DE102012100722A1

DE102012100722A1 - Interner Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102012100722A1
Application number: DE102012100722A
Authority: DE
Inventors: Daniel Frank Sheldon; Fred Georg Schroeder; John Joseph Meyer; Lakhi Nandlal Goenka; Pavel Cebe
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2011-02-03
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2012-09-13
Also published as: US20120199326A1

Abstract

Ein Wärmetauscher umfasst ein Außenrohr und ein Innenrohr, das innerhalb des Außenrohrs koaxial angeordnet ist. Sowohl das Außenrohr als auch das Innenrohr umfassen einen darin gebildeten Fluidkanal. Ein erstes Fluid fließt durch den Fluidkanal des Außenrohrs, und ein zweites Fluid in einem Wärmetauschverhältnis mit dem ersten Fluid fließt durch den Fluidkanal des Innenrohrs. Mindestens eine wärmeleitende Einrichtung ist zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr und auf einer Innenfläche des Innenrohrs gebildet, um einen Wärmeaustausch zwischen den Fluiden zu maximieren.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher. Insbesondere betrifft die Erfindung einen internen Wärmetauscher.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Eine typische Klimaanlage eines Fahrzeugs umfasst einen Kompressor, einen Kondensator, eine Ausdehnungsvorrichtung und einen Verdampfer, die alle fluidtechnisch über Kühlmittelleitungen verbunden sind. Die Kühlmittelleitungen sind in der Lage, eine Strömung eines Kühlmittels auf Hoch- und Niederdruck zu befördern. Übliche Kühlmittel, die in den Klimaanlagen verwendet werden, sind umweltfreundliche Kühlmittel, wie beispielsweise R-134a, und Kühlmittel mit geringem Treibhauspotenzial (GWP), wie beispielsweise HFO-1234yf. Der Kompressor komprimiert das Kühlmittel und erleichtert seine Übertragung durch die ganze Anlage. Der Kompressor umfasst eine Saugseite und eine Auslassseite. Die Saugseite wird als Niederdruckseite und die Auslassseite als Hochdruckseite bezeichnet.
Typischerweise ist der Verdampfer in einem Fahrgastraum des Fahrzeugs angeordnet, und der Kondensator ist in einem Motorraum oder genauer gesagt vor dem Kühler des Fahrzeugs angeordnet. Innerhalb des Verdampfers kommt flüssiges kaltes Kühlmittel auf Niederdruck zum Kochen, indem es Wärme aus dem Fahrgastraum aufnimmt. Das dampfförmige Kühlmittel auf Niederdruck, das den Verdampfer verlässt, wird in dem Kompressor aufgenommen und von diesem zu einem dampfförmigen Kühlmittel auf Hochtemperatur komprimiert. Das komprimierte dampfförmige Kühlmittel auf Hochtemperatur wird dann durch den Kompressor an den Kondensator ausgelassen. Während das dampfförmige Kühlmittel auf Hochdruck durch den Kondensator geht, wird das Kühlmittel zu einem flüssigen Kühlmittel auf Hochdruck und Tieftemperatur kondensiert, während es die aus dem Fahrgastraum und aus dem Kompressionsprozess absorbierte Wärme an die Umgebungsluft außerhalb des Fahrgastraums überträgt. Beim Verlassen des Kondensators geht das flüssige Kühlmittel auf Hochdruck durch eine Ausdehnungsvorrichtung, welche die Strömung des flüssigen Kühlmittels auf Hochdruck zum Verdampfer reguliert. Die Temperatur des dampfförmigen Kühlmittels auf Niederdruck, das aus dem Verdampfer zum Kompressor zurückkehrt, ist typischerweise um ungefähr 4,5°C (40°F) bis ungefähr 38°C (100°F) niedriger als eine Temperatur des flüssigen Kühlmittels auf Hochdruck, das den Kondensator verlässt.
Es ist bekannt, einen internen Wärmetauscher, wie beispielsweise einen Doppelrohr-Gegenstrom-Wärmetauscher, zu verwenden, um den Temperaturunterschied zwischen dem dampfförmigen Kühlmittel auf Niederdruck und Tieftemperatur und dem flüssigen Kühlmittel auf Hochdruck und Hochtemperatur auszunutzen, um die Gesamtkühlkapazität der Klimaanlage zu verbessern. Der Doppelrohr-Wärmetauscher umfasst ein Außenrohr und ein Innenrohr, das sich koaxial innerhalb des Außenrohrs befindet. Der Durchmesser des Innenrohrs ist kleiner als der Durchmesser des Außenrohrs, wodurch ein ringförmiger Zwischenraum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr für die Kühlmittelströmung definiert wird. Das relativ kühlere dampfförmige Kühlmittel auf Niederdruck, das den Verdampfer verlässt, geht durch den ringförmigen Zwischenraum, und das relativ heißere flüssige Kühlmittel, das den Kondensator verlässt, geht durch das Innenrohr. Von dem flüssigen Kühlmittel auf Hochdruck, das den Kondensator verlässt, wird Wärme auf das kühlere dampfförmige Kühlmittel auf Niederdruck übertragen, das zum Kompressor in dem internen Wärmetauscher zurückkehrt. Dadurch dass die Temperatur des flüssigen Kühlmittels auf Hochdruck verringert wird, bevor es durch die Ausdehnungsvorrichtung fließt, kann man die Ausdehnungsvorrichtung auf eine niedrigere Temperatur einstellen. Entsprechend befindet sich die Temperatur des Kühlmittels, das in den Verdampfer eintritt, auf einer niedrigeren Temperatur, wodurch die Kühlleistung der Klimaanlage verbessert wird.
Derzeitige interne Wärmetauscher, die in Klimaanlagen verwendet werden, sind sperrig, schwer und/oder kostspielig. Ferner sind die derzeitigen internen Wärmetauscher nicht effizient und benötigen eine beträchtliche Länge, um eine gewünschte Kühlleistung zu erreichen.
Es wäre wünschenswert, einen internen Wärmetauscher zu fertigen, der zur Verwendung in einer Klimaanlage eines Fahrzeugs geeignet ist, der mühelos herzustellen ist, einfach an Einbaubedingungen anpassbar ist und dabei Größe, Gewicht und Druckabfall in der Saugleitung minimiert und Leistung und Wirksamkeit des Wärmetauschers maximiert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit und gemäß der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise ein interner Wärmetauscher gefunden, der zur Verwendung in einer Klimaanlage eines Fahrzeugs geeignet ist, der mühelos herzustellen ist, einfach an Einbaubedingungen anpassbar ist und dabei Größe, Gewicht und Druckabfall in der Saugleitung minimiert und Leistung und Wirksamkeit des Wärmetauschers maximiert.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Wärmetauscher: ein Außenrohr, das mindestens einen darin gebildeten Fluidkanal umfasst, wobei der mindestens eine Fluidkanal ein erstes Fluid darin aufnimmt; und ein erstes Innenrohr, das innerhalb des Außenrohrs angeordnet ist, wobei das erste Innenrohr mindestens einen darin gebildeten Fluidkanal umfasst, wobei der mindestens eine Fluidkanal ein zweites Fluid darin aufnimmt, und wobei eine Durchflussquerschnittsfläche des mindestens einen Fluidkanals des ersten Innenrohrs größer ist als eine Durchflussquerschnittsfläche des mindestens einen Fluidkanals des Außenrohrs.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der Wärmetauscher: ein Außenrohr, das mindestens einen darin gebildeten Fluidkanal umfasst, wobei der mindestens eine Fluidkanal ein erstes Fluid darin aufnimmt; ein erstes Innenrohr, das innerhalb des Außenrohrs angeordnet ist, wobei das erste Innenrohr mindestens einen darin gebildeten Fluidkanal umfasst, wobei der mindestens eine Fluidkanal ein zweites Fluid darin aufnimmt, und wobei eine Durchflussquerschnittsfläche des mindestens einen Fluidkanals des ersten Innenrohrs größer ist als eine Durchflussquerschnittsfläche des mindestens einen Fluidkanals des Außenrohrs; und eine erste Vielzahl von wärmeleitenden Einrichtungen, die auf einer Innenfläche des ersten Innenrohrs gebildet sind.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der Wärmetauscher: ein Außenrohr, das mindestens einen darin gebildeten Fluidkanal umfasst, wobei der mindestens eine Fluidkanal ein erstes Fluid darin aufnimmt; ein erstes Innenrohr, das innerhalb des Außenrohrs angeordnet ist, wobei das erste Innenrohr mindestens einen darin gebildeten Fluidkanal umfasst, wobei der mindestens eine Fluidkanal ein zweites Fluid darin aufnimmt; ein zweites Innenrohr, das in dem ersten Innenrohr angeordnet ist, wobei das zweite Innenrohr mindestens einen darin gebildeten Fluidkanal umfasst, wobei der mindestens eine Fluidkanal das zweite Fluid darin aufnimmt, und wobei eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle der Innenrohre größer ist als eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche des mindestens einen Fluidkanals des Außenrohrs; und eine Vielzahl von wärmeleitenden Einrichtungen, die zwischen dem ersten Innenrohr und dem zweiten Innenrohr gebildet sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen sowie andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ohne Weiteres hervorgehen, wenn sie angesichts der beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird. Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm eines internen Wärmetauschers, der in einer repräsentativen Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs gezeigt wird;
2 eine perspektivische Ansicht eines internen Wärmetauschers mit direkt angeschlossenen Fluidleitungen, die sich von dem Wärmetauscher aus erstrecken, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine fragmentarische perspektivische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, des in 2 abgebildeten Wärmetauschers;
4 eine Querschnittsansicht des in 2 abgebildeten Wärmetauschers;
5 eine Querschnittsansicht des in 2 abgebildeten Wärmetauschers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die weniger Rippen zeigt, die auf einer Innenfläche des Innenrohrs gebildet sind, wobei die Rippen, die auf einer Außenfläche und auf der Innenfläche des Innenrohrs des Wärmetauschers gebildet sind, eine geänderte Dicke, ein geänderte Höhe und gerundete Ansatzabschnitte aufweisen;
6 eine fragmentarische Schnittansicht des in 5 abgebildeten Wärmetauschers, an einer Mittelachse des Wärmetauschers entlang gesehen;
7 eine Querschnittsansicht eines internen Wärmetauschers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine Querschnittsansicht eines internen Wärmetauschers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 eine Querschnittsansicht eines internen Wärmetauschers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 eine Querschnittsansicht eines internen Wärmetauschers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
11 eine Querschnittsansicht eines internen Wärmetauschers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die nachstehende ausführliche Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen beschreiben und erläutern eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu, es dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der Erfindung auf irgendeine Art und Weise einzuschränken.
