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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der Wärme zwischen einem inneren Fluid, das im Inneren eines Rohrs zirkuliert, und einem äußeren Fluid, das außerhalb des Rohrs zirkuliert, austauscht.
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Es ist bekannt, dass ein herkömmlicher Wärmetauscher ein Rohr hat, das mit Höckern (Vorsprüngen) versehen ist, die von einer Innenwand des Rohrs nach innen vorstehen (siehe zum Beispiel
JP-A-2001-311593 ). In dem herkömmlichen Wärmetauscher verrühren oder vermischen die Höcker das Kühlfluid in dem Rohr und erzeugen dabei eine turbulente Strömung. Die in JP-A-2001-311593 beschriebene herkömmliche Technik verhindert die Abnahme in dem Wärmeübertragungsverhältnis zwischen dem Kühlfluid und dem Rohr durch Bilden der turbulenten Strömung des Kühlfluids. Auch verhindert die herkömmliche Technik die Zunahme der Anzahl von Komponenten des Wärmetauschers und verbessert dennoch eine Wärmeabführungsfähigkeit des Wärmetauschers.
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In der vorstehenden herkömmlichen Technik wird die Wärmeabführungskapazität verbessert, indem die durch jeden Höcker bewirkte turbulente Strömung innerhalb des Rohrs gebildet wird. Jedoch ist es in letzter Zeit notwendig, die Leistung des Wärmetauschers weiter zu verbessern, und dabei ist die weitere Verbesserung des Wärmeübertragungsverhältnisses erforderlich, indem die Bildung der turbulenten Strömung erleichtert wird. Wenn eine Totwasserregion (Region mit stagnierender Strömung), in der die Strömung stagniert, an einer Position stromabwärtig von dem Höcker erzeugt wird, wo es weniger wahrscheinlich ist, dass die turbulente Strömung erzeugt wird, kann die Totwasserregion einen hydraulischen Widerstand bereitstellen, und dadurch wird die Verbesserung des Wärmeübertragungsverhältnisses fehlerhafterweise nachteiligerweise gestört.
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Daher wird die Erfindung angesichts der vorstehenden Nachteile gemacht, und dabei ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher bereitzustellen, der (a) durch die Bildung einer turbulenten Strömung innerhalb eines Rohrs und (b) durch die Verkleinerung einer stagnierenden Strömungsregion eine verbesserte Wärmeabführungsfähigkeit hat.
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Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird ein Wärmetauscher bereitgestellt, der Wärme zwischen einem inneren Fluid und einem äußeren Fluid austauscht, wobei der Wärmetauscher eine Vielzahl von Rohren und eine Vielzahl von Vorsprungabschnitten umfasst. Jedes der Vielzahl von Rohren hat einen flachen Querschnitt, der entlang einer Ebene senkrecht zu einer Rohrlängsrichtung genommen ist. Die Vielzahl von Rohren erlaubt, dass das innere Fluid durch sie hindurch strömt. Das äußere Fluid strömt außerhalb der Vielzahl von Rohren. Die Vielzahl von Vorsprungabschnitten ist auf einer Innenwand jedes der Vielzahl von Rohren ausgebildet und ist in der Rohrlängsrichtung angeordnet. Jeder der Vielzahl von Vorsprungabschnitten steht von der Innenwand in einer Richtung der kurzen Rohrseite, die sich entlang einer Querachse des Querschnitts erstreckt, vor. Jeder der Vielzahl von Vorsprungabschnitten hat auf einer seiner Oberflächen einen gekrümmten Oberflächenteil. Jeder der Vielzahl von Vorsprungabschnitten hat in einer in der Richtung der kurzen Rohrseite betrachteten Draufsicht eine längliche Form. Jeder der Vielzahl von Vorsprungabschnitten ist relativ zu einer Richtung der langen Rohrseite, die sich entlang einer Längsachse des Querschnitts erstreckt, in einer zueinander gleichen Weise gewinkelt.
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Die Erfindung wird zusammen mit ihren zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen am besten aus der folgenden Beschreibung, den beigefügten Patentansprüchen und den beigefügten Zeichnungen am besten verstanden, wobei:
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1 eine Perspektivansicht ist, die eine schematische Struktur eines Strahlers eines Wärmeaustauschers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ein Diagramm ist, das einen Aufbau eines Rohrs gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
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3 eine Draufsicht ist, die einen Aufbau geneigter Vorsprungabschnitte darstellt, die sich im Inneren des Rohrs gemäß der ersten Ausführungsform befinden;
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4 eine seitliche Querschnittansicht ist, die einen Aufbau des geneigten Vorsprungabschnitts im Inneren des Rohrs gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
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5 ein Diagramm zur Erklärung eines Strömungsmechanismus des inneren Fluids ist, welches über den geneigten Vorsprungabschnitt im Inneren des Rohrs strömt;
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6 eine Draufsicht zur Erklärung des Strömungsmechanismus des inneren Fluids ist, welches über den geneigten Vorsprungabschnitt im Inneren des Rohrs strömt;
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7 ein Diagramm ist, das ein Visualisierungsprüfungsergebnis der Strömung im Inneren des Rohrs gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
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8 ein Diagramm ist, das ein Leistungsauswertungsergebnis einer Wärmeabführungsmenge eines tatsächlich verwendeten Strahlers mit dem Rohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
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9 ein Diagramm ist, das ein Leistungsauswertungsergebnis eines hydraulischen Widerstands des tatsächlich verwendeten Strahlers mit dem Rohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
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10 ein Diagramm ist, das ein Leistungsauswertungsergebnis eines Wärmeübertragungsverhältnisses des tatsächlich verwendeten Strahlers mit dem Rohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
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11 ein Diagramm ist, das ein Leistungsauswertungsergebnis eines Reibungswiderstands des Rohrs des tatsächlich verwendeten Strahlers gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
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12 eine seitliche Querschnittansicht ist, die einen geneigten Vorsprungabschnitt gemäß der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
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13 eine seitliche Querschnittansicht ist, die geneigte Vorsprungabschnitte gemäß der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
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14 eine Draufsicht ist, die geneigte Vorsprungabschnitte gemäß der dritten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
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15 eine Draufsicht ist, die geneigte Vorsprungabschnitte gemäß der vierten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
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16 eine Draufsicht ist, die geneigte Vorsprungabschnitte gemäß der fünften Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
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17 eine Draufsicht ist, die geneigte Vorsprungabschnitte gemäß der sechsten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt; und
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18 eine Draufsicht ist, die geneigte Vorsprungabschnitte gemäß der siebten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt.
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Mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Eine Komponente einer Ausführungsform, die in einer vorhergehenden Ausführungsform beschrieben wird, kann durch die Bezugsnummer angezeigt werden, die in der vorhergehenden Ausführungsform verwendet wurde, und ihre Erklärung kann weggelassen werden. Wenn in einer gewissen Ausführungsform nur ein Teil des Aufbaus beschrieben wird, verwendet der andere Teil des Aufbaus beliebige der vorgehenden Ausführungsformen. Die Kombination der Ausführungsform ist nicht auf die Kombination beschränkt, die in der vorliegenden Beschreibung spezifisch beschrieben ist. Zum Beispiel können die Ausführungsformen, selbst wenn die Kombination hier nicht explizit beschrieben ist, teilweise miteinander kombiniert werden, vorausgesetzt, die Kombination der Ausführungsform bringt keine Schwierigkeit mit sich.
