DE102018131871A1 - Wärmetauscher - Google Patents

Abstract

Ein Wärmetauscher mit einer optimalen Konstruktion wird geschaffen, die eine geeignete Druckbeständigkeit und Herstellungseigenschaften erfüllt sowie die Wärmeübertragungsleistung in einer Innenwanddicke, einer Außenwanddicke und der Anzahl von Löchern eines extrudierten Rohrs maximiert. Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf das Schaffen eines Wärmetauschers mit einer optimalen Konstruktion gerichtet, die auf der Basis einer systematischeren Regel ausgebildet ist, so dass sie leicht auf Rohre mit verschiedenen Größen angewendet wird.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die folgende Offenbarung bezieht sich auf einen Wärmetauscher und insbesondere auf einen Wärmetauscher, der in einer Hochdruckumgebung betrieben wird und ein Rohr umfasst, das gemäß einem Extrusionsverfahren hergestellt ist und in der Druckbeständigkeit und Wärmeübertragungsleistung optimiert ist.
• HINTERGRUND
• Ein Wärmetauscher ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Wärmeaustauschs zwischen einem Arbeitsfluid und einer Randumgebung wie z. B. Umgebungsluft und anderen Fluiden. Im Allgemeinen umfasst ein umfangreich verwendeter Wärmetauscher einen Strömungskanal, durch den ein Arbeitsfluid hindurchgeht, und ein Rohr mit einer Rohrwand für die Wärmeübertragung auf ein externes Medium (Rippe oder dergleichen). In der Konfiguration des Wärmetauschers sind mehrere Rohre im Allgemeinen parallel angeordnet und Rippen sind zwischen den Rohren vorgesehen, um die Wärmeübertragungsleistung zu verbessern.
• Die Wärmetauscherrohre weisen im Allgemeinen jeweils eine Form einer flachen Röhre auf, in der die Rippen hartgelötet sind, so dass sie jeweils mit der Außenseite der flachen Oberflächen der Rohre verbunden sind. Solche Wärmetauscherrohre können in einer Vielfalt von Weisen ausgebildet werden. Ein Verfahren zum Biegen einer dünnen Metallplatte und Verbinden der Enden wird beispielsweise üblicherweise verwendet. Im Fall der Rohre, die in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet sind, kann jedoch, wenn ein Arbeitsfluid in den Wärmetauscherrohren mit einem hohen Druck strömt, eine Spannung an einem Verbindungsabschnitt konzentriert werden, so dass der Verbindungsabschnitt bricht, was ein Problem eines Austritts des Arbeitsfluids verursacht. Folglich verwendet ein Hochdruckwärmetauscher im Allgemeinen Rohre, die gemäß einem Extrusionsverfahren ausgebildet sind, das keinen Verbindungsabschnitt verursacht.
• Ein extrudiertes Rohr kann leicht so hergestellt werden, dass es einen Querschnitt mit einer komplizierten Form aufweist, im Vergleich zu einem in einer Plattenbindungsweise hergestellten Rohr. Folglich ist das extrudierte Rohr leichter herzustellen, so dass es einen Querschnitt mit einer komplizierten Form aufweist, im Vergleich zu einem Rohr, das gemäß einem Plattenbindungsschema hergestellt ist. Um die Wärmeübertragungsleistung in einen Strömungskanal im Rohr weiter zu verbessern, wird folglich im Fall des extrudierten Rohrs eine Konstruktion zum Ausbilden von mehreren Trennwänden (nachstehend als „Innenwände“ bezeichnet) in einem Strömungskanal (d. h. einem Rohrinnenraum) in vielen Fällen eingeführt. In dieser Weise wird die Fläche des Rohrinnenraums in Kontakt mit einem Arbeitsfluid (Kühlmittel) vergrößert, um eine Menge an Wärme, die vom Arbeitsfluid auf das Rohr übertragen wird, zu erhöhen, was folglich die Wärmeübertragungsleistung erhöht.
• Wenn jedoch zu viele Innenwände im Rohrströmungskanal ausgebildet sind (das heißt wenn zu viele Löcher ausgebildet sind), kann eine Durchflussrate des Arbeitsfluids selbst verringert werden, so dass die Wärmeübertragungsleistung eher verschlechtert wird. Um ein solches Problem zu vermeiden, kann eine Konstruktion zum Verringern einer Dicke der Innenwand eingeführt werden. Wenn in diesem Fall die Innenwand zu dünn ist, kann die Innenwand aufgrund des internen Drucks des Arbeitsfluids bersten und die Konstruktionsleistung kann nicht verwirklicht werden. Wenn die Dicke der Innenwand zu dünn ist, ist auch eine wesentliche Herstellung selbst schwierig.
• In Anbetracht von solchen verschiedenen Faktoren ist es erforderlich, die Wärmeübertragungsleistung in der Innenwanddicke, der Außenwanddicke und der Anzahl von Löchern des extrudierten Rohrs zu maximieren und gleichzeitig eine optimale Konstruktion zu haben, die eine geeignete Druckbeständigkeit und Herstellungseigenschaften erfüllt. Als Beispiel einer Technik zum Darstellen einer solchen Konstruktion offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-093144 („Heat Exchanging Tube and Heat Exchanger“, veröffentlicht am 12. April 2007) eine Technik zum Begrenzen von Zahlenwerten hinsichtlich verschiedener Größen eines extrudierten Rohrs, um die Steifigkeit gegen einen externen Stoß aufrechtzuerhalten, während die Wärmeübertragungsleistung sichergestellt wird. Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2016-186398 („Heat Exchanging Tube and Heat Exchanger Using the Heat Exchanging Tube“, veröffentlicht am 27. Okt. 2016) offenbart auch eine Technik hinsichtlich einer Form und einer Größe eines extrudierten Rohrs, die in der Lage ist, Herstellungseigenschaften zu verbessern, während ein leichtes Gewicht sichergestellt wird.
• Es besteht jedoch ein anhaltender Bedarf an einer optimierten Konstruktion eines systematischeren Wärmetauschers, der leicht auf Rohre mit verschiedenen Größen angewendet werden kann, während alle der Wärmeübertragungsleistung, der Druckbeständigkeit, der Herstellungseigenschaften und dergleichen erfüllt werden, wie gewünscht.
• [Dokument des Standes der Technik]
• [Patentdokument]
1. 1. Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-093144 („Heat Exchanging Tube and Heat Exchanger“, 12.04.2007)
2. 2. Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2016-186398 („Heat Exchanging Tube and Heat Exchanger Using the Heat Exchanging Tube“, 27.10.2016)
• ZUSAMMENFASSUNG
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf die Schaffung eines Wärmetauschers mit einer optimalen Konstruktion gerichtet, die eine geeignete Druckbeständigkeit und Herstellungseigenschaften erfüllt sowie die Wärmeübertragungsleistung in einer Innenwanddicke, einer Außenwanddicke und der Anzahl von Löchern eines extrudierten Rohrs maximiert. Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf das Schaffen eines Wärmetauschers mit einer optimalen Konstruktion gerichtet, die auf der Basis einer systematischeren Regel ausgebildet ist, so dass sie leicht auf Rohre mit verschiedenen Größen angewendet wird.
• In einem allgemeinen Aspekt umfasst ein Wärmetauscher: ein Paar von Kopftanks, die parallel und um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet ausgebildet sind; mehrere Rohre, die am dem Paar von Kopftanks an beiden Enden befestigt sind, um einen Strömungskanal eines Kühlmittels zu bilden; und eine Rippe, die zwischen die Rohre eingefügt ist, wobei die mehreren Rohre extrudierte Rohre sind, und wenn jedes Rohr derart ausgebildet ist, dass eine Rohrbreite größer ist als eine Rohrhöhe und ein Strömungskanal im Rohr in mehrere Löcher unterteilt ist, die parallel zum Rohr in einer Breitenrichtung durch mehrere Innenwände ausgebildet sind, die sich in einer Höhenrichtung des Rohrs erstrecken, die Rohrbreite, eine Außenwanddicke an einem Endabschnitt des Rohrs in der Breitenrichtung, eine Lochbreite und eine Innenwanddicke eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die folgende Formel erfüllt ist: $$\mathrm{2,5}<\text{A}/\text{B<4}$$