1 ist eine schematische Ansicht einer Klimaanlage 10 eines Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt). Die Klimaanlage 10 umfasst einen Kompressor 12, einen Kondensator 14, eine Ausdehnungsvorrichtung 16 und einen Verdampfer 18, die fluidtechnisch über Leitungen 20 verbunden sind. Die Klimaanlage 10 umfasst ferner einen Gegenstrom- oder internen Wärmetauscher (IHX) 100, um die Wärmeübertragungskapazität der Klimaanlage 10 zu steigern. Es versteht sich, dass der IHX 100 nicht darauf beschränkt ist, in Fahrzeugklimaanlagen 10 verwendet zu werden, und bei anderen Anwendungen als Automobilanwendungen, die einen Wärmetauscher benötigen, verwendet werden kann. Es versteht sich ferner, dass die Klimaanlage 10 andere Bestandteile umfassen kann, die zum Betrieb notwendig sind, wie beispielsweise eine elektronische Steuereinheit, einen Akkumulator, Sensoren und dergleichen.
Typischerweise wird ein dampfförmiges Kühlmittel auf Niederdruck, das aus dem Verdampfer 18 fließt, in dem Kompressor 12 aufgenommen und zu einem dampfförmigen Kühlmittel auf Hochdruck komprimiert. Das dampfförmige Kühlmittel auf Hochdruck wird dann aus dem Kompressor 12 ausgelassen und in dem Kondensator 14 aufgenommen. In dem Kondensator 14 wird das dampfförmige Kühlmittel auf Hochdruck dazu veranlasst, zu einem flüssigen Kühlmittel auf Hochdruck zu kondensieren, indem Wärme auf die Umgebungsluft übertragen wird. Das flüssige Kühlmittel auf Hochdruck fließt dann durch die Ausdehnungsvorrichtung 16 und wird dazu veranlasst, sich zu einem flüssigen Kühlmittel auf Niederdruck auszudehnen. Die Ausdehnungsvorrichtung 16 reguliert die Strömung des flüssigen Kühlmittels auf Niederdruck bis zum Verdampfer 18. Bei der Klimaanlage 10 befindet sich der Verdampfer 18 in einem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs. Innerhalb des Verdampfers 18 absorbiert das flüssige Kühlmittel auf Niederdruck Wärme aus dem Fahrgastraum des Fahrzeugs und wird dazu veranlasst, zu dem dampfförmigen Kühlmittel auf Niederdruck zu verdampfen, das von dem Kompressor 12 aufgenommen wird.
Wie gezeigt wird der interne Wärmetauscher 100 in der Klimaanlage 10 zwischen einer Auslassseite des Verdampfers 18 und einer Saugseite des Kompressors 12 und zwischen einer Auslassseite des Kondensators 14 und einer Einlassseite der Ausdehnungsvorrichtung 16 angeordnet. Die Strömung des dampfförmigen Kühlmittels auf Niederdruck vom Verdampfer 18 durch den IHX 100 erfolgt entgegen der Strömung des flüssigen Kühlmittels auf Hochdruck vom Kondensator 14 durch den IHX 100. Das dampfförmige Kühlmittel auf Niederdruck und relativ tiefer Temperatur, das vom Verdampfer 18 aus fließt, wird verwendet, um das flüssige Kühlmittel auf Hochdruck und relativ hoher Temperatur, das von dem Kondensator 14 zur Ausdehnungsvorrichtung 16 fließt, vorzukühlen.
Mit Bezug auf 2 umfasst der IHX 100 ein Außenrohr 102, um ein erstes Fluid dadurch aufzunehmen, und ein Innenrohr 104, um ein zweites Fluid dadurch aufzunehmen. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das erste Fluid das flüssige Kühlmittel auf Hochdruck und relativ hoher Temperatur, und das zweite Fluid ist das dampfförmige Kühlmittel auf Niederdruck und relativ niedriger Temperatur. Es versteht sich jedoch, dass die ersten und zweiten Fluide je nach Bedarf beliebige Fluide sein können. Die Verbindungsstücke 106, 108 sind jeweils an einem ersten Ende 110 des IHX 100 und an einem zweiten Ende 112 des IHX 100 angeordnet. Ein Einlassende 114 des Innenrohrs 104 steht in Fluidverbindung mit der Auslassseite des Verdampfers 18, und ein Auslassende 116 des Innenrohrs 104 steht in Fluidverbindung mit der Saugseite des Kompressors 12 durch die Leitungen 20. Eine erste Fluidversorgungsleitung 118 erstreckt sich seitlich nach außen von dem Verbindungsstück 106 aus, und eine erste Fluidrückführleitung 120 erstreckt sich von dem Verbindungsstück 108 aus seitlich nach außen. Die erste Fluidversorgungsleitung 118 steht in Fluidverbindung mit der Auslassseite des Kondensators 14, und die erste Fluidrückführleitung 120 steht in Fluidverbindung mit der Einlassseite der Ausdehnungsvorrichtung 16 über die Leitungen 20. Eine fluiddichte Dichtung ist zwischen der ersten Fluidversorgungsleitung 118 und dem Verbindungsstück 106 und zwischen der ersten Fluidrückführleitung 120 und dem Verbindungsstück 108 gebildet. Es versteht sich, dass die fluiddichten Dichtungen zwischen den Leitungen 118, 120 und den jeweiligen Verbindungsstücken 106, 108 je nach Bedarf durch beliebige Mittel gebildet werden können, wie beispielsweise durch Weichlöt-, Hartlöt- oder Schweißverbindungen, Haftverbindungen oder Presspassungsverbindungen, die von Abdichtungsmitteln, wie beispielsweise O-Ringen getragen werden, gebildet werden können.
Wie gezeigt, haben die Verbindungsstücke 106, 108 eine im Allgemeinen kreisförmige Querschnittsform. Es versteht sich, dass die Verbindungsstücke 106, 108 je nach Bedarf eine beliebige Form und Größe aufweisen können. Jedes der Verbindungsstücke 106, 108 umfasst eine mittlere Öffnung 122, die in 3 und 6 gezeigt ist und darin gebildet ist, um das Innenrohr 104 darin aufzunehmen. Ein erster Abschnitt 124 einer Wand der Verbindungsstücke 106, 108 umschreibt das Innenrohr 104, um dazwischen eine fluiddichte Abdichtung zu bilden. Ein zweiter Abschnitt 126 der Wand der Verbindungsstücke 106, 108 umschreibt das Außenrohr 102, um dazwischen eine fluiddichte Abdichtung zu bilden. Es versteht sich, dass Weichlöt-, Hartlöt- oder Schweißverbindungen, Haftverbindungen oder Presspassungsverbindungen, die von Abdichtungsmitteln getragen werden, wie beispielsweise von O-Ringen, verwendet werden können, um die fluiddichten Dichtungen zwischen den Rohren 102, 104 und den jeweiligen Verbindungsstücken 106, 108 zu bilden. Das Verbindungsstück 106, die Rohre 102, 104 und die erste Fluidversorgungsleitung 118 wirken zusammen, um eine zylinderförmige Kammer 128 zu bilden, um eine im Wesentlichen einheitliche Strömung des ersten Fluids von der ersten Fluidversorgungsleitung 118 in das Außenrohr 102 zu erleichtern. Das Verbindungsstück 108, die Rohre 102, 104 und die erste Fluidrückführleitung 120 wirken zusammen, um eine zylinderförmige Kammer 129 zu bilden, die in 6 gezeigt wird, um eine im Wesentlichen einheitliche Strömung von des Außenrohrs 102 in die erste Fluidrückführleitung 120 zu erleichtern.
3, 4 und 6 zeigen den IHX 100, der das Außenrohr 102 und das Innenrohr 104 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst. Das Innenrohr 104 ist innerhalb des Außenrohrs 102 im Verhältnis zur Mittelachse A des IHX 100 koaxial angeordnet. Wie abgebildet, ist die Mittelachse A des IHX im Wesentlichen die gleiche wie eine Mittelachse des Außenrohrs 102 und eine Mittelachse des Innenrohrs 104. Jedes der gezeigten Rohre 102, 104 ist ein getrenntes Bauteil, das aus einem einzigen Materialstück gebildet ist. Es versteht sich, dass die Rohre 102, 104 einstückig gebildet werden können und je nach Bedarf durch einen beliebigen Prozess gebildet werden können, wie beispielsweise durch einen Strangpressprozess. Es versteht sich ferner, dass die Rohre 102, 104 aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet werden können, um die Wärmeübertragung zu erleichtern, wie beispielsweise aus einem Stahlmaterial, einem Edelstahlmaterial, einem Kupfermaterial oder einem Kunststoffmaterial. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel sind die Rohre 102, 104 aus einem Aluminiummaterial gebildet, um Kosten und Gewicht des IHX 100 zu minimieren und Wärmeleitfähigkeit und Formbarkeit desselben zu maximieren. Das gezeigte Außenrohr 102 weist einen Außendurchmesser D₁ von ungefähr 27 mm und einen Innendurchmesser D₂ von ungefähr 23 mm auf. Es versteht sich jedoch, dass das Außenrohr 102 je nach Bedarf eine beliebige Größe und Form aufweisen kann. Das Außenrohr 102 hat eine im Allgemeinen glatte Außenfläche 140 und eine im Allgemeinen glatte Innenfläche 142.
Im Gegensatz dazu umfasst eine Außenfläche 144 des Innenrohrs 104 mindestens eine wärmeleitende Einrichtung, wie beispielsweise eine ringförmige Gruppierung länglicher Rippen 146, die darauf gebildet sind und sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse A des IHX 100 erstrecken. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel umfasst die Außenfläche 144 zwanzig (20) darauf gebildete Rippen 146. Je nach Bedarf können mehr oder weniger Rippen 146 als gezeigt verwendet werden. Jede der Rippen 146 kann je nach Bedarf eine beliebige Querschnittsform aufweisen, wie beispielsweise eine quadratische Querschnittsform, wie in 3 und 4 gezeigt, eine dreieckige Querschnittsform, wie in 5 gezeigt, oder eine trapezförmige Querschnittsform. Ein Außendurchmesser des Innenrohrs 104, der von einem Ansatzabschnitt 148 der Rippen 146 definiert wird, ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser D₂ des Außenrohrs 102, um es dem Innenrohr 104 zu ermöglichen, mühelos in dem Außenrohr 102 angeordnet zu werden, während die Rohre 102, 104 zusammengebaut werden. Es versteht sich, dass die Rohre 102, 104 je nach Bedarf durch einen beliebigen Prozess zusammengebaut werden können, wie beispielsweise durch einen manuellen Zusammenbauprozess. Wie in 5 abgebildet, kann der Ansatzabschnitt 148 der Rippen 146 je nach Bedarf gerundet sein. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel beträgt ein Außendurchmesser D₃ des Innenrohrs 104, der durch ihre Außenfläche 144 definiert wird, ungefähr 21 mm. Es versteht sich, dass das Innenrohr 104 je nach Bedarf eine beliebige Form und Größe aufweisen kann.
