DE102018131923A1

DE102018131923A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102018131923A1
Application number: DE102018131923.1A
Authority: DE
Inventors: Wi Sam Jo; Ho Chang Sim; Sun Mi Lee; Hong-Young Lim
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2019-06-27
Also published as: CN110017705B; KR20190075207A; CN110017705A; US11226161B2; US20190195572A1; KR102400223B1

Abstract

Vorgesehen ist ein Wärmetauscher mit einem optimalen Design unter Berücksichtigung der Wärmekapazität eines Endabschnitts eines Extrusionsrohrs, um die Wärmeübertragungsleistung durch Optimierung der Form und der Dicke des Endabschnitts des Rohres signifikant zu verbessern. Es wird auch ein Wärmetauscher mit optimalem Design basierend auf einer strukturierten Regel bereitgestellt, um eine einfache Anwendung auf andere Rohre mit verschiedenen Abmessungen zu ermöglichen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die folgende Offenbarung betrifft einen Wärmetauscher und insbesondere ein Wärmetauscherrohr, das ein Rohr ist, das in einem Wärmetauscher enthalten ist, der unter einer Hochdruckumgebung betrieben wird, wobei das Wärmetauscherrohr durch ein Extrusionsverfahren gebildet wird und eine optimierte Wärmeübertragungsleistung aufweist.
HINTERGRUND
Ein Wärmetauscher ist eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme zwischen umgebenden Umgebungen wie einem Arbeitsfluid, Außenluft, anderen Fluiden oder dergleichen. Ein häufig und weit verbreiteter Wärmetauscher umfasst ein Rohr mit einem Kanal, durch den ein Arbeitsfluid strömt, und einer Rohrwand für die Wärmeübertragung auf ein externes Medium (Lamellen oder dergleichen). In dem Wärmetauscher sind im Allgemeinen mehrere Rohre parallel angeordnet und es sind Rippen zur Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung vorgesehen, während sie zwischen den Rohren angeordnet sind.
Das Wärmetauscherrohr hat im Allgemeinen eine flache Rohrform und die Rippe ist an einer Außenseite einer flachen Oberfläche des Rohres hartgelötet. Ein solches Wärmetauscherrohr kann durch verschiedene Verfahren gebildet werden. Beispielsweise wurde ein Verfahren zum Biegen einer dünnen Metallplatte und zum Verbinden von Endabschnitten der Metallplatte miteinander oder dergleichen weit verbreitet verwendet. Wenn jedoch ein Arbeitsfluid in dem Wärmetauscherrohr mit hohem Druck strömt, kann das durch das oben beschriebene Verfahren gebildete Rohr das Problem aufweisen, dass das Rohr beschädigt wird, wenn die Spannung auf einen Verbindungsabschnitt konzentriert wird, was zu einem Austreten des Arbeitsfluids oder dergleichen führt. Daher wurde im Allgemeinen ein Rohr, das durch ein Extrusionsverfahren gebildet wurde, so dass kein Verbindungsabschnitt erzeugt wird, in einem Hochdruckwärmetauscher verwendet.
Es ist einfach, dem das durch das Extrusionsverfahren gebildete Rohr (nachstehend als Extrusionsrohr bezeichnet) eine komplizierte Querschnittsform zu verleihen, anders als bei dem durch das Plattenverbindungsverfahren hergestellte Rohr. Demgemäß wurde in vielen Fällen eine Konstruktion für das Extrusionsrohr eingeführt, bei der eine Vielzahl von Trennwänden (im Folgenden als Innenwände bezeichnet) in einem Kanal (d. h. einem Raum innerhalb des Rohrs) gebildet ist, um die Wärmeübertragungsleistung im Kanal in dem Rohr weiter zu verbessern. Dadurch wird eine Fläche von Wandflächen in dem Rohr, die ein Arbeitsfluid (Kältemittel) berühren, groß, so dass eine Wärmemenge, die von dem Arbeitsfluid auf das Rohr übertragen wird, erhöht wird. Als Ergebnis kann die Wärmeübertragungsleistung verbessert werden.
Inzwischen hat ein in einem Fahrzeug vorgesehener Wärmetauscher im Allgemeinen eine Gestaltung, dass eine Oberfläche, die der Außenseite ausgesetzt ist, eine höhere Steifigkeit aufweist, um eine ausreichende Haltbarkeit gegen äußere Einwirkungen zu gewährleisten, die durch eine Kollision mit einem von einer Straße hochgeschleuderten Stein oder dergleichen verursacht werden. Das Wärmetauscherrohr wird im Allgemeinen so hergestellt, dass es eine flache Form hat, und eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren ist parallel in einer Form angeordnet, in der die Vielzahl von Wärmetauscherrohren so gestapelt sind, dass sich flache Oberflächen gegenüberliegen. Daher besteht eine nach außen freiliegende Oberfläche aus einem Endabschnitt einer Seite oder aus Endabschnitten beider Seiten der ebenen Oberfläche. Insbesondere kann dem durch das Extrusionsverfahren hergestellte Rohr auf einfache Weise eine komplizierte Querschnittsform wie oben beschrieben verliehen werden. Daher ist in diesem Fall die Dicke einer Außenwand des Endabschnitts des Rohres größer als die der anderen Abschnitte des Rohrs. Im Allgemeinen hat eine solche Querschnittsform des Endabschnitts des Rohres eine nahezu halbkreisförmige Form. Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-093144 (veröffentlicht am 12. April 2007 mit dem Titel „Heat Exchanging Tube and Heat Exchanger“) offenbart ein Extrusionsrohr, bei dem eine Dicke einer Außenwand eines Endabschnitts einer Seite größer ist als diejenige anderer Abschnitte des Extrusionsrohrs, das für den Gegenstand wie oben beschrieben ausgelegt ist.
Eine Form des Endabschnitts des Rohres bestimmt eine Verbindungslänge einer Rippe und des Rohres und die Verbindungslänge der Rippe und des Rohres ist proportional zu einer Wärmeübertragungsfläche zwischen dem Rohr und der Rippe. Das heißt, die Verbindungslänge der Rippe und des Rohres beeinflusst direkt die Wärmeübertragungsleistung vom Rohr zur Rippe. Eine Wärmekapazität des Rohres ist proportional zu einem Gewicht des Rohres und je größer das Gewicht ist, desto größer ist die von einem Arbeitsfluid übertragene Wärmemenge, so dass die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird. Der Endabschnitt des Rohres beeinflußt am stärksten die Wärmekapazität des Rohres, wobei der Endabschnitt zuerst ein externes Medium, d. h. Luft, berührt, an das schließlich Wärme übertragen wird.
Beim Stand der Technik wurden jedoch die Wärmekapazität, die Wärmeübertragungsfläche und dergleichen bei der Gestaltung einer Form des Endabschnitts des Rohres nicht berücksichtigt, sondern es wurde nur die Zweckmäßigkeit bei der Herstellung berücksichtigt oder die vorhandene Form wurde verwendet, ohne zu wissen, dass die vorhandene Form aktualisiert werden muss. Daher ist ein neuer optimaler Entwurf unter Berücksichtigung einer Beziehung zwischen einer Form des Endabschnitts des Rohres und einer Wärmekapazität und dergleichen, wie oben beschrieben, erforderlich.
[Dokument zum Stand der Technik]
[Patentdokument]
Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-093144 (veröffentlicht am 12. April 2007 mit dem Titel „Heat Exchanging Tube and Heat Exchanger“)
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist darauf gerichtet, einen Wärmetauscher bereitzustellen, der unter Berücksichtigung der Wärmekapazität eines Endabschnitts eines Extrusionsrohrs eine optimale Gestaltung aufweist, um die Wärmeübertragungsleistung durch Optimierung einer Form und einer Dicke des Endabschnitts des Rohres zu maximieren. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Bereitstellung eines Wärmetauschers, der basierend auf einer strukturierten Regel eine optimale Gestaltung aufweist, um ein einfaches Anbringen an anderen Rohren mit verschiedenen Abmessungen zu ermöglichen.
