DE112005001885T5

DE112005001885T5 - Wärmetauscher, Zwischenwärmetauscher und Kältekreislauf

Info

Publication number: DE112005001885T5
Application number: DE112005001885T
Authority: DE
Inventors: Koichiro Oyama Take; Shigeharu Oyama Ichiyanagi
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Mahle Behr Thermal Systems Japan Ltd
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2007-06-21
Also published as: CN1977139A; US20080066488A1; WO2006014032A1; JP2006071270A

Abstract

Wärmetauscher, aufweisend:
ein äußeres Rohr,
ein inneres Rohr, welches eine Mehrzahl von Finnen aufweist, welche am Außenumfang des inneren Rohrs geformt sind, wobei das innere Rohr in dem äußeren Rohr angeordnet ist,
ein erstes Fluid, welches in dem inneren Rohr strömt und
ein zweites Fluid, welches zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr strömt,
wobei der Wärmetauscher Wärme zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid überträgt, und
wobei ein Spalt zwischen dem Innenumfang des äußeren Rohrs und dem äußersten Ende einer jeden von der Mehrzahl von Finnen des inneren Rohrs geformt ist.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patenanmeldung mit der Nummer 2004-230778, welche am 6. August 2004 eingereicht wurde, und der vorläufigen US-Anmeldung S.N. 60/600,357, welche am 11. August 2004 eingereicht wurde, deren gesamte Offenbarungen durch Bezugnahme in ihren Gesamtheiten hierin mitaufgenommen sind.
Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung ist eine Anmeldung, welche gemäß 35 U.S.C. §111(a) eingereicht wurde und gemäß 35 U.S.C. §119(e)(1) den Vorteil des Anmeldedatums der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nummer 60/600,357 beansprucht, welche am 11. August 2004 gemäß 35 U.S.C. §111(b) eingereicht wurde.
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Kältekreislauf für den Einsatz in zum Beispiel einem Auto-Klimaanlagen-Kältekreislauf und betrifft ferner einen Zwischenwärmetauscher und einen Wärmetauscher zur Verwendung in solch einem Kreislauf.
Hintergrundwissen
In den meisten konventionellen Kältekreisläufen des Dampf-Kompressions-Typs wurde Freon-Serien-Kältemittel verwendet. In den letzten Jahren zieht jedoch ein Kältekreislauf die Aufmerksamkeit auf sich, der ein natürliches Kältemittel, wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid (CO₂), verwendet.
In solch einem Kältekreislauf zirkuliert ein Kältemittel derart, dass das Hochdruck-Kältemittel von einem Kompressor und einem Gas-Kühler (Kondensator) durch einen Dekompressor und einen Verdampfer in das Niederdruck-Kältemittel strömt und zu dem Kompressor zurückkehrt. Um die Kälteleistung in solch einem Kältekreislauf zu verbessern, wurde vorgeschlagen, Wärme zwischen dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel zu übertragen.
Als ein Zwischenwärmetauscher zur Verwendung in einem CO₂-Kältekreislauf waren Rohrstruktur-Zwischenwärmetauscher bekannt, welche zum Beispiel in den folgenden Patentdokumenten offenbart sind.
Bei dem in dem japanischen nicht geprüften offengelegten Patentdokument mit der Nummer 2001-56188 (im folgenden "Patentdokument 1") und dem japanischen nicht geprüften offengelegten Patentdokument mit der Nummer 2002-181466 (im folgenden "Patentdokument 2") offenbarten Wärmetauscher ist dieser durch ein mehrfach durchbohrtes rohrförmiges Element mit einem zentralen Kanal und einer Mehrzahl von äußeren Kanälen gebildet, welche um den zentralen Kanal herum angeordnet sind. In solch einem Wärmetauscher strömt Hochdruck-Kältemittel durch den zentralen Kanal und Niederdruck-Kältemittel strömt durch die äußeren Kanäle, um Wärme zwischen ihnen zu übertragen.
Bei dem in der internationalen Veröffentlichung mit der Nummer WO 03/085344 (im folgenden "Patentdokument 3") offenbarten Wärmetauscher, ist dieser durch ein rohrförmiges Element gebildet, bei dem ein inneres Rohr, welches mit einer Mehrzahl von Finnen am Außenumfang des inneren Rohrs versehen ist, in ein äußeres Rohr eingesetzt ist. Bei diesem Wärmetauscher strömt Hochdruck-Kältemittel durch das innere Rohr und Niederdruck-Kältemittel strömt zwischen den beiden Rohren, um Wärme dazwischen zu übertragen.
In dem Fall des Wärmetauschers, der durch die Patentdokumente 1 und 2 offenbart ist, ist es, obgleich der Wärmetauscher gewöhnlich durch ein Extrusions-Verfahren geformt wird, schwierig, mittels Extrusion ein Wärmetauscherrohr zu formen, welches eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, was zum Beispiel zu einem eingeschränkten Durchmesser und/oder Gestalt des Kanals führt. Dies verursacht einen Kleindurchmesser-Kanal, wodurch der Strömungswiderstand erhöht ist, und verursacht ferner eine erhöhte Dicke der Abtrennungen (Finnen) zwischen den Kanälen, wodurch die Wärmetransferleistung verschlechtert wird, was wiederum zu einer verschlechterten Wärmeübertragungsleistung führt. Außerdem ist das gesamte Rohr zu einem integral geformten Artikel geformt und die Trennwand (Finne) zwischen den Kanälen ist dick, und daher ist es schwierig, die Biegebearbeitung durchzuführen. Zum Beispiel kann in dem Fall des Verwendens eines solchen Wärmetauschers in einem Kältekreislauf für Klimaanlagen dieser nicht zu einer Gestalt geformt werden, welche der begrenzten Einbauraum-Struktur in einem Auto entspricht, was zu einem verschlechterten Konstruktionsfreiraum führt.