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(Erste Ausführungsform)
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Ein Wärmetauscher gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf 1 bis 11 beschrieben. Der Wärmetauscher der ersten Ausführungsform hat eine Vielzahl von Rohren, von denen jedes einen flachen Querschnitt hat, und jedes Rohr hat eine Innenwandoberfläche die mit charakteristischen Vorsprungabschnitten ausgebildet ist. Ein Beispiel für einen Strahler, der den vorstehenden Wärmetauscher verendet, wird nachstehend beschrieben. 1 ist eine Perspektivansicht, die eine schematische Struktur eines Strahlers 1 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
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Wie in 1 dargestellt, ist der Strahler 1 zum Beispiel in einem Motorraum eines Fahrzeugs montiert. Auch ist de Strahler 1 in einem Zustand, in dem ein Kernteil des Strahlers 1 einem Kernteil eines (nicht gezeigten) Kondensators zugewandt ist, benachbart zu dem Kondensator positioniert. Der Kondensator dient als ein Wärmetauscher für einen Klimatisierungskältekreislauf für ein Fahrzeug. Der Strahler 1 ist auf einer Fahrzeugrückseite des Kondensators positioniert. Mit anderen Worten ist der Strahler 1 in einer Luftströmungsrichtung stromabwärtig von dem Kondensator positioniert.
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Der Kondensator und der Strahler 1 sind integral an einem (nicht gezeigten) elektrischen Ventilator montiert. Zum Beispiel dient der elektrische Ventilator als ein Luftgebläse, das zwangsweise Luft (externes Fluid) zu beiden Kernteilen für den Wärmeaustausch zwischen Fluiden, die durch die jeweiligen Kernteile strömen, bläst. In dem vorstehenden Zustand ist der Strahler 1 auf dem Fahrzeug montiert. Wie vorstehend sind der Kondensator, der Strahler 1 und der elektrische Ventilator integral miteinander montiert und bilden ein Kühlmodul. Luft (Außenluft) wird durch den elektrischen Ventilator in eine durch einen Pfeil angezeigte Richtung (Fahrzeugrückwärtsrichtung) sowohl an den Kondensator als auch den Strahler 1 geliefert. Als ein Ergebnis werden der Kondensator und der Strahler 1 durch die gelieferte Luft gekühlt. Der Strahler 1 ist ein Wärmetauscher, der mit einem Kühlmittelkreis des Motors des Fahrzeugs verbunden ist, und kühlt ein Hochtemperaturkühlmittel, das von dem Motor geheizt wurde.
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Der Strahler 1 hat einen Kernteil 2 und Endkammern 5, 6. Der Kernteil 2 tauscht Wärme zwischen (a) Wasser (inneres Fluid), das im Inneren des Kernteils 2 strömt, und (b) Luft (äußeres Fluid), das außerhalb des Kernteils 2 strömt, aus. Auch sind die Endkammern 5, 6 an beiden Endabschnitten des Kernteils 2 in einer Oben-Unten-Richtung bereitgestellt. Der Kernteil 2 umfasst Rohre 3 und Lamellen 4, die in einer Links-Rechtsrichtung (Fahrzeugbreitenrichtung) abwechselnd angeordnet sind und die durch Hartlöten integral miteinander sind. Jedes der Rohre 3 hat einen flachen Querschnitt und dient als ein Wasserdurchgang. Jede der Lamellen 4 ist eine gewellte Lamelle, die eine Wärmeübertragungsfläche vergrößert.
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(Nicht gezeigte) Kernplatten sind an beiden jeweiligen Enden des Kernteils 2 in der Oben-Untenrichtung bereitgestellt, und die Kernplatten verbinden und halten die Endabschnitte der mehreren Rohre 3. Die Kernplatten, die Endkammer 5 und die Endkammer 6 sind integral miteinander verbunden. Jede der Endkammern 5, 6 definiert darin einen Innenraum, der mit dem Inneren aller Rohre 3 in Verbindung steht. Mit anderen Worten steht die Endkammer 5 durch die Rohre 3 mit der Endkammer 6 in Verbindung. Auch hat jede der Endkammern 5, 6 eine längliche Rohrform, die sich in eine Richtung (Fahrzeugbreitenrichtung) senkrecht zu einer Rohrlängsrichtung Z der Rohre 3 erstreckt. Zum Beispiel ist jede der Endkammern 5, 6 aus einem Harz, wie etwa Nylon, mit einem erheblichen Wärmewiderstand gefertigt.
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Die äußersten Lamellen 4 sind auf beiden Enden des Kernteils 2 in der Fahrzeugbreitenrichtung (Links-Rechtsrichtung) bereitgestellt. Mit anderen Worten sind die äußersten Lamellen 4 auf den äußersten Enden des Kernteils 2 in der Fahrzeugbreitenrichtung positioniert. Die Seitenplatten 7 sind auf der Außenseite der äußersten Lamellen 4 in der Fahrzeugbreitenrichtung bereitgestellt. Jede Seitenplatte 7 ist ein Verstärkungselement, das den Kernteil 2 verstärkt und einen Querschnitt mit einer U-Form hat. Die Seitenplatte 7 erstreckt sich, wie in 1 gezeigt, in der Rohrlängsrichtung Z.
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Die obere Endkammer 5 ist integral mit einer Einlassrohrleitung 8 eines Motorkühlmittels und mit einem Ansatzabschnitt für die Befestigung an einem Körper ausgebildet. Die untere Endkammer 6 ist integral mit einer Austrittsrohrleitung 9 des Motorkühlmittels und mit einem Ansatzabschnitt für die Befestigung an dem Körper ausgebildet. Auch in dem Strahler 1 ist jede Komponente des Kernteils 2, wie etwa die Rohre 3, die Lamellen 4, die Kernplatten und die Seitenplatten 7, zum Beispiel aus Aluminiumlegierung gefertigt und durch Hartlöten integral miteinander verbunden.
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Zum Beispiel ist der Strahler 1 mit einer (nicht gezeigten) Verkleidung, die aus einem Harzmaterial, wie etwa Polypropylen, gefertigt ist, versehen. Die Verkleidung hat benachbart zu dem Strahler 1 einen Außenumfangsteil. Der Außenumfangsteil ist derart ausgebildet, dass er eine rechteckige Form hat, die sich entlang des Umrisses des Strahlers 1 erstreckt und in eine Richtung (Fahrzeugrückwärtsrichtung) von dem Strahler 1 weg allmählich abgeschrägt ist. Folglich bildet die Verkleidung einen Luftkanal für den Ventilator. Die Verkleidung hat eine flache Schalenform, die den elektrischen Ventilator im Allgemeinen umgibt und durch Bolzen integral an dem Strahler 1 befestigt ist. Die Verkleidung ist mit einem Motorbefestigungsteil ausgebildet, an dem ein (nicht gezeigter) Motor des elektrischen Ventilators angebracht ist. Die Verkleidung, der Strahler 1 und der Kondensator sind miteinander integriert, um das Kühlmodul zu bilden. Von dem elektrischen Ventilator gelieferte Luft strömt von der Vorderseite des Fahrzeugs durch den Kernteil in der Reihenfolge des Kondensators und dann des Strahlers 1, um das innere Fluid zu kühlen. Dann strömt Luft durch den Luftkanal, der von der Verkleidung gebildet wird, und strömt aus dem Kühlmodul.
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Als nächstes wird ein detaillierter Aufbau jedes Rohrs 3 unter Bezug auf 2 bis 4 beschrieben. 2 ist ein Diagramm, das einen Aufbau des Rohrs 3 darstellt. 3 ist eine Draufsicht, die einen Aufbau geneigter Vorsprungabschnitte 30 darstellt, die im Inneren des Rohrs 3 bereitgestellt sind. 4 ist eine seitliche Querschnittansicht, die einen Aufbau des geneigten Vorsprungabschnitts 30 im Inneren des Rohrs 3 darstellt.