In einem allgemeinen Aspekt umfasst ein Wärmetauscher Folgendes: ein Paar von Ausgleichsbehältern 110, die um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet und parallel zueinander angeordnet sind; eine Vielzahl von Rohren 120, deren beide Enden an dem Paar von Ausgleichsbehältern 110 befestigt sind, um Kanäle für ein Kühlmittel zu bilden; und Rippen 130, die zwischen den Rohren 120 angeordnet sind, wobei das Rohr 120 ein Extrusionsrohr ist, eine Breite W des Rohres größer ist als eine Höhe H des Rohres und wenn der Kanal in dem Rohr 120 in eine Vielzahl von Löchern 122 unterteilt ist, die in einer Breitenrichtung des Rohres 120 durch eine Vielzahl von Innenwänden 121, die sich in einer Höhenrichtung des Rohres 120 erstrecken, parallel zueinander angeordnet sind, der Wärmetauscher Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweist, in dem eine Position X in der Breitenrichtung von einem Endabschnitt des Rohres 120 und eine Querschnittsfläche A des Rohres 120 in einer Längsrichtung an der Position X in der Breitenrichtung folgende Ausdrücke erfüllen, so dass ein Querschnitt des Endabschnitts des Rohres 120 eine viereckige Form, deren Ecken abgerundet sind, oder eine größere Form als die viereckige Form, deren Ecken abgerundet sind, aufweist. $A \leq HL (0 < X \leq w0)$
$A \geq HL + 2 rL (\sqrt{} (1 - {(X/r - 1)}^{2} - 1) (0 < X \leq r), 0,15 H < r<0,45H$
(Hier ist X eine Position in der Breitenrichtung, A ist eine Querschnittsfläche in der Längsrichtung, H ist die Höhe des Rohres, r ist ein Radius einer abgerundeten Ecke des Rohres, L ist eine Länge des Rohres, w0 ist eine Dicke der Außenwand in der Breitenrichtung des Endabschnitts in der Breitenrichtung des Rohres, und wc ist ein Wert von X an dem Rohr-Rippe-Kontaktpunkt.)
Der Wärmetauscher 100 kann Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem der folgende Ausdruck erfüllt ist, so dass sich eine Position, an der das Rohr 120 die Rippe 130 berührt, vor einer Position eines ersten Lochs 122 des Rohres 120 befindet. $wc \leq w0$
(Hier ist w0 eine Dicke der Außenwand in der Breitenrichtung des Endabschnitts in der Breitenrichtung des Rohres, und wc ist ein Wert von X an dem Rohr-Rippe-Kontaktpunkt.)
Wenn ein Ausdruck, der einen Bereich von Positionen von ersten Löchern bis zu n0-ten Löchern von den entgegengesetzten Endabschnitten mit der Position X in der Breitenrichtung ausdrückt, ein Ausdruck des Endabschnittsbereichs ist, lautet der Ausdruck des Endabschnittsbereichs wie folgt: $Erstes Loch: w0 \leq X \leq w0 + h0$
$\begin{array}{l} n0 - tes Loch: (w0 + h0) + ((n 0 - 1) w + (n0 - 2) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (n0 - 1) (w + h) \\ N - n0 + 1 - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - n 0) w + (N - n0 - 1) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (N - \\ n0) (w + h) \end{array}$
$\begin{array}{l} N - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - 1) w + (N - 2) h) \leq X \leq (w0 + 2 h0) + ((N - 1) w + (N - \\ 2) h) \end{array}$
(Hier ist n ein Lochindex, N ist eine Gesamtzahl von Löchern, h0 ist eine Breite eines Lochs des Endabschnitts des Rohres in der Breitenrichtung und h ist eine Breite eines Lochs an den verbleibenden Positionen.
Wenn ein Ausdruck, der einen Bereich von Positionen der Löcher 122 ausdrückt, der dem verbleibenden Bereich entspricht, der kein Bereich ist, der dem Bereich des Ausdrucks des Endabschnittsbereichs mit der Position X in der Breitenrichtung entspricht, ein Ausdruck des Zwischenabschnittsbereichs ist, lautet der Ausdruck des Zwischenabschnittsbereichs wie folgt: $\begin{array}{l} n - tes Loch: (w0 + h0) + ((n - 1) w + (n - 2) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (n - 1) (w + h), n0 \\ <n<N - n0 + 1 \end{array}$
(Hier ist n ein Lochindex, N ist eine Gesamtzahl von Löchern, h0 ist eine Breite eines Lochs des Endabschnitts des Rohres in der Breitenrichtung und h ist eine Breite eines Lochs an den verbleibenden Positionen.
Der Wärmetauscher 100 kann Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die Position X in der Breitenrichtung und eine Dicke t einer Außenwand in der Höhenrichtung an einer Position eines Lochs 122 den folgenden Ausdruck erfüllen, so dass eine Dicke t einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs 122 im Bereich des Ausdrucks des Endabschnittsbereichs t0 ist.
t = t0 (wenn X innerhalb des Bereichs des Ausdrucks des Endabschnittsbereichs liegt)
(Hier ist t0 eine Dicke einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs der Endabschnittsseite des Rohres in Breitenrichtung.)
Der Wärmetauscher 100 kann Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die Position X in der Breitenrichtung und eine Dicke t einer Außenwand in der Höhenrichtung an einer Position eines Lochs 122 den folgenden Ausdruck erfüllen, so dass tm eine Dicke t einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs 122 im Bereich des Ausdrucks des Zwischenabschnittsbereichs ist und eine Dicke t einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs 122 im Bereich des Ausdrucks des Endabschnittsbereichs größer ist als eine Dicke t einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs 122 im Bereich des Ausdrucks des Zwischenabschnittsbereichs.
t = tm (wenn X innerhalb des Bereichs des Zwischenabschnittsbereichsausdrucks liegt) $t0>tm$
(Hier ist t0 eine Dicke einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs der Endabschnittsseite des Rohres in Breitenrichtung und tm ist eine Dicke einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs der Zwischenabschnittsseite des Rohres in Breitenrichtung.)
Der Wärmetauscher 100 kann Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem der folgende Ausdruck erfüllt ist, so dass der Bereich des Endabschnittsausdrucks ein Bereich von Positionen von ersten Löchern zu zweiten Löchern oder dritten Löchern von den gegenüberliegenden Endabschnitten ist. $2 \leq n0 \leq 3$
10 % bis 20 % eines Gesamtgewichts des Rohres sind auf einen Bereich vorgespannt, der dem folgenden Bereich der Position X in der Breitenrichtung entspricht, so dass das Gewicht auf einen Bereich vorgespannt ist, der einem Bereich von Positionen von ersten Löchern zu zweiten Löchern oder dritten Löchern von den entgegengesetzten Endabschnitten entspricht. $\begin{array}{l} Erstes Loch: w0 \leq X \leq w0 + h0 \\ n0 - tes Loch: (w0 + h0) + ((n 0 - 1) w + (n0 - 2) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (n0 - 1) (w + h) \\ N - n0 + 1 - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - n 0) w + (N - n0 - 1) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (N - \\ n0) (w + h) \\ N - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - 1) w + (N - 2) h) \leq X \leq (w0 + 2 h0) + ((N - 1) w + (N - 2) \\ h) \\ 2 \leq n0 \leq 3 \end{array}$
(Hier ist n ein Lochindex, N ist eine Gesamtzahl von Löchern, h0 ist eine Breite eines Lochs des Endabschnitts des Rohres in der Breitenrichtung und h ist eine Breite eines Lochs an den verbleibenden Positionen.)
Das Rohr 120 kann aus einem Aluminiummaterial gebildet sein.
Weitere Merkmale und Aspekte werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines allgemeinen Rippe-RohrWärmetauschers.
2 ist eine Querschnittsansicht eines Extrusionsrohrs und eines mit Lamellenrippen verbundenen Körpers gemäß dem Stand der Technik.
3 ist eine Querschnittsansicht eines Extrusionsrohrs und eines mit Lamellenrippen verbundenen Körpers gemäß der vorliegenden Erfindung.
4A und 4B veranschaulichen die Definition jeweiliger Abschnitte des Extrusionsrohrs gemäß dem Stand der Technik bzw. des Extrusionsrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung.
5A bis 5E sind Ansichten zum Beschreiben von Positionen von einem Endabschnitt des Rohres in einer Breitenrichtung und von Querschnittsflächen in einer Längsrichtung an den jeweiligen Positionen.
6A und 6B sind Teilquerschnittsansichten des Rohres gemäß dem Stand der Technik und ein Diagramm einer Beziehung zwischen Positionen von einem Endabschnitt des Rohres gemäß dem Stand der Technik in einer Breitenrichtung und Querschnittsflächen in einer Längsrichtung an den jeweiligen Positionen.
7A und 7B sind Teilquerschnittsansichten des erfindungsgemäßen Rohres und ein Diagramm einer Beziehung zwischen Positionen von einem Endabschnitt des Rohres gemäß der vorliegenden Erfindung in Breitenrichtung und Querschnittsflächen in Längsrichtung an den jeweiligen Positionen.
