HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein
derartiger Wärmetauscher ist aus JP-A-61-153 388
bekannt.
Beschreibung des Standes der Technik
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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.
Gemäß den Fig. 1 und 2 ist der Wärmetauscher
gebildet durch Vorbeiführen von feinen Drähten 2a und 2b,
welche als Rippen dienen, über und unter
Wärmeübertragungsrohren 1, durch welche ein Wärmetauschfluid
wie ein Kühlmedium in der Richtung des Pfeils B
strömt, so daß die Feindrahtrippen 2a und 2b in engem
Kontakt mit den Wärmeübertragungsrohren 1 sind. Bei
diesem Wärmetauscher wird der thermische Kontakt
zwischen den Feindrahtrippen 2a und 2b und den
Wärmeübertragungsrohren 1 sichergestellt und die
Positionen der Wärmeübertragungsrohr 1 und der
Feindrahtrippen 2a und 2b relativ zueinander sind festgelegt
durch abwechselndes Vorbeiführen der Feindrahtrippen
2a und 2b über und unter den Wärmeübertragungsrohren
1. Die Wärmeübertragungsrohre 1 sind sehr dünne Rohre
mit beispielsweise einem Außendurchmesser im Bereich
von 1 bis 2 mm und einem Innendurchmesser im Bereich
von 0,7 bis 1,7 mm.
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Im Betrieb windet sich, wie in Fig. 2 gezeigt ist,
ein Strom aus externem Fluid, z. B. Luft, der in der
Richtung des Pfeils A (Fig. 1) zu den mehreren
parallelen Wärmeübertragungsrohren 1 strömt, durch die
Räume zwischen den Feindrahtrippen 2a und 2b, wobei
Wärme zwischen den Wärmeübertragungsrohren und den
Feindrahtrippen 2a und 2b ausgetauscht wird. Der
Strom des externen Fluids wird durch die feinen
Drähte 2 gestört, wobei der Strom des auf die
Feindrahtrippen treffenden externen Fluids nach rechts und
links abgelenkt wird, wie durch Pfeile in Fig. 3
gezeigt ist, und ein Teil des externen Fluids entlang
der Feindrahtrippen strömt und entlang der
Oberflächen der Wärmeübertragungsrohre 1 ansteigt, so daß
das externe Fluid in der Lage ist, während einer
vergleichsweise langen Zeit mit den
Wärmeübertragungsrohren 1 in Kontakt zu sein.
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Wenn kaltes Wasser durch die Wärmeübertragungsrohre 1
des Wärmetauschers geführt wird oder ein
Niedertemperatur-Kühlmedium in den Wärmeübertragungsrohren 1
verdampft wird, wird an den Wärmeübertragungsrohren 1
vorbeiströmende Luft zur Luftkühlung gekühlt. Wenn
die an den Oberflächen der Wärmeübertragungsrohre 1
und der Feindrahtrippen 2a und 2b vorbeiströmende
Luft auf eine Temperatur unter dem Taupunkt abgekühlt
wird, bilden sich Wassertröpfchen auf den Oberflächen
der Wärmeübertragungsrohre 1 und der Feindrahtrippen
2a und 2b. Die Wassertröpfchen fließen entlang der
Oberflächen der Wärmeübertragungsrohre 1 und der
Feindrahtrippen 2a und 2b und tropfen aus dem
Wärmetauscher heraus.
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Bei dem Wärmetauscher dieser Konstruktion ist die
Kontaktfläche, in welcher die Feindrahtrippen 2a und
2b in Kontakt mit den Wärmeübertragungsrohren 1 sind,
sehr klein. Daher reduzieren die Feindrahtrippen 2a
und 2b die Kontaktfläche, in welcher das externe
Fluid in Kontakt mit den Wärmeübertragungsrohren 1
kommt, nicht, und daher kann Wärme wirksame zwischen
dem externen Fluid und den Wärmeübertragungsrohren 1
übertragen werden.