Die gezeigten Rippen 146 sind umfangsmäßig in einem im Wesentlichen einheitlichen, vorherbestimmten Intervall beabstandet, wobei sie eine Vielzahl von Fluidkanälen 150 zwischen dem Innenrohr 104 und dem Außenrohr 102 bilden. Es versteht sich jedoch, dass die Rippen 146 je nach Bedarf in einem beliebigen einheitlichen oder nicht einheitlichen Intervall umfangsmäßig beabstandet sein können. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel sind zwanzig (20) Fluidkanäle 150 zwischen den Rohren 102, 104 gebildet, um das erste Fluid darin aufzunehmen. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Fluidkanäle 150 als gezeigt verwendet werden. Jeder der gezeigten Fluidkanäle 150 weist eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform auf. Es versteht sich, dass die Fluidkanäle 150 je nach Bedarf eine beliebige Querschnittsform aufweisen können. Je nach Bedarf können die Ecken 152 der Fluidkanäle 150, die durch die Rippen 146 und die Außenfläche 144 des Innenrohrs 104 gebildet werden, gerundet sein.
Eine Innenfläche 154 des Innenrohrs 104 umfasst mindestens eine wärmeleitende Einrichtung, wie beispielsweise eine ringförmige Gruppierung länglicher Rippen 156, die darauf gebildet sind und sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse A des IHX 100 erstrecken. Bei einem in 3 und 4 gezeigten nicht einschränkenden Beispiel umfasst die Innenfläche 154 zehn (10) darauf gebildete Rippen 156. Bei einem anderen in 5 gezeigten nicht einschränkenden Beispiel umfasst die Innenfläche 154 sechs (6) darauf gebildete Rippen 156. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Rippen 156 als in 3 bis 5 gezeigt verwendet werden. Es versteht sich, dass ein Verhältnis einer Anzahl von Rippen 146, die auf der Außenfläche 144 des Innenrohrs 104 gebildet sind, zu einer Anzahl von Rippen 156, die auf der Innenfläche 154 des Innenrohrs 104 gebildet sind, je nach Bedarf ein beliebiges Verhältnis sein kann, um einen Wärmeaustausch zwischen den Fluiden zu maximieren und einen Druckabfall der Fluide zu minimieren, wie beispielsweise ein Verhältnis von 2:1, wie in 3–4 gezeigt, oder ein Verhältnis von 10:3, wie in 5 gezeigt. Die Seiten 158 jeder der Rippen 156 sind im Verhältnis zueinander angewinkelt, so dass die Rippen 156 eine im Allgemeinen dreieckige oder trapezförmige Querschnittsform aufweisen. Es versteht sich jedoch, dass die Rippen 156 je nach Bedarf eine beliebige Querschnittsform aufweisen können.
Wie in 5 abgebildet, können die Ecken 160, die dort gebildet sind, wo die Rippen 156 in die Innenfläche 154 des Innenrohrs 104 übergehen, je nach Bedarf gerundet sein. Wie gezeigt, beträgt ein Innendurchmesser D₄ des Innenrohrs 104, der durch einen Ansatzabschnitt 162 jeder der Rippen 156 definiert ist, ungefähr 6 mm und ein Innendurchmesser D₅ des Innenrohrs 104, der durch seine Innenfläche 154 definiert ist, beträgt ungefähr 18 mm. Es versteht sich, dass das Innenrohr 104 je nach Bedarf einen beliebigen Innendurchmesser D₄, D₅ aufweisen kann. Der Ansatzabschnitt 162 jeder der Rippen 156 kann je nach Bedarf gerundet sein, wie in 5 gezeigt.
Die gezeigten Rippen 156 sind umfangsmäßig in einem im Wesentlichen einheitlichen, vorherbestimmten Intervall beabstandet und bilden eine Vielzahl von Fluidkanälen 164. Es versteht sich, dass die Rippen 156 je nach Bedarf in einem beliebigen einheitlichen oder nicht einheitlichen Intervall umfangsmäßig beabstandet sein können. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel nehmen die Fluidkanäle 164 das zweite Fluid darin auf. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Fluidkanäle 164 als gezeigt verwendet werden. Eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 164 ist größer als eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 150.
Bei einem nicht einschränkenden Beispiel beträgt eine Dicke der Rippen 146, 156 ungefähr 1,0 mm oder weniger, um die Durchflussquerschnittsflächen der Fluidkanäle 150, 164 zu maximieren und den Druckabfall der Fluide zu minimieren. Wie in 5 und 6 gezeigt, können die Dicke der Rippen 146, 156 an einem ersten Ende 170 der Rippen 146, 156 neben dem ersten Ende 110 des IHX 100 und eine Dicke der Rippen 146, 156 an einem zweiten Ende 172 der Rippen 146, 156 neben dem zweiten Ende 112 des IHX 100 allmählich verringert werden, um den Druckabfall der Fluide weiter zu minimieren, wobei die Dicke der Rippen 146, 156 an jedem der Enden 170, 172 schmaler ist als die Dicke der Rippen 146, 156 zwischen den Enden 170, 172. Ferner kann eine Höhe der Rippen 146, 156 an jedem der Enden 170, 172 allmählich verringert werden, um den Druckabfall der Fluide noch weiter zu minimieren, wobei die Höhe der Rippen 146, 156 an jedem der Enden 170, 172 geringer ist als die Höhe der Rippen 146, 156 zwischen den Enden 170, 172.
7 zeigt einen internen Wärmetauscher gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Bezugszahlen für eine ähnliche Struktur mit Bezug auf die Diskussion der obigen 1 bis 6 werden mit einem Strich (') wiederholt. Der gezeigte IHX 100' umfasst ein Außenrohr 102' und ein Innenrohr 104'. Das Innenrohr 104' ist innerhalb des Außenrohrs 102' im Verhältnis zu einer Mittelachse des IHX 100' koaxial angeordnet. Die Mittelachse des IHX 100' ist im Wesentlichen die gleiche wie eine Mittelachse des Außenrohrs 102' und eine Mittelachse des Innenrohrs 104'. Jedes der gezeigten Rohre 102', 104' ist ein getrenntes Bauteil, das aus einem einzigen Materialstück gebildet ist. Es versteht sich, dass die Rohre 102', 104' je nach Bedarf einstückig gebildet werden können und durch einen beliebigen Prozess gebildet werden können, wie beispielsweise durch einen Strangpressprozess. Es versteht sich ferner, dass die Rohre 102', 104' aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein können, um die Wärmeübertragung zu erleichtern, wie beispielsweise aus einem Stahlmaterial, einem Edelstahlmaterial, einem Kupfermaterial oder einem Kunststoffmaterial. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel sind die Rohre 102', 104' aus einem Aluminiummaterial gebildet, um Kosten und Gewicht des IHX 100' zu minimieren, und um Wärmeleitfähigkeit und Formbarkeit desselben zu maximieren. Das gezeigte Außenrohr 102' weist einen Außendurchmesser D₁' von ungefähr 27 mm und einen Innendurchmesser D₂' von ungefähr 23 mm auf. Es versteht sich jedoch, dass das Außenrohr 102' je nach Bedarf eine beliebige Größe und Form aufweisen kann. Das Außenrohr 102' weist eine im Allgemeinen glatte Außenfläche 140' und eine im Allgemeinen glatte Innenfläche 142' auf.
Im Gegensatz dazu umfasst eine Außenfläche 144' des Innenrohrs 104' mindestens eine wärmeleitende Einrichtung, wie beispielsweise eine ringförmige Gruppierung länglicher Rippen 146', die darauf gebildet sind und sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des IHX 100' erstrecken. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel umfasst die Außenfläche 144' zwanzig (20) darauf gebildete Rippen 146'. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Rippen 146' als gezeigt verwendet werden. Je nach Bedarf kann jede der Rippen 146' eine beliebige Querschnittsform aufweisen, wie beispielsweise eine quadratische Querschnittsform, eine dreieckige Querschnittsform oder eine trapezförmige Querschnittsform. Ein Außendurchmesser des Innenrohrs 104', der durch einen Ansatzabschnitt 148' der Rippen 146' definiert ist, ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser D₂' des Außenrohrs 102', damit das Innenrohr 104' mühelos innerhalb des Außenrohrs 102' angeordnet werden kann, während die Rohre 102', 104' zusammengebaut werden. Es versteht sich, dass die Rohre 102', 104' je nach Bedarf durch einen beliebigen Prozess zusammengebaut werden können, wie beispielsweise durch einen manuellen Zusammenbauprozess. Der Ansatzabschnitt 148' der Rippen 146' kann je nach Bedarf gerundet sein. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel beträgt ein Außendurchmesser D₃' des Innenrohrs 104', der durch seine Außenfläche 144' definiert ist, ungefähr 21 mm. Es versteht sich, dass das Innenrohr 104' je nach Bedarf eine beliebige Form und Größe aufweisen kann.
Die gezeigten Rippen 146' sind umfangsmäßig in einem im Wesentlichen einheitlichen, vorherbestimmten Intervall beabstandet und bilden eine Vielzahl von Fluidkanälen 150' zwischen dem Innenrohr 104' und dem Außenrohr 102'. Es versteht sich jedoch, dass die Rippen 146' je nach Bedarf in einem beliebigen einheitlichen oder nicht einheitlichen Intervall umfangsmäßig beabstandet sein können. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel sind zwanzig (20) Fluidkanäle 150' zwischen den Rohren 102', 104' gebildet, um das erste Fluid darin aufzunehmen. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Fluidkanäle 150' als gezeigt verwendet werden. Jeder der gezeigten Fluidkanäle 150' weist eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform auf. Es versteht sich, dass die Fluidkanäle 150' je nach Bedarf eine beliebige Querschnittsform aufweisen können. Die Ecken 152' der Fluidkanäle 150', die durch die Rippen 146' und die Außenfläche 144' des Innenrohrs 104' gebildet werden, können je nach Bedarf gerundet sein.