8A und 8B sind Diagramme zum Vergleichen einer Beziehung zwischen normalisierten Positionen von einem Endabschnitt des Rohres gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Breitenrichtung und Querschnittsflächen in einer Längsrichtung an den jeweiligen Positionen.
9 ist ein Diagramm zum Vergleichen einer Beziehung zwischen normalisierten Positionen von einem Endabschnitt des Rohres gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Breitenrichtung und Querschnittsflächen in einer Längsrichtung an den jeweiligen Positionen.

[Ausführliche Beschreibung der Hauptelemente]

100:: Wärmetauscher
110:: Ausgleichsbehälter
120:: Rohr
130:: Rippe
135:: Lamelle

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird ein Wärmetauscher gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Konfiguration wie oben beschrieben im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines allgemeinen Rippe-RohrWärmetauschers. Wie in 1 dargestellt, umfasst ein allgemeiner Wärmetauscher 100 des Rippe-Rohr-Typs ein Paar von Ausgleichsbehältern 110, die um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet und parallel zueinander angeordnet sind, eine Vielzahl von Rohren 120, deren beide Enden an dem Paar von Ausgleichsbehältern 110 befestigt sind, um Kanäle für ein Kühlmittel zu bilden, und Rippen 130, die zwischen den Rohren 120 angeordnet sind. In diesem Fall ist das Rohr 120 ein durch ein Extrusionsverfahren gebildetes Extrusionsrohr und weist somit keine Verbindung auf. Ferner kann eine Vielzahl von Lamellen 135 an der Rippe 130 gebildet sein und 2 ist eine Querschnittsansicht eines Extrusionsrohrs und eines mit Lamellenrippen verbundenen Körpers gemäß dem Stand der Technik. Darüber hinaus wird bevorzugt, dass der Wärmetauscher 100 ein Kondensator ist und das Rohr 120 aus einem Aluminiummaterial gebildet ist.
Die vorliegende Erfindung schlägt ein optimales Design vor, basierend auf einer strukturierten Regel der Formen und Abmessungen der jeweiligen Abschnitte des Rohres 120, wodurch die Wärmeübertragungsleistung von dem Rohr an die Luft maximiert wird.
3 ist eine Querschnittsansicht des Extrusionsrohrs und eines mit Lamellenrippen verbundenen Körpers gemäß der vorliegenden Erfindung und ist ist intuitiv ersichtlich, dass sich eine Form eines Endabschnitts des Extrusionsrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung von der des Extrusionsrohrs gemäß dem in 2 dargestellten Stand der Technik unterscheidet. Für eine ausführlichere Beschreibung werden jeweilige Abschnitte des Extrusionsrohrs gemäß dem Stand der Technik und des Extrusionsrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 4A und 4B definiert.
Wie in 4A und 4B dargestellt, wird angenommen, dass eine Breite W des Rohres und eine Höhe H des Rohres gemäß dem Stand der Technik denen gemäß der vorliegenden Erfindung entsprechen. Ähnlich wie bei des Rohres gemäß dem Stand der Technik ist bei dem Rohr 120 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Breite W des Rohres grundsätzlich größer als die Höhe H des Rohres, der Kanal in dem Rohr 120 ist in eine Vielzahl von Löchern 122 unterteilt, die in einer Breitenrichtung des Rohres 120 durch eine Vielzahl von Innenwänden 121, die sich in einer Höhenrichtung des Rohres 120 erstrecken, parallel zueinander angeordnet sind, wie in 4B gezeigt.
5A bis 5E sind eine perspektivische Ansicht des Rohres 120 und Ansichten zum Beschreiben von Positionen von einem Endabschnitt des Rohres in einer Breitenrichtung und von Querschnittsflächen in einer Längsrichtung an den jeweiligen Positionen. Wie in 5A dargestellt, hat das Rohr 120 einen Querschnitt, dessen Breite w größer ist als die Höhe H des Rohres und der Querschnitt erstreckt sich bis zu einer Länge L des Rohres in der Längsrichtung, so dass das Rohr 120 in einer flachen und langen Form gebildet ist. Die Querschnittsansicht von 5B ist die gleiche wie die von 4B und zeigt den Querschnitt des Rohres 120 gemäß der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall ist eine Position von dem Endabschnitt des Rohres in der Breitenrichtung X, wie in 6B gezeigt.
Wenn X = 0 ist, ist die Position das äußerste Ende des Rohres 120. Hier entspricht eine Form eines Querschnitts entlang der Linie C-C' in der Längsrichtung in 5B der in 5C und es wird in diesem Fall eine Querschnittsfläche A in der Längsrichtung durch Multiplizieren einer Höhe H0 des Rohres am äußersten Ende des Rohres 120 mit der Länge L des Rohres erhalten.
Xc gibt eine Position an, an der das Rohr 120 zuerst die Rippe 130 berührt. Wenn also X = Xc ist, entspricht die Form eines Querschnitts entlang der Linie D-D' in der Längsrichtung in 5B der in 5D gezeigten und eine Querschnittsfläche A in der Längsrichtung wird in diesem Fall durch Multiplizieren der Höhe H des Rohres mit der Länge L des Rohres erhalten.
Linie E-E' gibt einen Fall an, in dem sich die Position X in dem Loch 122 des Rohres 120 befindet. Hier entspricht eine Form eines Querschnitts entlang der Linie E-E' in der Längsrichtung in 5B der in 5E und es wird in diesem Fall eine Querschnittsfläche A in der Längsrichtung durch Multiplizieren eines Wertes (2t0), der dem Zweifachen der Dicke t0 einer Außenwand an der Position auf dem Loch in der Höhenrichtung entspricht, mit der Länge L des Rohres erhalten. In 5E befindet sich die Position X an dem Loch am Endabschnitt des Rohres in der Breitenrichtung, die Dicke der Außenwand beträgt somit t0. In dem Fall jedoch, in dem die Dicke der Außenwand an anderen Positionen geändert wird, wird in diesem Fall eine Querschnittsfläche A in der Längsrichtung durch Multiplizieren eines Wertes, der der zweifachen Dicke der Außenwand an der entsprechenden Position entspricht, mit der Länge L des Rohres erhalten.
Wie oben beschrieben, wird beim Gestalten einer Form des Endabschnitts des Rohres gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kontaktlänge zwischen dem Rohr und der Rippe maximiert, um eine Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern, und ein Gewicht wird vorgespannt auf die Endabschnitte des Rohres verteilt, um eine Wärmekapazität des Endabschnitts des Rohres, der zuerst mit Luft in Kontakt kommt, zu erhöhen. Gemäß dem Stand der Technik ist eine Form des Querschnitts des Endabschnitts des Rohres eine halbkreisförmige Form, wie in 4A und 6A dargestellt. Daher ist eine Position, an der das Rohr zuerst die Rippe berührt, im Wesentlichen vom Endabschnitt des Rohres entfernt, und darüber hinaus ist die Wärmekapazität des Endabschnitts des Rohres nicht ausreichend hoch. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch eine Form des Querschnitts des Endabschnitts des Rohres eine viereckige Form, deren Ecken abgerundet sind, wie in 4B und 7A dargestellt. Daher ist eine Position, an der das Rohr zuerst die Rippe berührt, wesentlich näher am Endabschnitt des Rohres und ein Gewicht, das vorgespannt auf die Endabschnitte des Rohres verteilt ist, wird stark erhöht, was zu einer Verbesserung der Wärmekapazität des Endabschnitts des Rohres führt. Eine ausführliche Beschreibung davon wird unten gegeben.
Bedingung zum Sicherstellen der Wärmekapazität des Endabschnitts des Rohres: Querschnittsfläche in Längsrichtung.
6A und 6B sind eine Teilquerschnittsansicht des Extrusionsrohrs gemäß dem Stand der Technik und ein Diagramm einer Beziehung zwischen Positionen von einem Endabschnitt des Extrusionsrohrs gemäß dem Stand der Technik in einer Breitenrichtung und Querschnittsflächen in einer Längsrichtung an den jeweiligen Positionen und 7A und 7B sind Teilquerschnittsansichten des erfindungsgemäßen Extrusionsrohres und ein Diagramm einer Beziehung zwischen Positionen von einem Endabschnitt des Extrusionsrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung in Breitenrichtung und Querschnittsflächen in Längsrichtung an den jeweiligen Positionen.