  

  $$\mathrm{0,07}<\text{B<0}\text{,2}\left(\text{mm}\right)$$

  

  $$\text{0}\text{,2<Tw}\left(\text{A}+\text{B}\right)/\left(\text{Tw - 2Tn}\right)<\mathrm{0,6}\left(\text{mm}\right)$$

  

  (Hier gilt: Tw: Rohrbreite, Tn: Außenwanddicke am Endabschnitt des Rohrs in der Breitenrichtung, A: Lochbreite, B: Innenwanddicke).
• Im Wärmetauscher können auch mehrere Lamellen an der Rippe ausgebildet sein und die Lochbreite, die Innenwanddicke, ein Lamellenabstand können eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die folgende Formel ferner erfüllt ist: $$\text{A}+\text{B<Lp}$$

  

  (Hier gilt A: Lochbreite, B: Innenwanddicke, Lp: Lamellenabstand).
• Im Wärmetauscher kann auch die Innenwanddicke B eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die folgende Formel ferner erfüllt ist: $$\mathrm{0,1}<\text{B<0}\text{,18}\left(\text{mm}\right)$$

  
• Oder bevorzugter kann im Wärmetauscher die Innenwanddicke B eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die folgende Formel ferner erfüllt ist: $$\mathrm{0,07}<\text{B<0}\text{,18}\left(\text{mm}\right)$$

  
• Oder im Wärmetauscher kann die Innenwanddicke B eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die folgende Formel ferner erfüllt ist: $$\mathrm{0,1}<\text{B<0}\text{,15}\left(\text{mm}\right).$$

  
• Oder bevorzugter kann im Wärmetauscher die Innenwanddicke B eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die folgende Formel ferner erfüllt ist: $$\mathrm{0,07}<\text{B<0}\text{,15}\left(\text{mm}\right)$$