Eine Innenfläche 154' des Innenrohrs 104' umfasst mindestens eine wärmeleitende Einrichtung, wie beispielsweise eine ringförmige Gruppierung länglicher erster oder kurzer Rippen 200, eine ringförmige Gruppierung länglicher zweiter oder mittlerer Rippen 202 und eine ringförmige Gruppierung länglicher dritter oder langer Rippen 204, die darauf gebildet sind und sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des IHX 100' erstrecken. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel umfasst die Innenfläche 154' zwölf (12) erste Rippen 200, sechs (6) zweite Rippen 202 und sechs (6) dritte Rippen 204. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Rippen 200, 202, 204 als gezeigt verwendet werden. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel sind die Rippen 200, 202, 204 in einem sich wiederholenden Muster gebildet, das eine dritte Rippe 204, eine erste Rippe 200, eine zweite Rippe 202 und eine weitere erste Rippe 200 umfasst. Es versteht sich, dass die Rippen 200, 202, 204 je nach Bedarf in einem beliebigen Muster oder in anderen Konfigurationen gebildet werden können. Ein Verhältnis einer Anzahl von Rippen 146', die auf der Außenfläche 144' des Innenrohrs 104' gebildet sind, zu einer Anzahl von Rippen 200, 202, 204, die auf der Innenfläche 154' des Innenrohrs 104' gebildet sind, kann je nach Bedarf ein beliebiges Verhältnis sein, um einen Wärmeaustausch zwischen den Fluiden zu maximieren und einen Druckabfall der Fluide zu minimieren, wie beispielsweise ein Verhältnis von 5:6.
Die Seiten 205 jeder der Rippen 200, 202, 204 sind im Wesentlichen parallel im Verhältnis zueinander, so dass die Rippen 200, 202, 204 eine im Allgemeinen rundliche Querschnittsform aufweisen. Es versteht sich jedoch, dass die Rippen 200, 202, 204 je nach Bedarf eine beliebige Querschnittsform aufweisen können. Die Ecken 207, die dort gebildet sind, wo die Rippen 200, 202, 204 in die Innenfläche 154' des Innenrohrs 104' übergehen, können je nach Bedarf gerundet sein. Wie gezeigt, beträgt ein Innendurchmesser D₅' des Innenrohrs 104', der durch seine Innenfläche 154' definiert ist, ungefähr 18 mm. Ein Innendurchmesser D₇ des Innenrohrs 104', der durch einen Ansatzabschnitt 206 jeder der ersten Rippen 200 definiert ist, beträgt ungefähr 16 mm. Ein Innendurchmesser D₈ des Innenrohrs 104', der durch einen Ansatzabschnitt 208 jeder der zweiten Rippen 202 definiert ist, beträgt ungefähr 12 mm. Ein Innendurchmesser D₉ des Innenrohrs 104', der durch einen Ansatzabschnitt 210 jeder der dritten Rippen 204 definiert ist, beträgt ungefähr 6 mm. Es versteht sich, dass das Innenrohr 104' je nach Bedarf eine beliebige Größe und Form aufweisen kann.
Die gezeigten Rippen 200, 202, 204 sind umfangsmäßig in einem im Wesentlichen einheitlichen, vorherbestimmten Intervall beabstandet und bilden eine Vielzahl von Fluidkanälen 164'. Es versteht sich, dass die Rippen 200, 202, 204 je nach Bedarf in einem beliebigen einheitlichen oder nicht einheitlichen Intervall umfangsmäßig beabstandet sein können. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel nehmen die Fluidkanäle 164' das zweite Fluid darin auf. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Fluidkanäle 164' als gezeigt verwendet werden. Eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 164' ist größer als eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 150'.
Bei einem nicht einschränkenden Beispiel beträgt eine Dicke der Rippen 146', 200, 202, 204 ungefähr 1,0 mm oder weniger, um die Durchflussquerschnittsflächen der Fluidkanäle 150', 164' zu maximieren und den Druckabfall der Fluide zu minimieren. Die Dicke der Rippen 146' und die Dicke der Rippen 200, 202, 204 können an den Enden derselben neben den Enden des IHX 100' allmählich verringert werden, um den Druckabfall der Fluide weiter zu minimieren, wobei die Dicke der Rippen 146', 200, 202, 204 an jedem der Enden schmaler ist als die Dicke der Rippen 146', 200, 202, 204 zwischen den Enden. Ferner kann eine Höhe der Rippen 146', 200, 202, 204 an den Enden derselben allmählich verringert werden, um den Druckabfall der Fluide noch weiter zu minimieren, wobei die Höhe der Rippen 146', 200, 202, 204 an jedem der Enden geringer ist als die Höhe der Rippen 146', 200, 202, 204 zwischen den Enden.
8 zeigt einen internen Wärmetauscher gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Bezugszahlen für einen ähnlichen Aufbau mit Bezug auf die Diskussion der obigen 1 bis 7 werden mit einem Strich ('') wiederholt. Der gezeigte IHX 100'' umfasst ein Außenrohr 102'' und ein Innenrohr 104''. Das Innenrohr 104'' ist innerhalb des Außenrohrs 102'' im Verhältnis zu einer Mittelachse des IHX 100'' koaxial angeordnet. Die Mittelachse des IHX 100'' ist im Wesentlichen die gleiche wie eine Mittelachse des Außenrohrs 102'' und eine Mittelachse des Innenrohrs 104''. Jedes der gezeigten Rohre 102'', 104'' ist ein getrenntes Bauteil, das aus einem einzigen Materialstück gebildet ist. Es versteht sich, dass die Rohre 102'', 104'' je nach Bedarf einstückig gebildet werden können und durch einen beliebigen Prozess gebildet werden können, wie beispielsweise durch einen Strangpressprozess. Es versteht sich ferner, dass die Rohre 102'', 104'' aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein können, um die Wärmeübertragung zu erleichtern, wie beispielsweise aus einem Stahlmaterial, einem Edelstahlmaterial, einem Kupfermaterial oder einem Kunststoffmaterial. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel sind die Rohre 102'', 104'' aus einem Aluminiummaterial gebildet, um Kosten und Gewicht des IHX 100'' zu minimieren und um Wärmeleitfähigkeit und Formbarkeit desselben zu maximieren. Das gezeigte Außenrohr 102'' weist einen Außendurchmesser D₁'' von ungefähr 27 mm auf. Das Außenrohr 102'' weist eine im Allgemeinen glatte Außenfläche 140'' auf. Eine Innenfläche 142'' des Außenrohrs 102'' umfasst mindestens eine wärmeleitende Einrichtung, wie beispielsweise eine ringförmige Gruppierung länglicher Rippen 300, die darauf gebildet sind und sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des IHX 100'' erstrecken. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel umfasst die Innenfläche 142'' zwanzig (20) darauf gebildete Rippen 300. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Rippen 300 als gezeigt verwendet werden.
Jede der Rippen 300 kann je nach Bedarf eine beliebige Querschnittsform aufweisen, wie beispielsweise eine quadratische Querschnittsform, ein dreieckige Querschnittsform oder eine trapezförmige Querschnittsform. Ein Innendurchmesser D₁₁ des Außenrohrs 102'', der durch einen Ansatzabschnitt 302 der Rippen 300 definiert wird, ist geringfügig größer als ein Außendurchmesser des Innenrohrs 104'', damit das Innenrohr 104'' mühelos innerhalb des Außenrohrs 102'' angeordnet werden kann, während die Rohre 102'', 104'' zusammengebaut werden. Es versteht sich, dass die Rohre 102'', 104'' je nach Bedarf durch einen beliebigen Prozess zusammengebaut werden können, wie beispielsweise durch einen manuellen Zusammenbauprozess. Der Ansatzabschnitt 302 der Rippen 300 kann je nach Bedarf gerundet sein. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel beträgt der Innendurchmesser D₁₁ ungefähr 21 mm, und ein Innendurchmesser D₂'' des Außenrohrs 102'', der durch die Innenfläche 142'' derselben definiert ist, beträgt ungefähr 23 mm. Es versteht sich, dass das Innenrohr 102'' je nach Bedarf eine beliebige Form und Größe aufweisen kann.
Die gezeigten Rippen 300 sind umfangsmäßig in einem im Wesentlichen einheitlichen, vorherbestimmten Intervall beabstandet und bilden eine Vielzahl von Fluidkanälen 306 zwischen dem Außenrohr 102'' und dem Innenrohr 104''. Es versteht sich jedoch, dass die Rippen 300 je nach Bedarf in einem beliebigen einheitlichen oder nicht einheitlichen Intervall umfangsmäßig beabstandet sein können. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel sind zwanzig (20) Fluidkanäle 306 zwischen den Rohren 102'', 104'' gebildet, um das erste Fluid darin aufzunehmen. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Fluidkanäle 306 als gezeigt verwendet werden. Jeder der gezeigten Fluidkanäle 306 weist eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform auf. Es versteht sich, dass die Fluidkanäle 306 je nach Bedarf eine beliebige Querschnittsform aufweisen können. Die Ecken 308 der Fluidkanäle 306, die durch die Rippen 300 und die Innenfläche 142'' des Außenrohrs 102'' gebildet werden, können je nach Bedarf gerundet sein.
Wie abgebildet, weist das Innenrohr 104'' eine im Wesentlichen glatte Außenfläche 144'' auf. Eine Innenfläche 154'' des Innenrohrs 104'' umfasst mindestens eine wärmeleitende Einrichtung, wie beispielsweise eine ringförmige Gruppierung länglicher erster oder kurzer Rippen 200'', eine ringförmige Gruppierung länglicher zweiter oder mittlerer Rippen 202'' und eine ringförmige Gruppierung länglicher dritter oder langer Rippen 204'', die darauf gebildet sind und sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des IHX 100'' erstrecken. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel umfasst die Innenfläche 154'' zwölf (12) erste Rippen 200'', sechs (6) zweite Rippen 202'' und sechs (6) dritte Rippen 204''. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Rippen 200'', 202'', 204'' als gezeigt verwendet werden. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel sind die Rippen 200'', 202'', 204'' in einem sich wiederholenden Muster gebildet, das eine dritte Rippe 204'', eine erste Rippe 200'', eine zweite Rippe 202'' und eine weitere erste Rippe 200'' umfasst. Es versteht sich, dass die Rippen 200'', 202'', 204'' je nach Bedarf in einem beliebigen Muster oder in anderen Konfigurationen gebildet sein können. Ein Verhältnis einer Anzahl von Rippen 300, die auf der Innenfläche 142'' des Außenrohrs 102'' gebildet sind, zu einer Anzahl von Rippen 200'', 202'', 204'', die auf der Innenfläche 154'' des Innenrohrs 104'' gebildet sind, kann je nach Bedarf ein beliebiges Verhältnis sein, um einen Wärmeaustausch zwischen den Fluiden zu maximieren und einen Druckabfall der Fluide zu minimieren, wie beispielsweise ein Verhältnis von 5:6.