Außerdem kann in dem Fall des Wärmetauschers, welcher durch das Patentdokument 3 offenbart ist, da das innere Rohr durch das äußere Rohr eingeschränkt ist, eine an das äußere Rohr angelegte externe Kraft leicht auf das innere Rohr wirken, was Risse in der Biegungsaußenseite der Finnen des inneren Rohrs verursacht, was wiederum zu einer verschlechterten Druckfestigkeit und Lebensdauer führt. Folglich ist dieser Wärmetauscher auch nicht dazu geeignet, einer Biegebearbeitung unterworfen zu werden.
Die Beschreibung hierin von Vorteilen und Nachteilen verschiedener Merkmale, Ausführungsformen, Verfahren und Vorrichtungen, welche in anderen Veröffentlichungen offenbart sind, ist in keiner Weise dazu vorgesehen, die Erfindung einzuschränken. In der Tat können bestimmte Merkmale der Erfindung dazu geeignet sein, bestimmte Nachteile zu bewältigen, wohingegen dennoch manche oder alle der Merkmale, Ausführungsformen, Verfahren und Vorrichtungen, welche darin offenbart sind, beibehalten werden.
Offenbarung der Erfindung
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wurden angesichts der oben genannten und/oder anderer Probleme im Stand der Technik entwickelt. Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können existierende Verfahren und/oder Vorrichtungen signifikant verbessern.
Neben anderen möglichen Vorteilen können manche Ausführungsformen einen Wärmetauscher bereitstellen, welcher geeignet ist, die Wärmeübertragungsleistung zu verbessern, und eine exzellente Biegebearbeitbarkeit hat.
Neben anderen möglichen Vorteilen können manche Ausführungsformen einen Zwischenwärmetauscher bereitstellen, welcher geeignet ist, die Wärmeübertragungsleistung zu verbessern, und eine exzellente Biegebearbeitbarkeit hat.
Neben anderen möglichen Vorteilen können manche Ausführungsformen einen Kältekreislauf bereitstellen, der den zuvor genannten Wärmetauscher oder Zwischenwärmetauscher verwendet.
Um die zuvor genannten Ziele zu erreichen, hat der Wärmetauscher gemäß der Erfindung die folgende Struktur, wie in den folgenden Punkten [1] bis [20] dargestellt.

[1] Wärmetauscher, aufweisend: ein äußeres Rohr, ein inneres Rohr, welches eine Mehrzahl von Finnen aufweist, welche am Außenumfang des inneren Rohrs geformt sind, wobei das innere Rohr in dem äußeren Rohr angeordnet ist, ein erstes Fluid, welches in dem inneren Rohr strömt und ein zweites Fluid, welches zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr strömt, wobei der Wärmetauscher Wärme zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid überträgt, und wobei ein Spalt zwischen dem Innenumfang des äußeren Rohrs und dem äußersten Ende einer jeden von der Mehrzahl von Finnen des inneren Rohrs geformt ist.
[2] Wärmetauscher gemäß dem zuvor genannten Punkt [1], wobei sich die Mehrzahl von Finnen entlang der Längsrichtung des inneren Rohrs erstreckt und in Umfangsrichtung davon in bestimmten Intervallen angeordnet ist.
[3] Wärmetauscher gemäß dem zuvor genannten Punkt [1] oder [2], wobei der Spalt auf 0,2 bis 1 mm eingestellt ist.
[4] Wärmetauscher gemäß einem der zuvor genannten Punkte [1] bis [3], wobei die Mehrzahl von Finnen entlang der Umfangsrichtung des inneren Rohrs angeordnet ist und die Anzahl von Finnen auf 13 bis 18 eingestellt ist.
[5] Wärmetauscher gemäß einem der zuvor genannten Punkte [1] bis [4], wobei die Dicke einer jeden von der Mehrzahl von Finnen auf 0,3 bis 1,3 mm eingestellt ist.
[6] Wärmetauscher gemäß einem der zuvor genannten Punkte [1] bis [5], wobei der Öffnungswinkel zwischen benachbarten Finnen auf 15 bis 30° eingestellt ist.
[7] Wärmetauscher gemäß einem der zuvor genannten Punkte [1] bis [6], wobei die Mehrzahl von Finnen integral an dem inneren Rohr geformt ist.
[8] Wärmetauscher gemäß einem der zuvor genannten Punkte [1] bis [7], wobei sowohl das äußere Rohr als auch das innere Rohr durch Biegebearbeitung gebogen sind.
[9] Wärmetauscher gemäß einem der zuvor genannten Punkte [1] bis [8], wobei das erste Fluid ein Hochdruck-Wärmemedium ist und das zweite Fluid ein Niederdruck-Wärmemedium ist.
[10] Wärmetauscher gemäß einem der zuvor genannten Punkte [1] bis [9], wobei das innere Rohr mit einer Mehrzahl von inneren Finnen am Innenumfang davon versehen ist.
