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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Wärmetauscher
mit einem Paar von Verteilern und einer Mehrzahl von parallelen
Wärmeübertragungrohren,
die die Verteiler verbinden, wie in dem Oberbegriff des Anspruches
1 offenbart ist. Solch ein Wärmetauscher
ist z. B. aus der GB 2 256 471 A bekannt. Genauer, die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, der zur Benutzung
in einer Fahrzeugklimaanlage geeignet ist und der eine gleichförmige Verteilung
eines Wärmetauschmediums
erzielen kann.
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In kürzlichen Fahrzeugklimaanlagenkonfigurationen
sind spezielle Kondensatoren und Verdampfer zum Erzielen eines Wärmetauschers
verwendet worden, die einen niedrigen Druckverlust erleiden und
die Effektivität
des Wärmeaustausches
vergrößern können, aber
die die Herstellung der Klimaanlage erleichtern. Auf dem Gebiet
der Kondensatoren sind sogenannte Mehrstromkondensatoren, die ein
Paar von Verteilerrohren mit einer Mehrzahl von flachen Rohren verbinden,
hauptsächlich
verwendet worden. Auf dem Gebiet der Verdampfer sind hauptsächlich gestapelte
Verdampfer, die aus einem gerade oder U-förmigen Kühlmittelpfad zwischen einem
Paar von Verteilertanken bestehen, worin solch ein Pfad durch Stapeln
einer Mehrzahl von Rohren erzeugt wird, die durch Verbinden von
Paaren von gegossenen Platten gebildet sind, verwendet worden.
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Bei Wärmetauscher mit Verteilern
wie der oben erwähnte
Mehrstromkondensator oder der Stapelverdampfer wird der Druck an
jedes Rohr zuerst zum Bestimmen des Druckgradienten des Kühl mittels
an einer Eingangsseite des Verteilers angelegt, und der Betrag des
in jedes Rohr strömenden
Kühlmittels
wird dann durch den Grad des Kühlmitteldruckes
in dem Verteiler bestimmt. In dem Verteiler nämlich ist der Druck nahe des
Kühlmitteleinlaßabschnittes
des Verteilers am höchsten,
und der Druck nimmt allmählich
ab, wenn der Abstand von dem Einlaßabschnitt abnimmt. Daher strömt ein großer Betrag
von Kühlmittel
in die Rohre nahe dem Kühlmitteleinlaßabschnitt,
und der Betrag von Kühlmittel,
der zu den Rohren weit entfernt von dem Kühlmitteleinlaßabschnitt
verteilt ist, ist wahrscheinlich unzureichend. Folglich kann ein
Gebiet eines unzureichenden Kühlmittelstromes über den
gesamten Kernabschnitt eines jeden der oben beschriebenen Wärmetauschers erzeugt
werden, und als Resultat kann die Temperaturverteilung über den
Wärmetauscher
ungleichförmig
werden, und die Effektivität
des Wärmeaustausches
kann abnehmen.
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In dem Fall eines Kondensators ist
der Kondensator vor einem Motorraum eines Fahrzeuges positioniert
und der Wärmetaustausch
wird durch Einführen
von Luft für
den Wärmeaustausch
von einem Frontgitter des Fahrzeuges durchgeführt. Die Öffnungsfläche des Gitters ist im allgemeinen
nicht so ausgelegt, daß sie ausreichend
groß ist
im Vergleich mit der Fläche
des Kernabschnittes des Kondensators zum Einführen von Luft zum Wärmeaustausch über die
gesamte Fläche
des Kernabschnittes. Weiterhin wird das Einführen von Luft für den Wärmeaustausch
weiter durch eine Stoßstange
und ein Nummernschild beschränkt.
Unter solchen Bedingungen kann ein ausreichender Luftbetrag zum
Wärmeaustausch
nur über
einen Teil des gesamten Kernabschnittes verteilt werden. Folglich
kann der gesamte Kernabschnitt nicht zum Wärmeaustausch mit einer hohen
Effektivität
funktionieren, und die Effektivität des Wärmetauschers kann verringert
sein.
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In dem Fall eines Verdampfers kann
ein ausreichender Luftbetrag zum Wärmeaustausch nur in einem Teil
des gesamten Kernabschnittes des Verdampfers verteilt werden, da
allgemein ein Verbindungsabschnitt zwischen einer Gebläseeinheit
und einer Verdampfereinheit gebildet ist und beide Einheiten darauf
verbunden sind. Folglich kann der gesamte Kernabschnitt nicht zum
Wärmeaustausch
mit einer hohen Effektivität
funktionieren, und die Effektivität des Wärmetauschers kann verringert
sein.
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Bei solchen herkömmlichen Wärmetauschern sind zum Kompensieren
der verringerten Wärmeaustauschleistung
aufgrund der Nachteile in den Wärmetauschern
selbst und aufgrund der Probleme, die durch ihre Anordnung in einem
Fahrzeug verursacht werden, Unterteilungswände in den Verteilern vorgesehen,
und dadurch wird der Kühlmittelstrom
in eine Mehrzahl von Pfaden in einem Wärmetauscher unterteilt, wie
drei oder vier Pfade, so daß das
Kühlmittel
in wiederholtem Kontakt mit der Luft kommt, die durch den Wärmetauscher
geht.
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Weiterhin sind mit Ausnahme der oben
beschriebenen Mehrpfadstruktur, die durch Unterteilungswände gebildet
wird, verschiedene Strukturen zum Vergrößern der Wärmeaustauschleistung insbesondere
zum Verbessern der Unterteilung des Kühlmittelstromes in einem Wärmetauscher
vorgeschlagen worden.
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Zum Beispiel schlägt die JP 58-140597 A vor,
eine innere Rippe in einem Wärmeübertragungsrohr
zu neigen und die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel
in einer Lufteingangsseite und dem Kühlmittel in einer Luftausgangsseite
des Wärmetauschers
zu senken, wodurch die Wärmeübertragungsleistung
verbessert wird.
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Die JP 9-196595 A beschreibt die
Einführung
eines Kühlmitteleinführungsrohres
in einen Verteiler mit einer großen Tiefe, wobei das Rohrkühlmittel
Durchgangslöcher
in dem Rohr zum Unterteilen eines Teiles des Stromes des Kühlmittels
in dem Verteiler enthält.
Folglich ist der Stromunterteilungszustand gleichförmiger in dem
Wärmetauscher,
und die Kühltemperatur
ist gleichförmiger.
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Bei der Verbesserung aufgrund der
oben beschriebenen Mehrpfad struktur können jedoch,
da mindestens zwei oder drei Unterteilungswände benötigt werden, die Kosten für das Material
und die Herstellung zunehmen, und die Bearbeitung des Einführungsloches
zum Einführen
der Trennwände
in ein Verteilerrohr oder einen Verteilertanker kann schwierig sein.
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Weiterhin sind sehr schwierige Bearbeitungen
und komplizierte Konstruktionen notwendig zum Setzen der Positionen
der Einführungslöcher, da
die entsprechenden Zahlen von Kühlmittelrohren
in den entsprechenden Rohrgruppe durch die Unterteilungswände unterteilt
sind und das Verhältnis
der Rohrgruppen zu den Unterteilungswänden optimal bestimmt werden
muß, so
daß die
Effektivität
zum Wärmeaustausch
vergrößert werden
kann und das Kühlmittel
gleichförmiger
strömen
kann.
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Bei der Verbesserung der oben beschriebenen
JP 58-140597 A oder JP 9-196595 A, obwohl beide vorschlagen, die
Stromunterteilung in dem Wärmetauscher
gleichförmiger
zu machen, schlägt
die JP 58-140597 A die Erzielung von diesem nur durch die Verbesserung
der Wärmeübertragungsröhre vor
und schlägt
die
JP 9-196595 A das
Erzielen von diesem nur durch die Verbesserung der Verteilerabschnitte
vor.