  
• Die mehreren Rohre können aus Aluminium ausgebildet sein.
• Weitere Merkmale und Aspekte sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich.
• Figurenliste
• 1 ist eine perspektivische Ansicht eines allgemeinen Rippen-Rohr-Wärmetauschers.
• 2 ist eine Draufsicht eines extrudierten Rohrs und einer Lamellen-Stift-Kombination.
• 3 ist eine Ansicht, die die Definition jedes Teils eines extrudierten Rohrs darstellt.
• 4 stellt Simulationsergebnisse einer Beziehung zwischen der Lochbreite/der Innenwanddicke und dem Berstdruck oder der Wärmeübertragungsleistung dar.
• 5 stellt ein Simulationsergebnis einer Beziehung zwischen einer Lochbreite, der Anzahl von Innenwanddickensätzen und der Wärmeübertragungsleistung dar.
• 6 stellt einen Bereich von optimalen Konstruktionsbedingungen für eine Lochbreite und eine Innenwanddicke dar.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Nachstehend wird ein Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
• 1 ist eine perspektivische Ansicht eines allgemeinen Rippen-Rohr-Wärmetauschers. Wie in 1 dargestellt, umfasst ein typischer Wärmetauscher 100 vom Rippen-Rohr-Typ ein Paar von Kopftanks 110, die parallel und um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet ausgebildet sind, mehrere Rohre 120, die an dem Paar von Kopftanks 110 an beiden Enden befestigt sind, um einen Strömungskanal eines Kühlmittels zu bilden, und eine Rippe 130, die zwischen die Rohre 120 eingefügt ist. Hier ist das Rohr 120 ein extrudiertes Rohr, das durch ein Extrusionsverfahren ausgebildet ist und keine Verbindung aufweist. Ferner können mehrere Lamellen 135 an der Rippe 130 ausgebildet sein und 2 stellt eine Draufsicht einer Kombination des extrudierten Rohrs und der Lamelle dar. Der Wärmetauscher 100 kann ein Kondensator sein und das Rohr 120 kann aus Aluminium ausgebildet sein.
• In der vorliegenden Erfindung wird eine optimale Konstruktion, die durch systematischere Regeln zwischen den Größen jedes Teils des Rohrs 120 hergestellt ist, vorgeschlagen, um die Leistung der Wärmeübertragung von einem Kühlmittel auf eine Innenwand des Rohrs zu verbessern und Druckbeständigkeit und Herstellungseigenschaften durch eine geeignete Innen- und Außenwanddicke des Rohrs sicherzustellen.
• 3 stellt die Definition jedes Teils des extrudierten Rohrs dar, wobei eine Rohrbreite Tw, eine Rohrhöhe Th, die Außenwanddicke Tn an einem Endabschnitt des Rohrs 120 in einer Breitenrichtung, eine Lochbreite A und eine Innenwanddicke B dargestellt sind. Wie in 3 dargestellt, ist beim Rohr 120 der vorliegenden Erfindung die Rohrbreite Tw größer als die Rohrhöhe Th und ein Strömungskanal im Rohr 120 ist in mehrere Löcher 122 unterteilt, die parallel in einer Breitenrichtung des Rohrs 120 durch mehrere Innenwände 121 ausgebildet sind, die sich in einer Höhenrichtung des Rohrs 120 erstrecken.
• Bedingung zum Sicherstellen der Druckbeständigkeit
• Um die Leistung der Wärmeübertragung von einem Kühlmittel auf die Innenwand des Rohrs zu verbessern, ist es erforderlich, eine Kontaktlänge mit dem Kühlmittel an einem internen Querschnitt des Rohrs, durch den das Kühlmittel hindurchtritt, ferner eine Kühlmitteldurchgangsquerschnittsfläche, zu vergrößern. Von diesem Gesichtspunkt kann, wenn die Anzahl der Löcher 122 zunimmt, wenn die Dicken der Innenwand 121 und der Außenwand abnehmen, die Wärmeübertragungsleistung erhöht werden.
• Da jedoch das Kühlmittel, das im Rohr 120 strömt, einen signifikant hohen Druck aufweist, kann, wenn die Innenwanddicke B zu dünn ist, die Innenwand 121 bersten. Es ist bekannt, dass ein maximaler Betriebsdruck des Kühlmittels, das im Rohr 120 strömt, 25 kg/cm² ist. Hier ist der Sicherheitsfaktor im Allgemeinen 3- bis 4-mal größer, und wenn der Druck, bei dem die Innenwand 121 birst, der Berstdruck Pb ist, kann folglich die Innenwanddicke B derart bestimmt werden, dass der Berstdruck Pb etwa 85 kg/cm² ist. Die Innenwände 121 sind um einen Raum voneinander beabstandet, der der Lochbreite A entspricht, und obwohl die Innenwanddicke B gleich ist, nimmt die Druckbeständigkeit zu, wenn die Lochbreite A abnimmt. Folglich kann die Druckbeständigkeit gemeinsam in Anbetracht der Innenwanddicke B und der Lochbreite A bestimmt werden, anstatt nur durch einen einzigen Indikator der Innenwanddicke B bestimmt zu werden.
• In diesem Gesichtspunkt wurde angenommen, dass ein Arbeitsraum, in dem das Paar von Innenwänden 121 in einem Raum mit einer Höhe gleich der Rohrhöhe Th ausgebildet wurde, und eine Beziehung zwischen der Lochbreite A/Innenwanddicke B und dem Druck des Kühlmittels, das im Arbeitsraum strömt, zu einem Zeitpunkt, wenn die Innenwand 121 birst, d. h. der Berstdruck Pb, wurde simuliert.
• Gemäß den in 4(A) dargestellten Ergebnissen nimmt der Berstdruck Pb gewöhnlich ab, wenn die Lochbreite A/Innenwanddicke B zunimmt. Hier ist die Lochbreite A/Innenwanddicke B, wenn der Berstdruck Pb 85 kg/cm² entspricht (wie vorstehend beschrieben), ungefähr 2,5. Daher kann der Wert der Lochbreite A/Innenwanddicke B als größer als 2,5 bestimmt werden.
• Wie vorstehend beschrieben, wird die Druckbeständigkeit verbessert, wenn der Wert der Lochbreite A/Innenwanddicke B zunimmt, wenn jedoch dieser Wert zu groß ist, kann ein anderes Problem entstehen. Details davon sind wie folgt. Wenn der Wert der Lochbreite A/Innenwanddicke B zunimmt, bedeutet es, dass die Innenwanddicke B abnimmt, wenn die Lochbreite A fest ist, oder die Lochbreite A zunimmt, wenn die Innenwanddicke B fest ist. Insbesondere wenn die Lochbreite A übermäßig zunimmt, kann die Anzahl von Löchern 122, die im einzelnen Rohr 120 ausgebildet sind, abnehmen, und in diesem Fall nimmt eine Kontaktquerschnittsfläche zwischen dem Kühlmittel und der Rohrinnenwand ab, so dass die Wärmeübertragungsleistung verringert wird. Die letztliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Wärmeübertragungsleistung zu maximieren, und folglich muss der Wert der Lochbreite A/Innenwanddicke B innerhalb eines Bereichs bestimmt werden, in dem sich die Wärmeübertragungsleistung nicht verschlechtert.
• Von diesem Gesichtspunkt wurde ein Variationsaspekt eines Wärmeübertragungskoeffizienten h über die Erhöhung der Lochbreite A/Innenwanddicke B simuliert.
• Wie in 4(B) dargestellt, wenn die Lochbreite A/Innenwanddicke B zunimmt, nimmt gewöhnlich der Wärmeübertragungskoeffizient h der Kühlmittelseite (d. h. der Innenseite des Rohrs) zu und beginnt, an einem bestimmten Punkt abzunehmen. Die Lochbreite A/Innenwanddicke B an einem Punkt, an dem der Wert des Wärmeübertragungskoeffizienten h auf der Kühlmittelseite maximiert wird, kann natürlich als maximaler Wert bestimmt werden, aber in diesem Fall kann der Freiheitsgrad der Konstruktion übermäßig begrenzt werden. Unterdessen ist der Wert der Lochbreite A/Innenwanddicke B an einem Punkt, an dem der Wärmeübertragungskoeffizient (h) auf der Kühlmittelseite etwa 75 % des maximalen Werts ist, etwa 4. Tatsächlich wurden die Wärmeübertragungskoeffizienten h auf der Kühlmittelseite (d. h. der Innenseite des Rohrs) in einem allgemeinen Rohr ohne Innenwand und in einem Rohr mit der Lochbreite A/Innenwanddicke B von 4 gemessen und Ergebnisse davon zeigen, dass der Wärmeübertragungskoeffizientenwert auf der Kühlmittelseite im Rohr gemäß der Konstruktion der vorliegenden Erfindung verbessert wurde, so dass er etwa 650 % höher als jener des allgemeinen Rohrs war. Das heißt, der Wärmeübertragungskoeffizient kann selbst an einem Punkt ausreichend merklich verbessert werden, an dem der Wärmeübertragungskoeffizientenwert kein maximaler Wert ist, im Vergleich zum existierenden Fall. In Anbetracht dessen kann der Wert der Lochbreite A/Innenwanddicke B als kleiner als 4 bestimmt werden.
• Das heißt, das Rohr 120 kann eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die folgende Formel erfüllt ist: $$\mathrm{2,5}<\text{A/B<4}$$