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Wie in 2 bis 4 gezeigt, sind die mehreren geneigten Vorsprungabschnitte 30 in der Rohrlängsrichtung Z auf der Innenwand jedes Rohrs 3 ausgebildet und angeordnet. Der geneigte Vorsprungabschnitt 30 hat einen gekrümmten Oberflächenteil 302 auf der Oberfläche und hat dabei eine glatte Außenoberfläche. Das Rohr 3 hat einen transversalen Querschnitt mit einer flachen Form. Eine Richtung X der langen Rohrseite ist als eine Richtung entlang der langen Seite (Längsachse) des flachen transversalen Querschnitts entsprechend definiert. Auch ist eine Richtung Y der kurzen Rohrseite als eine Richtung entlang der kurzen Seite (Querachse) des flachen transversalen Querschnitts entsprechend definiert. Die Rohrlängsrichtung Z ist definiert, um einer Richtung zu entsprechen, in der sich das Rohr 3 erstreckt und in der das innere Fluid strömt oder sich bewegt. Der geneigte Vorsprungabschnitt 30 steht von der Innenwand des Rohrs 3 in die Richtung Y der kurzen Rohrseite vor und hat in einer Draufsicht in der Richtung Y der kurzen Rohrseite betrachtet eine längliche Form. Jeder geneigte Vorsprungabschnitt 30 ist relativ zu der Richtung X der langen Rohrseite, die senkrecht zu der Rohrlängsrichtung Z ist, in einer zueinander ähnlichen Weise geneigt.
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Der geneigte Vorsprungabschnitt 30 hat eine imaginäre Mittelachsenlinie 301, die sich längs durch die längliche Form des geneigten Vorsprungabschnitts 30 erstreckt. Die Mittelachsenlinie 301 ist in der in der Richtung Y der kurzen Rohrseite betrachteten Draufsicht relativ zu der Richtung X der langen Rohrseite um einen Neigungswinkel O gewinkelt. Der durch jeden geneigten Vorsprungabschnitt 30 definierte Neigungswinkel θ bildet den gleichen spitzen Winkel miteinander und wird in der gleichen Richtung zueinander gemessen. Mit anderen Worten hat der geneigte Vorsprungabschnitt 30 einen stromaufwärtigen Endabschnitt 305 und einen stromabwärtigen Endabschnitt 306 in der Strömungsrichtung des inneren Fluids. Folglich sind die Endabschnitte 305, 306 des geneigten Vorsprungabschnitts 30 in der Richtung X der langen Rohrseite gegeneinander verschoben. Alle stromaufwärtigen Endabschnitte 305 der mehreren geneigten Vorsprungabschnitte 30 sind auf einer Seite des Rohrs 3 in der Richtung X der langen Rohrseite positioniert, und alle stromabwärtigen Endabschnitte 306 der mehreren geneigten Vorsprungabschnitte 30 sind auf der anderen Seite des Rohrs 3 entgegengesetzt zu der einen Seite positioniert. Es ist nicht erforderlich, dass auf alle geneigten Vorsprungabschnitte 30 der gleiche Neigungswinkel θ angewendet wird, vorausgesetzt, die Vorteile der vorliegenden Ausführungsform sind erreichbar. Folglich kann der Neigungswinkel θ jedes geneigten Vorsprungabschnitts 30 voneinander verschieden sein. Jedoch ist es nur erforderlich, dass die geneigten Vorsprungabschnitte 30 relativ zu der Richtung X der langen Rohrseite in Richtung der gleichen Seite gewinkelt sind.
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Wie in 4 gezeigt, hat der geneigte Vorsprungabschnitt 30 eine Oberseite 303 an einem von der Innenwand entfernten Ende. Der geneigte Vorsprungabschnitt 30 hat eine zwischen der Rohrinnenwandoberfläche 304 und der Oberseite 303 gemessene Höhe H. Der geneigte Vorsprungabschnitt 30 hat eine entlang der kurzen Seite der länglichen Form des geneigten Vorsprungabschnitts 30 gemessene Breite W. Mit anderen Worten wird die Breite W des geneigten Vorsprungabschnitts 30, wie in 3 gezeigt, in eine Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung (durch die Mittelachsenlinie 301 angezeigt) des geneigten Vorsprungabschnitts 30 gemessen. Der geneigte Vorsprungabschnitt 30 hat eine in der Richtung X der langen Rohrseite gemessene Abmessung L1 und hat eine in der Rohrlängsrichtung Z gemessene Abmessung 12. Auch wird eine Abmessung A der langen Seite innerhalb des Rohrs 3 zwischen den entgegengesetzten Innenwänden des Rohrs 3 in der Richtung X der langen Seite gemessen. Zum Beispiel entspricht die Abmessung A der langen Seite einer Längsabmessung eines Querschnitts des Durchgangs, der durch die Innenwandoberfläche des Rohrs 3 definiert ist. Eine Abmessung B der kurzen Seite wird innerhalb des Rohrs 3 zwischen den entgegengesetzten Innenwänden des Rohrs 3 in der Richtung Y der kurzen Seite gemessen. Zum Beispiel entspricht die Abmessung B der kurzen Seite einer transversalen Abmessung des Querschnitts des Durchgangs, der durch die Innenwandoberfläche des Rohrs 3 definiert ist. Auch umfassen zum Beispiel die zwei benachbarten geneigten Vorsprungabschnitte 30, die in der Rohrlängsrichtung Z angeordnet sind, einen ersten geneigten Vorsprungabschnitt 30 und einen zweiten geneigten Vorsprungabschnitt 30, der sich in der Strömungsrichtung des inneren Fluids stromabwärtig von dem ersten geneigten Vorsprungabschnitt 30 befindet. Der stromabwärtige Endabschnitt 306 des ersten geneigten Vorsprungabschnitts 30 ist von dem stromaufwärtigen Endabschnitt 305 des zweiten geneigten Vorsprungabschnitts 30 in der Rohrlängsrichtung Z beabstandet. Auch sind die benachbarten geneigten Vorsprungabschnitte 30, wie in 3 gezeigt, in der Rohrlängsrichtung Z in einem Abstand mit einem Schritt P angeordnet. Wie vorstehend ist der Schritt P größer als die Abmessung 12 des geneigten Vorsprungabschnitts 30 in der Rohrlängsrichtung Z.
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Jeder der geneigten Vorsprungabschnitte 30 wird durch eine Pressbearbeitung eines flachen Plattenmaterials, das gebogen werden muss, um das Rohr 3 auszubilden, gefertigt. Folglich hat die Außenwand des Rohrs 3 eine Aussparung an der Position, an der der geneigte Vorsprungabschnitt 30 ausgebildet wird. Ein Verfahren zur Herstellung des Rohrs 3 umfasst einen Stanzschritt, einen Ausbildungsschritt zum Ausbilden des geneigten Vorsprungabschnitts 30, einen Biegeschritt zum Ausbilden einer U-Form und einen Verbindungsschritt (zum Überlappen der Endabschnitte und zum Verbinden der Endabschnitte) in dieser Reihenfolge.
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Als nächstes wird die Wirkung, die der geneigte Vorsprungabschnitt 30 der Strömung des inneren Fluids, das durch das Rohr 3 strömt, verleiht, unter Bezug auf 5 und 6 beschrieben. 5 ist ein Diagramm zur Erklärung eines Strömungsmechanismus des inneren Fluids, das über den geneigten Vorsprungabschnitt 30 innerhalb des Rohrs 3 strömt. 6 ist eine Draufsicht zur Erklärung eines Strömungsmechanismus des inneren Fluids, das über den geneigten Vorsprungabschnitt 30 innerhalb des Rohrs 3 strömt.