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Obgleich die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit dieses
Wärmetauscher nach dem Stand der Technik größer ist
als die eines herkömmlichen Wärmetauschers für
Klimageräte, ist die Wärmeübertragungsfläche des
Wärmetauschers nach dem Stand der Technik 1/5 oder weniger
von eines herkömmlichen Wärmetauschers mit derselben
Vorderfläche, da der Wärmetauscher nach dem Stand der
Technik eines sehr geringe Dicke im Bereich von 1 bis
3 mm hat. Es kann ein Wärmetauscher, der durch
Stapeln mehrerer Wärmetauschereinheiten des Typs ähnlich
dem Wärmetauscher nach dem Stand der Technik gebildet
ist, verwendet werden, um die erforderliche
Wärmeaustauschmenge sicherzustellen. Jedoch erhöht der
Wärmetauscher mit den mehreren Wärmetauscheinheiten den
Druckverlust der Luft, die Luftströmung wird
verringert und folglich ist es unmöglich, eine notwendige
Wärmetauschmenge sicherzustellen, wenn nicht die
Leistung des Ventilators erhöht wird. Die
Wärmetauschfähigkeit Q eines Wärmetauschers wird ausgedrückt
durch: Q = K · A · ΔT, worin K der
Gesamtwärmeübertragungskoeffizient ist, A die
Wärmeübertragungsfläche ist und ΔT die Temperaturdifferenz zwischen Luft
und dem durch die Wärmeübertragungsrohre 1 strömenden
Medium ist. Da der Wärmetauscher nach dem Stand der
Technik so konstruiert ist, daß die Feindrahtrippen
2a und 2b abwechselnd über und unter den
Wärmeübertragungsrohren 1 vorbeigehen, ist es schwierig, die
Wärmeübertragungsfläche pro Einheit der Vorderfläche
zu erhöhen, und es ist schwierig, den
Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten durch Vergrößern der
Störung der Luftströmung zu erhöhen. Schließlich war es
unmöglich, die Wärmetauschmenge durch die
Verbesserung der Faktoren, welche zu der Vergrößerung der
Wärmetauschmenge beitragen, zu erhöhen, und es
bestand eine Grenze für die Zunahme des Wärmetausch-
Wirkungsgrades.
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Solche Probleme sind besonders bemerkenswert, wenn
der Wärmetauscher als ein Verdampfer verwendet wird,
und in der Luft enthaltener Dampf auf der
Wärmeübertragungsfläche in Wassertröpfchen kondensiert. Wenn
sich Wassertröpfchen auf den Oberflächen der
Wärmeübertragungsrohren 1 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 nimmt die Luftströmung aufgrund
des Druckverlustes ab mit der Folge der Verringerung
des Wärmetausch-Wirkungsgrades.
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Es ist allgemein bekannt, daß, wenn ein
nichtazeotropisches Kühlmedium als ein Kühlmedium verwendet wird,
welches durch die Wärmeübertragungsrohre geleitet
wird, das Leistungsvermögen des durch Anordnen
mehrerer Wärmetauscheinheiten in Schichten gebildeten
Wärmetauschers beträchtlich verbessert wird, wenn das
nichtazeotropische Kühlmedium in einem
Kreuzströmungsbetrieb von der hinteren Wärmetauscheinheit
aufeinanderfolgend durch die zwischenliegenden
Wärmetauscheinheiten zu der vorderen Wärmetauscheinheit
geleitet wird, so daß der Wärmetauscher tatsächlich als
ein Wärmetauscher vom Kreuzströmungstyp funktioniert.
Die Anzahl der Wärmetauscheinheiten eines
Wärmetauschers bei dem herkömmlichen Klimagerät ist höchstens
2, da eine übermäßig große Anzahl von
Wärmetauscheinheiten die Dicke des Wärmetauschers erhöht und die
Größe des Klimageräts entsprechend zunimmt. Daher war
es sehr schwierig, einen Wärmetauscher von
Kreuzströmungstyp zu konstruieren, welcher in der Lage ist,
tatsächlich als ein Wärmetauscher vom
Gegenströmungstyp zu funktionieren.