[11] Zwischenwärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen einem Hochdruck-Kältemittel und einem Niederdruck-Kältemittel eines Kältemittels, welches in einem Kältekreislauf zirkuliert, wobei der Zwischenwärmetauscher aufweist: ein inneres Rohr, welches mit einer Mehrzahl von Finnen am Außenumfang davon versehen ist, und ein äußeres Rohr, in dem das innere Rohr in einer solchen Art angeordnet ist, dass ein Spalt zwischen dem Innenumfang des äußeren Rohrs und dem äußersten Ende einer jeden von der Mehrzahl von Finnen des inneren Rohrs geformt ist, wobei eines von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen ersten Wärmeübertragungs-Kanal strömt, welcher in dem inneren Rohr geformt ist, und wobei das andere von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen zweiten Wärmeübertragungs-Kanal zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr strömt.
[12] Wärmetauscher gemäß dem zuvor genannten Punkt [11], wobei das Hochdruck-Kältemittel durch den ersten Wärmeübertragungs-Kanal strömt, und wobei das Niederdruck-Kältemittel durch den zweiten Wärmeübertragungs-Kanal strömt.
[13] Wärmetauscher gemäß dem zuvor genannten Punkt [11] oder [12], wobei das Kältemittel Kohlenstoffdioxid-Kältemittel ist.
[14] Zwischenwärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen einem Hochdruck-Kältemittel und einem Niederdruck-Kältemittel eines Kältemittels, welches in einem Kältekreislauf zirkuliert, wobei der Zwischenwärmetauscher aufweist: ein inneres Rohr, welches mit einer Mehrzahl von Finnen am Außenumfang davon versehen ist, und ein äußeres Rohr, in dem das innere Rohr in einer solchen Art angeordnet ist, dass ein Spalt zwischen dem Innenumfang des äußeren Rohrs und der Mehrzahl von Finnen des inneren Rohrs geformt ist, wobei eines von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen ersten Wärmeübertragungs-Kanal strömt, welcher in dem inneren Rohr geformt ist, und wobei das andere von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen zweiten Wärmeübertragungs-Kanal zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr strömt.
[15] Kältemittel-Kreislauf, in dem Kältemittel derart zirkuliert, dass das Kältemittel durch einen Kompressor, einen Kondensator, einen Dekompressor und einen Verdampfer strömt und dann zu dem Kompressor zurückkehrt, wobei der Kältemittel-Kreislauf aufweist: einen Zwischenwärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen einem Hochdruck-Kältemittel, welches durch eine Hochdruck-Leitung von dem Kompressor zu dem Dekompressor strömt, und einem Niederdruck-Kältemittel, welches durch eine Niederdruck-Leitung von dem Dekompressor zu dem Kompressor strömt, wobei der Zwischenwärmtauscher aufweist: ein inneres Rohr, welches mit einer Mehrzahl von Finnen am Außenumfang davon versehen ist, und ein äußeres Rohr, in dem das innere Rohr in einer solchen Art angeordnet ist, dass ein Spalt zwischen dem Innenumfang des äußeren Rohrs und dem äußersten Ende einer jeden von der Mehrzahl von Finnen des inneren Rohrs geformt ist, wobei eines von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen ersten Wärmeübertragungs-Kanal strömt, welcher in dem inneren Rohr geformt ist, und wobei das andere von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen zweiten Wärmeübertragungs-Kanal zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr strömt.
[16] Kältemittel-Kreislauf, in dem Kältemittel derart zirkuliert, dass das Kältemittel durch einen Kompressor, einen Kondensator, einen Dekompressor und einen Verdampfer strömt und dann zu dem Kompressor zurückkehrt, wobei der Kältemittel-Kreislauf aufweist: einen Zwischenwärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen einem Hochdruck-Kältemittel, welches durch eine Leitung strömt, welche zwischen dem Kondensator und dem Dekompressor angeordnet ist, und einem Niederdruck-Kältemittel, welches durch eine Leitung strömt, welche zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor angeordnet ist, wobei der Zwischenwärmetauscher aufweist: ein inneres Rohr, welches mit einer Mehrzahl von Finnen am Außenumfang davon versehen ist, und ein äußeres Rohr, in dem das innere Rohr in einer solchen Art angeordnet ist, dass ein Spalt zwischen dem Innenumfang des äußeren Rohrs und dem äußersten Ende einer jeden von der Mehrzahl von Finnen des inneren Rohrs geformt ist, wobei eines von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen ersten Wärmeübertragungs-Kanal strömt, welcher in dem inneren Rohr geformt ist, und wobei das andere von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen zweiten Wärmeübertragungs-Kanal zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr strömt.
[17] Kältemittel-Kreislauf gemäß dem zuvor genannten Punkt [16], wobei das Hochdruck-Kältemittel durch den ersten Wärmeübertragungs-Kanal strömt, und wobei das Niederdruck-Kältemittel durch den zweiten Wärmeübertragungs-Kanal strömt.
[18] Kältemittel-Kreislauf gemäß dem zuvor genannten Punkt [16] oder [17], wobei der Kondensator ein Gas-Kühler ist.
[19] Kältemittel-Kreislauf gemäß einem der zuvor genannten Punkte [16] bis [18], wobei das Kältemittel Kohlenstoffdioxid-Kältemittel ist.
[20] Kältemittel-Kreislauf gemäß einem der zuvor genannten Punkte [16] bis [19], wobei sowohl das äußere Rohr als auch das innere Rohr durch Biegebearbeitung gebogen sind.

Effekte der Erfindung
Gemäß dem Wärmetauscher nach dem zuvor genannten Punkt [1] kann der Wärmetauscher durch Verbinden des inneren Rohrs, welches Finnen aufweist, mit dem äußeren Rohr geformt werden. Daher kann die Dicke der Finne und des Rohrs verglichen mit dem Fall, bei dem ein mehrfach durchbohrtes Wärmetauscherohr durch ein einziges Extrusions-Verfahren geformt wird, reduziert werden, und es kann eine feine Struktur davon geformt werden. Folglich kann die Wärmeübertragungsleistung verbessert werden.