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In 5 entspricht eine Koordinatenachse Xa einer imaginären Koordinatenachse, die sich in der Richtung X der langen Rohrseite erstreckt, eine Koordinatenachse Ya entspricht einer imaginären Koordinatenachse, die sich in der Richtung Y der kurzen Rohrseite erstreckt, und eine Koordinatenachse Za entspricht einer imaginären Koordinatenachse, die sich in der Rohrlängsrichtung Z erstreckt. Zum Beispiel ist eine obere Seite entlang der Koordinatenachse Ya in 5 eine positive Seite, und eine untere Seite entlang der Koordinatenachse Ya in 5 ist eine negative Seite. Ebenso ist eine rechte Seite entlang der Koordinatenachse Xa in 5 eine positive Seite, und eine linke Seite entlang der Koordinatenachse Xa ist eine negative Seite. In der vorstehenden Definition zeigt eine Linie Fc eine Strömung von innerem Fluid in einem Mittelabschnitt innerhalb des Rohrs 3 in der Richtung Y der kurzen Rohrseite an. Eine Linie Fw2 zeigt eine Strömung des inneren Fluids an, das in der Nachbarschaft einer Rohrinnenwandoberfläche auf der positiven Seite des Rohrs 3 entlang der Koordinatenachse Ya strömt. Eine Linie Fw1 zeigt eine Strömung von innerem Fluid an, das in der Nachbarschaft einer anderen Rohrinnenwandoberfläche strömt, die sich auf der negativen Seite des Rohrs 3 entlang der Koordinatenachse Ya befindet. Auch zeigt ein Diagramm Fdu eine Durchsatzverteilung des inneren Fluids an einer Position stromaufwärtig von dem geneigten Vorsprungabschnitt 30 an, und ein Diagramm Fddc zeigt eine andere Durchsatzverteilung des inneren Fluids des Mittelabschnitts an einer Position stromabwärtig von dem geneigten Vorsprungabschnitt 30 an. Außerdem zeigt ein Diagramm Fddw2 eine Durchsatzverteilung des inneren Fluids an, das in der Nachbarschaft der Rohrinnenwandoberfläche auf der positiven Seite des Rohrs 3 entlang der Koordinatenachse Ya an einer Position stromabwärtig von dem geneigten Vorsprungabschnitt 30 strömt. Ein Diagramm Fddw1 zeigt eine Durchsatzverteilung des inneren Fluids an, das in der Nachbarschaft der Rohrinnenwandoberfläche strömt, die sich auf der negativen Seite des Rohrs 3 entlang der Koordinatenachse Ya an der Position stromabwärtig von dem geneigten Vorsprungabschnitt 30 befindet.
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Das innere Fluid in dem Rohr 3 strömt hauptsächlich in der Rohrlängsrichtung Z, und das innere Fluid hat, wie in 5 gezeigt, eine parabolische Durchsatzverteilung der Strömung entlang der Koordinatenachse Xa an einer Position stromaufwärtig von dem geneigten Vorsprungabschnitt 30. Insbesondere ist die Strömung entlang der Koordinatenachse Xa in Richtung der positiven Seite gerichtet. Die Durchsatzverteilung hat die parabolische Form, wie in 5 gezeigt, weil ein Durchsatz der Strömung Fc in dem Mittelabschnitt entlang der Koordinatenachse Ya relativ groß ist und die Durchsätze der Strömung Fw1 und Fw2 in der Nachbarschaft der Rohrinnenwandoberflächen aufgrund der durch die Wandoberflächen bewirkten Scherkraft klein sind.
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Eine Niederdruckregion 307 ist zwischen (a) der Oberseite 303 des geneigten Vorsprungabschnitts 30 und (b) der entgegengesetzten Rohrinnenwandoberfläche des Rohrs, die der Oberseite 303 zugewandt ist, definiert. Der Druck in der Niederdruckregion 307 ist niedriger als der Druck um die Niederdruckregion 307, und die Niederdruckregion 307 hat eine Form, die der Form der Oberseite 303 entspricht. Es wird an einem Strömungsdurchgangssegment in dem Rohr 3, an dem der geneigte Vorsprungabschnitt 30 ausgebildet ist, eine Druckdifferenz in der Richtung X der langen Rohrseite ausgebildet. Mit anderen Worten wird die Druckdifferenz in der Richtung X der langen Rohrseite an dem Strömungsdurchgangssegment ausgebildet, das in der Rohrlängsrichtung Z durch die Länge (Abmessung 12) des geneigten Vorsprungabschnitts 30 ausgebildet ist. Daher wird bewirkt, dass das innere Fluid um die Niederdruckregion 307 herum in Richtung der Niederdruckregion 307 strömt. Folglich zeigt die Durchsatzverteilung Fdu des inneren Fluids entlang der Koordinatenachse Xa an der Position stromaufwärtig von dem geneigten Vorsprungabschnitt 30 die Strömung in Richtung der Niederdruckregion 307, die die positive Seite entlang der Koordinatenachse Xa ist, an.
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Wie in 6 gezeigt, sind die Größen der Durchsätze des inneren Fluids an verschiedenen Positionen durch Fuw1, Fuw2, Fdw1, Fdw2 gezeigt. Der Durchsatz Fuw2 ist der Durchsatz des inneren Fluids, das in der Nachbarschaft der Rohrinnenwandoberfläche auf der positiven Seite entlang der Koordinatenachse Ya an der Position stromaufwärtig von dem geneigten Vorsprungabschnitt 30 strömt. Der Durchsatz Fuw1 ist der Durchsatz des inneren Fluids, das in der Nachbarschaft der Rohrinnenwandoberfläche auf der negativen Seite entlang der Koordinatenachse Ya an der Position stromaufwärtig von dem geneigten Vorsprungabschnitt 30 strömt. Beide Durchsätze Fuw1 und Fuw2 zeigen die Strömung an, die in Richtung der positiven Seite entlang der Koordinatenachse Xa gerichtet ist. Das innere Fluid strömt über den geneigten Vorsprungabschnitt 30, während es die Durchsatzverteilung Fdu hat. Wenn außerdem inneres Fluid zu der Position stromabwärtig von dem geneigten Vorsprungabschnitt 30 strömt, wird die Niederdruckregion 307 auf der negativen Seite entlang der Koordinatenachse Xa ausgebildet. Als ein Ergebnis werden, nachdem das innere Fluid an dem geneigten Vorsprung 30 vorbei läuft (oder nachdem das innere Fluid zu der Position stromabwärtig von dem geneigten Vorsprungabschnitt 30) strömt, der Durchsatz Fdw2 und der Durchsatz Fdw1 in der Nachbarschaft der Rohrinnenwandoberflächen im Gegensatz zu der Richtung (positive Seite entlang der Koordinatenachse Xa) an der Position stromaufwärtig von dem geneigten Abschnitt 30 in Richtung der negativen Seite entlang der Koordinatenachse geleitet.
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Wenn das innere Fluid wie vorstehend über den geneigten Vorsprungabschnitt 30 strömt, wird eine Vektorrichtung entlang der Koordinatenachse Xa des Durchsatzes in der Nachbarschaft der Rohrinnenwandoberfläche an der Oberseite 303 des geneigten Vorsprungabschnitts 30 umgekehrt. Wenn zum Beispiel die Vektorrichtung entlang der Koordinatenachse Xa des Durchsatzes an der Position stromaufwärtig von dem geneigten Vorsprungabschnitt 30 auf eine Seite gerichtet ist, wird die Vektorrichtung entlang der Koordinatenachse Xa des Durchsatzes an der Position stromabwärtig von dem geneigten Vorsprungabschnitt 30 auf die andere Seite entgegengesetzt zu der einen Seite entlang der Koordinatenachse Xa geändert. Als ein Ergebnis zeigen die Durchsatzverteilungen Fddw2 und Fddw1 der Strömung in der Nachbarschaft der Rohrinnenwandoberfläche an der Position stromabwärtig von dem geneigten Vorsprungabschnitt 30, wie in 5 gezeigt, die zu der Durchsatzverteilung Fddc der Strömung in dem Mittelabschnitt entgegengesetzte Richtung an. Da die Durchsatzverteilung der Strömung in der Nachbarschaft der Rohrinnenwandoberfläche wie vorstehend umgekehrt ist, wird ein Wechselpunkt, erzeugt, wo die positive oder die negative Durchsatzverteilung (oder deren Vektorrichtung) auf der XyYa-Ebene nahe der Rohrinnenwandoberfläche in dem Strömungsdurchgang stromabwärtig von dem geneigten Vorsprungabschnitt 30 umgekehrt wird. Als ein Ergebnis wird benachbart zu den Rohrinnenwandoberflächen ein feiner sich drehender Wirbel erzeugt. (siehe 6).
