DE69510504T2

DE69510504T2 - Wärmetauscher für eine Klimaanlage

Info

Publication number: DE69510504T2
Application number: DE69510504T
Authority: DE
Inventors: Takashi Gotoh; Kaoru Ikejima; Michimasa Takeshita; Takayuki Yoshida; Tsuneo Yumikura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1995-04-04
Publication date: 2000-01-13
Anticipated expiration: 2015-04-05
Also published as: ES2165111T3; AU4282897A; US5964284A; DE69517710T2; DE69517710D1; EP0864835A1; CN1062952C; AU686806B2; AU2489195A; EP0860674A1; DE69510504D1; DE69523639D1; MY115441A; EP0860674B1; US5822854A; AU4282797A; EP0862037B1; ES2149030T3; DE69523639T2; EP0693666A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welcher in ein Klimagerät eines Wärmepumpensystems, einen Gefrierapparat oder einen Kühlschrank eingebaut sein kann.

Beschreibung des Standes der Technik

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers nach dem Stand der Technik für ein Klimagerät, der in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 61-153388 offenbart ist, und Fig. 2 ist eine Schnittansicht des Wärmetauschers nach Fig. 1. Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 wird der Wärmetauscher gebildet durch abwechselnd über und unter Wärmeübertragungsrohren 1, vorbeilaufende feine Drähte 2a und 2b, welche als Rippen dienen, wobei durch die Wärmeübertragungsrohre 1 ein Wärmeaustauschfluid wie ein Kühlmedium in der Richtung des Pfeiles B fließt, so daß die Feindrahtrippen 2a und 2b in engem Kontakt mit den Wärmeübertragungsrohren 1 sind. Bei diesem Wärmetauscher ist der thermische Kontakt zwischen den Feindrahtrippen 2a und 2b und den Wärmeübertragungsrohren 1 sichergestellt und die Positionen der Wärmeübertragungsrohre 1 und der Feindrahtrippen 2a und 2b relativ zueinander sind dadurch festgelegt, daß die Feindrahtrippen 2a und 2b abwechselnd über und unter den Wärmeübertragungsrohren 1 vorbeilaufen. Die Wärmeübertragungsrohre 1 sind sehr dünne Rohre, welche beispielsweise einen Außendurchmesser im Bereich von 1 bis 2 mm und einen Innendurchmesser von 0,7 bis 1,7 mm haben.
Im Betrieb windet sich, wie in Fig. 2 gezeigt ist, ein Strom aus einem externen Fluid, z. B. Luft, das in Richtung des Pfeiles A (Fig. 1) zu den mehreren parallelen Wärmeübertragungsrohren 1 strömt, durch die Zwischenräume zwischen den Feindrahtrippen 2a und 2b, tauscht Wärme mit den Wärmeübertragungsrohren 1 und den Feindrahtrippen 2a und 2b. Die Strömung des externen Fluids wird durch die Feindrähte 2 gestört, die gegen die Feindrahtrippen stoßende Strömung des externen Fluids wird nach rechts und nach links abgelenkt, wie durch Pfeile in Fig. 3 gezeigt ist, und ein Teil des externen Fluids strömt entlang der Feindrahtrippen und steigt entlang der Oberflächen der Wärmeübertragungsrohre 1 an, so daß das externe Fluid in der Lage ist, für eine vergleichsweise lange Zeit mit den Wärmeübertragungsrohren 1 in Kontakt zu sein.
Wenn kaltes Wasser durch die Wärmeübertragungsrohre 1 des Wärmetauschers hindurchgeht oder ein Niedrigtem peratur-Kühlmedium in den Wärmeübertragungsrohren 1 verdampft wird, wird an den Wärmeübertragungsrohren 1 vorbeiströmende Luft gekühlt. Wenn die an den Oberflächen der Wärmeübertragungsrohre 1 und den Feindrahtrippen 2a und 2b vorbeiströmende Luft auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes abgekühlt wird, bilden sich Wassertröpfchen auf den Oberflächen der Wärmeübertragungsrohre 1 und der Feindrahtrippen 2a und 2b. Die Wassertröpfchen fließen entlang der Oberflächen der Wärmeübertragungsrohr 1 und der Feindrahtrippen 2a und 2b und tropfen von dem Wärmetauscher herunter.
In dem Wärmetauscher mit dieser Konstruktion ist die Kontaktfläche zwischen den Feindrahtrippen 2a und 2b und den Wärmetauscherrohren 1 sehr klein. Daher reduzieren die Feindrahtrippen 2a und 2b nicht die Kontaktfläche, in der das interne Fluid in Kontakt mit den Wärmeübertragungsrohren 1 kommt, und daher kann Wärme wirksam zwischen dem externen Fluid und den Wärmeübertragungsrohren 1 übertragen werden.