Außerdem wird das innere Rohr nicht übermäßig durch das äußere Rohr eingeschränkt sein, da ein Spalt zwischen dem äußersten Ende der Finne des inneren Rohrs und dem Innenumfang des äußeren Rohrs geformt ist. Daher ist es möglich, das Auftreten von Defekten, wie zum Beispiel Beschädigungen der Finnen des inneren Rohrs aufgrund der Beanspruchung, welche zu der Zeit der Biegebearbeitung verursacht wird, zu verhindern. Folglich kann der Wärmetauscher leicht und genau in eine gewünschte Gestalt gebogen werden. Folglich hat der Wärmetauscher eine exzellente Biegefunktion.
Darüber hinaus kann das zweite Fluid, da der Spalt an dem äußersten Ende einer jeden Finne geformt ist, über die Spalte vermischt werden, was eine Abweichung der Kältemittel-Temperaturverteilung verhindern kann. Folglich kann die Wärmeübertragungseffizienz weiter verbessert werden.
Gemäß dem Wärmetauscher nach dem zuvor genannten Punkt [2] kann die Wärmeübertragungseffizienz verbessert werden.
Gemäß dem Wärmetauscher nach dem zuvor genannten Punkt [3] kann eine exzellente Biegebearbeitbarkeit erreicht werden.
Gemäß dem Wärmetauscher nach den zuvor genannten Punkten [4] bis [6] kann die Wärmeübertragungs-Effizienz weiter verbessert werden.
Gemäß dem Wärmetauscher nach den zuvor genannten Punkten [7] bis [10] können die zuvor genannten Effekte sicherer erhalten werden.
Gemäß dem Wärmetauscher nach den zuvor genannten Punkten [11] bis [14] kann ein Zwischenwärmetauscher mit den oben genannten Effekten bereitgestellt werden.
Gemäß dem Wärmetauscher nach den zuvor genannten Punkten [15] bis [20] kann ein Kältekreislauf mit den oben genannten Effekten bereitgestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind als Beispiel und nicht als Beschränkung in den beiliegenden Figuren gezeigt, in welchen:
1 ein Kältekreislauf-Diagramm eines Auto-Klimaanlagen-Kältesystems ist, in dem ein Zwischenwärmetauscher gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung verwendet ist, und
2 eine Querschnittsansicht ist, welche den Zwischenwärmetauscher der Ausführungsform zeigt.
Beste Art zum Ausführen der Erfindung
In den folgenden Absätzen werden einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung als Beispiel und nicht als Beschränkung beschrieben. Basierend auf dieser Offenbarung sollte es verständlich sein, dass basierend auf diesen dargestellten Ausführungsformen verschiedene andere Modifikationen durch den Fachmann vorgenommen werden können.
1 zeigt ein Kältemittelkreislauf-Diagramm, welches ein Auto-Klimaanlagen-Kältesystem zeigt, in dem ein Wärmetauscher gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung verwendet ist. Wie in dieser Figur gezeigt, verwendet dieser Kältekreislauf Kohlenstoffdioxid als Kältemittel und umfasst einen Kompressor 1, einen Gas-Kühler (Kondensator 2), einen Dekompressor, wie zum Beispiel ein Expansionsventil 3, einen Verdampfer 4 und einen Zwischenwärmetauscher 10, welcher ausführlich beschrieben werden wird. In diesem Kältekreislauf ist ein Kältemittel-Zirkulations-Kreislauf geformt. Das heißt, das Kältemittel, welches durch den Kompressor 1 verdichtet wurde, wird durch den Gas-Kühler 2 gekühlt und anschließend mittels des Expansionsventils 3 dekomprimiert. Danach wird das Kältemittel durch den Verdampfer 4 verdampft und kehrt dann zu dem Kompressor 1 zurück. Außerdem strömt das Hochdruck-Kältemittel (Vorlauf-Kältemittel), welches von dem Gas-Kühler 2 zu dem Expansionsventil 3 strömt, durch einen Hochdruck-Kältemittel-Wärmeübertragungs-Kanal 25 in dem Zwischenwärmetauscher 10, und das Niederdruck-Kältemittel (Rücklauf-Kältemittel), welches von dem Verdampfer 4 zu dem Kompressor 1 strömt, strömt durch einen Niederdruck-Kältemittel-Wärmeübertragungs-Kanal 35, um Wärme dazwischen zu übertragen.
Wie in 2 gezeigt, hat der Zwischenwärmetauscher 10 eine Doppelrohrstruktur, aufweisend ein inneres Rohr 20, welches ein extrudiertes Aluminium(einschließlich seiner Legierung)-Element ist, und ein äußeres Rohr 30, welches ein extrudiertes Aluminium(einschließlich seiner Legierung)-Element ist.