  
• Bedingung zum Sicherstellen von Herstellungseigenschaften
• Wie vorstehend bei der Bedingung zum Sicherstellen der Druckbeständigkeit beschrieben, gibt die Erhöhung des Werts der Lochbreite A/Innenwanddicke B die Abnahme der Innenwanddicke B, wenn die Lochbreite A fest ist, an. Die Wärmeübertragungsleistung kann verbessert werden, wenn die Innenwanddicke B innerhalb eines Bereichs abnimmt, in dem die Druckbeständigkeit erfüllt ist. Wenn jedoch die Innenwanddicke B übermäßig verringert wird, kann die Innenwand 121 im Prozess der Herstellung des Rohrs 120 gemäß einem Extrusionsschema nicht korrekt hergestellt werden. Das heißt, um die Herstellungseigenschaften sicherzustellen, muss die Innenwanddicke B einen Wert gleich oder größer als eine Dicke aufweisen, die durch allgemeine Extrusion hergestellt werden kann, und hier ist bekannt, dass ein Grenzwert der Dicke, die in einem Extrusionsprozess hergestellt werden kann, 0,07 bis 0,10 auf dem technischen Gebiet des Extrusionsprozesses ist. Folglich kann die Innenwanddicke B als größer als 0,07 bestimmt werden, was eine Herstellungsgrenze ist.
• Die vorstehend erwähnte Herstellungsgrenze ist jedoch ein Wert, der unter Verwendung der besten Ausrüstung, Materialien, Bedingungen usw. erhalten werden kann, und praktisch ist es nicht leicht, die Herstellungsgrenze in einem praktischen Produktionsgebiet eines Massenproduktionssystems zu verwirklichen. Das heißt, wenn die Innenwanddicke abnimmt, kann die Innenwand im Prozess der Herstellung gebogen werden oder bersten oder die Dicken von mehreren Innenwänden können nicht gleichmäßig sein. Das heißt, wenn die Innenwanddicke abnimmt, nimmt eine Defektrate zu (eine Bestehensrate nimmt ab), und wenn die Innenwanddicke zunimmt, nimmt dagegen die Defektrate ab (die Bestehensrate nimmt zu). Das heißt, es ist bevorzugt, dass die Innenwanddicke auf ein geeignetes Niveau abnimmt, auf dem die Bestehensrate nicht übermäßig verringert wird. Mit anderen Worten, ein maximaler Wert der Innenwanddicke kann gemäß der Bestehensrate bestimmt werden. Es wurde berichtet, dass eine Bestehensrate etwa 98 % war, wenn die Innenwanddicke B 0,2 mm an einem Massenproduktionsort des extrudierten Rohrs ist, und folglich kann die Innenwanddicke B ein Maximum von 0,2 mm sein. Zusammenfassend kann die Innenwanddicke B eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die folgende Formel erfüllt ist:
• (Die Bestehensrate von 98 % oder größer wird bei der Massenproduktion sichergestellt) $$\mathrm{0,07}<\text{B<0}\text{,2}\left(\text{mm}\right).$$