Obgleich die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit dieses Wärmetauschers nach dem Stand der Technik größer ist als die eines herkömmlichen Wärmetauschers für ein Klimagerät, ist die Wärmeübertragungsfläche des Wärmetauschers nach dem Stand der Technik 1/5 oder niedriger eines herkömmlichen Wärmetauschers mit derselben Frontfläche, da der Wärmetauscher nach dem Stand der Technik eine sehr geringe Dicke im Bereich von 1 bis 3 mm hat. Ein durch Stapeln mehrerer Wärmeaustauscheinheiten des Typs, der ähnlich dem Wärmetauscher nach diesem Stand der Technik ist, gebildeter Wärmetauscher kann verwendet werden, um eine notwendige Wärmeaustauschmenge sicherzustellen. Jedoch erhöht der Wärmetauscher mit den mehreren Wärmeaus tauscheinheiten den Druckverlust der Luft, die Luftströmung wird reduziert und folglich ist es unmöglich, eine erforderliche Wärmeaustauschmenge sicherzustellen, wenn nicht die Leistung des Gebläses erhöht wird. Die Wärmeaustauschfähigkeit Q eines Wärmetauschers wird ausgedrückt durch: Q = K · A · ΔT, worin K der Gesamtübertragungskoeffizient, A die Wärmeübertragungsfläche und ist die Temperaturdifferenz zwischen der Luft und dem durch die Wärmeübertragungsrohre 1 fließenden Medium sind. Da der Wärmetauscher nach dem Stand der Technik so ausgebildet ist, daß die Feindrahtrippen 2a und 2b abwechselnd über und unter den Wärmeübertragungsrohren 1 vorbeigehen, ist es schwierig, die Wärmeübertragungsfläche pro Frontflächeneinheit zu erhöhen, und es ist schwierig, den Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten zu erhöhen durch Vergrößerung der Störung der Luftströmung. Schließlich war es unmöglich, die Wärmeaustauschmenge durch die Verbesserung der Faktoren, die zu der Erhöhung der Wärmeaustauschmenge beitragen, zu erhöhen, und es bestand eine Grenze für die Erhöhung des Wärmeaustausch-Wirkungsgrades.
Solche Probleme sind insbesondere bemerkenswert, wenn der Wärmetauscher als ein Verdampfer verwendet wird und in der Luft enthaltener Dampf in Wassertröpfchen auf der Wärmeübertragungsfläche kondensiert. Wenn sich Wassertröpfchen auf den Oberflächen der Wärmeübertragungsrohre I und der Feindrahtrippen 2a und 2b bilden, werden die Räume zwischen den Feindrahtrippen 2a und 2b durch die Kondensation verstopft, um die Strömung der Luft durch den Wärmetauscher zu behindern. Folglich wird die Strömung der Luft reduziert aufgrund des Druckverlustes und es ergibt sich eine Verringerung des Wärmeaustausch-Wirkungsgrades.
Es ist allgemein bekannt, daß, wenn ein nichtazeotropes Kühlmedium als ein Kühlmedium verwendet wir, das durch die Wärmeübertragungsrohre hindurchgeht, das Leistungsvermögen des durch Anordnen mehrerer Wärmeaustauscheinheiten in Schichten gebildeten Wärmetauschers beträchtlich verbessert wird, wenn das nichtazeotrope Kühlmedium in einem Kreuzströmungsbetrieb von der hinteren Wärmeaustauscheinheit aufeinander folgend durch die zwischenliegenden Wärmeaustauscheinheiten zu der vorderen Wärmeaustauscheinheit so strömt, daß der Wärmetausch tatsächlich als ein Wärmetauscher vom Querströmungstyp funktioniert. Die Anzahl der Wärmeaustauscheinheiten eines Wärmetauschers für das herkömmliche Klimagerät beträgt höchstens zwei, da eine übermäßig große Anzahl von Wärmeaustauscheinheiten die Dicke des Wärmetauschers und demgemäß die Größe des Klimagerätes erhöht. Daher war es sehr schwierig, einen Wärmetauscher vom Querströmungstyp zu konstruieren, der in der Lage ist, praktisch wie ein Wärmetauscher vom Gegenströmungstyp zu funktionieren.
Die DE-A-97 55 37 offenbart bereits einen Wärmetauscher mit mehreren Wärmeübertragungsrohren, die parallel zueinander in vorbestimmten Abständen angeordnet sind, und mehreren Feindrahtrippen, die als Wärmeübertragungsrippen dienen. Die Wärmeübertragungsrohre haben die Form eines Mäanders und die Rippen sind wendelförmig um zwei benachbarte parallele Abschnitte eines Rohres gewunden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher für ein Klimagerät vorzusehen, der in der Lage ist, den Wärmeübertragungskoeffizienten au ßerhalb eines Wärmeübertragungsrohres zu erhöhen, die Wärmeübertragung zu fördern und die Herabsetzung der Wärmeaustauschmenge aufgrund der Herabsetzung der Luftströmung zu unterdrücken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Eine Wärmetauscher für ein Klimagerät gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt mehrere Paare von parallelen Wärmeübertragungsrohren, wobei die schräg verlaufenden benachbarten Paare von Wärmeübertragungsrohren verbunden sind, und wenigstens eine Feindrahtrippe, welche wendelförmig um jedes Paar von schräg verlaufenden benachbarten Wärmeübertragungsrohren so gewunden ist, daß die Feindrahtrippe sich nicht über andere Feindrahtrippen erstreckt, gesehen aus einer Richtung senkrecht zu einer Ebene, welche die Achsen der Wärmeübertragungsrohre enthält. Wenn er so ausgebildet ist, stört der Wärmetauscher die Strömung eines externen Fluids dreidimensional, um das Wärmeübertragungsvermögen der Feindrahtrippen auf der unteren Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des externen Fluids zu fördern, wobei die Feindrahtrippen einander in einer Ebene senkrecht zu den Wärmeübertragungsrohren nicht überschneiden und der Wärmetauscher große Räume zwischen den Feindrahtrippen mit Bezug auf die Strömungsrichtung der Luft hat. Daher sind kondensierte Wassertröpfchen kaum in der Lage, auf dem Wärmetauscher zu bleiben, und der Wärmetausche ist kaum verstopft mit kondensierten Wassertröpfchen, selbst wenn die Oberfläche des Wärmetauschers während des Betriebs naß ist und einen reduzierten Druckverlust bewirkt. Folglich kann eine Reduktion der Wär meaustauschmenge aufgrund der Reduktion der Luftströmung unterdrückt werden. Wenn die Feindrahtrippen wendelförmig um die Wärmeübertragungsrohre mit einem großen Wendelwinkel gewunden sind, ist die Wärmeübertragungsfläche des Wärmetauscher größer als die eines Wärmetauschers, der durch Anordnen von Wärmeübertragungsrohren mit denselben Abständen und einem abwechselnden Vorbeigehen der Feindrahtrippen über und unter den Wärmeübertragungsrohren gebildet ist.