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GB-A-636615 offenbart eine Rippe zur Bildung eines
Wärmetauschers zum Austausch von Wärme zwischen einer
festen Oberfläche und einem Fluid, welches durch die
Rippe strömt. Die Rippe weist eine abgeflachte
Drahtwendel mit hoher thermischer Leitfähigkeit auf, wobei
ein wesentlicher Teil jeder Halbwindung der Wendel
gerade ist und die geraden Teile von abwechselnden
Halbwindungen in einer imaginären Fläche liegen, die
im Wesentlichen parallel zu einer imaginären Fläche
liegt, in welcher die geraden Teile der restlichen
Halbwindungen liegen. Die Ebenen, in welchen die
gekrümmten Teile jeder Halbwindung liegen, sind
gegenüber den imaginären Flächen unter Winkeln in der
Größenordnung von 45 Grad geneigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Wärmetauscher für ein Klimagerät zu schaffen, das mit
einem Wärmetauscher für ein Klimagerät versehen ist,
welcher eine Wärmetauschfläche aufweist, die zum
Austausch von Wärme mit einer erhöhten Wärmetauschmenge
in der Lage ist, und in der Lage ist, Luft mit einem
geringeren Druckverlust hindurchzulassen und die
Herabsetzung der Wärmetauschmenge aufgrund einer
Verringerung der Luftströmung zu unterdrücken.
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Weiterhin ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Wärmetauscher für ein Klimagerät zu
schaffen, der eine erhöhte Wärmetauschfläche hat,
welche in der Lage ist, Wärme mit einer erhöhten
Wärmetauschmenge auszutauschen, und der einen geringeren
Raum für die Installation benötigt.
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Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Wärmetauscher für ein Klimagerät zu
schaffen, welcher in der Lage ist, den
Wärmeübertragungskoeffizienten außerhalb eines
Wärmeübertragungsrohres zu erhöhen und die Wärmeübertragung zu
fördern, wobei er eine erhöhte Wärmeübertragungsfläche
hat, um die Wärmetauschmenge zu vergrößern und in der
Lage ist, die Verringerung der Wärmetauschmenge
aufgrund der Herabsetzung der Luftströmung und der
Herabsetzung des Druckverlustes der Luft zu
unterdrücken.
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Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Wärmetauscher für ein Klimagerät zu
schaffen, der eine einfache Konstruktion und eine
vergrößerte Wärmeübertragungsfläche hat und in der
Lage ist, Wärme mit einer erhöhten Wärmetauschmenge
zu übertragen und die Verringerung der
Wärmetauschmenge aufgrund der Herabsetzung der Luftströmung zu
unterdrücken.
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Um diese Aufgabe zu lösen, ist ein Wärmetauscher
gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1
gekennzeichnet. Bevorzugte Ausführungsbeispiele des
Wärmetauschers gemäß der Erfindung sind in den
Unteransprüchen definiert.
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Ein Wärmetauscher für ein Klimagerät weist gemäß der
vorliegenden Erfindung einen Rippenabschnitt
enthaltend mehrere erste Ringrippen, welche im Wesentlichen
kreisförmige Feindrahtrippen sind, auf, welche einen
Durchmesser haben, der größer als der Durchmesser der
Wärmeübertragungsrohre ist und die an den
Wärmeübertragungsrohren mit ihren inneren Umfangsflächen in
Kontakt mit der Außenfläche der
Wärmeübertragungsrohre sind und deren Mitten gegenüber den Achsen der
Wärmeübertragungsrohre versetzt sind zu der oberen
Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des
externen Fluids, welches im Betrieb in einer Richtung zu
den Wärmeübertragungsrohren hin strömt. Der
Wärmetauscher hat eine vergrößerte Wärmeübertragungsfläche,
die Ringe stören den Strom des externen Fluids auf
der oberen Seite der Wärmeübertragungsrohre, so daß
das externe Fluid in Kontakt mit den
Wärmeübertragungsrohren in turbulente Strömung gelangt, was die
Wärmetauschmenge erhöht. Da Räume zwischen den
Wärmeübertragungsrohren und den Ringrippen gebildet sind,
sind kondensierte Wassertröpfchen kaum in der Lage,
in dem Wärmetauscher zu verbleiben, und der
Wärmetauscher wird kaum durch kondensierte Wassertröpfchen
verstopft, selbst wenn die Oberfläche des
Wärmetauschers während des Betriebs naß ist, so daß eine
Her
absetzung der Wärmetauschmenge aufgrund einer
Verringerung der Strömung des externen Fluids unterdrückt
werden kann. Die beiden benachbarten Ringrippen
können zumindest an einer Stelle fest verbunden sein.
