strömungspfadnut 34. Stattdessen kann die Höhe von jedem konvexen Abschnitt gleich sein zu der Tiefe der Nut. Das heißt, ein Teil des unbehandelten Rohres kann an der Oberseite von jedem konvexen Abschnitt stehengelassen werden.
Anders als bei der obigen Ausführungsform kann die Anzahl von konvexen Abschnitten 336, die in jeder Strömungspfadnut 338 vorgesehen sind, auf nicht weniger als 2 und nicht mehr als 15 in jedem Abschnitt, welcher einer Windung der Strömungspfadnut 338 um das innere Rohr 30 herum entspricht, eingestellt sein.
Bei der obigen Ausführungsform wird die Strömungspfadnut 338 selbst in dem Bereich belassen, wo der konvexe Abschnitt 336 geformt ist. Stattdessen können die Höhe DH und die Breite DW von jedem konvexen Abschnitt 336 so eingestellt sein, dass jede Strömungspfadnut 338 vollständig gefüllt ist.
Bei den obigen Ausführungsformen sind die ausgebauchten Abschnitte aus Abschnitten gebildet, die ähnlich wie Inseln zurückgelassen werden zwischen den Nuten, welche durch ein Verformen des unbehandelten Rohres des inneren Rohres 30 von außen nach innen in der radialen Richtung geformt werden. Stattdessen können die ausgebauchten Abschnitte durch ein Verformen der Wand von innen des unbehandelten Rohres für das innere Rohr 30 nach außen in der radialen Richtung geformt sein. Es kann zum Beispiel eine Hydroforming-Bearbeitung verwendet werden.
Bei den obigen Ausführungsformen werden das äußere Rohr 20 und das innere Rohr 30 direkt miteinander an den Verbindungsabschnitten 51, 52 verbunden. Stattdessen kann ein Durchlassblock für ein Trennen des äußeren Durchlasses 12 und des inneren Durchlasses 13 voneinander angewendet werden, und das äußere Rohr 20 und das innere Rohr 30 können mit dem Durchlassblock verbunden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4350058 [0003]
JP 4350079 [0003]
JP 4246189 [0003]
JP 2007-327706 A [0003]
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JP 2009-270755 A [0003]
JP 2007-326142 A [0003]

Claims

Mehrfachrohr-Wärmetauscher (10), aufweisend: ein äußeres Rohr (20); und ein inneres Rohr (30), welches in dem äußeren Rohr angeordnet ist, wobei ein äußerer Durchlass (12) zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr definiert ist und wobei ein innerer Durchlass (13) in dem inneren Rohr definiert ist, wobei eine Mehrzahl von konvexen Abschnitten (36, 236, 336), welche in den äußeren Durchlass vorragen, und eine Mehrzahl von konkaven Abschnitten (37, 337), welche von dem inneren Durchlass (13) vertieft sind, in einer Wand des inneren Rohres geformt sind, die Mehrzahl von konvexen Abschnitten in einem Abstand zueinander in einer Strömungsrichtung eines Mediums in dem äußeren Durchlass angeordnet ist und die Mehrzahl von konkaven Abschnitten in einem Abstand zueinander in der Strömungsrichtung des Mediums in dem äußeren Durchlass angeordnet ist.
Mehrfachrohr-Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die konkaven Abschnitte (37, 337) an Positionen entsprechend zu den konvexen Abschnitten (36, 236, 336) definiert sind und die konkaven Abschnitte (37, 337) und die konvexen Abschnitte (36, 236, 336) ausgebauchte Abschnitte (35, 235, 335) definieren, welche in den äußeren Durchlass vorragen.
Mehrfachrohr-Wärmetauscher (10), aufweisend: ein äußeres Rohr (20); und ein inneres Rohr (30), das in dem äußeren Rohr angeordnet ist, wobei ein äußerer Durchlass (12) zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr definiert ist und wobei ein innerer Durchlass (13) in dem inneren Rohr definiert ist, wobei eine Mehrzahl von ausgebauchten Abschnitten (35, 235, 335) in einer Wand des inneren Rohres durch ein Vorragen in den äußeren Durchlass definiert ist, um konvexe Abschnitte (36, 236, 336) in Richtung zu dem äußeren Durchlass und konkave Abschnitte (37, 337) in Richtung zu dem inneren Durchlass zu bilden, und wobei sie angeordnet sind, in einem Abstand voneinander in einer Strömungsrichtung eines Mediums in dem äußeren Durchlass angeordnet zu sein.
Mehrfachrohr-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wand des inneren Rohres eine Strömungspfadnut (238, 338) aufweist, welche einen konkaven Abschnitt in Richtung zu dem äußeren Durchlass bildet und welche sich spiralförmig erstreckt, und die ausgebauchten Abschnitte in der Strömungspfadnut (238, 338) gebildet sind.
Mehrfachrohr-Wärmetauscher nach Anspruch 4, wobei der konvexe Abschnitt eine Höhe (DH) in einer radialen Richtung aufweist und die Höhe geringer ist als eine Tiefe der Strömungspfadnut in der radialen Richtung.
Mehrfachrohr-Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei der konvexe Abschnitt eine Länge (DL) in der Strömungsrichtung eines Mediums in dem äußeren Durchlass und eine Breite (DW) in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung eines Mediums in dem äußeren Durchlass aufweist, wobei die Länge und die Breite größer sind als eine Höhe des äußeren Durchlasses, welcher zwischen einer Bodenfläche der Strömungspfadnut und einer inneren Oberfläche von dem äußeren Rohr definiert ist, und wobei sie geringer sind als ein innerer Durchmesser des äußeren Rohres.
Mehrfachrohr-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die ausgebauchten Abschnitte durch einen inselähnlichen Abschnitt definiert sind, der zwischen Nuten (32, 34, 238, 338) verbleibt, wobei die Nuten durch ein Verformen der Wand des inneren Rohres von außen nach innen in einer radialen Richtung definiert sind.
Mehrfachrohr-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der konvexe Abschnitt eine Länge (DL) in der Strömungsrichtung eines Mediums in dem äußeren Durchlass und eine Breite (DW) in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung eines Mediums in dem äußeren Durchlass aufweist, wobei die Länge und die Breite im Wesentlichen gleich zueinander sind.
Mehrfachrohr-Wärmetauscher nach Anspruch 8, wobei der konvexe Abschnitt (36, 236, 336) eine Form entsprechend zu einem Teil einer Kugel aufweist.
Mehrfachrohr-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der äußere Durchlass ein Durchlass für Kältemittel von hohem Druck ist und der innere Durchlass ein Durchlass für Kältemittel von niedrigem Druck in einem Kältekreislauf (1) derart ist, dass der Mehrfachrohr-Wärmetauscher einen inneren Wärmetauscher für den Kältekreislauf bereitstellt.