Die Seiten 205'' jeder der Rippen 200'', 202'', 204'' sind im Wesentlichen parallel im Verhältnis zueinander, so dass die Rippen 200'', 202'', 204'' eine im Allgemeinen rundliche Querschnittsform aufweisen. Es versteht sich jedoch, dass die Rippen 200'', 202'', 204'' je nach Bedarf eine beliebige Querschnittsform aufweisen können. Die Ecken 207'', die dort gebildet sind, wo die Rippen 200'', 202'', 204'' in die Innenfläche 154'' des Innenrohrs 104'' übergehen, können je nach Bedarf gerundet sein. Ein Innendurchmesser D₅'' des Innenrohrs 104'', der durch die Innenfläche 154'' derselben definiert wird, beträgt ungefähr 18 mm. Ein Innendurchmesser D₇'' des Innenrohrs 104'', der durch eine Ansatzabschnitt 206'' jeder der ersten Rippen 200'' definiert wird, beträgt ungefähr 16 mm. Ein Innendurchmesser D₈'' des Innenrohrs 104'', der durch einen Ansatzabschnitt 208'' jeder der zweiten Rippen 202'' definiert wird, beträgt ungefähr 12 mm. Ein Innendurchmesser D₉'' des Innenrohrs 104'', der durch einen Ansatzabschnitt 210'' jeder der dritten Rippen 204'' definiert wird, beträgt ungefähr 6 mm. Es versteht sich, dass das Innenrohr 104'' je nach Bedarf eine beliebige Größe und Form aufweisen kann.
Die gezeigten Rippen 200'', 202'', 204'' sind umfangsmäßig in einem im Wesentlichen einheitlichen, vorherbestimmten Intervall beabstandet und bilden eine Vielzahl von Fluidkanälen 164''. Es versteht sich, dass die Rippen 200'', 202'', 204'' je nach Bedarf in einem beliebigen einheitlichen oder nicht einheitlichen Intervall umfangsmäßig beabstandet sein können. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel nehmen die Fluidkanäle 164'' das zweite Fluid darin auf. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Fluidkanäle 164'' als gezeigt verwendet werden. Eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 164'' ist größer als eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 306.
Bei einem nicht einschränkenden Beispiel beträgt eine Dicke der Rippen 300, 200'', 202'', 204'' ungefähr 1,0 mm oder weniger, um die Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 306, 164'' zu maximieren und um den Druckabfall der Fluide zu minimieren. Die Dicke der Rippen 300, 200'', 202'', 204'' kann an Enden derselben neben Enden des IHX 100'' allmählich verringert werden, um den Druckabfall der Fluide weiter zu minimieren, wobei die Dicke der Rippen 300, 200'', 202'', 204'' an jedem der Enden schmaler ist als die Dicke der Rippen 300, 200'', 202'', 204'' zwischen den Enden. Ferner kann eine Höhe der Rippen 300, 200'', 202'', 204'' an den Enden derselben allmählich verringert werden, um den Druckabfall der Fluide noch weiter zu minimieren, wobei die Höhe der Rippen 300, 200'', 202'', 204'' an jedem der Enden geringer ist als die Höhe der Rippen 300, 200'', 202'', 204'' zwischen den Enden.
9 zeigt einen internen Wärmetauscher gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Bezugszahlen für einen ähnlichen Aufbau mit Bezug auf die Diskussion der obigen 1 bis 8 werden mit einem Strich (''') wiederholt. Der gezeigte IHX 100''' umfasst ein Außenrohr 102''' und ein Innenrohr 104'''. Die gezeigten Rohre 102''', 104''' sind einstückig aus einem einzigen Materialstück gebildet. Die Rohre 102''', 104''' können je nach Bedarf durch einen beliebigen Prozess, wie beispielsweise einen Strangpressprozess, einstückig gebildet werden. Es versteht sich ferner, dass die Rohre 102''', 104''' aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein können, um die Wärmeübertragung zu erleichtern, wie beispielsweise aus einem Stahlmaterial, einem Edelstahlmaterial, einem Kupfermaterial oder einem Kunststoffmaterial. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel sind die Rohre 102''', 104''' aus einem Aluminiummaterial gebildet, um Kosten und Gewicht des IHX 100 zu minimieren und um Wärmeleitfähigkeit und Formbarkeit desselben zu maximieren.
Das Innenrohr 104''' ist innerhalb des Außenrohrs 102''' im Verhältnis zu einer Mittelachse des IHX 100''' koaxial gebildet. Die Mittelachse des IHX 100''' ist im Wesentlichen die gleiche wie eine Mittelachse des Außenrohrs 102''' und eine Mittelachse des Innenrohrs 104'''. Das Innenrohr 104''' erstreckt sich über eine Gesamtlänge des IHX 100'''. Das Außenrohr 102''' endet dort, wo Verbindungsstücke (nicht gezeigt) für eine erste Fluidversorgungsleitung (nicht gezeigt) und eine erste Fluidrückführleitung (nicht gezeigt) angebracht sind. Das gezeigte Außenrohr 102''' weist einen Außendurchmesser D₁''' von ungefähr 27 mm und einen Innendurchmesser D₂''' von ungefähr 23 mm auf. Es versteht sich, dass das Außenrohr 102''' je nach Bedarf eine beliebige Form und Größe aufweisen kann. Das Außenrohr 102''' weist eine im Allgemeinen glatte Außenfläche 140''' und Innenfläche 142''' auf. Mindestens eine wärmeleitende Einrichtung, wie beispielsweise eine ringförmige Gruppierung länglicher Rippen 400, ist zwischen der Innenfläche 142''' des Außenrohrs 102''' und einer Außenfläche 144''' des Innenrohrs 104'''' gebildet. Die Rippen 400 sind gebildet, um sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des IHX 100''' zu erstrecken. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel umfasst der IHX 100''' zwanzig (20) darauf gebildete Rippen 400 zwischen den Rohren 102''', 104'''. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Rippen 400 als gezeigt verwendet werden. Jede der Rippen 400 kann je nach Bedarf eine beliebige Querschnittsform aufweisen, wie beispielsweise eine quadratische Querschnittsform.
Die gezeigten Rippen 400 sind umfangsmäßig in einem im Wesentlichen einheitlichen, vorherbestimmten Intervall beabstandet und bilden eine Vielzahl von Fluidkanälen 406 zwischen dem Außenrohr 102''' und dem Innenrohr 104'''. Es versteht sich jedoch, dass die Rippen 400 je nach Bedarf umfangsmäßig in einem beliebigen einheitlichen oder nicht einheitlichen Intervall beabstandet sein können. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel sind zwanzig (20) Fluidkanäle 406 zwischen den Rohren 102''', 104''' gebildet, um das erste Fluid darin aufzunehmen. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Fluidkanäle 406 als gezeigt verwendet werden. Jeder der gezeigten Fluidkanäle 406 weist eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform auf. Es versteht sich, dass die Fluidkanäle 406 je nach Bedarf eine beliebige Querschnittsform aufweisen können. Die Ecken 408 der Fluidkanäle 406, die durch die Rippen 400 und die Innenfläche 142''' des Außenrohrs 102''' gebildet werden, können je nach Bedarf gerundet sein.
Das gezeigte Innenrohr 104''' weist einen Außendurchmesser D₃''' von ungefähr 21 mm und einen Innendurchmesser D₅''' von ungefähr 18 mm auf. Es versteht sich, dass das Innenrohr 104''' je nach Bedarf eine beliebige Form und Größe aufweisen kann. Das Innenrohr 104''' weist eine im Allgemeinen glatte Außenfläche 144''' und Innenfläche 154''' auf. Mindestens eine wärmeleitende Einrichtung, wie beispielsweise eine ringförmige Gruppierung länglicher Rippen 410, ist zwischen der Innenfläche 154''' des Innenrohrs 104''' und einer Außenfläche 412 eines zweiten Innenrohrs 414 gebildet, die innerhalb des Innenrohrs 104''' im Verhältnis zur Mittelachse des IHX 100''' koaxial angeordnet ist. Die Mittelachse des IHX 100''' ist im Wesentlichen die gleiche wie eine Mittelachse des zweiten Innenrohrs 414.
Die Rippen 410 sind gebildet, um sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des IHX 100''' und davon radial nach außen zu erstrecken. Die Ecken 416, die dort gebildet sind, wo die Rippen 410 in die Innenfläche 154'' des Innenrohrs 104''' übergehen, und die Ecken 418, die dort gebildet sind, wo die Rippen 410 in die Außenfläche 412 des Innenrohrs 414 übergehen, können je nach Bedarf gerundet sein. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel umfasst der IHX 100''' zehn (10) Rippen 410, die zwischen den Rohren 104''', 414 gebildet sind. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Rippen 410 als gezeigt verwendet werden. Ein Verhältnis einer Anzahl von Rippen 410, die zwischen den Innenrohren 104''', 414 gebildet sind, zu einer Anzahl von Rippen 400, die zwischen den Rohren 102''', 104''' gebildet sind, kann je nach Bedarf ein beliebiges Verhältnis sein, um einen Wärmeaustausch zwischen den Fluiden zu maximieren und einen Druckabfall des Fluids zu minimieren, wie beispielsweise ein Verhältnis von 1:2.
Die gezeigten Rippen 410 sind umfangsmäßig in einem im Wesentlichen einheitlichen, vorherbestimmten Intervall beabstandet und bilden eine Vielzahl von Fluidkanälen 420 dazwischen. Es versteht sich, dass die Rippen 410 je nach Bedarf umfangsmäßig in einem beliebigen einheitlichen oder nicht einheitlichen Intervall beabstandet sein können. Die Rippen 410 erleichtern nicht nur die Wärmeübertragung zwischen den Fluiden, sondern stellen eine Unterstützung für die Rohre 102''', 104''', 414 bereit, wenn der IHX 100''' während seiner Herstellung gebogen und geformt wird. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel werden durch die Rippen 410 zehn (10) im Wesentlichen keilförmige Fluidkanäle 420 gebildet, um das zweite Fluid darin aufzunehmen. Es versteht sich, dass je nach Bedarf mehr oder weniger Fluidkanäle 420 als gezeigt verwendet werden können. Es versteht sich ferner, dass die Fluidkanäle 420 je nach Bedarf eine beliebige Form und Größe aufweisen und andere Fluide darin aufnehmen können.