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Die Erzeugung des sich drehenden Wirbels verrührt die Strömung innerhalb des Rohrs 3 in der Nachbarschaft sowohl (a) des geneigten Vorsprungabschnitts 30 als auch (b) der Rohrinnenwandoberfläche entgegengesetzt zu dem geneigten Vorsprungabschnitt 30. Als ein Ergebnis wird die turbulente Strömung des inneren Fluids wirkungsvoll erhöht, und dadurch wird die Wärmeübertragung zwischen dem inneren Fluid und dem Rohr 3 erhöht. Daher wird die Wärmeaustauschleistung verbessert. Außerdem sind die Form des geneigten Vorsprungabschnitts 30, der den gekrümmten Oberflächenteil 302 hat, und die Erzeugung des sich drehenden Wirbels fähig, die reibungslose Strömung und die Auslösung der Strömung um den geneigten Vorsprungabschnitt 30 zu bewirken. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Erzeugung einer stagnierenden Strömungsregion, in der das innere Fluid nicht wirkungsvoll strömt, innerhalb des Rohrs 3 zu begrenzen, und dadurch ist es möglich, die Zunahme des Strömungswiderstands zu begrenzen. In dem Vorstehenden kann auf die stagnierende Strömungsregion als eine „Totwasserregion” Bezug genommen werden, wenn das innere Fluid Wasser ist. Es sollte bemerkt werden, dass der Mittelabschnitt des Rohrs 3 in der Richtung Y der kurzen Rohrseite nicht durch die Niederdruckregion 307 beeinflusst wird, die durch den geneigten Vorsprungabschnitt 30 bewirkt wird. Als ein Ergebnis wird auf einer XaYa-Ebene eine parabolische Durchsatzverteilung Fddc ausgebildet, und dadurch wird die Erzeugung des sich drehenden Wirbels wirkungsvoll begrenzt. Folglich tritt das Verrühren der Strömung weniger wahrscheinlich auf.
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Außerdem ist der Schritt P zwischen benachbarten geneigten Vorsprungabschnitten 30, die in die gleiche Richtung gewinkelt sind und die in der Rohrlängsrichtung Z angeordnet sind, größer als die in der Rohrlängsrichtung Z gemessene Abmessung 12 des geneigten Vorsprungabschnitts 30. Als ein Ergebnis ist der stromabwärtige Endabschnitt 306 des ersten geneigten Vorsprungabschnitts 30 von dem stromaufwärtigen Endabschnitt 305 des zweiten geneigten Vorsprungabschnitts 30 in der Rohrlängsrichtung Z beabstandet. In dem Vorstehenden ist der zweite geneigte Vorsprungabschnitt 30 unmittelbar stromabwärtig von dem ersten geneigten Vorsprungabschnitt 30 positioniert. Aufgrund des Vorstehenden wird die Druckdifferenz an dem geneigten Vorsprungabschnitt 30 in der Richtung X der langen Rohrseite in der Rohrlängsrichtung Z kontinuierlich in vorgegebenen Zyklen erzeugt. Folglich ist es möglich, den sich drehenden Wirbel kontinuierlich zu erzeugen und dadurch kontinuierlich eine turbulente Strömungsregion innerhalb des Rohrs 3 zu erzeugen. Daher wird eine Wärmeübertragungsleistungsverteilung in der Rohrlängsrichtung Z für jedes Rohr 3 wirkungsvoll verbessert, und dadurch ist es möglich, die mittlere Wärmeübertragung jedes der Rohre 3 in der Rohrlängsrichtung Z zu verbessern.
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Als nächstes wird das Ergebnis einer Visualisierungsprüfung, in der eine Strömung des inneren Fluids, das durch das Rohr 3 mit dem geneigten Vorsprungabschnitt 30 strömt, beobachtet wird, unter Bezug auf 7 beschrieben. Insbesondere wird in der Visualisierungsprüfung Farbstoff (oder Farbe) zu dem inneren Fluid in dem Rohr 3 hinzugefügt, und die Strömung des inneren Fluids wird basierend auf dem Verhalten des Farbstoffs beobachtet. 7 ist ein Diagramm, das durch Aufzeichnen des Visualisierungsprüfungsergebnisses des Rohrs 3 der vorliegenden Ausführungsform erzeugt wird. Die Visualisierungsprüfung wird unter der folgenden Bedingung ausgeführt. Die Breite W des geneigten Vorsprungabschnitts 30 ist 4 mm, der Neigungswinkel θ ist 45 Grad, die Reynolds-Zahl, sich auf den Durchsatz des inneren Fluids bezieht, ist 1000, und die anderen Bedingungen sind fest, abgesehen davon, dass die Höhe H (mm) des geneigten Abschnitts 30 und die Abmessung B (mm) der kurzen Seite des Durchgangs innerhalb des Rohrs änderbar sind. In dem in 7 dargestellten Diagramm zeigt ein Symbol „O” an, dass der sich drehende Wirbel deutlich erkennbar ist, „Δ” zeigt an, dass der sich drehende Wirbel im Vergleich zu dem Fall von „O” weniger deutlich erkennbar ist, und „X” zeigt an, dass der sich drehende Wirbel nicht erkennbar ist oder dass die Totwasserregion (Region mit stagnierender Strömung) erzeugt wird.
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Wie aus dem in 7 dargestellten Diagramm offensichtlich ist, ist die Höhe H (mm) des geneigten Vorsprungabschnitts 30 größer oder gleich 0,35 mal der Abmessung B der kurzen Seite (mm) innerhalb des Rohrs festgelegt und ist auch kleiner oder gleich 0,63 mal der Abmessung B der kurzen Seite festgelegt. Wenn das Verhältnis (H/B) der Höhe H des geneigten Abschnitts zu der Abmessung B der kurzen Seite innerhalb des Rohrs größer oder gleich 0,35 und kleiner oder gleich 0,63 ist, ist es mit anderen Worten möglich, die bevorzugte Wärmeaustauschleistung zu erreichen. Wenn, wie in dem Diagramm von 7 gezeigt, die vorstehende Bedingung erfüllt ist, wird die durch das Symbol „x” angezeigte unerwünschte Leistung wirkungsvoll beseitigt.