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Folglich sind die Verbesserungen
der oben beschriebenen Druckschriften untersucht worden durch Durchführen von
Tests nur auf Rohre (entsprechend den oben beschriebenen Wärmeübertragungsrohren)
und nur auf Verteilern unter Benutzung jener, die Formen ähnlich zu
den Formen aufweisen, die in den oben beschriebenen Druckschriften
vorgeschlagen sind. Als Resultat wurde ein befriedigendes Resultat
nicht erzielt, obwohl eine kleine Verbesserung beobachtet werden
konnte.
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Wie oben erwähnt wurde, wird nämlich der
Betrag von Kühlmittel,
das in jedes Rohr strömt,
durch den Druckgradienten des Kühlmittels
in einem Verteiler bestimmt, mit anderen Worten durch den Grad des
Kühlmitteldruckes
in dem Verteiler. Da der Druck nahe des Kühlmitteleinlaßabschnittes
des Verteilers am höchsten ist
und der Druck allmählich
mit dem Abstand von dem Einlaßabschnitt
abnimmt, strömt
Kühlmittel
in großen Beträgen in die
Rohre nahe dem Kühlmitteleinlaßabschnitt,
und der Betrag von Kühlmittel,
der zu den Rohren weit entfernt von dem Kühlmitteleinlaßabschnitt
verteilt wird, ist wahrscheinlich unzureichend. Folglich verschlechtert
sich die Stromunterteilung, und die Effektivität des Wärmetauschers nimmt ab. Ausreichende Stromunterteilung
und hohe Effektivität
für den
Wärmeaustausch
werden nicht erzielt, solange das wesentliche Problem des nichtgleichförmigen Stromunterteilens
und der abnehmenden Effektivität
des Wärmeaustausches nicht
gelöst
sind, die aus der Druckverteilung in dem Verteiler herrühren.
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Wen folglich die Druckverteilung
des Kühlmittels
in dem Verteiler so gleichförmig
wie möglich
gemacht würde,
könnte
eine befriedigende Flußunterteilung
erzielt werden. Die vorliegende Erfindung wurde von solch einem
Gesichtspunkt erzielt.
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Die vorliegende Erfindung erkennt,
daß die
Stromunterteilung in einem Wärmetauscher
nicht nur von nur den Rohren oder nur von dem Verteiler abhängt, sondern
auch von der Kombination von Rohren und einem Verteiler, insbesondere
der Beziehung zwischen und der Wirkung von beiden von (a) dem Pfadwiderstand (Grad
der Schwierigkeit zum Strömen),
der durch einen hydraulischen Durchmesser des Kühlmittelpfades dargestellt
wird, der den Stromwiderstand des Kühlmittels in einem Rohr beeinflußt, und
der Länge
eines Rohres, und (b) dem Druck von Kühlmittel in einem Verteiler.
Zum Verbessern der Stromunterteilung in dem Wärmetauscher ist eine neue ursächliche
Beziehung zwischen dem Kühlmitteldruck
in den Rohren und dem Kühlmitteldruck
in einem Verteiler gefunden worden, die die Stromunterteilung verbessert,
nicht durch das Verfahren des Vorsehens vieler Unterteilungswände in dem
Verteiler und Bilden einer Mehrzahl von Pfaden für den Kühlmittelstrom, was in dem Finden
einer optimalen ursächlichen
Beziehung erfolgt und Ausdrücken
derselben als ein numerischer Wert.
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Weiterhin ist bei der vorliegenden
Erfindung ein Wärmeübertragungsrohr
selbst, insbesondere seine innere Struktur auch untersucht worden.
Es ist nämlich
ein Wärmeübertragungsrohr
mit einer Mehrzahl von kleinen unterteilten Pfaden darin, die sich
in der Längsrichtung
des Rohres erstrecken, bekannt gewesen, worin eine innere Wellenrippe
in dem Rohr vorgesehen ist, oder worin das Rohr durch Strangpressen
gebildet ist, so daß das
Innere des Rohres durch eine Mehrzahl von Trennwänden unterteilt ist.
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Bei einem Wärmetauscher mit den Wärmeübertragungsrohren
mit solchen kleinen Pfaden z. B. in einer Situation, indem ein Wärmemedium,
das in den Rohren strömt,
ein Kühlmittel
ist, wird die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Kühlmit tels,
das in dem Pfad strömt,
das auf der Lufteingangsseite des Rohres in dem Wärmetauscher
positioniert ist, und der Temperatur von Luft, die durch die Außenseite
davon geht, größer als
die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Kühlmittels,
das in dem Pfad strömt, der
an der Luftausgangsseite in er Querrichtung des Rohres positioniert
ist, und der Temperatur der Luft, die durch die Außenseite
davon geht. Daher ist die Wärmeübertragung
an der Lufteingangsseite der Wärmeübertragung
an der Luftausgangsseite überlegen.
Als Resultat wird das Kühlmittel,
das in dem Pfad auf der Lufteingangsseite strömt, stärker kondensiert, das Verhältnis der
Flüssigkomponente
zu der Gaskomponente in dem Kühlmittel
nimmt zu, und das spezifische Gewicht des Kühlmittels nimmt auch zu, und
die Stromgeschwindigkeit des Kühlmittels
wird langsam. Andererseits wird das Kühlmittel, das in dem Pfad auf
der Luftausgangsseite strömt,
nicht in Kondensation beschleunigt, das Verhältnis der Gaskomponente zu
der Flüssigkomponente
wird auf einem hohen Niveau gehalten, und das spezifische Gewicht
des Kühlmittels
wird auf einem niedrigen Betrag gehalten, und die Stromgeschwindigkeit
des Kühlmittels
nimmt zu. Daher tritt in einem einzelnen Wärmeübertragungsrohr eine Differenz
der Wärmeübertragung
in seiner Querrichtung auf, d. h. in der Luftdurchgangsrichtung,
und die Effektivität
der Wärmeübertragung
als Ganzes des Wärmetauschers
kann verringert werden.
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Folglich ist es im Hinblick auf das
oben beschriebene Problem, daß sich
die Stromunterteilung als Resultat der Beziehung zwischen dem Kühlmitteldruck
in den Röhren
und dem Kühlmitteldruck
in einem Verteiler verschlechtert, eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen verbesserten Wärmetauscher
vorzusehen, der den Strom von Kühlmittel
(des Wärmetauschmediums)
zu einem Pfad oder zwei Pfaden unterdrückt, indem keine Unterteilungswand
in einem Verteiler vorgesehen wird oder nur eine Un terteilungswand,
die eine Minimalzahl ist, während
eine optimale Stromunterteilung von Kühlmittel und eine überlegene
Austauschleistung erzielt wird.