Bei einem nicht einschränkenden Beispiel beträgt eine Dicke der Rippen 400, 410 ungefähr 1,0 mm oder weniger, um eine Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 406, 420 zu maximieren und um den Druckabfall der Fluide zu minimieren. Die Dicke der Rippen 400, 410 kann an den Enden der jeweiligen Rohre 102''', 104''' neben den Endendes IHX 100''' allmählich verringert werden, wobei die Dicke der Rippen 400, 410 an jedem der Enden schmaler ist als die Dicke der Rippen 400, 410 zwischen den Enden.
Das gezeigte Innenrohr 414 weist einen Außendurchmesser D₁₂ von ungefähr 6 mm und einen Innendurchmesser D₁₄ von ungefähr 4 mm auf. Es versteht sich, dass das Innenrohr 414 je nach Bedarf eine beliebige Form und Größe aufweisen kann. Das Innenrohr 414 vergrößert einen Oberflächenbereich, der dem dadurch fließenden Fluid ausgesetzt ist, wodurch es die Wärmeübertragung zwischen den Fluiden weiter erleichtert. Das Innenrohr 414 weist eine im Allgemeinen glatte Außenfläche 412 und Innenfläche 422 auf. Die Innenfläche 422 des Innenrohrs 414 definiert einen Fluidkanal 424. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel weist der Fluidkanal 424 eine im Allgemeinen kreisförmige Querschnittsform auf und nimmt das zweite Fluid darin auf. Es versteht sich, dass der Fluidkanal 424 je nach Bedarf eine beliebige Form aufweisen und andere Fluide aufnehmen kann. Eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 420, 424 ist größer als eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 406.
10 zeigt einen internen Wärmetauscher gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Bezugszahlen für einen ähnlichen Aufbau mit Bezug auf die Diskussion der obigen 1 bis 9 werden mit einem Strich ('''') wiederholt. Der gezeigte IHX 100'''' umfasst ein Außenrohr 102'''' und ein Innenrohr 104''''. Das Innenrohr 104'''' ist innerhalb des Außenrohrs 102'''' im Verhältnis zu einer Mittelachse des IHX 100'''' koaxial angeordnet. Die Mittelachse des IHX 100'''' ist im Wesentlichen die gleiche wie eine Mittelachse des Außenrohrs 102'''' und eine Mittelachse des Innenrohrs 104''''. Jedes der gezeigten Rohre 102'''', 104'''' ist ein getrenntes Bauteil. Es versteht sich, dass die Rohre 102'''', 104'''' je nach Bedarf durch einen beliebigen Prozess gebildet werden können, wie beispielsweise durch einen Strangpressprozess. Es versteht sich ferner, dass die Rohre 102'''', 104'''' aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein können, um die Wärmeübertragung zu erleichtern, wie beispielsweise aus einem Stahlmaterial, einem Edelstahlmaterial, einem Kupfermaterial oder einem Kunststoffmaterial. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel sind die Rohre 102''''', 104'''' aus einem Aluminiummaterial gebildet, um Kosten und Gewicht des IHX zu minimieren 100'''' und um Wärmeleitfähigkeit und Formbarkeit desselben zu maximieren. Das gezeigte Außenrohr 102'''' weist einen Außendurchmesser D₁'''' von ungefähr 27 mm und einen Innendurchmesser D₂'''' von ungefähr 23 mm auf. Es versteht sich jedoch, dass das Außenrohr 102'''' je nach Bedarf eine beliebige Größe und Form aufweisen kann. Das Außenrohr 102'''' weist eine im Allgemeinen glatte Außenfläche 140'''' und eine im Allgemeinen glatte Innenfläche 142'''' auf.
Im Gegensatz dazu umfasst eine Außenfläche 144'''' des Innenrohrs 104'''' mindestens eine wärmeleitende Einrichtung, wie beispielsweise eine ringförmige Gruppierung länglicher Rippen 146'''', die darauf gebildet sind und sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des IHX erstrecken 100''''. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel umfasst die Außenfläche 144'''' zwanzig (20) darauf gebildete Rippen 146''''. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Rippen 146'''' als gezeigt verwendet werden. Jede der Rippen 146'''' kann je nach Bedarf eine beliebige Querschnittsform aufweisen, wie beispielsweise eine quadratische Querschnittsform, ein dreieckige Querschnittsform oder eine trapezförmige Querschnittsform. Ein Außendurchmesser des Innenrohrs 104'''', der durch einen Ansatzabschnitt 148'''' der Rippen 146'''' definiert ist, ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser D₂'''' des Außenrohrs 102'''', damit das Innenrohr 104'''' mühelos innerhalb des Außenrohrs 102'''' angeordnet werden kann, während die Rohre 102'''', 104'''' zusammengebaut werden. Es versteht sich, dass die Rohre 102'''', 104'''' je nach Bedarf durch einen beliebigen Prozess zusammengebaut werden können, wie beispielsweise durch einen manuellen Zusammenbauprozess. Der Ansatzabschnitt 148''''' der Rippen 146'''' kann je nach Bedarf gerundet sein.
Die gezeigten Rippen 146'''' sind umfangsmäßig in einem im Wesentlichen einheitlichen, vorherbestimmten Intervall beabstandet und bilden eine Vielzahl von Fluidkanälen 150'''' zwischen dem Innenrohr 104'''' und dem Außenrohr 102''''. Es versteht sich jedoch, dass die Rippen 146'''' je nach Bedarf in einem beliebigen einheitlichen oder nicht einheitlichen Intervall umfangsmäßig beabstandet sein können. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel sind zwanzig (20) Fluidkanäle 150'''' zwischen den Rohren 102'''', 104'''' gebildet, um das erste Fluid darin aufzunehmen. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Fluidkanäle 150'''' als gezeigt verwendet werden. Jeder der gezeigten Fluidkanäle 150'''' weist eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform auf. Es versteht sich, dass die Fluidkanäle 150'''' je nach Bedarf eine beliebige Querschnittsform aufweisen können. Die Ecken 152'''' der Fluidkanäle 150'''', die durch die Rippen 146'''' und die Außenfläche 144'''' des Innenrohrs 104'''' gebildet werden, können je nach Bedarf gerundet sein.
Das gezeigte Innenrohr 104'''' weist einen Außendurchmesser D₃'''' von ungefähr 21 mm und einen Innendurchmesser D₅''''' von ungefähr 18 mm auf. Es versteht sich, dass das Innenrohr 104'''' je nach Bedarf eine beliebige Form und Größe aufweisen kann. Das Innenrohr 104'''' weist eine im Allgemeinen glatte Außenfläche 144'''' und Innenfläche 154'''' auf. Mindestens eine wärmeleitende Einrichtung, wie beispielsweise eine ringförmige Gruppierung länglicher Rippen 410'''', ist zwischen der Innenfläche 154'''' des Innenrohrs 104'''' und einer Außenfläche 412'''' eines zweiten Innenrohrs 414'''' gebildet. Das zweite Innenrohr 414'''' ist innerhalb des Innenrohrs 104'''' im Verhältnis zur Mittelachse des IHX 100'''' koaxial angeordnet. Die Mittelachse des IHX 100'''' ist im Wesentlichen die gleiche wie eine Mittelachse des zweiten Innenrohrs 414''''.
Die Rippen 410'''' sind gebildet, um sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des IHX 100'''' und davon radial nach außen zu erstrecken. Die Ecken 416'''', die dort gebildet sind, wo die Rippen 410'''' in die Innenfläche 154'''' des Innenrohrs 104'''' übergehen, und die Ecken 418'''', die dort gebildet sind, wo die Rippen 410'''' in die Außenfläche 412'''' des Innenrohrs 414'''' übergehen, können je nach Bedarf gerundet sein. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel umfasst der IHX 100'''' zehn (10) Rippen 410'''', die zwischen den Rohren 104'''', 414'''' gebildet sind. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Rippen 410'''' als gezeigt verwendet werden. Ein Verhältnis einer Anzahl von Rippen 410'''' die zwischen den Innenrohren 104'''', 414'''' gebildet sind, zu einer Anzahl von Rippen 146'''', die zwischen den Rohren 102'''', 104'''' gebildet sind, kann je nach Bedarf ein beliebiges Verhältnis sein, um einen Wärmeaustausch zwischen den Fluiden zu maximieren und um einen Druckabfall der Fluide zu minimieren, wie beispielsweise ein Verhältnis von 1:2.
Die gezeigten Rippen 410'''' sind umfangsmäßig in einem im Wesentlichen einheitlichen, vorherbestimmten Intervall beabstandet und bilden eine Vielzahl von Fluidkanälen 420'''' dazwischen. Es versteht sich, dass die Rippen 410'''' je nach Bedarf umfangsmäßig in einem beliebigen einheitlichen oder nicht einheitlichen Intervall beabstandet sein können. Die Rippen 410'''' erleichtern nicht nur die Wärmeübertragung zwischen den Fluiden, sondern stellen auch eine Stütze für die Rohre 102'''', 104'''', 414'''' bereit, wenn der IHX 100'''' während seiner Herstellung gebogen und geformt wird. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel werden durch die Rippen 410'''' zehn (10) im Wesentlichen keilförmige Fluidkanäle 420'''' zum Aufnehmen des zweiten Fluids darin gebildet. Es versteht sich, dass je nach Bedarf mehr oder weniger Fluidkanäle 420'''' als gezeigt verwendet werden können. Es versteht sich ferner, dass die Fluidkanäle 420'''' je nach Bedarf eine beliebige Form und Größe aufweisen und andere Fluide darin aufnehmen können.
Bei einem nicht einschränkenden Beispiel beträgt eine Dicke der Rippen 146'''', 410'''' ungefähr 1,0 mm oder weniger, um eine Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 150'''', 420'''' zu maximieren, und um den Druckabfall der Fluide zu minimieren. Die Dicke der Rippen 146'''', 410'''' kann an den Enden der jeweiligen Rohre 102'''', 104'''' neben den Enden des IHX 100'''' allmählich verringert werden, wobei die Dicke der Rippen 146'''', 410'''' an jedem der Enden schmaler ist als die Dicke der Rippen 146'''', 410'''' zwischen den Enden.