Wenn die benachbarten Ringrippen miteinander
verbunden sind, hat die Wärmeübertragungsfläche eine feste
Konstruktion, und die Wärmeübertragungsrohre können
in geringeren Abständen angeordnet sein, um die
Wärmeübertragungsfläche zu erhöhen.
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Ein Wärmetauscher für ein Klimagerät weist bei einem
bevorzugten Beispiel der vorliegenden Erfindung
zusätzlich mehrere zweite Rippen auf, welche im
Wesentlichen kreisförmige Feindrahtrippen sind und einen
Innendurchmesser haben, der größer als der
Außendurchmesser der Wärmeübertragungsrohre ist, und die
mit ihrer inneren Umfangsfläche in Kontakt mit der
äußeren Oberfläche der Wärmeübertragungsrohre an
diesen befestigt sind, wobei ihre Mitten gegenüber der
Achse der Wärmeübertragungsrohre zu der unteren Seite
hin mit Bezug auf die Strömungsrichtung des externen
Fluids versetzt sind. Die Ringrippen des ersten und
des zweiten Rippensatzes sind abwechselnd entlang der
Achse des Wärmeübertragungsrohres angeordnet. Der
Strom des externen Fluids wird auf der oberen Seite
der Wärmeübertragungsrohre gestört, so daß das
externe Fluid in Kontakt mit den Wärmeübertragungsrohren
in turbulente Strömung gelangt, was die
Wärmetauschmenge erhöht. Da Räume zwischen den
Wärmeübertragungsrohren und den Ringrippen gebildet sind, sind
kondensierte Wassertröpfchen kaum in der Lage, in dem
Wärmetauscher zu bleiben, und der Wärmetauscher wird
kaum durch kondensierte Wassertröpfchen verstopft,
selbst wenn die Oberfläche des Wärmetauschers während
des Betriebs naß ist, so daß eine Herabsetzung der
Wärmetauschmenge aufgrund einer Verringerung der
Strömung des externen Fluids unterdrückt werden kann.
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Ein Wärmetauscher für ein Klimagerät weist gemäß
einem bevorzugten Beispiel der vorliegenden Erfindung
8-förmige Rippen mit jeweils zwei Schleifen auf, die
gebildet sind, durch Biegen eines feinen Drahtes in
die Ziffer "8". Eine der Schleifen der 8-förmigen
Rippe wird auf jedem Wärmeübertragungsrohr
angeordnet. Der Wärmetauscher hat eine vergrößerte
Wärmeübertragungsfläche. Die 8-förmigen Rippen stören
weiterhin die turbulenten Ströme eines externen Fluids
dreidimensional, um den
Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad auf der unteren Seite zu fördern. Eine der
Schleifen der 8-förmigen Rippe kann auf mehreren
Wärmeübertragungsrohren angeordnet und an diesen
befestigt sein, wodurch eine feste
Wärmeübertragungsfläche von einfacher Konstruktion mit einer erhöhten
Wärmeübertragungsfläche in der Strömungsrichtung des
externen Fluids gebildet und die Wärmetauschmenge
erhöht werden. Da Räume zwischen den 8-förmigen Rippen
und den Wärmeübertragungsrohren gebildet sind, sind
kondensierte Wassertröpfchen kaum in der Lage, in dem
Wärmetauscher zu verbleiben, so daß der Wärmetauscher
kaum durch kondensierte Wassertröpfchen verstopft
wird, selbst wenn der Wärmetauscher während des
Betriebs naß ist, und eine Herabsetzung der
Wärmetauschmenge aufgrund einer Verringerung des Stroms
des externen Fluids kann unterdrückt werden.