Unter Bezugnahme auf 6A und 6B ist eine Form des Querschnitts des Endabschnitts des Rohres gemäß dem Stand der Technik eine halbkreisförmige Form, wenn daher die Position X in der Breitenrichtung 0 ist, ist die Querschnittsfläche A in der Längsrichtung 0. Wenn die Position X in der Breitenrichtung allmählich von 0 an zunimmt, wird die Querschnittsfläche A in der Längsrichtung, die ein Wert ist, der durch Multiplizieren einer aktuellen Höhe des Querschnitts des Endabschnitts des Rohres an der entsprechenden Position mit der Länge L des Rohres erhalten wird, entsprechend allmählich vergrößert. Da jedoch die Position X in der Breitenrichtung das Loch 122 erreicht, bevor sie einen Punkt erreicht, bei dem das Rohr 120 die Rippe 130 berührt, kann ein Höchstwert der Querschnittsfläche A in der Längsrichtung HL nicht erreichen. Wenn dann die Position X in der Breitenrichtung eine Position in dem Loch 122 ist, wird die Querschnittsfläche A in der Längsrichtung durch Multiplizieren eines Wertes (2t), der dem Zweifachen der Dicke t der Außenwand in der Höhenrichtung an der Position des Lochs 122 entspricht, mit der Länge L des Rohrs erhalten, das heißt, die Querschnittsfläche A in der Längsrichtung beträgt 2tL. Wenn die Position X in der Breitenrichtung eine Position der Innenwand 121 ist, wird die Querschnittsfläche A in der Längsrichtung erhalten, indem die Höhe H des Rohres mit der Länge L des Rohres multipliziert wird, d. h. die Querschnittsfläche A in der Längsrichtung ist HL.
Ein ganzzahliger Wert (d. h. ein Bereich eines Abschnitts unter dem in 6B dargestellten Diagramm) der Querschnittsfläche A in der Längsrichtung in Bezug auf die Position X in der Breitenrichtung ist ein Volumen, und das Volumen ist proportional zum Gewicht. Das heißt, wenn der Integralwert der Querschnittsfläche A in der Längsrichtung erhöht wird, wird das Gewicht des Endabschnitts des Rohres erhöht und schließlich wird die Wärmekapazität erhöht, wodurch die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird. Bei der vorliegenden Erfindung ist eine Form des Endabschnitts des Rohres basierend auf der oben beschriebenen technischen Aufgabe wie folgt gestaltet.
Mit Bezug auf 7A und 7B ist eine Form des Querschnitts des Endabschnitts des Rohres gemäß der vorliegenden Erfindung eine viereckige Form, deren Ecken abgerundet sind, daher weist, auch wenn die Position X in der Breitenrichtung 0 ist, die Querschnittsfläche A in Längsrichtung auch einen bestimmten Wert auf. Wie in 4B und 7B dargestellt, ist die Querschnittsfläche A in der Längsrichtung H0L, wobei H0 eine Höhe des Rohres an der Position X in der Breitenrichtung von 0 ist. Wenn die Position X in der Breitenrichtung allmählich von 0 erhöht wird und den Punkt erreicht, bei dem das Rohr 120 die Rippe 130 berührt, weist die Querschnittsfläche A in der Längsrichtung einen Höchstwert von HL auf und der Höchstwert wird beibehalten, bis die Position X in der Breitenrichtung weiter erhöht wird und das Loch 122 erreicht. Im Fall des Rohres gemäß dem Stand der Technik, wie oben beschrieben, wenn X 0 ist (X = 0), ist A 0 ist (A = 0) und da X das Loch erreicht, bevor es einen Punkt erreicht, an dem das Rohr die Rippe berührt (nachstehend als Rohr-Rippe-Kontaktpunkt bezeichnet), kann der Höchstwert von A nicht HL erreichen. Im Gegensatz dazu, im Fall des Rohres gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn X 0 ist (X = 0), ist A H0L (A = H0L) und da X den Rohr-Rippe-Kontaktpunkt erreicht, bevor es das Loch erreicht, kann ein Zustand, in dem der Höchstwert von A HL ist, für einen im Wesentlichen langen Zeitraum aufrechterhalten werden.
Das heißt, bei der vorliegenden Erfindung hat der Endabschnitt des Rohres 120 eine Form, bei der der Rohr -Rippe-Kontaktpunkt im Vergleich zu dem im Stand der Technik weiter vorgerückt ist, im Gegensatz zu der halbkreisförmigen Form gemäß dem Stand der Technik und ein Diagramm der Querschnittsfläche A in der Längsrichtung in Bezug auf die Position X in der Breitenrichtung befindet sich oberhalb des Diagramms im Stand der Technik (d. h. eine Fläche eines Abschnitts unter dem Diagramm der Querschnittsfläche A in der Längsrichtung ist größer als die Fläche in der verwandten Technik). Infolgedessen wird das Gewicht des Endabschnitts des Rohres erhöht und die Wärmekapazität erhöht, wodurch letztendlich die Wärmeübertragungsleistung im Vergleich zum Stand der Technik stark verbessert wird.
Die Form des Endabschnitts des Rohres 120 gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlicher beschrieben. Wie oben beschrieben, ist in der vorliegenden Erfindung die Form des Querschnitts des Endabschnitts des Rohres eine viereckige Form, deren Ecken abgerundet sind (siehe 4B und 7A). Wenn ein Radius der abgerundeten Ecke r ist und eine Position, die auf dem Mittelpunkt des Rohres 120 in Höhenrichtung in Höhenrichtung basiert, Y ist, kann die Form des Endabschnitts des Rohres 120 durch die folgende Gleichung unter Verwendung der Position X in der Breitenrichtung und der Position Y in der Höhenrichtung dargestellt werden. Der folgende Ausdruck stellt einen Kreis dar, dessen Zentrum (r, H/2-r) und ein Radius r ist, wie in 8A dargestellt. Ein Abschnitt, der 0 < X < r und Y > 0 in dem Diagramm basierend auf dem folgenden Ausdruck erfüllt, entspricht der Form des Endabschnitts des Rohres 120, wobei der Mittelpunkt des Rohres 120 in der Höhenrichtung als Ursprung liegt. $(X - r) 2 + (Y - (H/2 - r)) 2 = r2$
In diesem Fall kann die Form des Endabschnitts des Rohres gemäß dem Stand der Technik, d. h. die Halbkreisform des Endabschnitts des Rohres, durch den folgenden Ausdruck dargestellt werden. Der folgende Ausdruck stellt einen Kreis dar, dessen Mittelpunkt (H/2, 0) und ein Radius H/2 ist, wie in 8A dargestellt. Ein Abschnitt, der 0 < X < H/2 und Y > 0 in dem Diagramm basierend auf des folgenden Ausdrucks erfüllt, entspricht der Form des Endabschnitts des Rohres 120 gemäß dem Stand der Technik. $(X - H/2) 2 + Y2 = (H/2) 2$
In 8A ist ein Diagramm, das die Form des Endabschnitts des Rohres 120 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, durch das Diagramm ① dargestellt und ein Diagramm, das die Form des Endabschnitts des Rohres gemäß dem Stand der Technik zeigt, ist durch das Diagramm ② dargestellt. In dem Fall, in dem Werte der jeweiligen Diagramme ① und ② jeweils y und y sind, wenn X ein beliebiger Wert x ist, sind die Breiten des Rohres an diesen Punkten jeweils 2y und 2y' und die Querschnittsflächen A in der Längsrichtung sind jeweils 2yL und 2yL'. Das heißt, die Querschnittsfläche in der Längsrichtung kann durch ein in 8B dargestelltes Diagramm gezeigt werden, das die gleiche Form wie das Diagramm von 8A hat, mit Ausnahme eines Maßstabs. Wie oben beschrieben, ist ein Integralwert (d. h. eine Fläche eines Abschnitts unter dem Diagramm) der Querschnittsfläche A in der Längsrichtung in Bezug auf die Position X in der Breitenrichtung ein Volumen, und das Volumen ist proportional zum Gewicht. Wie man aus 8B intuitiv erkennen kann, kann im Fall der Form des Endabschnitts des Rohres 120 gemäß der vorliegenden Erfindung das Gewicht wesentlich effektiver vorgespannt auf die Endabschnitte des Rohres im Vergleich zu dem Fall der Form (Halbkreisform) des Endabschnitts des Rohres gemäß dem Stand der Technik verteilt werden.