Das innere Rohr 20 ist mit einer Mehrzahl von Finnen 21 versehen, welche integral am Außenumfang des inneren Rohrs geformt sind. Die Finnen 21 erstrecken sich entlang der Längsrichtung des Rohrs und sind am Außenumfang in bestimmten gleichmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung angeordnet. In dem inneren Rohr 20 ist eine Mehrzahl von inneren Finnen 22 integral vorgesehen, welche sich entlang der Längsrichtung des inneren Rohrs erstrecken und in bestimmten gleichmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Das äußere Rohr 30 hat eine Rohröffnung mit einem Innendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser der Finnen 21 des inneren Rohrs 20, und das innere Rohr 20 ist in einer solchen Art in die Rohröffnung des äußeren Rohrs eingesetzt, dass das axiale Zentrum des inneren Rohrs 20 mit dem des äußeren Rohrs 30 übereinstimmt. Das Innere des inneren Rohrs 20 bildet einen ersten Wärmeübertragungs-Kanal 25, durch welchen Hochdruck-Kältemittel (erstes Fluid) strömt, und der Raum zwischen dem inneren Rohr 20 und dem äußeren Rohr 30 bildet einen zweiten Wärmeübertragungs-Kanal 35, durch den Niederdruck-Kältemittel (zweites Fluid) strömt.
In dieser Ausführungsform ist das innere Rohr 20 in dem äußeren Rohr 30 angeordnet, um einen Spalt S zwischen dem äußersten Ende der Finne 21 und dem Innenumfang des äußeren Rohrs 30 zu formen, so dass das innere Rohr 20 nicht durch das äußere Rohr 30 eingeschränkt ist.
Konkret ist es bevorzugt, dass die Größe Ls des Spalts S auf 0,2-1 mm eingestellt ist. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, dass die Differenz zwischen dem Innendurchmesser des äußeren Rohrs 30 und dem Außendurchmesser des inneren Rohrs 20 einschließlich der Finnen 21 auf 0,4-2 mm eingestellt ist. Wenn der Spalt S kleiner ist als die untere Grenze, kann das innere Rohr 20 durch das äußere Rohr 30 eingeschränkt sein, und daher wirkt eine externe, an das äußere Rohr 30 angelegte Kraft beträchtlich auf das innere Rohr 20. Daher wird sich, wenn der Zwischenwärmetauscher 10, der durch die beiden Rohre 20 und 30 gebildet ist, einer Biege-Bearbeitung unterworfen wird, die Biegebelastung an der Außenseite des Biegeabschnitts der Finnen 21 des inneren Rohrs 20 konzentrieren, was Risse in den Finnen 21 verursachen kann. Auf der anderen Seite wird, wenn der Spalt S größer ist als die obere Grenze, die Größe (Höhe) der Finne 21 klein (niedrig), was eine verschlechterte Wärmetransfereigenschaft verursachen kann, was zu einer verschlechterten Wärmeübertragungsleistung führt.
In dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Anzahl der Finnen 21 auf 13 bis 18, mehr bevorzugt auf 15 bis 17, eingestellt ist. Wenn die Anzahl von Finnen kleiner ist als die untere Grenze, kann sich die Wärmetransfereigenschaft verschlechtern, was wiederum eine Verschlechterung der Wärmeübertragungsleistung verursachen kann. Auf der anderen Seite wird, wenn die Anzahl von Finnen die obere Grenze übersteigt, der Finnen-Abstand klein, was die Weite zwischen benachbarten Finnen reduziert, was zu einer verschlechterten Wärmeübertragungsleistung aufgrund des erhöhten Strömungswiderstands des Kältemittels, welches dort hindurchströmt, führt.
Außerdem ist es in dieser Ausführungsform bevorzugt, dass die Dicke T der Finne 21 auf 0,3-1,3 mm, mehr bevorzugt auf 0,5-1,1 mm, eingestellt ist. Wenn die Finnen-Dicke T kleiner ist als die untere Grenze, wird es schwierig, eine ausreichende Festigkeit sicherzustellen. Im Gegensatz dazu verschlechtert sich die Wärmetransfereigenschaft und der Strömungswiderstand steigt an, was zu einer verschlechterten Wärmeübertragungsleistung führt, wenn die Finnen-Dicke T die obere Grenze übersteigt.
Der Öffnungswinkel θ der benachbarten Finnen 21 und 21 ist bevorzugt auf 15-30°, mehr bevorzugt auf 18-26°, eingestellt. Wenn der Öffnungswinkel kleiner ist als die untere Grenze, wird die Weite zwischen den benachbarten Finnen 21 und 21 klein, was einen erhöhten Strömungswiderstand des Kältemittels, welches dort hindurchströmt, verursacht, was wiederum zu einer verschlechterten Wärmeübertragungsleistung führt. Im Gegensatz dazu nimmt die Anzahl von Finnen 21 ab, was eine verschlechterte Wärmetransferleistung verursacht, was wiederum zu einer verschlechterten Wärmeübertragungsleistung führt, wenn der Öffnungswinkel θ den oberen Grenzwert überschreitet.
Wie oben erwähnt, ist gemäß dem Zwischenwärmetauscher dieser Ausführungsform das innere Rohr 20 mit Finnen wie oben erwähnt in das äußere Rohr 30 eingesetzt und in dem selben angeordnet. Daher kann der Wärmetauscher hergestellt werden, indem die beiden Rohre 20 und 30 separat geformt werden und anschließend kombiniert werden. Folglich kann verglichen mit dem Fall, bei dem ein mehrfach durchbohrtes Wärmeübertragungsrohr durch ein einziges Extrusionsverfahren geformt wird, die Dicke der Finne und des Rohrs reduziert werden, und es kann eine feine Struktur davon geformt werden. Folglich kann die gewünschte Wärmetransferleistung und Wärmeübertragungsleistung sicherer erreicht werden.