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Es ist wünschenswert, einen verbesserten
Wärmetauscher,
insbesondere einen verbesserten Wärmetauscher mit Röhren mit
inneren Rippen vorzusehen, der die Effektivität der Wärmeübertragung als Ganzes verbessern
kann, wodurch seine Wärmeaustauschleistung
verbessert wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ein Mehrstromwärmetauscher
vorgesehen mit einem Paar von Verteilern und einer Mehrzahl von
Wärmeübertragungsrohren,
die das Paar von Verteilern verbinden und in denen eine Stromrichtung
eines Wärmetauschmediums
durch die Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren nur
in einer Richtung stattfindet,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verteiler
und die Rohre derart gebildet sind,
daß ein Stromunterteilungsparameter γ als ein
Verhältnis
eines Widerstandsparameters β der
Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren
zu einem Widerstandsparameter α eines
Verteilers, der auf einer Eingangsseite des Wärmetauschers angeordnet ist,
in einem Bereich von mindestens 0,5 definiert ist; und
worin
der Stromunterteilungsparameter derart berechnet ist, daß γ = β/α, worin β =
Lt/(Dt·n),
und α =
Lh/Dh; und worin die Gleichungsvariablen wie folgt definiert
sind:
Lt gleich einer Länge
eines jeden Rohres,
Dt gleich einem hydraulischen Durchmesser
eines Rohres,
n gleich einer Zahl von Rohren,
Lh gleich
einer Länge
des Verteilers, der an einer Eingangsseite des Wärmetauschers angeordnet ist,
und
Dh gleich einem hydraulischen Durchmesser des Verteilers,
der
an der Eingangsseite des Wärmetauschers
angeordnet ist.
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Der Stromunterteilungsparameter γ ist bevorzugt
in dem Bereich von ungefähr
0,5 bis ungefähr
1,5.
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In dem Wärmetauscher gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Beziehung zwischen dem Druck in dem Verteiler
und dem Druck in den Wärmeübertragungsrohren,
z. B. Kühlmittelrohren
(insbesondere der Widerstand der Rohre) auf eine gewünschte Beziehung über den
Stromunterteilungsparameter γ eingestellt werden.
Durch diese Einstellung nimmt der Stromwiderstand des Rohrpfades
zu, das Kühlmittel
kann daran gehindert werden, in großen Beträgen in die Rohre zu fließen, die
mit dem Verteiler an seinem Kühlmitteleinlaß des Abschnittes
mit dem höchsten
Druck verbunden sind, und Kühlmittel
kann gleichförmiger
in dem Verteiler gehalten werden. Als Resultat kann der Kühlmitteldruck
in dem Verteiler gleichförmiger
gemacht werden, der auf die entsprechenden Rohre ausgeübte Druck
kann gleichförmiger
gemacht werden zum Erzielen einer guten Stromunterteilung, und eine überlegene
Wärmeaustauscheigenschaft
kann über
den gesamten Kernabschnitt des Wärmetauschers
erzielt werden.
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Da weiterhin bei der vorliegenden
Erfindung der Strompfad des Wärmemediums
ein Pfad oder zwei Pfade sein kann, ist es nicht notwendig, viele
Unterteilungswände
in einem Verteiler wie bei den bekannten Mehrpfadstrukturen vorzusehen,
und die Herstellung und der Zusammenbau kann weiter erleichtert
werden.
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Zum Einstellen des oben beschriebenen
Stromunterteilungsparameters γ innerhalb
der gewünschten Bereiche
muß die
gegenseitige Beziehung zwischen dem Druck in dem Verteiler und dem
Widerstand in den Röhren
in der vorbestimmten Beziehung sein. Insbesondere ist es wirksam,
eine Struktur zu entwickeln, bei der die Rohre einen relativ großen Widerstand
aufweisen, während
Kühlmittel
in den Rohren strömt,
ohne daß eine
große
Temperaturverteilung erzeugt wird. Zum Bewirken, daß jedes
Rohr einen relativ großen
Widerstand aufweist, ist es wirksam, eine Rohrstruktur zu benutzen,
die das Innere des Rohres in eine Mehrzahl von kurzen Pfaden unterteilt.
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Zum Einstellen des Stromunterteilungsparameters γ innerhalb
der entsprechenden Sollbereiche, die von der vorliegenden Erfindung
verlangt werden, ist es möglich,
eine Struktur zu verwenden, bei der das Innere des Rohres einfach
in eine Mehrzahl von graden Pfaden unterteilt ist, zum Beispiel
eine Rohrstruktur, bei der eine Mehrzahl von kleinen Pfaden gebildet
ist, so daß die
kleinen Pfade sich in der Längsrichtung
des Rohres getrennt voneinander erstrecken. Solche Rohre können durch
Strangpressen oder Zuggießen
hergestellt werden. Zum weiteren Unterdrücken der Temperaturdifferenz
in dem Rohr ist es jedoch bevorzugter, eine Rohrstruktur zu benutzen,
bei der eine Mehrzahl von Pfaden in jedem Wärmeübertragungsrohr gebildet ist
und die Pfade dem Wärmeaustauschmedium
ermöglichen,
im wesentlichen frei in der Längs-
und Querrichtung eines jeden Rohres zu strömen. Solch eine Mehrzahl von
Pfaden kann durch eine innere Rippe oder vorstehende Abschnitte
gebildet werden, die auf einer Innenoberfläche des Rohres vorgesehen sind.
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Bei der Konfiguration, bei der die
Mehrzahl von Pfaden in dem Rohr durch eine innere Rippe gebildet ist,
ist die innere Rip pe bevorzugt derart gebildet, daß eine Mehrzahl
von erhöhten
Abschnitten und vertieften Abschnitten in einer flachen Platte durch
Schlitzen und Biegen der flachen Platte gebildet sind, eine Mehrzahl von
Wellenstreifen, von denen jeder einen erhöhten Abschnitt, einen ersten
flachen Abschnitt, einen vertieften Abschnitt und einen zweiten
flachen Abschnitt, die wiederholt in dieser Reihenfolge gebildet
sind, benachbart zueinander angeordnet sind, und der der erste flache
Abschnitt des einen Wellenstreifens und der zweite flache Abschnitt
des anderen Wellenstreifens benachbart zu dem einen Wellenstreifen
einen kontinuierlichen flachen Abschnitt bilden.
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Die Wellenstreifen können sich
in die Längsrichtung
eines jeden Rohres erstrecken, und der kontinuierliche flache Abschnitt
kann sich in die Querrichtung des Rohres erstrecken. Alternativ
können
sich die Längsstreifen
in die Querrichtung eines jeden Rohres erstrecken, und der kontinuierliche
flache Abschnitt kann sich in die Längsrichtung des Rohres erstrecken.
Solche Wellenstreifen können
durch Rollbiegebearbeitung der flachen Platte gebildet werden.
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Bei der Konfiguration, bei der die
Mehrzahl von Pfaden in dem Rohr durch vorstehende Abschnitte gebildet
ist, die auf einer inneren Oberfläche des Rohres vorgesehen sind,
können
die vorstehenden Abschnitte durch Prägen einer Wand des Rohres gebildet
werden.
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Weiterhin kann die Rohrstruktur derart
gebildet sein, daß eine
Mehrzahl von kleinen Pfaden getrennt voneinander getrennt sind und
sich in einem Rohr in seiner Längsrichtung
erstrecken, z. B. in einem Rohr, das durch Strangpressen gebildet
ist. In dieser Situation ist der Stromunterteilungsparameter γ bevorzugter
mindestens 0,9, bevorzugter mindestens 1,0.
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Die vorliegende Erfindung kann sowohl
in der Situation, in der das Wärmetauschermedium
ein Kühlmittel
ist und der Wärmetauscher
ein Kondensator ist, als auch der Konfiguration, in der das Wärmetauschermedium
ein Kühlmittel
ist und der Wärmetauscher
ein Verdampfer ist, angewendet werden.
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Insbesondere ist es durch Benutzung
von Rohren, von denen jedes die innere Rippe mit den oben beschriebenen
Wellenstreifen aufweist, möglich,
den Stromunterteilungsparameter γ nahe
der Sollbereiche auszulegen als auch die Leistung des Rohres zu
verbessern und schließlich
die Gesamte des Wärmetauschers.