  
• Wie vorstehend beschrieben, ist bekannt, dass die gegenwärtige Herstellungsgrenze 0,07 ist, aber wenn sich die Extrusionsherstellungstechnologie entwickelt, kann ein geringerer Wert auch möglich sein. Wenn jedoch die Innenwanddicke B in Anbetracht der Entwicklungszustände der gegenwärtigen Extrusionsherstellungstechnologie auf die Herstellungsgrenze abnimmt, kann ein minimaler Wert der Innenwanddicke B am meisten bevorzugt 0,07 sein. Wenn ferner die Herstellungsleichtigkeit berücksichtigt wird, kann hier der minimale Wert der Innenwanddicke B 0,1 sein, so dass die Innenwanddicke so hergestellt werden kann, dass sie einen Wert aufweist, der geringfügig größer ist als die Herstellungsgrenze. Unterdessen wurde berichtet, dass eine Bestehensrate 95 % war, wenn die Innenwanddicke B 0,18 mm ist. Von diesem Gesichtspunkt kann die Innenwanddicke B eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die folgende Formel erfüllt ist:
• (Die Bestehensrate von 95 % oder größer wird bei der Massenproduktion sichergestellt) $$\mathrm{0,1}<\text{B<0}\text{,18}\left(\text{mm}\right)\left(\text{in Anbetracht der leichten Herstellung}\right)$$

  

  $$\text{Formel 2}-12:\mathrm{0,07}<\text{B<0}\text{,18}\left(\text{mm}\right)\left(\text{wenn sie so dünn wie die Herstellungsgrenze hergestellt wird}\right)$$

  
• Ferner wurde berichtet, dass, wenn die Innenwanddicke B 0,15 mm ist, die Bestehensrate etwa 90 % ist. Von diesem Gesichtspunkt, wie vorstehend beschrieben, wird die Dicke der Innenwand so hergestellt, dass sie so dünn wie die Herstellungsgrenze ist oder eine leichte Herstellung ebenso berücksichtigt wird, und die Innenwanddicke B kann eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die folgende Formel erfüllt ist:
• (Die Bestehensrate von 90 % oder größer wird bei der Massenproduktion sichergestellt) $$\mathrm{0,1}<\text{B<0}\text{,15}\left(\text{mm}\right)\left(\text{in Anbetracht der leichten Herstellung}\right)$$

  

  $$\text{Formel 2}-22:\mathrm{0,07}<\text{B<0}\text{,15}\left(\text{mm}\right)\left(\text{wenn sie so dünn wie die Herstellungsgrenze hergestellt wird}\right).$$