Vorzugsweise haben die die Wärmeübertragungsrippen bildenden Feindrahtrippen einen polygonalen Querschnitt. Die Feindrahtrippen mit einem polygonalen Querschnitt haben eine größere Oberfläche als runde Feindrähte und erhöhen die Wärmeübertragungsmenge. Da kondensierte Wassertröpfchen in der Lage sind, leicht entlang der Nuten der Feindrahtrippen mit einem polygonalen Querschnitt zu fließen, ist der Wärmetauscher kaum durch kondensierte Wassertröpfchen verstopft, selbst wenn die Oberfläche des Wärmetauschers während des Betriebs naß ist und einen reduzierten Druckverlust bewirkt. Demgemäß kann eine Reduktion der Wärmeaustauschmenge aufgrund einer Reduktion der Luftströmung unterdrückt werden.
Ein Wärmetauscher für ein Klimagerät umfaßt gemäß einer bevorzugten Ausbildung der vorliegenden Erfindung mehrere Wärmeübertragungsrohre und mehrere Feindrähte, die wendelförmig um jedes Wärmeübertragungsrohr gewunden sind. Eine Wärmeübertragungsfläche enthaltend die Achse des Wärmeübertragungsrohres und der Feindrähte hat ein erstes und ein zweites Wärmeübertragungselement, die sich in der Form des Buchstaben V zwischen den Wärmeübertragungsrohren erstreckt. Das erste und das zweite Wärmeübertragungselement sind so entlang der Strömungsrichtung eines externen Fluids angeordnet, daß der Steg des V-förmigen zweiten Wärmeübertragungselements der Furche des V-förmigen ersten Wärmeübertragungselements entspricht. Somit hat der Wärmetauscher eine große Wärmeaustauschfläche, welche die Wärmeaustauschmenge erhöht und einen vergleichsweise kleinen Raum für die Installation benötigt.
Ein Wärmetauscher für ein Klimagerät umfaßt in einer bevorzugten Ausbildung der vorliegenden Erfindung mehrere Wärmeübertragungsrohre durch welche ein Kühlmedium fließt, mehrere Feindrähte und mehrere Wärmeübertragungsglieder, welche senkrecht zu der Strömungsrichtung eines externen Fluids in mehreren Reihen parallel zueinander angeordnet und miteinander verbunden sind. Das Kühlmedium wird so zugeführt, daß es von dem Wärmeübertragungsglied, das in der untersten Position mit Bezug auf die Strömung des externen Fluids angeordnet ist, durch die Wärmeübertragungsrohre zu dem Wärmeübertragungsglied, das in der obersten Position angeordnet ist, fließt. Das Wärmeaustauschvermögen dieses Wärmetauschers ist größer als das eines Wärmetauschers eines einfachen Querströmungstyps (ein Wärmetauscher mit einer einzigen Querströmungs-Wärmeaustauscheinheit).
Die obigen Aufgabe, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden augenscheinlicher anhand der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit begleitenden Zeichnungen erfolgt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine ausschnittsweise perspektivische Ansicht der Wärmeübertragungsebene eines herkömmlichen Wärmetauschers für ein Klima gerät;
Fig. 2 ist eine vergrößerte ausschnittsweise Schnittansicht eines herkömmlichen Wärmetauschers, die die Luftströmung in dem Wärmetauscher zeigt;
Fig. 3 ist eine ausschnittsweise Draufsicht auf die Wärmeaustauschebene eines herkömmlichen Wärmetauschers;
Fig. 4 ist eine ausschnittsweise Draufsicht auf die Wärmeaustauschebene eines Wärmetauschers für ein Klimagerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Flächenverhältnisses von dem Winkel der Wendelung der Feindrahtrippen des Wärmetauschers nach dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 6 ist eine ausschnittsweise Draufsicht auf die Wärmeaustauschebene eines Wärmetauschers für ein Klimagerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ist eine ausschnittsweise Draufsicht auf die Wärmeaustauschebene eines Wärmetauschers für ein Klimagerät bei einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist eine ausschnittsweise Draufsicht auf die Wärmeaustauschebene eines Wärmetauschers für ein Klimagerät bei einem vierten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht einer Feindrahtrippe, die in einem Wärmetauscher für ein Klimagerät gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht einer Feindrahtrippe, die in einem Wärmetauscher für ein Klimagerät gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 11 ist eine ausschnittsweise Schnittansicht des Hauptteils eines Wärmetauschers für ein Klimagerät bei einem sechsten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 ist eine ausschnittsweise Schnittansicht eines Wärmetauschers für ein Klimagerät bei einem siebenten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 ist eine ausschnittsweise Schnittansicht eines Wärmetauschers gemäß einer Modifikation des Wärmetauschers nach Fig. 12; und
Fig. 14 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Wärmeaustauschmenge von der Anzahl von Reihen der Wärmeaustauschoberflächen bei dem Wärmetauscher nach dem siebenten Ausführungsbeispiel zeigt, wenn ein nichtazeotro pes Kühlmedium verwendet wird.