Wenn die Position Y in Höhenrichtung durch einen Ausdruck für das Diagramm ① ausgedrückt wird, wird sie verdoppelt und dann mit der Länge L des Rohres (d. h. 2YL) multipliziert und ein Beziehungsausdruck der Position X in der Breitenrichtung und der Querschnittsfläche A in der Längsrichtung kann wie folgt sein. $A = HL + 2 rL (\sqrt{} (1 - (X/r - 1) 2 - 1)$
In diesem Fall wird ein Ausmaß der vorgespannten Verteilung des Gewichts an den Endabschnitten des Rohres in Abhängigkeit von einer Änderung von r geändert. Wenn r abnimmt, wird die Wärmeübertragungsleistung von dem Rohr an Luft verbessert (da das Ausmaß der vorgespannten Verteilung des Gewichts auf die Endabschnitte des Rohres erhöht wird), jedoch kann sich die Herstellbarkeit verschlechtern (da die Ecke des Rohres scharf wird). Im Gegensatz dazu kann, wenn r erhöht wird, die Herstellbarkeit verbessert werden (da die Ecke des Rohres rund wird), der Effekt der Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung von dem Rohr an Luft wird jedoch verringert (da das Ausmaß der vorgespannten Verteilung des Gewichts auf die Endabschnitte des Rohres verringert wird). Daher hat in der vorliegenden Erfindung r einen Wert, der 15 % bis 45 % der Höhe H des Rohres entspricht, unter Berücksichtigung der Herstellbarkeit und des Effekts der Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung.
Wie oben beschrieben, kann eine Bedingung zum Sicherstellen einer Wärmekapazität des Endabschnitts des Rohres wie nachstehend in Bezug auf die Querschnittsfläche in der Längsrichtung zusammengefasst werden.
Zunächst wird theoretisch am meisten bevorzugt, dass die Form des Querschnitts des Endabschnitts des Rohres 120 eine vollständige viereckige Form ist, um die Wärmekapazität unter Verwendung der Form des Endabschnitts des Rohres 120 maximal zu sichern. In diesem Fall ist jedoch die Querschnittsfläche A des Rohres 120 in der Längsrichtung HL in einem vollen Bereich der Position X in der Breitenrichtung. In der Praxis kann jedoch das Rohr 120, deren Querschnitt des Endabschnitts eine vollständige viereckige Form aufweist, aufgrund von Problemen wie der Herstellbarkeit nicht hergestellt werden, und wenn X nahe bei 0 liegt, ist A unvermeidlich kleiner als HL. Das heißt, wenn sich die Position X in der Breitenrichtung zwischen einer Position (X = 0) des Endabschnitts des Rohres und einer Position eines ersten Lochs (X = w0) befindet, kann die Querschnittsfläche A des Rohres 120 in der Längsrichtung durch den folgenden Ausdruck 1 ausgedrückt werden. $A \leq HL (0 < X \leq w0)$
(Hier ist X eine Position in der Breitenrichtung, A ist eine Querschnittsfläche in der Längsrichtung, H ist eine Höhe des Rohres, L ist eine Länge des Rohres und w0 ist eine Dicke der Außenwand in der Breitenrichtung des Endabschnitts des Rohres in der Breitenrichtung.)
Als nächstes wird gemäß der obigen Beschreibung bevorzugt, dass die Form des Querschnitts des Endabschnitts des Rohres 120 eine viereckige Form ist, deren Ecken in der vorliegenden Erfindung abgerundet sind. Der Beziehungsausdruck von X und A basierend auf 8A und 8B stellt einen Fall dar, in dem die Form des Endabschnitts des Rohres 120 eine viereckige Form ist, deren Ecken mit einem Radius r abgerundet sind. Bei dem Rohr 120 gemäß der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass ein Querschnitt des Endabschnitts eine viereckige Form aufweist, die kleiner ist als eine vollständige viereckige Form, die durch den Ausdruck 1 dargestellt wird, jedoch gleich oder größer ist als eine viereckige Form, deren Ecken abgerundet sind. Das heißt, wenn sich die Position X in der Breitenrichtung zwischen einer Position (X = 0) des Endabschnitts des Rohres und einer Eckenradiusposition (X = r) befindet, kann die Querschnittsfläche A des Rohres 120 in der Längsrichtung durch den folgenden Ausdruck 2 ausgedrückt werden. $A \geq HL + 2 rL (\sqrt{} (1 - {(X/r-1)}^{2} - 1) (0 < X \leq r), 0,15 H < r < 0,45H$
(Hier ist X eine Position in der Breitenrichtung, A ist eine Querschnittsfläche in der Längsrichtung, H ist eine Höhe des Rohres, r ist ein Radius der abgerundeten Ecke des Rohres und L ist eine Länge des Rohres.)
Zusätzlich wird gemäß der obigen Beschreibung bevorzugt, dass der Rohr-Rippe-Kontaktpunkt im Vergleich zu dem im Stand der Technik weiter nach vorne bewegt wird, so dass die Position X in der Breitenrichtung den Rohr-Rippe-Kontaktpunkt erreicht, bevor die Position des ersten Lochs erreicht wird, um die Wärmeübertragung von dem Rohr zur Rippe effektiver durchzuführen (zu diesem Zeitpunkt, wenn die Wärmekapazität des Endabschnitts des Rohres 120 durch die Formgestaltung wie oben beschrieben sichergestellt ist). Dies wird mit der Position X in der Breitenrichtung, X = wc am Rohr-Rippe-Kontaktpunkt und X = w0 an der Position des ersten Lochs beschrieben. Das heißt, das Rohr 120 kann den folgenden Ausdruck 3 erfüllen, so dass das Rohr die Rippe an einem Punkt berührt, der vor der Position des ersten Lochs liegt. $wc \leq w0$
(Hier ist w0 eine Dicke der Außenwand in der Breitenrichtung des Endabschnitts des Rohres in der Breitenrichtung und wc ist ein Wert von X am Rohr-Rippe-Kontaktpunkt.)
Zusammenfassend kann der Wärmetauscher 100 gemäß der vorliegenden Erfindung Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweisen, bei denen die Position X in der Breitenrichtung vom Endabschnitt des Rohres 120 und die Querschnittsfläche A des Rohres 120 in der Längsrichtung an der Position X in der Breitenrichtung die folgenden Ausdrücke erfüllen. $A \leq HL (0 < X \leq w0)$
$A \geq HL + 2 rL (\sqrt{} (1 - {(X/r-1)}^{2} - 1) (0 < X \leq r), 0,15 H < r < 0,45H$
$wc \leq w0$
(Hier ist X eine Position in der Breitenrichtung, A ist eine Querschnittsfläche in der Längsrichtung, H ist die Höhe des Rohres, r ist ein Radius einer abgerundeten Ecke des Rohres, L ist eine Länge des Rohres, w0 ist eine Dicke der Außenwand in der Breitenrichtung des Endabschnitts des Rohres in der Breitenrichtung und wc ist ein Wert von X an dem Rohr-Rippe-Kontaktpunkt.)
Bedingung zum Verbessern der Wärmekapazität des Endabschnitts des Rohrs: Dicke der Außenwand in Höhenrichtung an der Position des Lochs.
Wieder Bezug nehmend auf 7A und 7B, wenn die Position X in der Breitenrichtung eine Position des Lochs 122 erreicht, nachdem sie durch die Position des ersten Lochs (das heißt X = w0) gegangen ist, erhält man die Querschnittsfläche A in Längsrichtung durch Multiplizieren eines Wertes, der dem Zweifachen der Dicke der Außenwand in Höhenrichtung an der Position des Lochs 122 entspricht, mit der Länge L des Rohres. Wenn die Position X in der Breitenrichtung eine Position der Innenwand 121 ist, wird die Querschnittsfläche A in der Längsrichtung durch Multiplizieren der Höhe H des Rohres mit der Länge L des Rohres erhalten, das heißt, die Querschnittsfläche A in der Längsrichtung ist HL.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass das Gewicht vorgespannt auf die Endabschnitte des Rohres verteilt wird, um die Wärmekapazität des Endabschnitts des Rohres wie oben beschrieben zu verbessern. Zu diesem Zweck ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Dicke einer Außenwand in der Höhenrichtung von jedem von mehreren Löchern der Endabschnittsseite des Rohres in der Breitenrichtung größer als die einer Außenwand in der Höhenrichtung von jedem der Löcher am Zwischenabschnitt des Rohres in der Breitenrichtung. Nachfolgend wird dies ausführlicher beschrieben.