  
• Bedingung zum Verbessern der Wärmeübertragungsleistung
• Im Allgemeinen kann eine äußere Größe des Rohrs 120 im Voraus gemäß einer erforderlichen Größe des Wärmetauschers 100 selbst bestimmt werden, oder um das neu konstruierte Rohr 120 der vorliegenden Erfindung im existierenden Wärmetauscher zu ersetzen, kann die äußere Größe des Rohrs 120 im Voraus bestimmt werden, da es dieselbe wie eine äußere Größe des existierenden Wärmetauscherrohrs sein soll. Hier umfasst die äußere Größe des Rohrs 120 die Rohrbreite Tw und die Rohrhöhe Th. Wenn der Wärmetauscher 100 in einer Fahrzeugklimaanlage verwendet wird, kann ein Risiko einer Kollision von Steinstücken, die vom Boden abprallen, bestehen. In Anbetracht eines solchen Risikos kann die Außenwanddicke Tn am Ende des Rohrs 120 in der Breitenrichtung auch im Voraus bestimmt werden (als spezieller Wert mit einer ausreichenden Steifigkeit gegen das vorstehend beschriebene Kollisionsrisiko). Da die Rohrbreite Tw und die Außenwanddicke Tn am Endabschnitt des Rohrs 120 in der Breitenrichtung im Voraus bestimmt werden, wie vorstehend beschrieben, kann ein Strömungskanalraum im Rohr 120 in Anbetracht der Rohrbreite Tw und der Außenwanddicke Tn konstruiert werden.
• Wie vorstehend beschrieben, wenn die Anzahl der Innenwände 121, die im Strömungskanal ausgebildet sind, und die Anzahl der Löcher 122, die durch die Innenwände 121 im Rohr 120 ausgebildet sind, zunehmen, nimmt eine Kontaktfläche zwischen dem Kühlmittel und der Rohrinnenwand zu, so dass die Wärmeübertragungsleistung erhöht wird. Wenn jedoch die Zahlen der Innenwände 121 und der Löcher 122 zu groß sind, kann eine absolute Strömungsmenge des Kühlmittels selbst verringert werden, so dass die Wärmeübertragungsleistung eher verschlechtert wird.
• Das heißt, in dieser Stufe, in der Bedingungen zum Verbessern der Wärmeübertragungsleistung betrachtet werden, werden die Zahlen von Innenwänden 121 und der Löcher 122, die im Strömungskanalraum enthalten sind, in Anbetracht der Rohrbreite Tw, der Außenwanddicke Tn am Ende des Rohrs 120 in der Breitenrichtung und dergleichen geeignet bestimmt, um somit die Wärmeübertragungsleistung zu maximieren. Im Einzelnen wird ein Wert, der durch Multiplizieren eines Werts, der die Rohrbreite Tw als Wert normiert, der durch Subtrahieren des Paars von Außenwanddicken Tn von der Rohrbreite Tw erhalten wird, mit der Lochbreite A und der Innenwanddicke B erhalten wird, als Bestimmungsindikator (Tw(A+B)/(Tw-2Tn)) festgelegt.
• 5 stellt Simulationsergebnisse einer Beziehung zwischen den Zahlen von Lochbreiten- und Innenwanddickensätzen und der Wärmeübertragungsleistung dar. Wenn der Wert des Bestimmungsindikators (Tw(A+B)/(Tw-2Tn)) zunimmt, nimmt gewöhnlich die Wärmeübertragungsleistung allmählich zu und beginnt an einem bestimmten Punkt abzunehmen. Aus dem ähnlichen Gesichtspunkt zur Beschreibung von 4(B) kann der Wert des Bestimmungsindikators (Tw(A+B)/(Tw-2Tn)) als Wert bestimmt werden, bei dem die Wärmeübertragungsleistung maximiert wird, aber in diesem Fall kann der Freiheitsgrad der Konstruktion übermäßig begrenzt werden. In Anbetracht dessen kann ein Grenzwert des Bereichs des Bestimmungsindikators (Tw(A+B)/(Tw-2Tn)) an dem Punkt, der etwa 75 % des maximalen Werts der Wärmeübertragungsleistung entspricht, etwa 0,2/0,6 sein. Folglich kann der Wert des Bestimmungsindikators (Tw(A+B)/(Tw-2Tn)) als Wert innerhalb des Bereichs von 0,2 bis 0,6 bestimmt werden.
• Das heißt, das Rohr 120 kann eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die folgende Formel erfüllt ist: $$\mathrm{0,2}<\text{Tw}\left(\text{A}+\text{B}\right)/\left(\text{Tw}-2\text{Tn}\right)<\mathrm{0,6}\left(\text{mm}\right)$$

  
• Zugehörige Bedingung mit Rippenform
• Wärme, die vom Kühlmittel auf die Innenwandoberfläche im Rohr 120 übertragen wird, wird auf die äußere Oberfläche des Rohrs 120 übertragen und schließlich als Außenluft abgeführt. Die Rippe 130 ist vorgesehen, um die auf die äußere Oberfläche des Rohrs 120 übertragene Wärme effizienter auf die Außenluft zu übertragen. Das heißt, Wärme, die zur äußeren Oberfläche des Rohrs 120 übertragen wird, wird zur Rippe 130 übertragen, so dass die Fläche in Kontakt mit der Außenluft zur äußeren Oberfläche des Rohrs 120 und zur Oberfläche der Rippe 130 erweitert wird, und folglich die Leistung der Wärmeübertragung zur Außenluft signifikant verbessert werden kann. Wie in 2 dargestellt, können hier mehrere Lamellen 135 an der Rippe 130 ausgebildet sein, um die Kontaktfläche mit der Außenluft weiter zu vergrößern.
• Wie in 2 dargestellt, sind eine Richtung, in der die Lamellen 135 parallel angeordnet sind, und eine Richtung, in der der Satz aus Innenwand 121 und Loch 122 parallel angeordnet ist, dieselbe wie eine Breitenrichtung des Rohrs 120. Die Menge an Wärme, die vom Inneren des Rohrs 120 zur äußeren Oberfläche des Rohrs 120 übertragen wird, ist lokal in einer Position, die der Position der Innenwand 121 entspricht, geringfügig größer und ist in einer Position, die der Position des Lochs 122 entspricht, geringer. Angesichts dessen ist, um die Wärmeübertragungsleistung zu maximieren, vorzugsweise mindestens ein Satz aus Innenwand 121 und Loch 122 im Breitenbereich einer Lamelle 135 enthalten.
• Das heißt, das Rohr 120 weist vorzugsweise eine Größe innerhalb eines Bereichs auf, in dem die folgende Formel erfüllt ist: $$\text{A}+\text{B<Lp}$$

  

  (A: Lochbreite, B: Innenwanddicke, Lp: Lamellenabstand).
• Optimale Konstruktionsbedingung
• Die optimalen Konstruktionsbedingungen für die Lochbreite A und die Innenwanddicke B in Anbetracht der Druckbeständigkeit, der Herstellungseigenschaften und der Wärmeübertragungsleistung können wie folgt zusammengefasst werden: $$\mathrm{2,5}<\text{A}/\text{B<4}$$