Gemäß Fig. 4, die einen Wärmetauscher für ein Klimagerät nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer ausschnittsweisen Draufsicht zeigt, sind Wärmeübertragungsrohre 1 und 1a bis 1c in vorbestimmten Abständen angeordnet, um ein internes Fluids wie ein Kühlmedium hindurchzuleiten. Abschnitte 2a, 2b sind von einer Feindrahtrippe. Abschnitte 2c, 2d sind von einer anderen Feindrahtrippe. Die Abschnitte 2a, 2b der Feindrahtrippe sind wendelförmig um die Wärmeübertragungsrohre 1a und 1b gewunden, und die Abschnitte 2c, 2d der anderen Feindrahtrippe sind um die Wärmeübertragungsrohre 1b und 1c gewunden. Die Abschnitte 2a und 2b und die Abschnitte 2c, 2d sind wendelförmig um die Wärmeübertragungsrohre 1a und 1b und um die Wärmeübertragungsrohre 1b und 1c in entgegengesetzten Richtungen gewunden. Die Abschnitte 2a und 2d sind auf der oberen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung eines externen Fluids wie Luft, und die Abschnitte 2b und 2c sind auf der unteren Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des externen Fluids.
Im Betrieb nimmt die Luftströmungsgeschwindigkeit zu in den Räumen zwischen den Feindrahtrippen 2, und die Feindrahtrippen 2 stören die Ströme der Luft dreidimensional. Folglich fördern die turbulenten Ströme der Luft durch den Wärmetauscher die Wärmeübertragung, so daß der Wärmetauscher Wärme mit einer hohen Wärmeübertragungsgeschwindigkeit überträgt. Da die Feindrahtrippen 2 in einer Ebene senkrecht zu den Wärmeübertragungsrohren 1 nicht einander kreuzen, d. h. da die Feindrähte wendelförmig so um die Wärmeübertragungsrohre 1 gewunden sind, daß die Feindrahtrippe 2 nicht die Feindrahtrippe desselben Feindrah tes kreuzt und die Feindrahtrippen 2 des anderen Feindrahtes, betrachtet entlang der Achsen der Übertragungsrohre 1, sind, wie in Fig. 4 gezeigt ist, Räume mit einer großen Fläche zwischen den Feindrahtrippen 2 gebildet, und die Feindrahtrippen 2 behindern kaum den Fluß der kondensierten Wassertröpfchen axial entlang der Wärmeübertragungsrohre 1 nach unten, und kondensierte Wassertröpfchen sind kaum in der Lage, in dem Wärmetauscher zu bleiben. Daher wird der Wärmetauscher kaum durch kondensierte Wassertröpfchen verstopft, selbst wenn der Wärmetauscher in einer feuchten Atmosphäre verwendet wird, in der in der Atmosphäre enthaltene Feuchtigkeit zu Wassertröpfchen kondensiert, und eine Reduktion der Wärmeaustauschmenge aufgrund der Reduktion der Luftströmung kann unterdrückt werden. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, welche die Beziehung zwischen dem Flächenverhältnis und dem Winkel 4' der Wendel (siehe Fig. 4) zeigt, wird durch Vergrößerung des Winkels 4' der Wendel erreicht, daß die Wärmeübertragungsfläche zunimmt im Vergleich mit einem herkömmlichen Wärmetauscher, bei dem Drahtrippen linear auf einem Wärmeübertragungsrohr unter der Bedingung, daß die angeordneten Drahtabstände dieselben sind, angeordnet sind.
Es wird nun auf Fig. 6 Bezug genommen, welche einen Wärmetauscher für ein Klimagerät in einer ausschnittsweisen Draufsicht zeigt, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem Wärmeübertragungsrohre 1a bis 1c in vorbestimmten Abständen angeordnet sind, um ein internes Fluid wie ein Kühlmedium hindurchzuleiten. Abschnitte 2a bis 2f von Feindrahtrippen 2 realisieren Wärmeübertragungsrippen. Die Abschnitte 2a, 2b sind von einer Feindrahtrippe. Die Abschnitte 2c, 2d sind von einer anderen Feindrahtrippe. Die Abschnitte 2e, 2f sind von noch einer anderen Feindrahtrippe. Die Abschnitte 2a, 2b sind wendelförmig um die Wärmeübertragungsrohre 1a und 1b gewunden. Die Abschnitte 2c, 2d und 2e, 2f sind wendelförmig um die Wärmeübertragungsrohre 1b und 1c gewunden. Die Abschnitte 2c, 2d befinden sich zwischen Abständen der Abschnitte 2e, 2f. Die Windungsrichtung des Feindrahtes, der die Abschnitte 2c und 2d bildet, ist entgegengesetzt zu der des Feindrahtes, der die Abschnitte 2a und 2b bildet. Die Abschnitte 2a, 2c und 2e sind auf der oberen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des externen Fluids wie Luft, und die Abschnitte 2b, 2d und 2f sind auf der unteren Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des externen Fluids.