Das gezeigte Innenrohr 414'''' weist einen Außendurchmesser D₁₂'''' von ungefähr 6 mm und einen Innendurchmesser D₁₄'''' von ungefähr 4 mm auf. Es versteht sich, dass das Innenrohr 414'''' je nach Bedarf eine beliebige Form und Größe aufweisen kann. Das Innenrohr 414'''' vergrößert einen Oberflächenbereich, der dem dadurch fließenden Fluid ausgesetzt ist, wodurch die Wärmeübertragung zwischen den Fluiden erleichtert wird. Das Innenrohr 414'''' weist eine im Allgemeinen glatte Außenfläche 412'''' und Innenfläche 422'''' auf. Die Innenfläche 422'''' des Innenrohrs 414'''' definiert einen Fluidkanal 424''''. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel weist der Fluidkanal 424'''' eine im Allgemeinen kreisförmige Querschnittsform auf und nimmt das zweite Fluid darin auf. Es versteht sich, dass der Fluidkanal 424'''' je nach Bedarf eine beliebige andere Form aufweisen und andere Fluide aufnehmen kann. Eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 420'''', 424'''' ist größer als eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 150''''.
11 zeigt einen internen Wärmetauscher gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Bezugszahlen für einen ähnlichen Aufbau mit Bezug auf die Diskussion der obigen 1 bis 10 werden mit einem Strich (''''') wiederholt. Der gezeigte IHX 100''''' umfasst ein Außenrohr 102''''' und ein Innenrohr 104'''''. Das Innenrohr 104''''' ist innerhalb des Außenrohrs 102''''' im Verhältnis zu einer Mittelachse des IHX 100''''' koaxial angeordnet. Die Mittelachse des IHX 100''''' ist im Wesentlichen die gleiche wie eine Mittelachse des Außenrohrs 102''''' und eine Mittelachse des Innenrohrs 104'''''. Jedes der gezeigten Rohre 102''''', 104''''' ist ein getrenntes Bauteil. Es versteht sich, dass die Rohre 102''''', 104''''' je nach Bedarf durch einen beliebigen Prozess gebildet werden können, wie beispielsweise durch einen Strangpressprozess. Es versteht sich ferner, dass die Rohre 102''''', 104''''' aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein können, um die Wärmeübertragung zu erleichtern, wie beispielsweise aus einem Stahlmaterial, einem Edelstahlmaterial, einem Kupfermaterial oder einem Kunststoffmaterial. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel sind die Rohre 102''''', 104''''' aus einem Aluminiummaterial gebildet, um Kosten und Gewicht des IHX zu minimieren 100''''' und um Wärmeleitfähigkeit und Formbarkeit desselben zu maximieren. Das gezeigte Außenrohr 102''''' weist einen Außendurchmesser D₁''''' von ungefähr 27 mm auf. Das Außenrohr 102''''' weist eine im Allgemeinen glatte Außenfläche 140''''' auf. Eine Innenfläche 142''''' des Außenrohrs 102''''' umfasst mindestens eine wärmeleitende Einrichtung, wie beispielsweise eine ringförmige Gruppierung länglicher Rippen 300''''', die darauf gebildet sind und sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des IHX erstrecken 100'''''. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel umfasst die Innenfläche 142''''' zwanzig (20) darauf gebildete Rippen 300'''''. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Rippen 300''''' als gezeigt verwendet werden.
Jede der Rippen 300''''' kann je nach Bedarf eine beliebige Querschnittsform aufweisen, wie beispielsweise eine quadratische Querschnittsform, eine dreieckige Querschnittsform oder eine trapezförmige Querschnittsform. Ein Innendurchmesser D₁₁''''' des Außenrohrs 102''''', der durch einen Ansatzabschnitt 302''''' der Rippen 300''''' definiert wird, ist geringfügig größer als ein Außendurchmesser des Innenrohrs 104''''', damit das Innenrohr 104''''' mühelos innerhalb des Außenrohrs 102''''' angeordnet werden kann, während die Rohre 102''''', 104''''' zusammengebaut werden. Es versteht sich, dass die Rohre 102''''', 104''''' je nach Bedarf durch einen beliebigen Prozess zusammengebaut werden können, wie beispielsweise durch einen manuellen Zusammenbauprozess. Der Ansatzabschnitt 302''''' der Rippen 300''''' kann je nach Bedarf gerundet sein. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel beträgt der Innendurchmesser D₁₁''''' ungefähr 21 mm und ein Innendurchmesser D₂''''' des Außenrohrs 102''''', der durch die Innenfläche 142''''' derselben definiert ist, beträgt ungefähr 23 mm. Es versteht sich, dass das Innenrohr 102''''' je nach Bedarf eine beliebige Form und Größe aufweisen kann.
Die gezeigten Rippen 300''''' sind umfangsmäßig in einem im Wesentlichen einheitlichen, vorherbestimmten Intervall beabstandet und bilden eine Vielzahl von Fluidkanälen 306''''' zwischen dem Außenrohr 102''''' und dem Innenrohr 104'''''. Es versteht sich jedoch, dass die Rippen 300''''' umfangsmäßig in einem beliebigen einheitlichen oder nicht einheitlichen Intervall beabstandet sein können. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel sind zwanzig (20) Fluidkanäle 306''''' zwischen den Rohren 102''''', 104''''' gebildet, um das erste Fluid darin aufzunehmen. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Fluidkanäle 306''''' als gezeigt verwendet werden. Jeder der gezeigten Fluidkanäle 306''''' weist eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform auf. Es versteht sich, dass die Fluidkanäle 306''''' je nach Bedarf eine beliebige Querschnittsform aufweisen können. Die Ecken 308''''' der Fluidkanäle 306''''', die durch die Rippen 300''''' und die Innenfläche 142''''' des Außenrohrs 102''''' gebildet werden, können je nach Bedarf gerundet sein.
Das gezeigte Innenrohr 104''''' weist einen Außendurchmesser D₃''''' von ungefähr 21 mm und einen Innendurchmesser D₅''''' von ungefähr 18 mm auf. Es versteht sich, dass das Innenrohr 104''''' je nach Bedarf eine beliebige Form und Größe aufweisen kann. Das Innenrohr 104''''' weist eine im Allgemeinen glatte Außenfläche 144''''' und Innenfläche 154''''' auf. Mindestens eine wärmeleitende Einrichtung, wie beispielsweise eine ringförmige Gruppierung länglicher Rippen 410''''', ist zwischen der Innenfläche 154''''' des Innenrohrs 104''''' und einer Außenfläche 412''''' eines zweiten Innenrohrs 414''''' gebildet. Das zweite Innenrohr 414''''' ist innerhalb des Innenrohrs 104''''' im Verhältnis zur Mittelachse des IHX 100''''' koaxial angeordnet. Die Mittelachse des IHX 100''''' ist im Wesentlichen die gleiche wie eine Mittelachse des zweiten Innenrohrs 414'''''.
Die Rippen 410''''' sind gebildet, um sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des IHX 100''''' und davon radial nach außen zu erstrecken. Die Ecken 416''''', die dort gebildet sind, wo die Rippen 410''''' in die Innenfläche 154''''' des Innenrohrs 104''''' übergehen, und die Ecken 418''''', die dort gebildet sind, wo die Rippen 410''''' in die Außenfläche 412''''' des Innenrohrs 414''''' übergehen, können je nach Bedarf gerundet sein. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel umfasst der IHX 100''''' zehn (10) Rippen 410''''', die zwischen den Rohren 104''''', 414''''' gebildet sind. Es können je nach Bedarf mehr oder weniger Rippen 410''''' als gezeigt verwendet werden. Ein Verhältnis einer Anzahl von Rippen 410''''', die zwischen den Innenrohren 104''''', 414''''' gebildet sind, zu einer Anzahl von Rippen 146''''', die zwischen den Rohren 102''''', 104''''' gebildet sind, kann je nach Bedarf ein beliebiges Verhältnis sein, um einen Wärmeaustausch zwischen den Fluiden zu maximieren und um einen Druckabfall der Fluide zu minimieren, wie beispielsweise ein Verhältnis von 1:2.
Die gezeigten Rippen 410''''' sind umfangsmäßig in einem im Wesentlichen einheitlichen, vorherbestimmten Intervall beabstandet und bilden eine Vielzahl von Fluidkanälen 420''''' dazwischen. Es versteht sich, dass die Rippen 410''''' umfangsmäßig in einem beliebigen einheitlichen oder nicht einheitlichen Intervall beabstandet sein können. Die Rippen 410''''' erleichtern nicht nur die Wärmeübertragung zwischen den Fluiden, sondern stellen auch eine Stütze für die Rohre 102''''', 104''''', 414''''' bereit, wenn der IHX 100''''', während seiner Herstellung gebogen und geformt wird. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel sind zehn (10) im Wesentlichen keilförmige Fluidkanäle 420''''', um das zweite Fluid darin aufzunehmen, durch die Rippen 410''''' gebildet. Es versteht sich, dass je nach Bedarf mehr oder weniger Fluidkanäle 420''''' als gezeigt verwendet werden können. Es versteht sich ferner, dass die Fluidkanäle 420''''' je nach Bedarf eine beliebige Form und Größe aufweisen und andere Fluide darin aufnehmen können.
Bei einem nicht einschränkenden Beispiel beträgt eine Dicke der Rippen 300''''', 410''''' ungefähr 1,0 mm oder weniger, um eine Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 306''''', 420''''' zu maximieren und um den Druckabfall der Fluide zu minimieren. Die Dicke der Rippen 300''''', 410''''' kann an den Enden der jeweiligen Rohre 102''''', 104''''' neben den Enden des IHX 100''''' allmählich verringert werden, wobei die Dicke der Rippen 146''''', 410''''' an jedem der Enden schmaler ist als die Dicke der Rippen 146''''', 410''''' zwischen den Enden.
Das gezeigte Innenrohr 414''''' weist einen Außendurchmesser D₁₂''''' von ungefähr 6 mm und einen Innendurchmesser D₁₄''''' von ungefähr 4 mm auf. Es versteht sich, dass das Innenrohr 414''''' je nach Bedarf eine beliebige Form und Größe aufweisen kann. Das Innenrohr 414''''' vergrößert einen Oberflächenbereich, der dem dadurch fließenden Fluid ausgesetzt ist, wodurch die Wärmeübertragung zwischen den Fluiden weiter erleichtert wird. Das Innenrohr 414''''' weist eine im Allgemeinen glatte Außenfläche 412''''' und Innenfläche 422''''' auf. Die Innenfläche 422''''' des Innenrohrs 414''''' definiert einen Fluidkanal 424'''''. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel weist der Fluidkanal 424''''' eine im Allgemeinen kreisförmige Querschnittsform auf und nimmt das zweite Fluid darin auf. Es versteht sich, dass der Fluidkanal 424''''' je nach Bedarf eine beliebige andere Form aufweisen und andere Fluide aufnehmen kann. Eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 420''''', 424''''' ist größer als eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle 306'''''.