  

  $$\mathrm{0,07}<\text{B<0}\text{,2}\left(\text{mm}\right)$$

  

  $$\mathrm{0,2}<\text{Tw}\left(\text{A}+\text{B}\right)/\left(\text{Tw}-2\text{Tn}\right)<\mathrm{0,6}\left(\text{mm}\right)$$

  
• 6 ist ein Graph, der einen Bereich von optimalen Konstruktionsbedingungen für die Lochbreite und die Innenwanddicke darstellt. In 6 stellt ein Paar von Graphen, die durch (1) angegeben sind, einen oberen Grenzwert bzw. einen unteren Grenzwert der Formel 1 dar, ein Paar von Graphen, die durch (2) angegeben sind, stellt einen oberen Grenzwert bzw. einen unteren Grenzwert der Formel 2 dar, und ein Paar von Graphen, die durch (3) angegeben sind, stellt einen oberen Grenzwert bzw. einen unteren Grenzwert von Formel 3 dar. Ein Abschnitt, in dem drei Flächen, d. h. eine Fläche, die durch das Paar von Graphen gebildet ist, die durch (1) angegeben sind, eine Fläche, die durch das Paar von Graphen gebildet ist, die durch (2) angegeben sind, und eine Fläche, die durch das Paar von Graphen gebildet ist, die durch (3) angegeben sind, überlappen, das heißt der als dickster in 6 gezeigte Flächenabschnitt, ist der optimale Konstruktionsbedingungsbereich.
• Das heißt, das Rohr 120 gemäß der vorliegenden Erfindung kann so konstruiert sein, dass es den Wert der Lochbreite A und der Innenwanddicke B innerhalb des optimalen Konstruktionsbedingungsbereichs aufweist, der in 6 dargestellt ist.
• Unterdessen, wie vorstehend mit Bezug auf die Bedingungen zum Sicherstellen der Herstellungseigenschaften beschrieben, können der minimale Wert von A/B und die Bedingungen des minimalen Werts strenger verschmälert werden. Formeln von zusätzlichen Bedingungen in Bezug auf A/B sind wie folgt zusammengefasst und 7 stellt Bereiche von optimalen Konstruktionsbedingungen unter diesen zusätzlichen Bedingungen dar. Das heißt, 7(A) stellt einen optimalen Konstruktionsbedingungsbereich gemäß Formel 2-11 dar, 7(B) stellt einen optimalen Konstruktionsbedingungsbereich gemäß Formel 2-12 dar, 7(C) stellt einen optimalen Konstruktionsbedingungsbereich gemäß Formel 2-21 dar und 7(D) stellt den optimalen Konstruktionsbedingungsbereich gemäß Formel 2-22 dar. $$\mathrm{0,1}<\text{B<0}\text{,18}\left(\text{mm}\right)$$

  

  $$\mathrm{0,07}<\text{B<0}\text{,18}\left(\text{mm}\right)$$

  

  $$\mathrm{0,1}<\text{B<0}\text{,15}\left(\text{mm}\right).$$

  

  $$\mathrm{0,07}<\text{B<0}\text{,15}\left(\text{mm}\right)$$

  
• Unterdessen kann Formel 4 in Anbetracht sogar des Lamellenabstandes Lp weiter eingeführt werden. $$\text{A}+\text{B<Lp}$$

  
• In 6 stellt der durch (4) angegebene Graph die Formel 4 dar und ein Flächenabschnitt, der unter dem durch (4) angegebenen Graphen gebildet ist, ist der Konstruktionsbedingungsbereich gemäß der Formel 4. Da in dem Beispiel von 6 der durch (4) angegebene Graph über einem durch (3) angegebenen Graphen der oberen Grenze angeordnet ist, besteht keine Änderung der optimalen Konstruktionsfläche. Wenn jedoch der Lamellenabstand Lp verringert wird, gelangt der durch (4) angegebene Graph unter den durch (3) angegebenen Graphen des oberen Grenzwerts und in diesem Fall ist die Fläche des optimalen Konstruktionsbedingungsbereichs kleiner als die in 6 dargestellte Fläche. Ein solches Beispiel ist in 8 dargestellt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht ein Effekt der signifikanten Verbesserung der Leistung der Wärmeübertragung vom Kühlmittel auf das Rohr im Vergleich zum Stand der Technik. Insbesondere kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Leistung der Wärmeübertragung vom Kühlmittel auf die Innenwand des Rohrs durch Erhöhen der Kontaktlänge mit dem Kühlmittel am internen Querschnitt des Rohrs und weiter Erhöhen der Querschnittsfläche des Kühlmitteldurchgangs verbessert werden und die Innenwand- und Außenwanddicken des Rohrs können optimiert werden, um eine geeignete Druckbeständigkeit und Herstellungseigenschaften sicherzustellen.
• Obwohl gemäß der vorliegenden Erfindung eine Gesamtgröße des Wärmetauschers oder des Wärmetauscherrohrs verändert wird, können auch Abmessungen, bei denen die Wärmeübertragungsleistung, die Druckbeständigkeit und die Herstellungseigenschaften optimiert sind, leicht berechnet werden. Daher ist es möglich, die Konstruktionszweckmäßigkeit im Prozess der Konstruktion eines neuen Wärmetauschers oder der Konstruktion, um einen existierenden Wärmetauscher zu verbessern, zu maximieren.
• Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen begrenzt, sondern kann verschiedenartig angewendet werden und kann verschiedenartig durch den Fachmann auf dem Gebiet modifiziert werden, den die vorliegende Erfindung betrifft, ohne vom Kern der in den Ansprüchen beanspruchten vorliegenden Erfindung abzuweichen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• JP 2007093144 [0006]
• JP 2016186398 [0006]