Zunächst können in dem Rohr 120 Positionen der Löcher 122 mit der Position X in der Breitenrichtung wie unten ausgedrückt werden. $Erstes Loch: w0 \leq X \leq w0 + h0$
$Zweites Loch: (w0 + h0) + w \leq X \leq (w0 + h0) + (w + h)$
$Drittes Loch: (w0 + h0) + (2w + h) \leq X \leq (w0 + h0) + 2 (w + h)$
$Viertes Loch: (w0 + h0) + (3w + 2 h) \leq X \leq (w0 + h0) + 3 (w + h)$
... $N - tes Loch: (w0 + h0) + ((n - 1) w + (n - 2) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (n - 1) (w + h)$
In diesem Fall ist eine Dicke einer Außenwand jedes der n0 Löcher jedes gegenüberliegenden Endabschnitts des Rohres größer als die einer Außenwand jedes der verbleibenden Löcher. Wenn eine Gesamtanzahl von Löchern 122, die in dem Rohr 120 gebildet sind, N ist, in dem Fall, in dem beispielsweise eine Dicke einer Außenwand von jeweils nur ersten Löchern und zweiten Löchern von gegenüberliegenden Endabschnitten größer ist als die einer Außenwand der restlichen Löcher, können die Positionen der Löcher 122 innerhalb eines solchen Bereichs mit der Position X in der Breitenrichtung wie unten ausgedrückt werden. $Erstes Loch: w0 \leq X \leq w0 + h0$
$Zweites Loch: (w0 + h0) + w \leq X \leq (w0 + h0) + (w + h)$
$N - 1 - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - 2) w + (N - 3) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (N - 2) (w + h)$
$\begin{array}{l} N - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - 1) w + (N - 2) h) \leq X \leq (w0 + 2 h0) + ((N - 1) w + (N \\ - 2) h) \end{array}$
In dem Fall des N-1-ten Lochs kann N-1 anstelle von n in dem Ausdruck des n-ten Lochs eingesetzt werden. Inzwischen ist ähnlich wie beim ersten Loch eine Breite des N-ten Lochs h0. Daher kann ein unterer Grenzwert des N-ten Lochs durch Ersetzen von N anstelle von n in dem Ausdruck des n-ten Lochs erhalten werden, und ein oberer Grenzwert des N-ten Lochs kann ein Wert des unteren Grenzwertes + h0 sein.
Das oben beschriebene Beispiel beschreibt den Ausdruck, der einen Bereich von Positionen von „ersten Löchern und zweiten Löchern von den entgegengesetzten Endabschnitten“ mit der Position X in der Breitenrichtung ausdrückt und der Ausdruck kann verallgemeinert werden, indem anstelle der zweiten Löcher „die n0-ten Löcher“ eingesetzt werden. In diesem Fall kann n0 gleich oder größer als 2 sein.
Ein Bereich von Positionen von „ersten Löchern bis zu n0-ten Löchern von den entgegengesetzten Endabschnitten“ kann mit der Position X in der Breitenrichtung wie unten ausgedrückt werden. $Erstes Loch: w0 \leq X \leq w0 + h0$
$Zweites Loch: (w0 + h0) + w \leq X \leq (w0 + h 0) + (w + h)$
... $n0-tes Loch: (w0 + h0) + ((n0 - 1) w + (n 0 - 2) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (n0 - 1) (w + h)$
$\begin{array}{l} N - n0 + 1 - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - n0) w + (N - n0 - 1) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (N \\ - n0) (w + h) \end{array}$
... $N - 1 - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - 2) w + (N - 3) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (N - 2) (w + h)$
$\begin{array}{l} N - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - 1) w + (N - 2) h) \leq X \leq (w0 + 2 h0) + ((N - 1) w + (N \\ 2) h) \end{array}$
Dies wird nachstehend zusammengefasst.
Ein Ausdruck, der einen Bereich von Positionen von „ersten Löchern bis zu n0-ten Löchern von den entgegengesetzten Endabschnitten“ mit der Position X in der Breitenrichtung ausdrückt (im Folgenden als „Ausdruck des Endabschnittsbereichs“ bezeichnet): $Erstes Loch: w0 \leq X \leq w0 + h0$
$n0-tes Loch: (w0 + h0) + ((n0 - 1) w + (n 0 - 2) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (n0 - 1) (w + h)$
$\begin{array}{l} N - n0 + 1 - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - n0) w + (N - n0 - 1) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (N - \\ n0) (w + h) \end{array}$
$\begin{array}{l} N - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - 1) w + (N - 2) h) \leq X \leq (w0 + 2 h0) + ((N - 1) w + (N \\ - 2) h) \end{array}$
Ein Ausdruck, der den verbleibenden Bereich mit der Position X in der Breitenrichtung ausdrückt (im Folgenden als „Ausdruck des Zwischenabschnittsbereichs“ bezeichnet): $\begin{array}{l} N - tes Loch: (w0 + h0) + ((n - 1) w + (n - 2) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (n - 1) (w + h), n0 \\ < n < N - n0 + 1 \end{array}$
Wenn n0 einen übermäßig großen Wert hat, kann sich in diesem Fall der Effekt, dass das Gewicht auf den Endabschnitt konzentriert ist, eher verschlechtern. Daher wird bevorzugt, dass n0 einen entsprechend kleinen Wert wie etwa 2 bis 3 hat. Dies kann als 2 ≤ n0 ≤ 3 ausgedrückt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist t0 > tm, wobei t0 eine Dicke der Außenwand in Höhenrichtung in einem Bereich des Ausdrucks des Endabschnittsbereichs ist und tm ist eine Dicke der Außenwand in Höhenrichtung in einem Bereich des Ausdrucks des Zwischenabschnittsbereichs.
Zusammenfassend zur obigen Beschreibung kann der Wärmetauscher 100 gemäß der vorliegenden Erfindung Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweisen, in dem die Position X in der Breitenrichtung und die Dicke t der Außenwand in der Höhenrichtung an der Position des Lochs 122 den folgenden Ausdruck erfüllen, so dass die Dicke t der Außenwand in Höhenrichtung an der Position des Lochs 122 im Bereich des Ausdrucks des Endabschnittsbereichs größer ist als die Dicke t der Außenwand in Höhenrichtung an der Position des Lochs 122 im Bereich des Ausdrucks des Zwischenabschnittsbereichs. $t0 > tm$
(Hier ist t0 eine Dicke der Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs der Endabschnittsseite des Rohres in Breitenrichtung und tm ist eine Dicke der Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs der Zwischenabschnittsseite des Rohres in Breitenrichtung.)
Vergleich der Leistung zwischen verwandter Technik und der vorliegenden Erfindung
9 ist ein Diagramm zum Vergleichen einer Beziehung zwischen normalisierten Positionen von einem Endabschnitt des Extrusionsrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung in Breitenrichtung und Querschnittsflächen in Längsrichtung an den jeweiligen Positionen. Bei der Normalisierung wird X durch w0 an einer Position einer Außenwand im Bereich des Ausdrucks des Endabschnittsbereichs geteilt. X ist durch h0 an einer Position eines Lochs im Bereich des Ausdrucks des Endabschnittsbereichs geteilt, X ist durch w an einer Position einer Innenwand im Bereich des Ausdrucks des Zwischenabschnittsbereichs geteilt und X ist durch h an einer Position eines Lochs im Bereich des Ausdrucks des Zwischenabschnittsbereichs geteilt. Der Vergleich zwischen dem Stand der Technik und der vorliegenden Erfindung wird unter der Annahme durchgeführt, dass die Höhe H des Rohres gemäß dem Stand der Technik die gleiche ist wie die des Rohres gemäß der vorliegenden Erfindung oben. Eine solche Variable kann jedoch auch normalisiert werden. In diesem Fall kann die Variable als ein Wert normiert werden, der erhalten wird, indem die Breite des Rohres in Höhenrichtung durch eine Gesamthöhe des Rohres geteilt wird. Eine normalisierte Variable wie oben beschrieben ist mit einem Index n gekennzeichnet. X und A sind auch als normalisierte Variablen Xn bzw. An angegeben.
Wie oben beschrieben, ist eine Fläche eines Abschnitts unter einem Xn-An-Diagramm proportional zum Gewicht. Das heißt, um die Wärmekapazität des Endabschnitts des Rohres zu verbessern, muss die Fläche des Abschnitts unter dem Xn-An-Diagramm vergrößert werden. In diesem Fall ist, wie in 9 explizit gezeigt, ist bei überlappenden Diagrammen der oben beschriebenen normalisierten Variablen eine Fläche eines unteren Abschnitts eines Xn-An-Diagramms an der Endabschnittseite des erfindungsgemäßen Rohres wesentlich größer als eine Fläche eines unteren Abschnitts eines Xn-An-Diagramms an der Endabschnittseite des Rohres gemäß dem Stand der Technik.