Außerdem wird in dieser Ausführungsform, da ein Spalt S zwischen dem äußersten Ende der Finne 21 des inneren Rohrs 20 und dem Innenumfang des äußeren Rohrs 30 geformt ist, das innere Rohr 20 nicht übermäßig durch das äußere Rohr 30 eingeschränkt werden. Daher ist es möglich, eine Konzentration der Biegebelastung an der Außenseite des Biegeabschnitts der Finnen 21 des inneren Rohrs 20 zu verhindern, wenn der Zwischenwärmetauscher 10 einer Biegebearbeitung unterworfen wird, was wiederum Defekte, wie zum Beispiel das Auftreten von Rissen oder Beschädigungen, sicher verhindern kann. Folglich kann der Wärmetauscher aufgrund der exzellenten Biegefunktion leicht und genau in eine gewünschte Gestalt gebogen werden. Speziell wenn er in einem Kältekreislauf für Auto-Klimaanlagen verwendet wird, kann der Wärmetauscher entsprechend dem eingeschränkt verfügbaren Einbauraum in dem Auto in eine gewünschte Gestalt gebogen werden, was das Ausmaß an Konstruktionsfreiraum extrem verbessert.
Darüber hinaus wird in dieser Ausführungsform, da der Spalt S an dem äußersten Ende einer jeden Finne 21 in dem zweiten Wärmeübertragungs-Kanal 35 geformt ist, das Kältemittel in dem Wärmeübertragungs-Kanal 35 über die Spalte S vermischt werden. Daher kann eine Abweichung der Kältemittel-Temperaturverteilung effektiv verhindert werden, was die Wärmeübertragungseffizienz weiter verbessert.
Beispiel
Nachstehend werden Beispiele dieser Ausführungsform beschrieben.
<Beispiel 1>
In dem in 1 gezeigten Kältesystem für Auto-Klimaanlagen, welches den Zwischenwärmetauscher 10 verwendet, bei dem ein inneres Rohr 20 mit Finnen 21 an dem Außenumfang in das äußere Rohr 30 eingesetzt ist, wurde die Wärmeübertragungsmenge von jedem der Zwischenwärmetauscher 10 mit unterschiedlicher Finnen-Anzahl mittels Computer-Simulation erhalten. Die Ergebnisse sind in Diagramm 1 gezeigt, in dem die Wärmeübertragungsmenge in % dargestellt ist (100%, wenn die Finnen-Anzahl "0" ist).
Die Bedingungen wurden wie folgt festgelegt: Die Länge des Zwischenwärmetauschers (Länge des äußeren Rohrs) wurde auf 500 mm eingestellt, der Außendurchmesser des äußeren Rohrs 30 wurde auf 21,0 mm eingestellt, der Innendurchmesser des äußeren Rohrs 30 wurde auf 15,0 mm eingestellt, der Außendurchmesser des inneren Rohrs 20 einschließlich der äußeren Finnen 21 wurde auf 14,0 mm eingestellt, der Außendurchmesser des inneren Rohrs 20, die äußeren Finnen 21 ausgenommen, wurde auf 7,0 mm eingestellt, der Innendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts des inneren Rohrs 20, die inneren Finnen 22 ausgenommen, wurde auf 4,0 mm eingestellt, und der Innendurchmesser des inneren Rohrs 20 einschließlich der inneren Finnen 22 wurde auf 3,5 mm eingestellt.
Diagramm 1
<Beispiel 2>
Unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 wurde der Strömungswiderstand des niederdruckseitigen Kältemittel-Wärmeübertragungs-Kanals (Kanal zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr) von jedem der Wärmetauscher bezüglich der Anzahl von Finnen mittels Computer-Simulation erhalten. Die Ergebnisse sind in Diagramm 1 gezeigt, in dem der Strömungswiderstand in % dargestellt ist (100%, wenn die Finnen-Anzahl "0" ist).
Diagramm 2
Wie in Diagramm 1 gezeigt, steigt die Wärmetransferleistung an, und daher steigt die Wärmeübertragungsmenge an, wenn die Anzahl von Finnen ansteigt. Auf der anderen Seite, wie in Diagramm 2 gezeigt, steigt der Strömungswiderstand an, und daher nimmt die Wärmeübertragungsmenge ab, wenn die Anzahl von Finnen ansteigt. Wenn es in einer umfassenden Art beurteilt wird, kann, wenn die Anzahl von Finnen 13 bis 18 ist, eine zweckdienliche Wärmeübertragungsleistung erreicht werden, wohingegen der Strömungswiderstand einigermaßen beschränkt ist. Speziell wenn die Anzahl von Finnen 15-17 ist, kann eine ausreichende Wärmeübertragungsleistung erzielt werden, wohingegen der Strömungswiderstand ausreichend beschränkt ist.
Natürlich war es in Fällen, in denen die Anzahl von Finnen extrem klein war, schwierig, eine ausreichende Wärmeübertragungsmenge zu erreichen, obgleich der Strömungswiderstand abnahm. Als Ergebnis verschlechterte sich die Gesamtwärmeübertragungsleistung. Im Gegensatz dazu nahm in Fällen, in denen die Anzahl von Finnen extrem groß war, auch der Strömungswiderstand zu, obgleich die Wärmeübertragungs-Menge anstieg. Als Ergebnis verschlechterte sich die Gesamtwärmeübertragungsleistung.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Der Wärmetauscher, Zwischenwärmetauscher und Kältekreislauf gemäß der Erfindung können in einem Kältesystem zur Verwendung in zum Beispiel Auto-Klimaanlagen eingesetzt werden.