Im Betrieb nimmt die Luftströmungsgeschwindigkeit in den Räumen zwischen den Feindrahtrippen 2 zu, und die Feindrahtrippen 2 stören die Luftströme dreidimensional. Folglich fördern die turbulenten Ströme der Luftströmung durch den Wärmetauscher die Wärmeübertragung, so daß der Wärmetauscher Wärme mit einer hohen Wärmeübertragungsgeschwindigkeit überträgt. Da die Feindrähte wendelförmig um die Wärmeübertragungsrohre 1 gewunden sind, um die wendelförmigen Feindrahtrippen 2 zu bilden, kreuzen die Feindrahtrippen 2 einander nicht in einer Ebene senkrecht zu den Wärmeübertragungsrohren 1, werden Räume mit einer großen Fläche zwischen den Feindrahtrippen 2 gebildet, und behindern die Feindrahtrippen 2 kaum den Fluß von kondensierten Wassertröpfchen axial entlang der Wärmeübertragungsrohre 1 nach unten. Daher sind kondensierte Wassertröpfchen kaum in der Lage, in dem Wärmetauscher zu verbleiben, selbst wenn der Wärmetauscher in einer feuchten Atmosphäre verwendet wird, in welcher in der Atmosphäre enthaltene Feuchtigkeit zu Wassertröpfchen kondensiert, so daß der Wärmetauscher kaum durch kondensierte Wassertröpfchen verstopft wird und eine Reduktion der Wärmeaustauschmenge aufgrund der Reduktion der Luftströmung unterdrückt werden kann. Das Flächenverhältnis des Wärmetauschers steigt von 1 an, wenn der Winkel der Wendel der Feindrahtrippen 2 mit dem festen Abstand von 0 erhöht wird.
Es wird nun auf Fig. 7 Bezug genommen, welche einen Wärmetauscher für ein Klimagerät in einer ausschnittsweisen Draufsicht gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung zeigt, bei welchem Wärmeübertragungsrohre 1a bis 1c in vorbestimmten Abständen angeordnet sind, um ein internes Fluid wie ein Kühlmedium hindurchzuleiten. Abschnitte 2a bis 2f von Feindrahtrippen 2 realisieren die Wärmeübertragungsrippen. Die Abschnitte 2a, 2b sind von einer Feindrahtrippe. Die Abschnitte 2c, 2d sind von einer anderen Feindrahtrippe. Die Abschnitte 2a, 2b sind wendelförmig um die Wärmeübertragungsrohre 1a und 1b gewunden. Die Abschnitte 2c, 2d sind wendelförmig um die Wärmeübertragungsrohre 1b und 1c gewunden. Die Windungsrichtung des Feindrahtes, der die Abschnitte 2a und 2b bildet, ist dieselbe wie die des Feindrahtes, der die Abschnitte 2c und 2d bildet. Die Abschnitte können so gewunden sein, daß die Biegungen zwischen den Abschnitte 2a und 2b und die zwischen den Abschnitten 2c und 2d auf dem Wärmeübertragungsrohr 1b aneinanderliegen, um große Räume zu bilden, die von den wendelförmigen Feindrahtrippen 2 und den Wärmeübertragungsrohren 1 gebildet sind, um ein externes Fluid wie Luft hindurch zu lassen. Die Abschnitte 2a und 2c sind auf der oberen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des externen Fluids, und die Abschnitte 2b und 2d sind auf der unteren Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des externen Fluids.
Im Betrieb nimmt die Luftströmungsgeschwindigkeit in den Räumen zwischen den Feindrahtrippen 2 zu und die Feindrahtrippen 2 stören die Luftströme dreidimensional. Folglich fördern die turbulenten Ströme des externen Fluids die Wärmeübertragung und der Wärmetauscher überträgt Wärme mit einer hohen Wärmeübertragungsgeschwindigkeit. Da die Feindrähte wendelförmig so um die Wärmeübertragungsrohre 1 gewunden sind, daß sich die Feindrahtrippen 2 einander nicht in einer Ebene senkrecht zu den Achsen der Wärmeübertragungsrohre 1 kreuzen, sind die Räume zwischen den Feindrahtrippen 2 groß und die Feindrahtrippen 2 behindern kaum den Fluß von kondensierten Wassertröpfchen axial entlang der Wärmeübertragungsrohre 1 nach unten. Daher sind kondensierte Wassertröpfchen kaum in der Lage, in dem Wärmetauscher zu verbleiben, und der Wärmetauscher wird kaum durch kondensierte Wassertröpfchen verstopft, selbst wenn der Wärmetauscher in einer feuchten Atmosphäre verwendet wird, in der in der Atmosphäre enthaltene Feuchtigkeit zu Wassertröpfchen kondensiert, so daß eine Reduktion der Wärmeaustauschmenge aufgrund einer Reduktion der Luftströmung unterdrückt werden kann. Das Flächenverhältnis des Wärmetauschers nimmt zu, wenn der Winkel der Wendel bei festem Abstand vergrößert wird.