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In dem Rohr mit der inneren Rippe
mit den oben beschriebenen Wellenstreifen, da viele erhöhte Abschnitte
und vertiefte Abschnitte in einer flachen Platte durch Schlitzen
und Biegen gebildet sind, sind nämlich an
den Positionen der erhöhten
Abschnitte und der vertieften Abschnitte Löcher gebildet, die mit den
beiden Oberflächenseiten
der flachen Platte in Verbindung stehen. Wenn sie in einer Richtung
senkrecht zu der Richtung, in der sich die Wellenstreifen erstrecken,
gesehen werden, sind die Wellenstreifen so angeordnet, daß der erste
flache Abschnitt von einem Wellenstreifen und der zweite flache
Abschnitt des benachbarten Wellenstreifens einen kontinuierlichen
flachen Abschnitt bilden, und so, daß der erhöhte Abschnitt des einen Wellenstreifens
und der vertiefte Abschnitt des benachbarten Wellenstreifens benachbart
zueinander sind.
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Wenn daher Wärmemedium, z. B. Kühlmittel
in der sich erstreckenden Richtung des Wellenstreifens strömt, wird
der Strom in die rechte und linke Richtung an jedem erhöhten Abschnitt
eines jeden Wellenstreifens verteilt, und ein Teil des verteilten
Stromes wird in einen vertieften Abschnitt gerichtet, in einen Abschnitt auf
der gegenüberliegenden
Oberflächenseite
der inneren Rippe durch ein Verbindungsloch gerichtet, das durch
Schlitzen zum Bilden des erhöhten
oder vertieften Abschnittes gebildet ist, oder zu dem nächsten erhöhten Abschnitt
des benachbarten Wellenabschnittes gerichtet und dadurch wieder
in die rechte und linke Richtung verteilt. Das Verteilen und Vereinigen
von dem Strom kann nämlich
wiederholt werden, eine Mehrzahl von Mischtätigkeiten kann in vielen Abschnitten
in dem Rohr ausgeführt
werden. Durch diese Mischtätigkeiten kann
eine Dispersion des Grades des Voranschreitens der Kondensation
des Kühlmittels
in dem Rohr stark verringert werden, und eine Differenz in der Wärmeübertragung
in der Querrichtung des Rohres, d. h. in der Richtung des Durchgehens
der Außenluft,
wird im wesentlichen ausgeschlossen. Als Resultat des Erzielens einer
gleichförmigeren
Wärmeübertragungsleistung
in der Querrichtung des Rohres kann die Wärmeaustauschleistung der gesamten
Rohre vergrößert werden,
und die Wärmeaustauschleistung
des Wärmetauschers
als Ganzes kann zunehmen.
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Ebenfalls bei der Konfiguration,
bei der Kühlmittel
in eine Richtung senkrecht zu der sich erstreckenden Richtung der
Wellenstreifen strömt,
da das Kühlmittel
frei in die beiden Oberflächenseiten
der inneren Rippe durch die Verbindungslöcher strömen kann, die durch Bearbeiten
der erhöhten
und vertieften Abschnitte gebildet sind, und da diese Verbindungslöcher in
einer versetzten Anordnung angeordnet sind, kann das Mischen des
Kühlmittels
in dem Rohr effektiv durchgeführt
werden. Als Resultat kann eine gleichförmigere Wärmeübertragung in der Querrichtung
des Rohres erzielt werden, die Wärmeaustauschleistung
der gesamten Rohre kann zunehmen, und die Wärmeaustauschleistung des Wärmetauschers
als Ganzes kann vergrößert werden.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren verstanden.
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Ausführungsformen der Erfindung
werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben,
die als Beispiel nur gegeben sind und nicht zum Begrenzen der vorliegenden
Erfindung gedacht sind.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine vergrößerte teilweise
perspektivische Ansicht eines Wärmeübertragungsrohres
des in 1 gezeigten Wärmetauschers.
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3 ist
eine vergrößerte teilweise
perspektivische Ansicht einer inneren Rippe, die in dem Rohr vorgesehen
ist, wie in 2 gezeigt
ist.
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4 ist
eine vergrößerte teilweise
perspektivische Ansicht der inneren Rippe, wie in 3 gezeigt ist.
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5 ist
eine schematische Ansicht des in 1 gezeigten
Wärmetauschers,
dessen Abmessungen bezeichnet sind.
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6 ist
ein Diagramm, das Beziehungen zwischen einem Parameter γ und einer
wirksamen Wärmeaustauschfläche (Stromunterteilung)
zeigt, die aus experimentellen Daten erhalten sind.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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8 ist
ein Diagramm, das Beziehungen zwischen einem Anstiegswinkel einer
inneren Rippe und Druckwiderstand und Stromwiderstand des Rohres
darstellt, wie in 3 gezeigt
ist.
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9 ist
ein Diagramm, das Beziehungen zwischen einer Dicke einer inneren
Rippe und Druckwiderstand und Stromwiderstand des Rohres zeigt,
wie in 3 gezeigt ist.
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10 ist
ein Diagramm, das Beziehungen zwischen einer Höhe einer inneren Rippe und
Druckwiderstand und Stromwiderstand des Rohres zeigt, wie in 3 gezeigt ist.
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11 ist
ein Diagramm, das Beziehungen zwischen einem Abstand einer inneren
Rippe und Druckwiderstand und Stromwiderstand des Rohres zeigt,
wie in 3 gezeigt ist .
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12 ist
ein Diagramm, das Beziehungen zwischen einer Breite eines Wellenstreifens
in einer inneren Rippe und Druckwiderstand und Flußwiderstand
des Rohres zeigt, wie in 3 gezeigt
ist.
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13 ist
eine teilweise perspektivische Ansicht eines Wärmeübertragungsrohres eines Wärmetauschers
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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14 ist
eine Querschnittansicht des in 13 gezeigten
Rohres, wie sie entlang der Linie XIV-XIV von 13 gesehen wird.
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Es wird bezug genommen auf 1 bis 4, ein Wärmetauscher, insbesondere ein
Kondensator wie ein Mehrstromwärmetauscher
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen. In 1 enthält der Kondensator 1 ein
Paar von Verteilern 2, 3, die parallel zueinander
vorgesehen sind. Eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren 4 ist
parallel zueinander mit einem vorbestimmten Abstand vorgesehen (z.
B. Kühlmittelrohre
vom flachen Typ). Die Rohre 4 verbinden fluidmäßig das
Paar von Verteilern 2, 3. Gerippte Rippen 5 sind
zwischen den entsprechenden benachbarten Wärmeübertragungsrohren 4 und
außerhalb
der äußersten
Wärmeübertragungsrohre 4 als äußerste Rippen
zwischengefügt.
Seitenplatten 6 sind auf den äußersten Rippen 5 vorgesehen.
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Ein Einlaßrohr 7 zum Einführen von
Kühlmittel
in den Kondensator 1 durch den eingangsseitigen Verteiler 2 ist
auf dem oberen Abschnitt des Verteilers vorgesehen. Ein Auslaßrohr 8 zum
Entfernen von Kühlmittel aus
dem Kondensator 1 durch den ausgangsseitigen Verteiler 3 ist
auf dem unteren Abschnitt des Verteilers 3 vorgesehen.
Die Stromrichtung des Kühlmittels,
das in all die Wärmeübertragungsrohre 4 strömt, die
zwischen den Verteilern 2 vorgesehen sind, ist nur in eine
Richtung eingestellt, d. h. die Richtung von dem Verteiler 2 zu dem
Ver teiler 3, und somit ist ein Strompfad gebildet. Ein
Pfeil 10 zeigt eine Luftstromrichtung.
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Jedes Wärmeübertragungsrohr 4 des
Kondensators 1 kann aufgebaut sein, wie in 2 bis 4 dargestellt
ist.