Breiter Umfang der Erfindung
Während die Erfindung in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden kann, sind hierin eine Anzahl von veranschaulichenden Ausführungsformen mit dem Verständnis beschrieben, dass die Offenbarung als ein Bereitstellen von Beispielen der Prinzipien der Erfindung angesehen wird, und solche Beispiele sind nicht dazu bestimmt, die Erfindung auf bevorzugte Ausführungsformen, welche hierin beschrieben und/oder hierin dargestellt sind, einzuschränken.
Während veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung hierin beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf die verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen, welche hierin beschrieben sind, eingeschränkt, sondern umfasst irgendeine und alle Ausführungsformen mit äquivalenten Elementen, Modifikationen, Weglassungen, Kombinationen (zum Beispiel von Aspekten über verschiedene Ausführungsformen), Adaptionen und/oder Abänderungen, wie es vom Fachmann basierend auf der Offenbarung eingeschätzt werden würde. Die Merkmale in den Ansprüchen sind breit zu interpretieren, basierend auf der Sprache, welche in den Ansprüchen verwendet wird, und sind nicht auf Beispiele, welche in der Beschreibung oder während der Weiterverfolgung der Anmeldung beschrieben werden, eingeschränkt, welche Beispiele als nicht abschließend auszulegen sind. Zum Beispiel ist in dieser Offenbarung der Ausdruck "bevorzugt" nicht abschließend und meint "bevorzugt, aber nicht eingeschränkt auf". In dieser Offenbarung und während der Weiterverfolgung dieser Anmeldung werden Mittel-Plus-Funktions- oder Schritt-Plus-Funktions-Merkmale nur verwendet werden, wo für ein bestimmtes Anspruchs-Merkmal alle der folgenden Bedingungen in diesem Merkmal vorhanden sind: a) "Mittel zum" oder "Schritt zum" ist ausdrücklich rezitiert, b) eine entsprechende Funktion ist ausdrücklich angegeben und c) Struktur, Material oder Handlungen, welche diese Struktur stützen, sind nicht angegeben. In dieser Offenbarung und während der Weiterverfolgung dieser Anmeldung kann die Terminologie "vorliegende Erfindung" oder "Erfindung" als Bezug auf einen oder mehrere Aspekte innerhalb der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Der Ausdruck vorliegende Erfindung oder Erfindung sollte nicht unsachgemäß als Identifikation der Kritikalität interpretiert werden, sollte nicht unsachgemäß derart interpretiert werden, dass er quer durch alle Aspekte oder Ausführungsformen gilt (das heißt, es sollte verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung eine Anzahl von Aspekten und Ausführungsformen hat), und sollte nicht unsachgemäß als Einschränkung des Umfangs der Anmeldung oder der Ansprüche interpretiert werden. In dieser Offenbarung und während der Weiterverfolgung dieser Anmeldung kann die Terminologie "Ausführungsform" verwendet werden, um irgend einen Aspekt, Merkmal, Prozess oder Schritt, irgendeine Kombination davon und/oder irgendeinen Abschnitt davon etc.
zu beschreiben. In manchen Beispielen können verschiedene Ausführungsformen überlappende Merkmale umfassen. In dieser Offenbarung und während der Weiterverfolgung dieses Falls kann die folgende abgekürzte Terminologie verwendet werden: "e.g.", was "zum Beispiel" meint und "NB" was "gut Beachten" meint.
Zusammenfassung
Wärmetauscher, aufweisend ein äußeres Rohr 30 und ein inneres Rohr 20, welches eine Mehrzahl von Finnen 21 aufweist, welche am Außenumfang des inneren Rohrs 20 geformt sind, und in dem äußeren Rohr 30 angeordnet ist. Der Wärmetauscher ist konstruiert, um Wärme zwischen einem ersten Fluid, welches durch das innere Rohr strömt, und einem zweiten Fluid, welches zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr strömt, zu übertragen. Ein Spalt S ist zwischen dem Innenumfang des äußeren Rohrs 30 und dem äußersten Ende einer jeden von der Mehrzahl von Finnen 21 des inneren Rohrs 20 geformt. Diese Struktur kann die Wärmeübertragungsleistung verbessern und einen Wärmetauscher mit exzellenter Biegebearbeitbarkeit bereitstellen.

Claims

Wärmetauscher, aufweisend: ein äußeres Rohr, ein inneres Rohr, welches eine Mehrzahl von Finnen aufweist, welche am Außenumfang des inneren Rohrs geformt sind, wobei das innere Rohr in dem äußeren Rohr angeordnet ist, ein erstes Fluid, welches in dem inneren Rohr strömt und ein zweites Fluid, welches zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr strömt, wobei der Wärmetauscher Wärme zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid überträgt, und wobei ein Spalt zwischen dem Innenumfang des äußeren Rohrs und dem äußersten Ende einer jeden von der Mehrzahl von Finnen des inneren Rohrs geformt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei sich die Mehrzahl von Finnen entlang der Längsrichtung des inneren Rohrs erstreckt und in Umfangsrichtung davon in bestimmten Intervallen angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Spalt auf 0,2 bis 1 mm eingestellt ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Mehrzahl von Finnen entlang der Umfangsrichtung des inneren Rohrs angeordnet ist und die Anzahl von Finnen auf 13 bis 18 eingestellt ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Dicke einer jeden von der Mehrzahl von Finnen auf 0,3 bis 1,3 mm eingestellt ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Öffnungswinkel zwischen benachbarten Finnen auf 15 bis 30° eingestellt ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Mehrzahl von Finnen integral an dem inneren Rohr geformt ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei sowohl das äußere Rohr als auch das innere Rohr durch Biegebearbeitung gebogen sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das erste Fluid ein Hochdruck-Wärmemedium ist und das zweite Fluid ein Niederdruck-Wärmemedium ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das innere Rohr mit einer Mehrzahl von inneren Finnen am Innenumfang davon versehen ist.
Zwischenwärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen einem Hochdruck-Kältemittel und einem Niederdruck-Kältemittel eines Kältemittels, welches in einem Kältekreislauf zirkuliert, wobei der Zwischenwärmetauscher aufweist: ein inneres Rohr, welches mit einer Mehrzahl von Finnen am Außenumfang davon versehen ist, und ein äußeres Rohr, in dem das innere Rohr in einer solchen Art angeordnet ist, dass ein Spalt zwischen dem Innenumfang des äußeren Rohrs und dem äußersten Ende einer jeden von der Mehrzahl von Finnen des inneren Rohrs geformt ist, wobei eines von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen ersten Wärmeübertragungs-Kanal strömt, welcher in dem inneren Rohr geformt ist, und wobei das andere von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen zweiten Wärmeübertragungs-Kanal zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr strömt.
Wärmetauscher nach Anspruch 11, wobei das Hochdruck-Kältemittel durch den ersten Wärmeübertragungs-Kanal strömt, und wobei das Niederdruck-Kältemittel durch den zweiten Wärmeübertragungs-Kanal strömt.
Wärmtauscher nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Kältemittel Kohlenstoffdioxid-Kältemittel ist.
Zwischenwärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen einem Hochdruck-Kältemittel und einem Niederdruck-Kältemittel eines Kältemittels, welches in einem Kältekreislauf zirkuliert, wobei der Zwischenwärmetauscher aufweist: ein inneres Rohr, welches mit einer Mehrzahl von Finnen am Außenumfang davon versehen ist, und ein äußeres Rohr, in dem das innere Rohr in einer solchen Art angeordnet ist, dass ein Spalt zwischen dem Innenumfang des äußeren Rohrs und der Mehrzahl von Finnen des inneren Rohrs geformt ist, wobei eines von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen ersten Wärmeübertragungs-Kanal strömt, welcher in dem inneren Rohr geformt ist, und wobei das andere von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen zweiten Wärmeübertragungs-Kanal zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr strömt.
Kältemittel-Kreislauf, in dem Kältemittel derart zirkuliert, dass das Kältemittel durch einen Kompressor, einen Kondensator, einen Dekompressor und einen Verdampfer strömt und dann zu dem Kompressor zurückkehrt, wobei der Kältemittel-Kreislauf aufweist: einen Zwischenwärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen einem Hochdruck-Kältemittel, welches durch eine Hochdruck-Leitung von dem Kompressor zu dem Dekompressor strömt, und einem Niederdruck-Kältemittel, welches durch eine Niederdruck-Leitung von dem Dekompressor zu dem Kompressor strömt, wobei der Zwischenwärmtauscher aufweist: ein inneres Rohr, welches mit einer Mehrzahl von Finnen am Außenumfang davon versehen ist, und ein äußeres Rohr, in dem das innere Rohr in einer solchen Art angeordnet ist, dass ein Spalt zwischen dem Innenumfang des äußeren Rohrs und dem äußersten Ende einer jeden von der Mehrzahl von Finnen des inneren Rohrs geformt ist, wobei eines von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen ersten Wärmeübertragungs-Kanal strömt, welcher in dem inneren Rohr geformt ist, und wobei das andere von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen zweiten Wärmeübertragungs-Kanal zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr strömt.
Kältemittel-Kreislauf, in dem Kältemittel derart zirkuliert, dass das Kältemittel durch einen Kompressor, einen Kondensator, einen Dekompressor und einen Verdampfer strömt und dann zu dem Kompressor zurückkehrt, wobei der Kältemittel-Kreislauf aufweist: einen Zwischenwärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen einem Hochdruck-Kältemittel, welches durch eine Leitung strömt, welche zwischen dem Kondensator und dem Dekompressor angeordnet ist, und einem Niederdrück-Kältemittel, welches durch eine Leitung strömt, welche zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor angeordnet ist, wobei der Zwischenwärmetauscher aufweist: ein inneres Rohr, welches mit einer Mehrzahl von Finnen am Außenumfang davon versehen ist, und ein äußeres Rohr, in dem das innere Rohr in einer solchen Art angeordnet ist, dass ein Spalt zwischen dem Innenumfang des äußeren Rohrs und dem äußersten Ende einer jeden von der Mehrzahl von Finnen des inneren Rohrs geformt ist, wobei eines von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen ersten Wärmeübertragungs-Kanal strömt, welcher in dem inneren Rohr geformt ist, und wobei das andere von dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niederdruck-Kältemittel durch einen zweiten Wärmeübertragungs-Kanal zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr strömt.
Kältemittel-Kreislauf nach Anspruch 16, wobei das Hochdruck-Kältemittel durch den ersten Wärmeübertragungs-Kanal strömt, und wobei das Niederdruck-Kältemittel durch den zweiten Wärmeübertragungs-Kanal strömt.
Kältemittel-Kreislauf nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Kondensator ein Gas-Kühler ist.
Kältemittel-Kreislauf nach einem der Ansprüche 16 bis 18 wobei das Kältemittel Kohlenstoffdioxid-Kältemittel ist.
Kältemittel-Kreislauf nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei sowohl das äußere Rohr als auch das innere Rohr durch Biegebearbeitung gebogen sind.