Der Betrieb der Klimaanlage 10, zu welcher der IHX 100 gehört, ist im Wesentlichen ähnlich wie der Betrieb der Klimaanlage 10, zu der mindestens einer der IHX 100', 100'', 100'''', 100'''', 100''''' gehört. Daher wird der Einfachheit halber nur der Betrieb der Klimaanlage 10, zu welcher der IHX 100 gehört, nachstehend beschrieben.
Während des Betriebs der Klimaanlage 10 wird ein dampfförmiges Kühlmittel auf Niederdruck, das aus dem Verdampfer 18 fließt, in dem Kompressor 12 aufgenommen und zu einem dampfförmigen Kühlmittel auf Hochdruck und Hochtemperatur komprimiert. Das dampfförmige Kühlmittel auf Hochdruck und Hochtemperatur wird dann aus dem Kompressor 12 ausgelassen und in dem Kondensator 14 aufgenommen. Innerhalb des Kondensators 14 wird das dampfförmige Kühlmittel auf Hochdruck und Hochtemperatur dazu veranlasst, zu einem relativ heißen, flüssigen Kühlmittel auf Hochdruck zu kondensieren, indem Wärme auf die Umgebungsluft übertragen wird. Das relativ heiße, flüssige Kühlmittel auf Hochdruck fließt dann durch die Fluidkanäle 150, die zwischen den Rohren 102, 104 des IHX 100 gebildet sind, und wird abgekühlt. Anschließend fließt das abgekühlte flüssige Kühlmittel auf Hochdruck durch die Ausdehnungsvorrichtung 16 und wird dazu veranlasst, sich in ein flüssiges Kühlmittel auf Niederdruck auszudehnen. Die Ausdehnungsvorrichtung 16 reguliert die Strömung des kühlen flüssigen Kühlmittels auf Niederdruck zum Verdampfer 18. Bei der Klimaanlage 10 befindet sich der Verdampfer 18 in einem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs. Innerhalb des Verdampfers 18 absorbiert das kühle flüssige Kühlmittel auf Niederdruck Wärme aus dem Fahrgastraum des Fahrzeugs und wird dazu veranlasst, in ein relativ kaltes, dampfförmiges Kühlmittel auf Niederdruck zu kondensieren. Das relativ kalte, dampfförmige Kühlmittel auf Niederdruck fließt dann aus dem Verdampfer in die Fluidkanäle 164 des Innenrohrs 104 des IHX 100. Eine Strömungsrichtung des relativ kalten, dampfförmigen Kühlmittels auf Niederdruck ist einer Strömungsrichtung des relativ heißen, flüssigen Kühlmittels auf Hochdruck, das durch die Fluidkanäle 150 fließt, entgegengesetzt.
Innerhalb des IHX 100 absorbiert das relativ kalte, dampfförmige Kühlmittel auf Niederdruck Wärme aus dem relativ heißen, flüssigen Kühlmittel auf Hochdruck. Entsprechend wird das dampfförmige Kühlmittel auf Niederdruck erhitzt und das flüssige Kühlmittel auf Hochdruck wird abgekühlt. Anschließend fließt das erhitzte dampfförmige Kühlmittel auf Niederdruck zum Kompressor 12, um komprimiert zu werden, und das gekühlte flüssige Kühlmittel auf Hochdruck fließt zur Ausdehnungsvorrichtung 16, wie oben beschrieben. Die wärmeleitenden Einrichtungen, wie beispielsweise die Rippen 146, 156 des IHX 100, vergrößern einen Oberflächenbereich der Rohre 102, 104, der den Fluiden ausgesetzt ist, die durch den IHX 100 fließen. Daraufhin werden die Leistung des IHX 100 (z. B. eine Wärmemenge, die zwischen den Fluiden ausgetauscht wird) und die Effizienz des IHX 100 (z. B. eine Geschwindigkeit, auf welcher der Wärmeaustausch erfolgt) maximiert. Auf Grund der maximierten Effizienz und Leistung des IHX 100 kann man die Größe, insbesondere die Länge des IHX 100, und das Gewicht desselben minimieren.
Aus der vorhergehenden Beschreibung kann ein Fachmann ohne Weiteres die wesentlichen Kennzeichen der Erfindung feststellen und, ohne ihren Geist und Umfang zu verlassen, diverse Änderungen und Modifikationen an der Erfindung vornehmen, um sie diversen Verwendungen und Bedingungen anzupassen.

Claims

Wärmetauscher, umfassend: ein Außenrohr, das mindestens einen darin gebildeten Fluidkanal umfasst, wobei der mindestens eine Fluidkanal ein erstes Fluid darin aufnimmt; und ein erstes Innenrohr, das innerhalb des Außenrohrs angeordnet ist, wobei das erste Innenrohr den mindestens einen darin gebildeten Fluidkanal umfasst, wobei der mindestens eine Fluidkanal ein zweites Fluid darin aufnimmt, und wobei eine Durchflussquerschnittsfläche des mindestens einen Fluidkanals des ersten Innenrohrs größer ist als eine Durchflussquerschnittsfläche des mindestens einen Fluidkanals des Außenrohrs.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, ferner umfassend mindestens eine wärmeleitende Einrichtung, die zwischen dem Außenrohr und dem ersten Innenrohr gebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei das erste Innenrohr mindestens eine wärmeleitende Einrichtung umfasst, die auf einer Innenfläche derselben gebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, ferner umfassend ein zweites Innenrohr, das in dem ersten Innenrohr angeordnet ist, wobei das zweite Innenrohr den mindestens einen darin gebildeten Fluidkanal umfasst.
Wärmetauscher nach Anspruch 4, ferner umfassend mindestens eine wärmeleitende Einrichtung, die zwischen dem ersten Innenrohr und dem zweiten Innenrohr gebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei das erste Fluid ein flüssiges Kühlmittel und das zweite Fluid ein dampfförmiges Kühlmittel ist.
Wärmetauscher, umfassend: ein Außenrohr, das mindestens einen darin gebildeten Fluidkanal umfasst, wobei der mindestens eine Fluidkanal ein erstes Fluid darin aufnimmt; ein erstes Innenrohr, das innerhalb des Außenrohrs angeordnet ist, wobei das erste Innenrohr den mindestens einen darin gebildeten Fluidkanal umfasst, wobei der mindestens eine Fluidkanal ein zweites Fluid darin aufnimmt, und wobei eine Durchflussquerschnittsfläche des mindestens einen Fluidkanals des ersten Innenrohrs größer ist als eine Durchflussquerschnittsfläche des mindestens einen Fluidkanals des Außenrohrs; und eine erste Vielzahl von wärmeleitenden Einrichtungen, die auf einer Innenfläche des ersten Innenrohrs gebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei die wärmeleitenden Einrichtungen umfangsmäßig in einem vorherbestimmten Intervall beabstandet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei eine Dicke der wärmeleitenden Einrichtungen an den Enden des Wärmetauschers allmählich abnimmt.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei eine Höhe der wärmeleitenden Einrichtungen an den Enden des Wärmetauschers allmählich abnimmt.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, ferner umfassend eine erste Vielzahl von wärmeleitenden Einrichtungen, die zwischen dem Außenrohr und dem ersten Innenrohr gebildet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 11, wobei eine Anzahl der wärmeleitenden Einrichtungen, die zwischen dem Außenrohr und dem ersten Innenrohr gebildet sind, größer ist als eine Anzahl der wärmeleitenden Einrichtungen, die auf der Innenfläche des ersten Innenrohrs gebildet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, ferner umfassend eine zweite Vielzahl von wärmeleitenden Einrichtungen, die auf einer Innenfläche des ersten Innenrohrs gebildet sind, wobei eine Höhe der zweiten Vielzahl von wärmeleitenden Einrichtungen, die auf der Innenfläche des ersten Innenrohrs gebildet sind, geringer als eine Höhe der ersten Vielzahl von darauf gebildeten wärmeleitenden Einrichtungen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, ferner umfassend eine dritte Vielzahl von wärmeleitenden Einrichtungen, die auf einer Innenfläche des ersten Innenrohrs gebildet sind, wobei eine Höhe der dritten Vielzahl von wärmeleitenden Einrichtungen, die auf der Innenfläche des ersten Innenrohrs gebildet sind, geringer als eine Höhe der zweiten Vielzahl von darauf gebildeten wärmeleitenden Einrichtungen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 14, wobei eine Anzahl der wärmeleitenden Einrichtungen, die zwischen dem Außenrohr und dem ersten Innenrohr gebildet sind, geringer ist als eine Anzahl der wärmeleitenden Einrichtungen, die auf der Innenfläche des ersten Innenrohrs gebildet sind.
Wärmetauscher, umfassend: ein Außenrohr, das mindestens einen darin gebildeten Fluidkanal umfasst, wobei der mindestens eine Fluidkanal ein erstes Fluid darin aufnimmt; ein erstes Innenrohr, das innerhalb des Außenrohrs angeordnet ist, wobei das erste Innenrohr den mindestens einen darin gebildeten Fluidkanal umfasst, wobei der mindestens eine Fluidkanal ein zweites Fluid darin aufnimmt; ein zweites Innenrohr, das in dem ersten Innenrohr angeordnet ist, wobei das zweite Innenrohr den mindestens einen darin gebildeten Fluidkanal umfasst, wobei der mindestens eine Fluidkanal das zweite Fluid darin aufnimmt; und eine Vielzahl von wärmeleitenden Einrichtungen, die zwischen dem ersten Innenrohr und dem zweiten Innenrohr gebildet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 16, wobei eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche der Fluidkanäle der Innenrohre größer ist als eine kumulierte Durchflussquerschnittsfläche des mindestens einen Fluidkanals des Außenrohrs.
Wärmetauscher nach Anspruch 16, wobei die wärmeleitenden Einrichtungen, die zwischen dem ersten Innenrohr und dem zweiten Innenrohr gebildet sind, umfangsmäßig in einem vorherbestimmten Intervall beabstandet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 16, ferner umfassend eine erste Vielzahl von wärmeleitenden Einrichtungen, die zwischen dem Außenrohr und dem ersten Innenrohr gebildet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, wobei eine Anzahl der wärmeleitenden Einrichtungen, die zwischen dem Außenrohr und dem ersten Innenrohr gebildet sind, größer ist als eine Anzahl der wärmeleitenden Einrichtungen, die auf der Innenfläche des ersten Innenrohrs gebildet sind.