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In 2 weist
das Wärmeübertragungsrohr 4 ein
Rohr 11 (Rohrabschnitt) und eine innere Rippe 12 auf,
die in das Rohr 11 eingeführt ist. Die innere Rippe 12 weist
Pfade auf, die dem Wärmetauschmedium
ermöglichen,
im wesentlichen frei in die Längs-
und Querrichtung des Wärmeübertragungsrohres 4 zu
strömen, und
bei dieser Ausführungsform
ist die innere Rippe 12 gebildet, wie in 3 gezeigt ist. In 3 identifiziert die Richtung des Pfeiles 13 eine
Stromrichtung des Kühlmittels
und die Längsrichtung
des Rohres 11.
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Viele erhöhte Abschnitte 14 und
vertiefte Abschnitte 15 sind in der inneren Rippe 12 gebildet.
Diese erhöhten
Abschnitte 14 und vertieften Abschnitte 15 sind
durch Schlitzen und Biegen einer flachen Platten gebildet. Bei diesem
Biegen kann zum Beispiel eine Rollbiegebearbeitung wie bei der Bildung
der gewellten Rippen 5 verwendet werden.
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In der inneren Rippe 12 sind
eine Mehrzahl von Wellenstreifen 18, von denen jeder einen
erhöhten Abschnitt 14,
einen ersten flachen Abschnitt 16, einen vertieften Abschnitt 15 und
einen zweiten flachen Abschnitt 17 (in 4 gezeigt) aufweist, die wiederholt in
dieser Reihenfolge gebildet sind, benachbart zueinander angeordnet.
In den benachbarten Wellenstreifen 18 sind der erste flache
Abschnitt 16 des einen Wellenstreifens 18 und
der zweite flache Abschnitt 17 des anderen Wellenstreifens 16 benachbart
zu dem einen Wellenstreifen zum Bilden eines kontinuierlichen flachen
Abschnittes vorgesehen. Daher bildet, wie entlang der Querrichtung
des Rohres 11 gesehen wird, jeder der ersten flachen Abschnitte 16 und
der zweiten flachen Abschnitte 17 einen geraden und kontinuierlichen
flachen Abschnitt, und die erhöhten
Abschnitte 14 und vertieften Abschnitte 15 sind
abwechselnd und benachbart zueinander angeordnet. Jeder geschlitzte
Abschnitt zum Bilden eines jeden erhöhten Abschnittes 14 oder
eines jeden vertieften Abschnittes 15 bildet ein Verbindungsloch 19,
das gegenüberliegende
Oberflächenseiten
der inneren Rippe in Verbindung versetzt ist.
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Bei dem Wärmeübertragungsrohr 4 mit
solch einer inneren Rippe 12 wird Kühlmittel, das in die Längsrichtung
des Rohres 11 strömt,
wie durch Pfeile in 3 gezeigt
ist, in die rechte und linke Richtung an jedem erhöhten Abschnitt 14 verteilt.
Das verteilte Kühlmittel
kann frei entlang beider Oberflächenseiten
der inneren Rippe 12 durch die Verbindungslöcher 19 strömen. Weiter
kann ein Teil des verteilten Kühlmittels
direkt entlang des zweiten flachen Abschnittes 17 strömen und
erreicht den nächsten
erhöhten
Abschnitt 14 des benachbarten Wellenstreifens 18.
Auf der umgekehrten Oberfläche
der inneren Rippe 12 dient der vertiefte Abschnitt 15 ähnlich zu
dem erhöhten
Abschnitt 14, und ein ähnlicher
verteilter Strom kann erzeugt werden. Da eine Mehrzahl der erhöhten Abschnitte 14 und
vertieften Abschnitte 15 benachbart zueinander und gegeneinander
versetzt angeordnet ist, kann der oben beschriebene verteilte Strom
Muster des Verteilens und Verbindens wiederholen. Daher strömt das Kühlmittel,
das in dem Rohr 11 strömt,
während
es im wesentlichen kontinuierlich gemischt wird, und das Kühlmittel
kann gleichförmiger
in der Querrichtung des Rohres 11 gemischt werden, d. h.
in der Richtung des Luftdurchganges. Zu der gleichen Zeit kann,
da der erste flache Abschnitt 16 und der zweite flache
Abschnitt 17 zum Neuausrichten des Stromes des Kühlmittels
dienen, Mischen und Neuaus richten genau wiederholt werden. Als Resultat
kann die Wärmeübertragung
in der Querrichtung des Rohres 11 gleichmäßiger durchgeführt werden,
und die Wärmeaustauschleistung
kann gleichförmiger
sein. Weiter kann die Wärmeaustauschleistung
aller Wärmeübertragungsrohre
und schließlich
des gesamten Kondensators 1 zunehmen.
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Es wird wieder bezug genommen auf 3, obwohl die durch den
Pfeil 13 gezeigte Richtung als die Kühlmittelstromrichtung und die
Längsrichtung
des Rohres 11 gewählt
ist, kann eine Richtung, die durch einen Pfeil 21 gezeigt
ist, als die Kühlmittelstromrichtung
und die Längsrichtung
des Rohres 11 gewählt
werden. Auch bei dieser Konfiguration kann, da die erhöhten Abschnitte 14 und
die vertieften Abschnitte 15 abwechselnd in der Kühlmittelstromrichtung
angeordnet sind und das Kühlmittel
gleichförmiger
mittels der flachen Abschnitte 16 und 17 und der
Verbindungslöcher 19 gemischt
wird, eine überlegene
Wärmeaustauschleistung ähnlich zu der
oben beschriebenen Ausführungsform
erzielt werden.
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Bei dieser Ausführungsform sind die Rohre 11,
die jeweils mit der inneren Rippe 12 eingeführt sind, die
die oben beschriebene überlegene
Wärmeaustauschleistung
aufweisen, so vorgesehen, daß nur
einen Kühlmittelstrompfad
(ein Pfad, der von dem Verteiler 2 zu dem Verteiler 3 gerichtet
ist) gebildet ist. Da nur ein Pfad gebildet ist, gibt es keinen
Umkehrabschnitt. Selbst wenn die Wärmeübertragungsrohre 4 durch
Rohre 11 gebildet sind, in die jeweils die innere Rippe 12 eingeführt ist,
kann der gesamte Kernabschnitt, der in den Rohren 11 angeordnet
ist, einen relativ kleinen Druckverlust aufweisen. Da jedoch die
innere Rippe 12, die wie oben beschrieben gebildet ist,
in jedes Rohr 11 eingeführt
ist, kann jedes Rohr 11 einen deutlichen Widerstand relativ
zu dem Druck in dem eingangssei tigen Verteiler 2 aufweisen.
Da weiter jedes Rohr 11 die überlegene Wärmeaustauschleistung zeigt,
wie oben beschrieben wurde, kann die Effektivität für den Wärmeaustausch als Ganzes auf
einem hohen Niveau gehalten werden. Da es weiter keinen Stromumkehrabschnitt
gibt, ist es nicht notwendig, die Rohrgruppen vor und nach dem Umkehrabschnitt
aufzuteilen, und es ist nicht notwendig, das Problem anzugehen,
das die Verringerung des Volumens in dem vorwärtsströmenden Kühlmittel begleitet, und eine
hohe Effektivität
zum Wärmeaustausch
kann gehalten werden, selbst wenn sich die Stromrate des Kühlmittels ändert.