Es wird auf Fig. 8 Bezug genommen, welche einen Wärmetauscher für ein Klimagerät in einer ausschnittsweisen Draufsicht gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung zeigt, bei welchem Wärmeübertragungsrohre 1a bis 1c in vorbestimmten Abständen angeordnet sind, um ein internes Fluid wie ein Kühlmedium hindurchzuleiten. Abschnitte 2a bis 2f von Feindrahtrippen 2 realisieren Wärmeübertragungsrippen. Die Abschnitte 2a, 2b sind von einer Feindrahtrippe. Die Abschnitte 2c, 2d sind von einer anderen Feindrahtrippe. Die Abschnitte 2e, 2f sind von noch einer anderen Feindrahtrippe. Die Abschnitte 2a, 2b und 2c, 2d sind wendelförmig um die Wärmeübertragungsrohre 1a und 1b gewunden. Die Abschnitte 2e, 2f sind wendelförmig um die Wärmeübertragungsrohre 1b und 1c gewunden. Die Abschnitte 2a, 2b befinden sich zwischen Abständen der Abschnitte 2c, 2d. Die Windungsrichtung des Feindrahtes, der die Abschnitte 2a und 2b bildet, ist entgegengesetzt zu der des die Abschnitte 2e und 2f bildenden Feindrahtes.
Die Abschnitte 2a und 2b liegen auf dem Wärmeübertragungsrohr 1b aneinander an. Somit sind große Räume zwischen den wendelförmigen Feindrahtrippen 2 und den Wärmeübertragungsrohren 1 gebildet, um ein externes Fluid wie Luft hindurchzulassen. Die Abschnitte 2a, 2c und 2e sind auf der oberen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des externen Fluids und die Abschnitte 2b, 2d und 2f sind auf der unteren Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des externen Fluids.
Die Luftströmungsgeschwindigkeit nimmt in den Räumen zwischen den Feindrahtrippen 2 zu, und die Feindrahtrippen 2 stören die Luftströme dreidimensional. Folglich fördern die turbulenten Luftströme die Wärmeübertragung und der Wärmetauscher überträgt Wärme mit einer hohen Wärmeübertragungsgeschwindigkeit. Da die Feindrähte so wendelförmig gewunden sind, daß die Feindrahtrippen 2 einander in einer Ebene senkrecht zu den Achsen der Wärmeübertragungsrohre 1 nicht kreuzen, sind die Räume zwischen den Feindrahtrippen 2 zum Hindurchleiten der Luft groß und die Feindrahtrippen 2 hindert kaum den Fluß von kondensierten Wassertröpfchen axial nach unten entlang der Wärmeübertragungsrohre 1. Daher sind kondensierte Wassertröpfchen kaum in der Lage, in dem Wärmetauscher zu bleiben, selbst wenn der Wärmetauscher in einer feuchten Atmosphäre verwendet wird, in der in der Atmosphäre enthaltene Feuchtigkeit zu Wassertröpfchen kondensiert, so daß der Wärmetauscher kaum durch kondensierte Wassertröpfchen verstopft wird und eine Reduktion der Wärmeaustauschmenge aufgrund einer Reduktion der Luftströmung unterdrückt werden kann. Das Flächenverhältnis des Wärmetauschers nimmt zu, wenn der Winkel der Wendel bei festem Abstand erhöht wird.
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, welche den Abschnitt einer Feindrahtrippe, die in einem Wärmetauscher für ein Klimagerät enthalten ist, gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, hat eine Feindrahtrippe 2, um gewebt zu werden, eine Querschnittsform, die nicht kreisförmig ist. Der Querschnitt der Feindrähte zum Bilden der Feindrahtrippen kann jedes geeignete konkave Polygon sein wie ein konkaves Fünfeck, ein konkaves Sechseck, ein konkaves Siebeneck, ein konkaves Achteck, ein konkaves Neuneck oder ein konkaves Zehneck, und die Kanten müssen nicht notwendigerweise scharf, sondern können gerundet sein.
Die Wärmeaustauschmenge dieses Wärmetauschers ist größer als die eines Wärmetauschers, der gebildet ist durch wendelförmiges Winden von runden Feindrähten mit derselben Querschnittsfläche wie der der Feindrähte mit einem Querschnitt, der ein konkaves Polygon nach diesem Ausführungsbeispiel darstellt, in demselben Abstand um die Wärmeübertragungsrohre herum da die Oberfläche der Feindrahtrippen 2 des Wärmetau schers nach diesem Ausführungsbeispiel größer ist als die von Feindrahtrippen, die durch wendelförmiges Winden der runden Feindrähte um die Wärmeübertragungsrohre herum gebildet sind. Die weitere Ausbildung bei diesem für die Förderung der Wärmeübertragung wirksamen Ausführungsbeispiel ist dieselbe wie diejenige bei dem ersten Ausführungsbeispiel, und daher wird die Beschreibung hiervon weggelassen.
Die Feindrahtrippen 2 unterdrücken die Abnahme der Wärmeaustauschmenge aufgrund einer Reduktion der Luftströmung. Wenn in der Atmosphäre vorhandene Feuchtigkeit zu Wassertröpfchen 11 in dem Wärmetauscher kondensiert, sind die kondensierten Wassertröpfchen 11 in der Lage, leicht entlang der in den Oberflächen der Feindrahtrippen 2 gebildeten Nuten zu fließen, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Daher wird der Wärmetauscher kaum durch kondensierte Wassertröpfchen verstopft, selbst wenn die Oberfläche des Wärmetauschers während des Betriebs naß ist, und daher bewirkt der Wärmetauscher keinen bedeutsamen Druckverlust des externen Fluids.