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Auch wird in dem Diagramm von 7 in einem ersten Fall, in dem die Höhe H des geneigten Vorsprungabschnitts 30 0,29 mm ist, und auch in einem zweiten Fall, in dem die Höhe H 0,44 mm ist und die Abmessung B der kurzen Seite 1,38 mm ist, der sich drehende Wirbel nicht erkannt. Auch wird in einem dritten Fall, in dem die Höhe H 0,6 mm ist, die Erzeugung der Totwasserregion nicht erkannt. Da in dem Vorstehenden die Breite W des geneigten Vorsprungabschnitts 30 unter der Visualisierungsprüfungsbedingung 4 mm ist, wird W/H wie folgt berechnet: W/H = 4/0,6 = 6,67. Folglich ist die Breite des geneigten Vorsprungabschnitts 30 wenigstens größer oder gleich 6,67 mal der Höhe H des geneigten Vorsprungabschnitts 30. Außerdem ist der geneigte Vorsprungabschnitt 30 konstruiert, um die folgenden Bedingungen zu erfüllen: W/H ≥ 6,67; und 0,35 ≤ H/B ≤ 0,63
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Auch wird eine andere Visualisierungsprüfung ausgeführt, während der Wert des Neigungswinkels θ des geneigten Vorsprungabschnitts 30 geändert wird. In der Visualisierungsprüfung sind die Bedingungen außer dem Neigungswinkel θ fest. Insbesondere wird der Neigungswinkel θ auf 10 Grad, 20 Grad, 30 Grad, 40 Grad, 45 Grad, 50 Grad, 60 Grad und 70 Grad festgelegt. Wenn der der Neigungswinkel θ 10 Grad oder 70 Grad ist, wird die Erzeugung des sich drehenden Wirbels aufgrund der Visualisierungsprüfung nicht erkannt. Wenn der Neigungswinkel θ jedoch 20 Grad, 30 Grad, 40 Grad, 45 Grad, 50 Grad und 60 Grad ist, wird die Erzeugung des sich drehenden Wirbels erkannt. Insbesondere wenn der Neigungswinkel θ 40 Grad, 45 Grad und 50 Grad ist, wird die Erzeugung des deutlichen sich drehenden Wirbels erkannt. Wenn der Neigungswinkel θ jedoch 20 Grad, 30 Grad und 60 Grad ist, ist der erkannte sich drehende Wirbel weniger deutlich als der sich drehende Wirbel, der erzeugt wird, wenn der Neigungswinkel θ 40 Grad, 45 Grad und 50 Grad ist. Aufgrund des Visualisierungsprüfungsergebnisses ist der bevorzugte Neigungswinkel θ, um den die Mittelachsenlinie 301 des geneigten Vorsprungabschnitts relativ zu der Richtung X der langen Rohrseite geneigt ist, größer oder gleich 20 Grad und kleiner oder gleich 60 Grad. In einem Fall, in dem der Neigungswinkel θ in einem Bereich größer oder gleich 40 Grad und kleiner oder gleich 50 Grad ist, ist es möglich, wirkungsvoll eine geeignetere Strömung des inneren Fluids zu erzeugen.
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Auch wird eine andere Visualisierungsprüfung ausgeführt, während das Verhältnis (L1/A) der Abmessung L1 des geneigten Vorsprungabschnitts 30 in der Richtung X der langen Rohrseite zu der Abmessung A der langen Seite innerhalb des Rohrs geändert wird. In der Visualisierungsprüfung sind die Bedingungen außer dem Verhältnis L1/A fest, und das Verhältnis L1/A wird jeweils auf 0,3, 0,4, 05, 0,6 oder 0,7 geändert. Wenn das Verhältnis L1/A 0,3 ist, wird die Erzeugung des sich drehenden Wirbels gemäß der Visualisierungsprüfung nicht erkannt. Wenn das Verhältnis L1/A jedoch 0,4, 0,5, 0,6 oder 0,7 ist, wird die Erzeugung des sich drehenden Wirbels erkannt. Gemäß dem Visualisierungsprüfungsergebnis ist die Abmessung L1 des geneigten Vorsprungabschnitts 30 in der Richtung X der langen Rohrseite größer oder gleich 40% der Abmessung A der langen Seite innerhalb des Rohrs.
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8 ist ein Diagramm, das ein Leistungsauswertungsergebnis einer Wärmeabführungsmenge (kW) relativ zu einem Durchfluss (l/min) darstellt, wenn ein tatsächlich verwendeter Strahler verwendet wird. 9 ist ein Diagramm, das ein Leistungsauswertungsergebnis eines hydraulischen Widerstands (kPa) relativ zu einem Durchfluss (l/min) darstellt, wenn der tatsächlich verwendete Strahler verwendet wird. In 8 und 9 zeigen Datenmarkierungen mit diamantförmigem Umriss die Leistung eines herkömmlichen Rohrs an, das eine flache Innenwandoberfläche ohne die geneigten Vorsprungabschnitte 30 hat. Datenmarkierungen mit quadratischer Umrissform zeigen die Leistung eines anderen herkömmlichen Rohrs an, das kreisförmige Höcker (Vorsprünge) auf der Innenwandoberfläche ausgebildet hat. Ausgefüllte quadratförmige Datenmarkierungen zeigen die Leistung des Rohrs 3 an, das mit dem geneigten Vorsprung 30 der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet ist.
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Obwohl das Rohr 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie aus 8 und 9 offensichtlich ist, die Wärmeabführungsmenge erreicht, die gleich groß wie die Wärmeabführungsmenge des herkömmlichen Rohrs mit den Höckern ist, ist ein hydraulischer Widerstand (Strömungswiderstand) des Rohrs 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kleiner als der des herkömmlichen Rohrs mit den Höckern und ist gleich groß wie bei dem anderen herkömmlichen Rohr mit der flachen Innenwandoberfläche. Aufgrund des Rohrs 3 der vorliegenden Ausführungsform ist es wie vorstehend möglich, einen Wärmetauscher bereitzustellen, der fähig ist, sowohl den Strömungswiderstand als auch die Wärmeabführungsfähigkeit zu verbessern, so dass sie besser als die vorstehenden herkömmlichen Techniken sind. Es sollte bemerkt werden, dass die Leistungsprüfung unter Verwendung des tatsächlich verwendeten Strahlers unter den folgenden Bedingungen ausgeführt wird. Die Abmessung B der kurzen Seite innerhalb des Rohrs ist 1,3 mm, die Abmessung A der langen Seite innerhalb des Rohrs ist 13,5 mm, die Höhe H des geneigten Vorsprungabschnitts 30 ist 0,45 mm, die Abmessung L1 des geneigten Vorsprungabschnitts 30 in der Richtung X der langen Rohrseite ist 9,5 mm, die Breite W des geneigten Vorsprungs 30 ist 4 mm, der Neigungswinkel ist 45 Grad, der Schritt P zwischen den geneigten Vorsprungabschnitten 30 ist 75 mm.
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10 ist ein Diagramm, das ein Leistungsauswertungsergebnis eines Wärmeübertragungsverhältnisses unter Verwendung des tatsächlich verwendeten Strahlers darstellt. 11 ist ein Diagramm, das ein Leistungsauswertungsergebnis eines Reibungswiderstands des Rohrs 3 unter Verwendung des tatsächlich verwendeten Strahlers darstellt. Es sollte bemerkt werden, dass NuPr–0,4 in 10 ein Wärmeübertragungsverhältnis von Wasser anzeigt, und das in 10 und 11 angezeigte Re die Reynolds-Zahl von Wasser anzeigt. In dem Leistungsauswertungsergebnis des in 11 gezeigten hydraulischen Widerstands ist ein Reibungskoeffizient F unter einer Bedingung berechnet, das der Widerstand des Rohrs vernachlässigt wird.
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Wenngleich das Rohr 3 der vorliegenden Ausführungsform das Wärmeübertragungsverhältnis erzielt, das gleich groß wie das des herkömmlichen Rohrs mit den Höckern ist, erreicht das Rohr 3 der vorliegenden Ausführungsform, wie aus 10 und 11 offensichtlich ist, den hydraulischen Widerstand (Strömungswiderstand), der tatsächlich niedriger als der des herkömmlichen Rohrs mit den Höckern ist. Wie vorstehend ist es unter Verwendung des Rohrs 3 der vorliegenden Ausführungsform möglich, einen Wärmetauscher bereitzustellen, der fähig ist, im Vergleich zu dem herkömmlichen Rohr sowohl den verbesserten Strömungswiderstand als auch das verbesserte Wärmeübertragungsverhältnis zu erreichen.
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Außerdem ist gemäß dem Leistungsprüfungsergebnis bezüglich des Wärmeübertragungsverhältnisses und des Reibungskoeffizienten der Schritt P der benachbarten geneigten Vorsprungabschnitte 30 innerhalb des Rohrs wünschenswerterweise größer oder gleich 25 mal der Abmessung B der kurzen Seite innerhalb des Rohrs festgelegt.