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Weiterhin ist bei der vorliegenden
Erfindung ein Stromunterteilungsparameter γ, der als ein Verhältnis eines
Widerstandsparameters ß von
Wärmeübertragungsrohren 4 zu
einem Widerstandsparameter a eines eingangsseitigen Verteilers 2 auf
mindestens 0,5 gesetzt. Der Fluflunterteilungsparameter wird derart
berechnet, daß γ = β/α, worin β =
Lt/(Dt·n),
und α =
Lh/ph; und worin die Gleichungsvariablen wie folgt definiert
sind:
Lt: Länge
des Rohres 4,
Dt: hydraulischer Durchmesser eines
Rohres 4,
n: Zahl der Rohre 4,
Lh: Länge des
eingangsseitigen Verteilers 2, und
Dh: hydraulischer
Durchmesser des eingangsseitigen Verteilers 2.
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Die entsprechenden Abmessungen sind
in 6 gezeigt.
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Die Wirkungen der Änderung
der entsprechenden Abmessungen sind untersucht worden, und die Resultate
dieser Untersuchungen sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Bei
dieser Untersuchung sind Rohre, die durch Stranggießen gebildet
sind, worin jedes davon eine Mehrzahl von kleinen Pfaden aufweist,
die sich in die Längsrichtung
des Rohres erstrecken und voneinander getrennt sind, als auch Rohre
mit einer inneren Rippe 12, wie in 3 gezeigt ist, untersucht worden. Untersuchung
Nr. 1 bis 9 beziehen sich auf einen Wärmetauscher mit Rohren mit
der inneren Rippe 12, wie in 3 gezeigt
ist, und Untersuchung Nr. 10 bis 12 beziehen sich auf einen Wärmetauscher
mit Rohren, die durch Stranggießen
gebildet sind. Die Stromunterteilung in jeder Untersuchung wurde
ausgewertet unter Benutzung eines Infrarotthermometers zum Bestimmen,
wie ein Wärmeaustauschmedium
(Kühlmittel)
wirksam in dem Wärmetauscher
strömt,
und sie wurde durch Anwenden eines Verhältnisses der Fläche des
effektiven Stromes zu der Gesamtfläche des Kernabschnittes des
Wärmetauschers
quantifiziert. 75% oder mehr wird als "gut" bestimmt,
90% oder mehr wird als "sehr
gut" bestimmt, und
weniger als 75% wird als "nicht
gut" bestimmt. Die
Resultate der Untersuchungen sind in Tabelle 1 und 6 angegeben.
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Wie in Tabelle 1 und 6 demonstriert ist, wurden bei der Konfiguration,
bei der Rohre mit der inneren Rippe 12, die in 3 gezeigt ist, benutzt wurden,
sehr gute Resultate erhalten, wenn die Werte des Stromunterteilungsparameters γ mindestens
ungefähr
0,5 betrugen. Bei dieser Konfiguration, bei der die Rohre, die durch
Stranggießen
gebildet sind, benutzt wurden, wurden gute Resultate erzielt, wenn
die Werte des Stromunterteilungsparameters γ mindestens ungefähr 0,9 betrugen,
und insbesondere wurden sehr gute Resultate erzielt, wenn die Werte
des Flußunterteilungsparameters γ mindestens
1,0 betrugen. Wenn andererseits die Werte des Stromunterteilungsparameters γ < als 0,5 betrug,
wurden gute Resultate nicht erzielt.
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Bei der oben beschriebenen Untersuchung
wurden die Positionen des Einlaßrohres 7 und
des Auslaßrohres 8 zu
Positionen variiert, die nicht die Endabschnitte der Verteiler 2 und 3 waren,
obwohl bei den Bedingungen eine gute Stromunterteilung erzielt wurde,
und es waren die in Längsrichtung
Mittelpositionen der Verteiler 2 und 3 eingeschlossen,
so daß das
Kühlmittel
gleichförmig
in die entsprechenden Rohre an jeder der Rohrpositionen fließen kann.
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Obwohl weiter die Einführungstiefe
des Rohrendes in den Verteiler zwischen einer Mittelposition, einer Position
innerhalb der Mittelposition (rohrseitige Position) und einer Position
außerhalb
der Mittelposition variiert wurde, wurden gute Resultate bei jeder
Rohreinführungstiefe
erzielt, solange der Stromunterteilungsparameter γ innerhalb
des Bereiches war, der durch die vorliegende Erfindung definiert
ist. Wenn der Stromunterteilungsparameter γ unterhalb dem breitesten Bereich
war, der durch die vorliegende Erfindung definiert ist, wurde ein
gutes Resultat nicht erzielt unabhängig von der gewählten Rohreinführungsposition.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann,
obwohl die obere Grenze des Parameters γ nicht besonders beschränkt ist,
wie aus der Untersuchung der resultierenden Daten klar verständlich ist,
durch praktische Auslegung diese obere Grenze auf ungefähr 1,5 gesetzt
werden.
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Somit kann der Stromwiderstand eines
Rohres relativ hoch durch Verringern des hydraulischen Durchmessers
des Pfades für
das Kühlmittel
des Rohres oder durch Vergrößern der
Länge des
Rohres eingestellt werden, große
Beträge
von Kühlmittel
können
daran gehindert werden, in die Rohre zu strömen, die mit dem Verteiler
an seinem Kühlmitteleinlaß verbunden
sind, der der Abschnitt mit dem höchsten Druck ist, und das Kühlmittel
kann gleichförmiger
in dem Verteiler gehalten werden. Als Resultat kann der Kühlmitteldruck
in dem Verteiler gleichförmiger
gemacht werden, und der auf die entsprechenden Rohre ausgeübte Druck
kann ebenfalls gleichförmiger
gemacht werden zum Erzielen einer guten Stromunterteilung. Die Stromunterteilung
des Kühlmittels
kann nämlich
durch die Beziehung zwischen dem Stromwiderstand in den Röhren und
der Druckverteilung in dem Verteiler bestimmt werden, und wenn die
Druckverteilung in dem Verteiler gleichförmiger wird, kann der auf die
entsprechenden Rohre ausgeübte
Druck ebenfalls gleichförmiger
werden, und die Stromunterteilung kann verbessert werden.
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Die vorliegende Erfindung kann auf
einen Mehrstromwärmetauscher
oder einen gestapelten Wärmetauscher
mit zwei Pfaden angewendet werden, mit der Ausnahme des oben beschriebenen
Mehrstromwärmetauschers
mit nur einem Pfad. In diesen Fällen
kann, solange der Stromunterteilungsparameter γ die Bereiche erfüllt, die
durch die vorliegende Erfindung bestimmt sind, eine gute Stromunterteilung
erzielt werden.
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Zum Beispiel zeigt 7 einen Mehrstromwärmetauscher gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und der Wärmetauscher ist als Kondensator ähnlich zu
dem gebildet, der in der zuvor erwähnten ersten Ausführungsform
beschrieben ist. In 7 weist
der Kondensator 31 zwei Strompfade für Kühlmittel auf und ist ähnlich zu
dem in der ersten Ausführungsform
mit der Ausnahme der Änderung
der Struktur gebildet, die mit dem Erzielen zweier Pfade übereinstimmt.
Insbesondere ist in dem in 7 gezeigten Kondensator 31 eine
Unterteilungswand 9 in einem Verteiler 2 zum Unterteilen
des Verteilers 2 in einen ersten Teil in direkter Verbindung
mit dem Einlaßrohr 2 und
einem zweiten Teil in direkter Verbindung mit dem Auslaßrohr 32 versehen.
Kühlmittel
wird in den ersten Teil des Verteilers 2 durch das Einlaßrohr 7 eingeführt, strömt zu dem
Verteiler 3 durch die Wärmeübertragungsrohre 4,
die mit dem ersten Teil des Verteilers 2 verbunden sind.