Es wird nun auf Fig. 11 Bezug genommen, welche einen Wärmetauscher für ein Klimagerät gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung in einer ausschnittsweisen Schnittansicht zeigt, wobei der Wärmetauscher Wärmeübertragungsflächen 7 aufweist, welche gebildet sind durch Weben von Feindrahtrippen, und mehrere Wärmeübertragungsrohre 1 enthält, die in vorbestimmten Abständen angeordnet sind. Ein externes Fluid wie Luft strömt in der Richtung des Pfeiles A. Der Wärmetauscher hat mehrere Linien, die Wärmeübertragungsabschnitte 7a und 7b aufweisen, welche in einer Zickzackform an den Wärmeübertragungsrohren 1 gebogen sind. Die Wärmeübertragungsroh re 1 sind an Stegen und Sätteln der Wärmeübertragungsabschnitte 7a und 7b angeordnet, deren Schnittansicht zickzackförmig ist. Die Stege des Wärmeübertragungsabschnitts 7b auf der Rückseite ragen in die Furchen des Wärmeübertragungsabschnitts 7a auf der Vorderseite.
Da die Wärmeübertragungsflächen 7, welche die Wärmeübertragungsabschnitte 7a und 7b aufweisen, gegenüber der Richtung des Pfeiles A geneigt sind, ist das Verhältnis der Wärmeübertragungsfläche zu der Frontfläche groß, und daher tauscht der Wärmetauscher Wärme mit einer hohen Wärmeaustauschmenge. Der für die Installierung des Wärmetauschers benötigte Platz ist klein im Vergleich mit demjenigen, der für einen Wärmetauscher mit flachen Wärmeaustauschflächen derselben Größe erforderlich ist. Da die Luftströmung durch eine Flächeneinheit der Wärmeübertragungsfläche vergleichsweise klein ist, ist die Geschwindigkeit der Luft relativ zu den Wärmeübertragungsflächen vergleichsweise gering und daher ist der von jeder Wärmeübertragungsfläche bewirkte Druckverlust klein. Die Ausbildung dieses für die Förderung der Wärmeübertragung wirksamen Ausführungsbeispiels ist dieselbe wie diejenige nach dem ersten Ausführungsbeispiel, und daher wird deren Beschreibung weggelassen. Es wird nun auf Fig. 12 Bezug genommen, welche einen Wärmetauscher für ein Klimagerät gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung in einer ausschnittsweisen Schnittansicht zeigt, in welchem Wärmeübertragungsrohre 1, Feindrähte, welche abwechselnd über und unter den Wärmeübertragungsrohren 1 jeder Reihe vorbeigehen, um Feindrahtrippen 2 zu bilden, und Kopfleitungen vorhanden sind. Ein externes Fluid wie Luft strömt in der Richtung des Pfeiles A. Der Wärmetauscher nach diesem Ausführungs beispiel hat mehrere Wärmeübertragungsflächen. Ein nichtazeotropes Kühlmedium wird als ein inneres Betriebsfluid in den Wärmeübertragungsrohren 1 verwendet. Das nichtazeotrope Kühlmedium fließt von der hinteren Kopfleitung 3 in die Wärmeübertragungsrohre der hinteren Reihe in der Richtung des Pfeiles B, fließt nacheinander durch die Kopfleitungen 3 und die Wärmeübertragungsrohre 1 der Zwischenreihen zu den Wärmeübertragungsrohren 1 der vorderen Reihe, und fließt in die vordere Kopfleitung 3. Somit fließt das nichtazeotrope Kühlmedium quer zur Strömung der in Richtung des Pfeiles A strömenden Luft praktisch im Gegenströmungsbetrieb.
Es wird angenommen, daß die Temperatur des nichtazeotropen Kühlmediums, das als ein inneres Betriebsfluid verwendet wird, welches durch die Wärmeübertragungsrohre 1 fließt, und dessen Phase in dem Wärmetauscher wechselt, sich ändert. In dem Fall, daß die Temperatur des nichtazeotropen Kühlmediums am Einlaß des Wärmetauschers festgelegt ist, ist die Wärmeaustauschmenge des Wärmetauschers, welcher in mehreren Reihen angeordnete Wärmeübertragungsrohre, durch welche das nichtazeotrope Kühlmedium quer zur Luftströmung in einem praktischen Gegenströmungsbetrieb fließt, aufweist, größer als diejenige eines Wärmetauschers, der in einer einzigen Reihe angeordnete Wärmeübertragungsrohre aufweist, in welchen das nichtazeotrope Kühlmedium einfach quer zur Luftströmung fließt, was aus Fig. 14 ersichtlich ist. Daher wird durch die in Fig. 12 gezeigte Konstruktion des Wärmetauschers dessen Wärmeaustauschmenge größer. Es ist auch möglich, die Wärmeübertragungsflächen ohne Zwischenkopfleitungen 3 umzubiegen, wie in Fig. 13 gezeigt ist.