Claims (13)

1. Wärmetauscher, der Folgendes umfasst: ein Paar von Kopftanks, die parallel und um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet ausgebildet sind; mehrere Rohre, die an dem Paar von Kopftanks an beiden Enden befestigt sind, um einen Strömungskanal eines Kühlmittels zu bilden; und eine Rippe, die zwischen die Rohre eingefügt ist, wobei die mehreren Rohre extrudierte Rohre sind, und wenn jedes Rohr derart ausgebildet ist, dass eine Rohrbreite größer ist als eine Rohrhöhe, und ein Strömungskanal im Rohr in mehrere Löcher unterteilt ist, die parallel zum Rohr in einer Breitenrichtung durch mehrere Innenwände ausgebildet sind, die sich in einer Höhenrichtung des Rohrs erstrecken, die Rohrbreite, eine Außenwanddicke an einem Endabschnitt des Rohrs in der Breitenrichtung, eine Lochbreite und eine Innenwanddicke eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die folgende Formel erfüllt ist: $$\mathrm{2,5}<\text{A/B<4}$$

   

   (Hier gilt: Tw: Rohrbreite, Tn: Außenwanddicke am Endabschnitt des Rohrs in der Breitenrichtung, A: Lochbreite, B: Innenwanddicke).
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei ein A/B-Wert größer ist als 2,5, um eine Druckbeständigkeit sicherzustellen, für die ein Berstdruck größer ist als eine vorbestimmte Berstdruckreferenz, und der A/B-Wert kleiner ist als 4, um eine Verschlechterung der Wärmeübertragungsleistung, so dass sie niedriger ist als eine vorbestimmte Wärmeübertragungsleistungsreferenz, zu verhindern.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Rohrbreite, die Außenwanddicke am Endabschnitt des Rohrs in der Breitenrichtung, die Lochbreite und die Innenwanddicke eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die folgende Formel ferner erfüllt ist. $$\mathrm{0,07}<\text{B<0}\text{,2}\left(\text{mm}\right)$$

   

   (Hier gilt: Tw: Rohrbreite, Tn: Außenwanddicke am Endabschnitt des Rohrs in der Breitenrichtung, A: Lochbreite, B: Innenwanddicke).
4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei der Wert B größer ist als 0,07 mm, so dass die Innenwand so ausgebildet ist, dass sie gleich oder größer ist als eine Herstellungsgrenze eines Extrusionsprozesses, und der Wert B kleiner ist als 0,2 mm, um eine Bestehensrate von 98 % oder größer bei der Massenproduktion der Rohre sicherzustellen.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei die Rohrbreite, die Außenwanddicke am Endabschnitt des Rohrs in der Breitenrichtung, die Lochbreite und die Innenwanddicke eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die folgende Formel ferner erfüllt ist: $$qwq$$

   

   (Hier gilt: Tw: Rohrbreite, Tn: Außenwanddicke am Endabschnitt des Rohrs in der Breitenrichtung, A: Lochbreite, B: Innenwanddicke).
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei ein Wert von Tw(A+B)/(Tw-2Tn) innerhalb eines Bereichs von 0,2 mm bis 0,6 mm liegt, um zu verhindern, dass die Wärmeübertragungsleistung niedriger ist als die vorbestimmte Wärmeübertragungsl ei stung.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei mehrere Lamellen an der Rippe ausgebildet sind und die Lochbreite, die Innenwanddicke und ein Lamellenabtand eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die folgende Formel ferner erfüllt ist: $$\mathrm{0,2}<\text{Tw}\left(\text{A}+\text{B}\right)/\left(\text{Tw}-2\text{Tn}\right)<\mathrm{0,6}\left(\text{mm}\right)$$

   

   (Hier gilt A: Lochbreite, B: Innenwanddicke, Lp: Lamellenabstand).
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei A+B kleiner ist als Lp, so dass mindestens ein Satz aus Innenwand und Loch in einem Lamellenbreitenbereich enthalten ist, um die Wärmeübertragungsleistung zu verbessern.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei die Innenwanddicke B eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweist, in dem die folgende Formel ferner erfüllt ist: $$\text{A}+\text{B<Lp}$$

   
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, wobei die Innenwanddicke B eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweist, in dem die folgende Formel ferner erfüllt ist: $$\mathrm{0,07}<\text{B<0}\text{,18}\left(\text{mm}\right).$$

    
11. Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei die Innenwanddicke B eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweist, in dem die folgende Formel ferner erfüllt ist: $$\mathrm{0,1}<\text{B<0}\text{,15}\left(\text{mm}\right).$$

    
12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, wobei die Innenwanddicke B eine Größe innerhalb eines Bereichs aufweist, in dem die folgende Formel ferner erfüllt ist: $$\mathrm{0,07}<\text{B<0}\text{,15}\left(\text{mm}\right).$$

    
13. Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die mehreren Rohre aus Aluminium ausgebildet sind.

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