Der Strom des Kühlmittels
wird dann in dem Verteiler 3 umgekehrt, und das Kühlmittel
fließt
zu dem Verteiler 2 durch die verbleibenden Wärmeübertragungsrohre 4 und
in den zweiten Teil des Verteilers 2. Das Kühlmittel
verläßt den Wärmetauscher
durch das Auslaßrohr 32.
Die in jedem Rohr vorgesehene innere Rippe ist als ähnliche
Struktur wie zu der in 3 gezeigten
gebildet.
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In Kondensatoren mit zwei Strompfaden
für Kühlmittel
wie der Kondensator 31 kann die überlegene Wärmeaustauschleistung des Rohres 11,
in das die innere Rippe 2 eingeführt ist, ähnlich zu der Weise erzielt werden,
die in bezug auf die erste Ausführungsform
beschrieben ist, die Wärmeaustauschleistung
des Rohres 11 kann selbst als gut gesichert werden, und
die Effektivität
des Wärmeaustauschers
kann auf einem hohen Niveau in bezug auf das Gesamte des Kondensators 31 gehalten
werden.
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In dem Kondensator 31 mit
zwei Strompfaden für
Kühlmittel,
obwohl der Druckverlust etwas größer als bei
der Konfiguration mit einem Pfad sein kann, ist es viel besser im
Vergleich mit den herkömmlichen
Strukturen mit mindestens drei Strompfaden, und es ist möglich, den
Druckverlust über
den gesamten Kernabschnitt zu unterdrücken. Da weiterhin die Kühlmittelstromrichtung
nur einmal umgedreht wird, ist es ausreichend, die Zahl der Rohre
zu wählen,
die zwischen die entsprechenden Rohrgruppen vor und nach der Stromumkehr
unterteilt sind, zu Zahlen, die schematisch bestimmt werden. Daher
ist es nicht notwendig, sich mit den Problemen zu befassen, die
von der Verringerung des Volumens des Kühlmittels herrühren, das
durch Änderungen in
der Rate des Kühlmittelstromes
verursacht wird, und eine hohe Effektivität des Wärmeaustauschers kann aufrechterhalten
werden, selbst wenn sich die Stromrate des Kühlmittels ändert.
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Weiter ist es bei dem zuvor erwähnten Wärmetauscher
mit nur einer Stromrichtung oder bei dem oben beschriebenen Wärmetauscher
mit der ersten Stromrichtung und der zweiten Stromrichtung, insbesondere
in einem Kondensator möglich,
einen Flüssigkeitstank
und einen unterkühlten
Abschnitt einstöckig
mit dem Kondensator oder getrennt von dem Kondensator an einer Position
nach dem Kondensator vorzusehen, so daß ein sogenanntes Unterkühlungssystem
gebildet wird.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann
durch Benutzen des Rohres mit der oben beschriebenen inneren Rippe
mit den Wellenstreifen und dem Stromunterteilungsparameter γ innerhalb
der Sollbereiche die Leistung der gesamten Rohre und schließlich des
gesamten Wärmetauschers
vergrößert werden.
Bei der Auslegung dieser inneren Rippe mit den Wellenstreifen sind
die entsprechenden Abschnitte der inneren Rippe bevorzugt so ausgelegt,
daß sie
optimale Abmessungen zum Erzielen des überlegenen Wärmetauschers
aufweisen.
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Zum Beispiel wird hier im folgenden
die Konfiguration eines speziellen Kondensators betrachtet. Die wesentliche
Funktion eines Kondensators ist das Entfernen von Wärme aus
einem Kühlzyklus.
Als praktische Basisfunktion ist es jedoch notwendig, einen Druckwiderstand
innerhalb des Kondensators zu haben. Allgemein wird in dem Kühlzyklus
unter Benutzung von HFC134a-Kühlmittel
ein Druckwiderstand von mindestens ungefähr 10 MPa benötigt. Weiter
ist der Stromwiderstand in dem Kondensator ein wesentlicher Faktor,
wenn Kühlmittel
strömt.
Wenn weiter in dem Kühlzyklus
unter Benutzung des HFC134a-Kühlmittels
der Stromwiderstand groß ist,
tritt eine Zunahme der Leistung eines Kompressors und eine Abnahme
der Wärmestrahlungsleistung
auf. Daher wird der Stromwiderstand bevorzugt auf weniger als ungefähr 100 kPa
gedrückt.
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Als typische Abmessungsparameter,
die den Druckwiderstand und den Stromwiderstand in der oben beschriebenen
inneren Rippe 12 beeinflussen, existieren die folgenden
Parameter: ein Anstiegswinkel des erhöhten Abschnittes 14 oder
des vertieften Abschnittes 15 relativ zu einem flachen
Abschnitt, der an der Eingangsseite des erhöhten Abschnittes und/oder des
vertieften Abschnittes in der Stromrichtung des Kühlmittels ist
(der Anstiegswinkel ist in 4 durch "θ" gezeigt), eine Dicke der inneren Rippe 12;
eine Höhe
der inneren Rippe 12, die als ein Abstand zwischen einer
Oberseite des erhöhten
Abschnittes 14 und einer Bodenseite des vertieften Abschnittes 15 definiert
ist; ein Abstand von einer Oberseite des erhöhten Abstandes 14 zu
einer Bodenseite des vertieften Abschnittes 15; und eine
Breite eines Wellenstreifens 18. Die Beziehungen zwischen den
entsprechenden Parametern und Druckwiderstand und Stromwiderstand
sind in den in 8 bis 12 gezeigten Diagrammen gezeigt.
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Wie in 8 gezeigt
ist, ist der Anstiegswinkel des erhöhten Abschnittes 14 oder
des vertieften Abschnittes 15 oder beider relativ zu einem
flachen Abschnitt, der an der Eingangsseite des erhöhten Abschnittes oder
des vertieften Abschnittes oder beiden angeordnet ist, in der Stromrichtung
des Kühlmittels
bevorzugt in dem Bereich von ungefähr 90° bis ungefähr 150°, bevorzugter in dem Bereich
von ungefähr
90° bis
ungefähr 140°. Wenn der
Anstiegswinkel kleiner als der oben beschriebene Bereich ist, insbesondere
weniger oder gleich von ungefähr
70° ist,
wird der Effekt zum Unterbrechen des Kühlmittelstromes zu groß, und eine
unerwünschte
Zunahme des Stromwiderstandes tritt auf. Wenn der Anstiegswinkel
mehr als der oben beschriebene Bereich ist, insbesondere mindestens
ungefähr
160°, nimmt
die Stärke
ab, und ein gewünschter
Druckwiderstand wird nicht erzielt.
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Wie in 9 gezeigt
ist, ist die Dicke der inneren Rippe 12 bevorzugt in dem
Bereich von ungefähr
0,1 bis ungefähr
0,5 mm und bevorzugter in dem Bereich von ungefähr 0,2 bis ungefähr 0,4 mm.
Wenn die Dicke kleiner als ungefähr
0,1 mm ist, kann der Druckwiderstand abnehmen. Wenn die Dicke mehr
als ungefähr
0,5 mm ist, kann der Stromwiderstand zunehmen.
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Wie in 10 gezeigt
ist, die Höhe
der inneren Rippe 12, die als ein Abstand zwischen einer
Oberseite des erhöhten
Abschnittes 14 und einer Bodenseite des vertieften Abschnittes 15 definiert
ist, ist bevorzugt in dem Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 5 mm,
bevorzugter in dem Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 3 mm.
Wenn die Höhe
der inneren Rippe 12 kleiner als ungefähr 1 mm ist, wird die Schnittfläche des
Pfades in dem Rohr zu klein, wenn die innere Rippe 12 in
Kontakt mit der inneren Oberfläche
des Rohres gebracht wird, und der Stromwiderstand des Kühlmittels
kann zu groß werden.