Claims

1. Wärmetauscher, welcher aufweist:

eine Vielzahl von Wärmeübertragungsrohren (1), die parallel zueinander in vorbestimmten Abständen angeordnet sind; und

eine Vielzahl von Feindrahtrippen (2), welche als Wärmeübertragungsrippen dienen, die jeweils um wenigstens zwei Wärmeübertragungsrohre (1) gewunden sind, wobei die Wärmeübertragungsrohre (1) in Gruppen, die zwei benachbarte Wärmeübertragungsrohre (1) aufweisen, geteilt sind und die Feindrahtrippen (2) jeweils wendelförmig um die Wärmeübertragungsrohre (1) einer Gruppe gewunden sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß jede Gruppe ein gemeinsames Rohr mit einer benachbarten Gruppe hat und daß von den Feindrahtrippen (2) von jeder der benachbarten Gruppen jeweils wenigstens eine um die Wärmeübertragungsrohre (1) der entsprechenden Gruppe enthaltend das gemeinsame Rohr der beiden benachbarten Gruppen so gewunden ist, daß eine Feindrahtrippe (2), die um eine Gruppe von Rohren (1) gewunden ist, nicht Bereiche einer anderen Feindrahtrippe (2) kreuzt, die um eine andere Gruppe gewunden ist, und nicht andere Bereiche derselben Feindrahtrippe (2) kreuzt, die um dieselbe Gruppe gewunden ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, worin ein Querschnitt der Feindrahtrippe (2) eine vieleckige Gestalt hat.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, worin der Wärmetauscher für ein Klimagerät verwendet wird.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, worin der Wärmetauscher mit einem ersten Wärmeübertragungsglied und einem zweiten Wärmeübertragungsglied versehen ist, die jeweils mehrere Wärmeübertragungsrohre (1) aufweisen, um welche mehrere Feindrahtrippen (2) wendelförmig gewunden sind, mit einer Wärmeübertragungsfläche (7) enthaltend die Achsen der Wärmeübertragungsrohre (1) und die Feindrahtrippen (2), und gebogen in einer Zickzackform mit Stegen oder Furchen entsprechend den Wärmeübertragungsrohren (1), und wobei das erste und das zweite Wärmeübertragungsglied eines nach dem anderen angeordnet sind entlang der Fließrichtung eines externen Fluids, welches außerhalb der Wärmeübertragungsrohre (1) fließt, so daß die Stege des zweiten Wärmeübertragungsgliedes jeweils in die Furchen des ersten Wärmeübertragungsgliedes vorstehen.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, worin der Wärmetauscher mit mehreren Wärmeübertragungsgliedern versehen ist, welche jeweils die mehreren Wärmeübertragungsrohre (1), durch welche ein Kühlmedium fließt, und die mehreren Feindrahtrippen (2) aufweisen, wobei die mehreren Wärmeübertragungsglieder parallel zueinander entlang der Fließrichtung eines externen Fluids angeordnet sind, das außerhalb der Wärmeübertragungsrohre (1) fließt, und miteinander verbunden sind, und wobei das Kühlmedium von dem Wärmeübertragungsglied, welches sich an der untersten Position mit Bezug auf die Fließrichtung des externen Fluids befindet, aufeinanderfolgend durch die Wärmeübertragungsglieder hindurch zu dem Wärme übertragungsglied, das sich an der obersten Position mit Bezug auf die Fließrichtung des externen Fluids befindet, fließt.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 1, worin die Achsen der Rohre (1) eine Fläche mit einer Vorderseite und einer Rückseite bilden, wobei jede Gruppe von Rohren (1) wendelförmig mit zwei Rippen (2) umwickelt ist, welche unter einem Winkel und in derselben Richtung gewickelt sind und im Abstand voneinander angeordnet sind, um die Rohre (1) an verschiedenen Punkten zu berühren.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, worin benachbarte Gruppen von Rohren (1) Rippen (2) haben, welche in unterschiedlichen Richtungen gewickelt sind, so daß keine der Rippen (2) die Rohre (1) an demselben Punkt berührt.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 6, worin ungeradzahlige Gruppen Rippen (2) haben, welche unter einem ersten Winkel gewickelt sind, und geradzahlige Gruppen Rippen (2), welche unter einem zweiten Winkel, der von dem ersten Winkel verschieden ist, gewickelt sind.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 1, worin die mehreren Wärmeübertragungsrohre (1) einen ersten und einen zweiten Satz von Wärmeübertragungsrohren enthalten, wobei jeder Satz eine Wärmeübertragungsfläche enthaltend die Achsen der Wärmeübertragungsrohre (1) hat und die Wärmeübertragungsfläche jedes Satzes an Stellen der Rohre (1) gebogen ist, um eine Zickzackform mit Stegen und Furchen zu bilden, und der erste Satz so hinter dem zweiten Satz angeordnet ist, daß die Stege des ersten Satzes in die Furchen des zweiten Satzes vorstehen, und wobei die Wärmeübertra gungsflächen im Wesentlichen senkrecht zu einer Fließrichtung eines externen Fluids sind, das durch die Wärmeübertragungsflächen außerhalb der Wärmeübertragungsrohre (1) fließt.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 1, worin die mehreren Wärmeübertragungsrohre (1) einen ersten und einen zweiten Satz von Wärmeübertragungsrohren enthalten, wobei jeder Satz von Rohren (1) eine Wärmeübertragungsfläche enthaltend die Achsen der Rohre hat und die Sätze so angeordnet sind, daß ihre Flächen parallel zueinander sind, wobei die Oberflächen im Wesentlichen senkrecht zu der Fließrichtung eines externen Fluids sind, das durch die Flächen außerhalb der Wärmeübertragungsrohre (1) fließt, und wobei die Sätze derart miteinander verbunden sind, daß ein Kühlmedium, welches in den Rohren fließt, von dem ersten Satz von Rohren (1), der stromabwärts mit Bezug auf die Fließrichtung des externen Fluids angeordnet ist, aufeinanderfolgend durch dazwischen angeordnete Sätze von Rohren (1) zu dem letzten Satz, der stromaufwärts mit Bezug auf die Fließrichtung des externen Fluids angeordnet ist, fließt.