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Die Vorteile, die durch den Strahler 1 der vorliegenden Ausführungsform erzielbar sind, werden nachstehend beschrieben. Der Strahler 1 tauscht Wärme zwischen (a) Kühlmittel, das im Inneren der mehreren Rohre 3, die jeweils eine flache Querschnittform haben, zirkuliert, und (b) Luft aus, die außerhalb der mehreren Rohre 3 zirkuliert. Zum Beispiel wird der Querschnitt des Rohrs 3 entlang einer Ebene senkrecht zu der Rohrlängsrichtung Z genommen. Die mehreren Vorsprungabschnitte 30 sind auf einer Innenwand jedes der mehreren Rohre 3 ausgebildet und sind in der Rohrlängsrichtung Z angeordnet. Jeder der mehreren Vorsprungabschnitte 30 steht von der Innenwand in der Richtung Y der kurzen Rohrseite, die sich entlang einer Transversalachse des Querschnitts erstreckt, vor. Jeder der Vorsprungabschnitte 30 hat einen gekrümmten Oberflächenteil 302 auf seiner Oberfläche. Jeder der Vorsprungabschnitte 30 hat eine längliche Form, wenn er in der Richtung Y der kurzen Rohrseite betrachtet wird. Jeder der Vorsprungabschnitte 30 ist relativ zu einer Richtung X der langen Rohrseite, die sich entlang einer Längsachse des Querschnitts erstreckt, in einer zueinander ähnlichen Weise gewinkelt. Auch ist es erforderlich, dass die mehreren geneigten Vorsprungabschnitte 30 auf wenigstens einer der zwei entgegengesetzten Innenwandoberflächen 304, die einander zugewandt sind und die sich in der Richtung X der langen Rohrseite erstrecken, ausgebildet sind.
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In dem vorstehenden Aufbau hat jeder der mehreren geneigten Vorsprungabschnitte 30 die längliche Form und ist relativ zu der Richtung X der langen Rohrseite gewinkelt, wenn er in der Richtung Y der kurzen Rohrseite betrachtet wird. Auch stehen die mehreren geneigten Vorsprungabschnitte 30 von der Rohrinnenwandoberfläche 304 vor. Folglich wird die Niederdruckregion 307, die einen relativ niedrigeren Druck in dem Rohr 3 hat, an einer Position ausgebildet, die der Oberseite 303 des geneigten Vorsprungabschnitts 30 entspricht. Auch wird eine Hochdruckregion, die einen höheren Druck als die Niederdruckregion 307 hat, auf der anderen Seite des Rohrs 3 entlang der Koordinatenachse Xa entgegengesetzt zu der Seite, auf der die Niederdruckregion 307 ausgebildet wird, ausgebildet. Mit anderen Worten wird ein Druckgradient innerhalb des Strömungsdurchgangs in dem Rohr 3 in der Richtung X der langen Rohrseite ausgebildet. Als ein Ergebnis zeigt die Durchsatzverteilung an der Position stromaufwärtig von der Oberseite 303 des geneigten Vorsprungabschnitts 30, dass der Vektor der Strömung entlang der Koordinatenachse Xa im Allgemeinen in Richtung der Niederdruckregion 307 (nahe der Oberseite 303) gerichtet ist. Auch zeigt die Durchsatzverteilung an einer Position stromabwärtig von dem geneigten Vorsprungabschnitt 30, dass die Strömung in dem Mittelabschnitt, die getrennt von der Rohrinnenwandoberfläche 304 ist, die Durchsatzverteilung auf der stromaufwärtigen Seite des geneigten Vorsprungabschnitts 30 aufrecht erhält. Da jedoch in der Nachbarschaft der Rohrinnenwandoberfläche 304 eine in Richtung der Niederdruckregion 307 gerichtete Strömung erzeugt wird, zeigt die Durchsatzverteilung der Strömung in der Nachbarschaft der Rohrinnenwandoberfläche 304 eine im Vergleich zu der auf der stromaufwärtigen Seite umgekehrte Charakteristik.
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Als ein Ergebnis wird die Strömung in der Nachbarschaft der Rohrinnenwandoberfläche 304 an einer Position stromabwärtig von der Oberseite 303 des geneigten Vorsprungabschnitts 30 in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Strömung in dem Mittelabschnitt erzeugt. Dadurch wird in der Nachbarschaft der Rohrinnenwandoberfläche 304 der sich drehende Wirbel erzeugt. Der sich drehende Wirbel kann in der Nachbarschaft beider entgegengesetzten Rohrinnenwandoberflächen 304, die sich parallel zu einer Ebene erstrecken, die durch eine imaginäre Koordinatenachse in der Richtung X der langen Rohrseite und eine andere imaginäre Koordinatenachse in der Rohrlängsrichtung Z definiert ist, erzeugt werden. Die Erzeugung des sich drehenden Wirbels bewirkt die turbulente Strömung innerhalb des Rohrs 3 und fördert dadurch die turbulente Strömung.
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Da jeder geneigte Vorsprungabschnitt 30 den gekrümmten Oberflächenteil 302 auf seiner Oberfläche ausgebildet hat und dadurch einen glatten Umriss hat, wird die Strömung, die über jeden geneigten Vorsprungabschnitt 30 strömt, glatt ausgebildet. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Bildung der stagnierenden Strömungsregion (Totwasserregion), in der die Strömung stagniert, in der Nachbarschaft des geneigten Vorsprungabschnitts 30 zu begrenzen. Folglich ist es möglich, den Strömungswiderstand innerhalb des Rohrs 3 zu verringern, und dadurch ist es möglich, die Wärmeaustauschleistung des Wärmetauschers zu verbessern. Wie vorstehend sind die Bildung der turbulenten Strömung innerhalb des Rohrs 3 und die Verringerung der stagnierenden Strömungsregion fähig, einen Wärmetauscher bereitzustellen, der die Wärmeabführungsfähigkeit verbessert.
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Auch ist die Bildung aller der mehreren geneigten Vorsprungabschnitte 30 nicht auf nur eine der entgegengesetzten Rohrinnenwandoberflächen 304, die einander in der Richtung Y der kurzen Rohrseite zugewandt sind, beschränkt. Zum Beispiel kann ein Teil der mehreren geneigten Vorsprungabschnitte 30, die in der Rohrlängsrichtung Z angeordnet sind, alternativ auf einer der entgegengesetzten Innenwandoberflächen ausgebildet werden und der Rest der mehreren geneigten Vorsprungabschnitte auf der anderen der entgegengesetzten Innenoberflächen ausgebildet werden. In der vorstehenden alternativen Ausbildung sind ähnlich der vorstehenden Ausführungsform sowohl die Erzeugung des sich drehenden Wirbels als auch die Verringerung des Strömungswiderstands erreichbar. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Wärmeabführungsfähigkeit des Wärmetauschers zu verbessern.
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(Andere Ausführungsform)
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auf verschiedene Weisen modifiziert werden, vorausgesetzt, dass die Modifikation nicht von dem Geist der vorliegenden Erfindung abweicht.
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In der vorstehenden Ausführungsform ist der geneigte Vorsprungabschnitt 30 in einer Draufsicht, die in der Richtung Y der kurzen Rohrseite betrachtet wird, ein längliches Parallelogramm. Jedoch ist der geneigte Vorsprungabschnitt 30 nicht auf die vorstehende Form beschränkt. Es ist erforderlich, dass der geneigte Vorsprungabschnitt 30 eine gewisse Länge und Form hat, so dass die Niederdruckregion 307, die entsprechend der Oberseite 303 ausgebildet wird, relativ zu der Rohrlängsrichtung Z gewinkelt ist, und dadurch wird die Niederdruckregion 307 auf der stromabwärtigen Seite des geneigten Vorsprungabschnitts 30 gegen die Niederdruckregion 307 auf der stromaufwärtigen Seite des geneigten Vorsprungabschnitts 30 in der Richtung X der langen Rohrseite (Richtung senkrecht zu der Rohrlängsrichtung Z) verschoben. Als ein Ergebnis ist es erforderlich, dass der geneigte Vorsprungabschnitt 30 in der Richtung Y der kurzen Seite betrachtet die längliche Form hat. Zum Beispiel kann der geneigte Vorsprungabschnitt 30 alternativ eine rechteckige Form, eine längliche Ovalform, eine Ellipsenform oder eine Stromlinienform haben.