Wenn die Höhe
der inneren Rippe 12 mehr als ungefähr 5 mm ist, kann der Druckwiderstand
abnehmen.
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Wie in 11 gezeigt
ist, der Abstand von einer Oberseite eines erhöhten Abschnittes 14 zu
einer Bodenseite des vertieften Abschnittes 15 ist bevorzugt
in dem Bereich von ungefähr
1 bis ungefähr
6 mm, bevorzugter in dem Bereich von ungefähr 2 bis ungefähr 4 mm.
Wenn der Abstand kleiner als ungefähr 1 mm ist, kann der Stromwiderstand
zunehmen. Wenn der Abstand mehr als ungefähr 6 mm ist, kann der Stromwiderstand
abnehmen.
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Wie in 12 gezeigt
ist, ist die Breite eines Wellenstreifens 18 (Breite von
benachbarten Schlitzen zum Herstellen des erhöhten Abschnittes 14 und
des vertieften Abschnittes 15) bevorzugt in dem Bereich
von ungefähr
0,5 bis ungefähr
5 mm, bevorzugter in dem Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 3 mm.
Wenn die Breite kleiner als ungefähr 0,5 mm ist, kann sich die
Bearbeitungsfähigkeit
der inneren Rippe 12 verschlechtern. Wenn die Breite mehr
als ungefähr
5 mm ist, wird der Effekt des Unterbrechens des Kühlmittelstromes
zu groß,
und eine unerwünschte
Zunahme des Stromwiderstandes tritt auf.
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Durch Einstellen der entsprechenden
Abmessungen innerhalb der oben beschriebenen optimalen Bereiche
in Hinblick auf die Eigenschaften des Kühlmittels kann der Kühlmittelfluß ein dreidimensionaler
turbulenter Fluß zum
Mischen des Kühlmittels
in einem guten Zustand sein, und die Wärmeübertragungsleistung der Kühlmittelseite
kann zunehmen. Weiterhin können
die entsprechenden Rohre 11 einen ausreichenden hohen Druckwiderstand
und einen ausreichenden niedrigen Stromwiderstand haben. Zu der
gleichen Zeit kann durch Vorsehen solch einer inneren Rippe 12 die
Fläche
für die
Wärmeübertragung
relativ zu der eines allgemein benutzten Rohres zunehmen, daß durch
Stranggießen
gebildet ist. Durch den Multipliziereffekt dieser verbesserten Eigenschaften
kann die Leistung der gesamten Rohre und schließlich des gesamten Wärmetauschers
(Kondensators) zunehmen.
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Somit kann durch Benutzen der Wärmeübertragungsrohre,
von denen jedes eine innere Rippe aufweist, das Wellenstreifen mit
erhöhten
Abschnitten, ersten flachen Abschnitten, vertieften Abschnitten
und zweiten flachen Abschnitten aufweist, und die in einer speziellen
Positionsbeziehung angeordnet sind, ein Wärmeaustauschmedium, das in
dem Rohr strömt,
gleichförmiger
gemischt werden, die Wärmeübertragung kann
gleichförmiger
durchgeführt
werden, und die Wärmeaustauschleistung
der gesamten Rohre und schließlich
des gesamten Wärmetauschers
kann vergrößert werden.
Weiterhin kann die innere Rippe gemäß der vorliegenden Erfindung
leicht durch Rollenbiegen ähnlich
zu der Herstellung der gewählten
Rippen hergestellt werden. Weiter kann durch Einstellen der Abmessungen
der entsprechenden Abschnitte der inneren Rippe innerhalb der optimalen
Bereiche die Leistung der gesamten Rohre und schließlich des
gesamten Wärmetauschers
weiter vergrößert werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann
die Struktur, in der eine Mehrzahl von Pfaden gebildet ist, so daß die Pfade
Wärmeaustauschmedium
ermöglichen,
im wesentlichen frei in die Längsund
Querrichtung zu strömen,
durch vorstehende Abschnitte gebildet werden, die auf einer Innenoberfläche eines
Rohres vorgesehen sind.
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Wie z. B. in 13 und 14 gezeigt
ist, sind vorstehende Abschnitte 43, die zu der Innenseite
des Rohres 41 vorstehen, auf inneren Oberflächen von
gegenüberstehenden
Rohrwänden 42a und 42b vorgesehen. Vorstehende
Abschnitte 43 können
durch Prägen
der Wände 42a und 42b des
Rohres 42 gebildet werden. Die vorstehenden Abschnitte 43 stoßen gegeneinander
oder sind miteinander an ihren oberen Oberflächen verbunden. Paare von vorstehenden
Abschnitten 43, die so anstoßen oder verbunden sind, können in
einer versetzten Anordnung vorgesehen sein, wie in 8 gezeigt ist. Obwohl die vorstehenden
Abschnitte 43 auf beiden Wänden 42a, 42b in
dieser Ausführungsform
vorgesehen sind, brauchen sie nur auf einer Wand vorgesehen zu sein,
und die vorstehenden Abschnitte können zu einer Position auf
der inneren Oberfläche
der gegenüberliegenden
Rohrwand vorstehen.
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Bei solch einer Rohrstruktur ist ähnlich zu
der, die in bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben wurde,
die Beziehung im Druck zwischen den Rohren und einem Verteiler eingestellt,
so daß der
Stromunterteilungsparameter γ auf
mindestens 0,5 gesetzt werden kann. Kühlmittel strömt in jedes
Rohr 41 so, daß es jeden
vorstehenden Abschnitt 43 umgeht, und die Temperaturverteilung
in dem Rohr 41 kann daher gleichförmiger ge macht werden. Zu der
gleichen Zeit wird durch Einstellen des Stromunterteilungsparameters γ auf einen
Wert von mindestens 0,5 Kühlmittel
von einem Verteiler in eine Mehrzahl von Rohren 41 verteilt,
wodurch eine überlegene
Wärmeaustauschleistung über den
gesamten Wärmetauscher
erzielt wird.
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Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen
in bezug auf Kondensatoren erläutert
worden sind, kann die vorliegende Erfindung auf andere Wärmetauscher,
insbesondere auf Verdampfer, angewendet werden. In anderen Wärmetauschern
kann eine gewünschte
Stromunterteilung durch Einstellen der Beziehung in dem Druck zwischen
einem eingangsseitigen Verteiler und damit verbundenen Wärmeübertragungsrohren
erzielt werden, so daß der
Stromunterteilungsparameter γ den
oben beschriebenen Bereich erfüllt.
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Wie hier oben beschrieben ist, kann
in dem Wärmetauscher
gemäß der vorliegenden
Erfindung durch Einstellen des Wertes des Parameters γ auf mindestens
ungefähr
0,5 der Strompfad des Kühlmittels
in einen Strompfad oder zwei Strompfade durch Entfernen einer Unterteilungswand
oder durch Verringern der Zahl der Unterteilungswände auf
ein Minimum, d. h. auf 1 hergestellt werden. Folglich kann schwieriges
Bearbeiten oder Zusammensetzen unnötig werden, auch der Stromunterteilungszustand
kann auf einen optimalen Zustand gesetzt werden, wodurch ein Wärmetauscher
erzielt wird, der eine überlegene
Wärmeaustauschleistung zeigt.
Da weiter die Stromunterteilung verbessert und die effektive Wärmeübertragungsfläche vergrößert, kann ein
Wärmetauscher,
der für
jede Art von Fahrzeug und jede Anordnung in dem Fahrzeug angewendet
werden kann, erhalten werden.