Die obige Beschreibung zusammenfassend, hat die vorliegende Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik die nachstehend beschriebenen Formmerkmale.

1) Ein Querschnitt des Endabschnitts des Rohres hat (im Gegensatz zur halbkreisförmigen Form gemäß dem Stand der Technik) eine viereckige Form, deren Ecken abgerundet sind (ausgedrückt durch die Ausdrücke 1 bis 3).
2) Eine Dicke der Außenwand in Höhenrichtung an jeder Position von zwei oder drei Löchern der Endabschnittseite ist größer als die der Außenwand in Höhenrichtung an jeder der Positionen von Löchern der Zwischenabschnittsseite (ausgedrückt durch Ausdruck 4).

Infolgedessen ist bei dem Rohr 120 gemäß der vorliegenden Erfindung das Gewicht im Vergleich zu dem Fall des Rohres gemäß dem Stand der Technik stärker auf die Seiten des Endabschnitts verteilt. Daher wird die Wärmekapazität der Endabschnittseite, die direkt mit Luft in Kontakt steht, weiter verbessert, wodurch letztlich die Wärmeübertragungsleistung von dem Rohr an die Luft signifikant verbessert wird.
Die Breite und die Höhe des Rohres können gegenüber den Grundabmessungen geringfügig geändert werden, um die Wärmeübertragungsleistung wie oben beschrieben zu verbessern. In der Praxis werden die Grundabmessungen in Abhängigkeit von der Art des Wärmetauschers (ausgewählt aus einem Verdampfer, einem Kondensator, einem Kühler, einem Heizungskern und dergleichen), Abmessungen eines Moduls, in dem der Wärmetauscher montiert ist (im Falle eines Wärmetauschers für ein Fahrzeug, eines Raums eines Maschinenraums), die erforderliche Leistung des Wärmetauschers (im Fall eines Wärmetauschers für ein Fahrzeug, ausgewählt aus der Leistung für ein leichtes Fahrzeug, der Leistung für ein kleines Fahrzeug, der Leistung für ein mittelgroßes Fahrzeug, der Leistung für ein großes Fahrzeug und dergleichen) unterschiedlich verändert. Selbst wenn die Formmerkmale, wie oben beschrieben, komplex angewendet werden, kann ein Ausmaß der vorgespannten Verteilung des Gewichts auf die Endabschnitte auf verschiedene Weise geändert werden.
Ein ausführliches Beispiel wird nachstehend beschrieben. Es wird angenommen, dass ein Rohr A mit einer im Wesentlichen großen Breite und ein Rohr B mit einer Grundabmessung, bei der eine Breite wesentlich kleiner ist, d. h. eine Breite des Rohres B 1/2 der Breite des Rohres A ist, vorliegt. Die Formmerkmale der vorliegenden Erfindung werden auf etwa zwei bis drei Löcher einer Endabschnittseite des Rohres angewendet und der verbleibende Abschnitt ist ein Zwischenabschnitt. Beim einfachen Vergleich des Rohres A und des Rohres B wird, da der Zwischenabschnitt des Rohres A fast doppelt so lang ist wie der Zwischenabschnitt des Rohres B, die Form gemäß dem Stand der Technik sowohl auf den Endabschnitt des Rohres A als auch auf den Endabschnitt des Rohres B angewendet. Alternativ kann, selbst wenn die Form gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, ein Ausmaß einer vorgespannten Verteilung des Gewichts auf die Endabschnitte des Rohres B bereits höher sein als dasjenige des Rohres A. In diesem Fall kann, selbst wenn das Ausmaß der vorgespannten Verteilung des Gewichts erhöht wird, indem die Rohrform gemäß der vorliegenden Erfindung auf das Rohr A aufgebracht wird, und das Ausmaß der vorgespannten Verteilung des Gewichts verringert wird, indem die Rohrform gemäß dem Stand der Technik auf das Rohr B aufgebracht wird, das Ausmaß der vorgespannten Verteilung des Gewichts auf die Endabschnitte des Rohres B immer noch höher sein als das des Rohres A.
Da die Grundabmessungen des Rohres erheblich verschiedenartig geändert werden, ist es unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Situation als solche nicht leicht, das Ausmaß der vorgespannten Verteilung eines Gewichts auf die Endabschnitte eines beliebigen Rohres einzustellen. Es trifft jedoch auch zu, dass solche grundlegenden Abmessungen in kommerziell erhältlichen Rohren, die derzeit als Rohre für einen Wärmetauscher hergestellt werden, der in einem Klimamodul für ein Fahrzeug montiert ist, in gewissem Maße standardisiert sind. Bei der Durchführung eines Vergleichs in Bezug auf das Ausmaß der vorgespannten Verteilung des Gewichts auf die Endabschnitte zwischen den Rohren, die voneinander verschiedene Grundabmessungen haben, kann ein signifikanter Effekt der verbesserten Form nicht gezeigt werden. Wenn jedoch ein Vergleich in Bezug auf das Ausmaß der vorgespannten Verteilung des Gewichts auf die Endabschnitte zwischen den Rohren mit den gleichen Abmessungen durchgeführt wird, wird ein signifikanter Effekt der verbesserten Form sicherlich gemäß dem oben beschriebenen theoretischen Hintergrund gezeigt.
In dieser Hinsicht wurde eine Simulation oder ein Experiment für die kommerziell erhältlichen Rohre durchgeführt, die zu einem gewissen Grad standardisiert sind, und ein Ergebnis davon zeigt, dass bevorzugt wird, dass 10 % bis 20 % des Gesamtgewichts des Rohres 120 vorgespannt auf einen Bereich verteilt sind, der dem folgenden Bereich der Position X in der Breitenrichtung entspricht. Ausdruck 5 entspricht dem oben beschriebenen Ausdruck „Endabschnittsbereich“. Der Ausdruck, dass n0 einen Wert von 2 bis 3 hat, bedeutet einen Bereich von „ersten Löchern und zweiten Löchern von den gegenüberliegenden Endabschnitten“ oder einen Bereich von „ersten Löchern bis zu dritten Löchern von den gegenüberliegenden Endabschnitten“. $\begin{array}{l} Erstes Loch: w0 \leq X \leq w0 + h0 \\ n0 - tes Loch: (w0 + h0) + ((n0 - 1) w + (n 0 - 2) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (n0 - 1) (w + h) \\ N - n0 + 1 - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - n0) w + (N - n0 - 1) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (N \\ - n0) (w + h) \\ N - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - 1) w + (N - 2) h) \leq X \leq (w0 + 2 h0) + ((N - 1) w + \\ (N - 2) h) \\ 2 \leq n0 \leq 3 \end{array}$
(Hier ist n ein Lochindex, N ist eine Gesamtzahl von Löchern, h0 ist eine Breite eines Lochs des Endabschnitts des Rohres in der Breitenrichtung und h ist eine Breite eines Lochs an den verbleibenden Positionen.)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, sondern kann verschiedenartig angewendet werden. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung von Fachleuten auf dem Gebiet, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne von dem in den Ansprüchen beanspruchten Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Wärmeübertragungsleistung von dem Rohr an Luft im Vergleich zu der des Stands der Technik deutlich zu verbessern. Genauer ausgedrückt wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kontaktlänge zwischen dem Rohr und der Rippe durch Optimierung der Form des Endabschnitts des Rohres maximiert. Infolgedessen wird eine Wärmeübertragungsfläche vergrößert, wodurch die Wärmeübertragungsleistung von dem Rohr an Luft (die ein externes Medium ist, an das schließlich Wärme übertragen wird) verbessert wird. Zusätzlich wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Wärmekapazität des Endabschnitts des Rohres, der zuerst die Luft berührt, durch geeignetes vorgespanntes Verteilen eines Gewichts auf die Endabschnitte des Rohres erhöht, wodurch die Wärmeübertragungsleistung an die Luft weiter verbessert wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es basierend auf eines Synergieeffekts der oben beschriebenen Effekte möglich, den Effekt einer letztendlichen Maximierung der Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers durch Optimierung der Gestaltung der Form und der Dimension des Endabschnitts des Rohres zu erzielen.
Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung, selbst wenn eine Gesamtabmessung des Wärmetauschers oder des Wärmetauscherrohrs geändert wird, eine Abmessung für eine optimierte Wärmeübertragungsleistung, Druckfestigkeit und Herstellbarkeit leicht berechnet werden. Es ist unnötig zu erwähnen, dass die Zweckmäßigkeit des Entwurf in einem Prozess des Entwurfs eines neuen Wärmetauschers oder der Änderung des Designs des vorhandenen Wärmetauschers maximiert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007093144 [0005, 0008]

Claims

Wärmetauscher, der Folgendes umfasst: ein Paar von Ausgleichsbehältern, die um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet und parallel zueinander angeordnet sind; eine Vielzahl von Rohren, deren beide Enden an dem Paar von Ausgleichsbehältern befestigt sind, um Kanäle für ein Kühlmittel zu bilden; und Rippen, die zwischen den Rohren angeordnet sind, wobei das Rohr ein Extrusionsrohr ist, eine Breite W des Rohres größer ist als eine Höhe H des Rohres und wenn der Kanal in dem Rohr in eine Vielzahl von Löchern unterteilt ist, die in einer Breitenrichtung des Rohres durch eine Vielzahl von Innenwänden, die sich in einer Höhenrichtung des Rohres erstrecken, parallel zueinander angeordnet sind, der Wärmetauscher Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweist, in dem eine Position X in der Breitenrichtung von einem Endabschnitt des Rohres und eine Querschnittsfläche A des Rohres in einer Längsrichtung an der Position X in der Breitenrichtung folgende Ausdrücke erfüllen: $A \leq HL (0 < X \leq w0)$
$A \geq HL + 2 rL (\sqrt{} (1 - {(X / r - 1)}^{2}) - 1) (0 < X \leq r),0,15 H < r < 0,45 H$
wobei X eine Position in der Breitenrichtung ist, A eine Querschnittsfläche in der Längsrichtung ist, H die Höhe des Rohres ist, r der Radius einer abgerundeten Ecke des Rohres ist, L eine Länge des Rohres ist, w0 eine Dicke einer Außenwand in der Breitenrichtung des Endabschnitts des Rohres in der Breitenrichtung ist und wc ein Wert von X an einem Rohr-Rippe-Kontaktpunkt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweist, in dem die Ausdrücke 1 und 2 erfüllt sind, so dass ein Querschnitt des Endabschnitts des Rohres eine viereckige Form, deren Ecken abgerundet sind, oder eine größere Form als die viereckige Form, deren Ecken abgerundet sind, aufweist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweist, der den folgenden Ausdruck erfüllt: $wc \leq w0$
wobei w0 eine Dicke der Außenwand in der Breitenrichtung des Endabschnitts des Rohres in der Breitenrichtung ist und wc ein Wert von X am Rohr-Rippe-Kontaktpunkt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei der Wärmetauscher Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweist, in dem der Ausdruck 3 erfüllt ist, so dass sich eine Position, an der das Rohr die Rippe berührt, vor einer Position eines ersten Lochs des Rohres befindet.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei, wenn ein Ausdruck, der einen Bereich von Positionen von ersten Löchern bis zu n0-ten Löchern von den entgegengesetzten Endabschnitten mit der Position X in der Breitenrichtung ausdrückt, ein Ausdruck des Endabschnittsbereichs ist, der Ausdruck des Endabschnittsbereichs wie folgt lautet: $Erstes Loch: w0 \leq X \leq w0 + h0$
$n0-tes Loch: (w0 + h0) + ((n0 - 1) w + (n 0 - 2) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (n0 - 1) (w + h)$
$\begin{array}{l} N - n0 + 1 - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - n0) w + (N - n0 - 1) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (N - \\ - n0) (w + h) \end{array}$
$\begin{array}{l} N - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - 1) w + (N - 2) h) \leq X \leq (w0 + 2 h0) + ((N - 1) w + (N - \\ - 2) h) \end{array}$
wobei n ein Lochindex ist, N eine Gesamtzahl von Löchern ist, h0 eine Breite eines Lochs des Endabschnitts des Rohres in der Breitenrichtung ist und h eine Breite eines Lochs an den verbleibenden Positionen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei, wenn ein Ausdruck, der einen Bereich von Positionen von Löchern ausdrückt, der dem verbleibenden Bereich entspricht, der nicht ein Bereich ist, der dem Bereichsausdruck des Endabschnitts mit der Position X in der Breitenrichtung entspricht, ein Bereichsausdruck des Zwischenabschnitts ist, der Bereichsausdruck des Zwischenabschnitts wie folgt lautet: $\begin{array}{l} N - tes Loch: (w0 + h0) + ((n - 1) w + (n - 2) h) \leq X \leq (w0 + 2 h0) + (n - 1) (w + h), n0 \\ < n < N - n0 + 1 \end{array}$
wobei n ein Lochindex ist, N die Gesamtzahl der Löcher ist, h0 eine Breite eines Lochs des Endabschnitts des Rohres in der Breitenrichtung ist und h die Breite eines Lochs an den verbleibenden Positionen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 6, wobei der Wärmetauscher Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweist, in dem die Position X in Breitenrichtung und eine Dicke t einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs den folgenden Ausdruck erfüllen: t = t0 (wenn X innerhalb des Bereichs des Ausdruck des Endabschnittsbereichss liegt) wobei t0 eine Dicke einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs der Endabschnittsseite des Rohres in Breitenrichtung ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei der Wärmetauscher Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweist, in dem der vorstehende Ausdruck erfüllt ist, so dass eine Dicke t einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs im Bereich des Bereichsausdrucks des Endabschnitts t0 ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei der Wärmetauscher Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweist, in dem die Position X in Breitenrichtung und eine Dicke t einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs den folgenden Ausdruck erfüllen: t = tm (wenn X innerhalb des Bereichs des Ausdrucks für den mittleren Portionsbereich liegt) $t0 > tm$
wobei t0 eine Dicke einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs der Endabschnittsseite des Rohres in Breitenrichtung ist und tm eine Dicke einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs der Zwischenabschnittsseite des Rohres in Breitenrichtung ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 9, wobei der Wärmetauscher Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweist, in dem der vorstehende Ausdruck erfüllt ist, so dass tm eine Dicke t einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs im Bereich des Bereichsausdrucks des Zwischenabschnitts ist und eine Dicke t einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs im Bereich des Bereichsausdrucks des Endabschnitts größer ist als eine Dicke t einer Außenwand in Höhenrichtung an einer Position eines Lochs im Bereich des Bereichsausdrucks des Zwischenabschnitts.
Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei der Wärmetauscher Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweist, der den folgenden Ausdruck erfüllt: $2 \leq n0 \leq 3$
Wärmetauscher nach Anspruch 11, wobei der Wärmetauscher Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweist, in dem der vorstehende Ausdruck erfüllt ist, so dass der Bereich des Endabschnittsausdrucks ein Bereich von Positionen von ersten Löchern zu zweiten Löchern oder dritten Löchern von den gegenüberliegenden Endabschnitten ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 11, wobei 10 % bis 20 % eines Gesamtgewichts des Rohres auf einen Bereich vorgespannt ist, der dem folgenden Bereich der Position X in der Breitenrichtung entspricht. $\begin{array}{l} Erstes Loch: w0 \leq X \leq w0 + h0 \\ n0-tes Loch: (w0 + h0) + ((n0 - 1) w + (n 0 - 2) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (n0 - 1) (w + h) \\ N - n0 + 1 - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - n0) w + (N - n0 - 1) h) \leq X \leq (w0 + h0) + (N - \\ n0) (w + h) \\ N - tes Loch: (w0 + h0) + ((N - 1) w + (N - 2) h) \leq X \leq (w0 + 2 h0) + ((N - 1) w + (N - 2) \\ h) \\ 2 \leq n0 \leq 3 \end{array}$
wobei n ein Lochindex ist, N die Gesamtzahl der Löcher ist, h0 eine Breite eines Lochs des Endabschnitts des Rohres in der Breitenrichtung ist und h die Breite eines Lochs an den verbleibenden Positionen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, wobei der Wärmetauscher Abmessungen innerhalb eines Bereichs aufweist, in dem der vorstehende Ausdruck erfüllt ist, so dass das Gewicht auf einen Bereich vorgespannt ist, der einem Bereich von Positionen von ersten Löchern zu zweiten Löchern oder dritten Löchern von den entgegengesetzten Endabschnitten entspricht.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei das Rohr aus einem Aluminiummaterial gebildet ist.