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Die geneigten Vorsprungabschnitte 30 innerhalb jedes Rohrs 3 der vorstehenden Ausführungsform sind in der Rohrlängsrichtung Z angeordnet und voneinander beabstandet. Jedoch können die geneigten Abschnitte 30 alternativ in einer verschiedenen Weise ausgebildet sein, vorausgesetzt, dass die alternativen geneigten Vorsprungabschnitte fähig sind, den sich drehenden Wirbel zu erzeugen und die Bildung der Totwasserregion zu verringern. Zum Beispiel kann ein Vorsprung mit einer zu dem geneigten Vorsprung 30 verschiedenen Form zwischen den geneigten Vorsprungabschnitten 30, die in der gleichen Richtung gewinkelt sind, ausgebildet werden. Auch kann ein umgekehrt geneigter Vorsprungabschnitt, der in Richtung einer seitlichen Seite geneigt ist, zwischen den geneigten Vorsprungabschnitten 30, die in Richtung der anderen seitlichen Seite geneigt sind, ausgebildet werden.
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Der geneigte Vorsprungabschnitt 30 gemäß der vorstehenden Ausführungsform hat einen seitlichen Querschnitt mit einer Stromlinienform. Der seitliche Querschnitt ist zum Beispiel entlang einer Ebene senkrecht zu der Richtung X der langen Seite genommen. Jedoch kann ein geneigter Vorsprung 30A alternativ einen halbkreisförmigen Querschnitt, wie in 12 gezeigt, haben. Selbst wenn die seitliche Querschnittform des geneigten Vorsprungabschnitts 30A die halbkreisförmige Form hat, ist es möglich, die Vorteile zu erzielen, die ähnlich denen sind, die durch den geneigten Vorsprungabschnitt 30, wie vorstehend beschrieben, erzielt werden. 12 ist eine seitliche Querschnittansicht, die den geneigten Vorsprungabschnitt 30 der ersten Modifikation darstellt. Auch kann die seitliche Querschnittform des geneigten Vorsprungabschnitts 30 eine elliptische Form, eine Flügelform oder eine Form mit der verschieden gekrümmten Oberflächenform sein.
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Der geneigte Vorsprungabschnitt 30 der vorstehenden Ausführungsform wird durch die Pressbearbeitung des Rohrs 3 integral ausgebildet. Jedoch ist das Herstellungsverfahren nicht auf das vorstehende Verfahren der Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel kann der geneigte Vorsprungabschnitt 30 gefertigt werden, indem ein getrenntes Element, das getrennt von dem Rohr 3 ausgebildet wird, an der Rohrinnenwandoberfläche 304 befestigt wird.
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In der vorstehenden Ausführungsform sind die geneigten Vorsprungabschnitte 30 nur auf einer der entgegengesetzten Wandoberflächen des Rohrs 3, die einander in der Richtung Y der kurzen Rohrseite zugewandt sind, ausgebildet. Jedoch kann der geneigte Vorsprungabschnitt 30, wie in 13 gezeigt, auf beiden entgegengesetzten Innenwandoberflächen ausgebildet werden. Das vorstehende Rohr 3A ist auch fähig, die Vorteile ähnlich denen, die durch den geneigten Vorsprungabschnitt 30, wie vorstehend beschrieben, erreicht werden, zu erzielen. 13 ist eine seitliche Querschnittansicht, die das Rohr 3A gemäß der zweiten Modifikation mit dem geneigten Vorsprungabschnitt 30 auf beiden entgegengesetzten Innenwandoberflächen darstellt. In der zweiten Modifikation entspricht die Höhe H des geneigten Vorsprungabschnitts 30 der ersten Ausführungsform der Summe der Höhe h1 und der Höhe h2 der geneigten Vorsprungabschnitte 30. Dadurch ist die Summe (h1 + h2) der Höhe der geneigten Vorsprungabschnitte beider Seiten wünschenswerterweise größer oder gleich 35% und kleiner oder gleich 63% der Abmessung B der kurzen Seite innerhalb des Rohrs.
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Wie in 14 gezeigt, können die mehreren geneigten Vorsprungabschnitte 30 innerhalb des Rohrs 3 in der Richtung X der langen Rohrseite angeordnet sein. 14 ist eine Draufsicht, die die dritte Modifikation darstellt. Eine flache Oberfläche 31 ist zwischen den geneigten Vorsprungabschnitten 30 ausgebildet. Selbst wenn Fremdobjekte zusammen mit dem inneren Fluid in das Rohr 3 strömen, ist es möglich, das Verstopfen mit den Fremdobjekten an dem geneigten Vorsprungabschnitt 30 zu verhindern, weil der Strömungsdurchgang an der Position, die der flachen Oberfläche 31 entspricht, im Wesentlichen breit ist. Folglich ist es möglich, die stagnierende Strömung zu verhindern, die durch das Verstopfen mit den Fremdobjekten bewirkt wird. Auch können die mehreren geneigten Vorsprungabschnitte 30 der vierten Modifikation in der Rohrlängsrichtung Z unter Verwendung einer flachen Oberfläche 32, wie in 15 gezeigt, um einen vorgegebenen Abstand voneinander beabstandet werden. 15 ist eine Draufsicht, die die vierte Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt.
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Wie in 16 gezeigt, sind auch bei den mehreren geneigten Vorsprungabschnitten 30 der fünften Modifikation der stromabwärtige Endabschnitt 306 des stromaufwärtigen geneigten Vorsprungabschnitts 30 und der stromaufwärtige Endabschnitt 305 des stromabwärtigen geneigten Vorsprungabschnitts 30 miteinander überlappt, wenn sie in der Rohrlängsrichtung Z betrachtet werden. 16 ist eine Draufsicht, die die fünfte Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt.
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Das Rohr 3 der sechsten Modifikation der vorstehenden Ausführungsform kann, wie in 17 gezeigt, einen geneigten Vorsprungabschnitt 30B haben, der spitz zuläuft, so dass er in einer in der Richtung Y der kurzen Seite betrachteten Draufsicht von dem stromabwärtigen Endabschnitt 306 in Richtung des stromaufwärtigen Endabschnitts 305 schmaler wird. Der geneigte Vorsprungabschnitt 30B ist fähig, die Vorteile ähnlich denen, die durch den geneigten Vorsprungabschnitt 30 der vorstehenden Ausführungsform erreicht werden, zu erzielen. 17 ist eine seitliche Querschnittansicht, die die sechste Modifikation darstellt.
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Auch kann das Rohr 3 der siebten Modifikation der vorstehenden Ausführungsform, wie in 18 gezeigt, einen geneigten Vorsprungabschnitt 30C haben, der spitz zuläuft, so dass er in einer in der Richtung Y der kurzen Seite betrachteten Draufsicht von dem stromaufwärtigen Endabschnitt 305 in Richtung des stromabwärtigen Endabschnitts 306 schmaler wird. Der geneigte Vorsprungabschnitt 30C ist fähig, die Vorteile ähnlich denen, die durch den geneigten Vorsprungabschnitt 30 erreicht werden, zu erzielen. 18 ist eine seitliche Querschnittansicht, die die siebte Modifikation darstellt.
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Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden Fachleuten der Technik ohne weiteres einfallen. Die Erfindung ist in ihrem weiteren Sinne daher nicht auf die spezifischen Details, die repräsentative Vorrichtung und erläuternde Beispiele, die gezeigt und beschrieben wurden, beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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