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Bei einem Wärmetauscher für ein Klimagerät sind gemäß
einem bevorzugten Beispiel der vorliegenden Erfindung
die ersten Ringrippen durch mehrere erste Spulenringe
gebildet, die durch wendelförmiges Wickeln von feinen
Drähten mit einem Abstand, der das zweifache des
Durchmessers der feinen Drähte oder darüber beträgt,
gebildet. Die Rippe kann leicht um das
Wärmeübertra
gungsrohr herum angeordnet werden, und der
Wärmetauscher hat eine einfache Konstruktion und eine erhöhte
Wärmetauschfläche. Die Mitten der Ringrippen sind
gegenüber der Achse des Wäxmeübertragungsrohres zu der
oberen Seite hin mit Bezug auf die Strömungsrichtung
eines externen Fluids versetzt, um die Strömung des
externen Fluids auf der oberen Seite der
Wärmeübertragungsrohre so zu stören, daß die turbulenten
Ströme des externen Fluids in Kontakt mit den
Wärmeübertragungsrohren gelangen, was die Wärmetauschmenge
erhöht. Da Räume zwischen den Ringrippen und den
Wärmeübertragungsrohren gebildet sind, sind kondensierte
Wassertröpfchen kaum in der Lage, in dem
Wärmetauscher zu bleiben, und der Wärmetauscher wird kaum
durch kondensierte Wassertröpfchen verstopft, selbst
wenn die Oberfläche der Wärmetauscheinheit während
des Betriebs naß ist, und eine Verringerung des
Stroms des externen Fluids kann unterdrückt werden.
Jede spulenförmige Rippe auf einem
Wärmeübertragungsrohr kann zumindest an einem Punkt der Rippe an dem
benachbarten Wärmeübertragungsrohr fest verbunden
werden. Der Wärmetauscher hat eine feste
Wärmeübertragungsfläche. Da die Wärmeübertragungsrohre in
kleinen Abständen angeordnet werden können, hat der
Wärmetauscher eine einfache Konstruktion und eine
große Wärmeübertragungsfläche. Der Wärmetauscher kann
weiterhin mit zweiten spulenförmigen Rippen versehen
sein, welche mehrere Ringrippen aufweisen. Die
Strömung des externen Fluids wird auf der oberen Seite
des Wärmetauschers gestört und die turbulente
Strömung des externen Fluids gelangt in Kontakt mit den
Wärmeübertragungsrohren, und daher kann die
Wärmetauschmenge vergrößert werden.
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Bei einem Wärmetauscher gemäß einem bevorzugten
Beispiel der vorliegenden Erfindung sind mehrere
Wärme
übertragungsrohre an der inneren Oberfläche jeder
spulenförmigen Rippe befestigt.
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Bei einem Wärmetauscher gemäß einem bevorzugten
Beispiel der vorliegenden Erfindung sind Ringrippen an
Wärmeübertragungsrohren in der Weise fest angebracht,
daß sie sich schräg nach unten erstrecken. Die sich
schräg nach unten erstreckenden Ringrippen
erleichtern das Heruntertropfen kondensierter
Wassertröpfchen durch die Schwerkraft, wenn der Wärmetauscher in
einer feuchten Atmosphäre verwendet wird, in der in
der Atmosphäre enthaltende Feuchtigkeit kondensiert,
so daß der Wärmetauscher kaum durch kondensierte
Wassertröpfchen verstopft wird, selbst wenn die
Oberfläche des Wärmetauschers während des Betriebs naß ist,
und eine Herabsetzung der Wärmetauschmenge aufgrund
einer Verringerung des Stroms des externen Fluids
kann unterdrückt werden.
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Ein Wärmetauscher für ein Klimagerät gemäß einem
bevorzugten Beispiel der vorliegenden Erfindung weist
mehrere Wärmeübertragungsrohre, durch welche ein
nichtazeotropisches Kühlmedium strömt, mehrere
Feindrähte und mehrere Wärmeübertragungsglieder, die
senkrecht zur Strömungsrichtung eines externen Fluids
in mehreren Reihen und parallel zueinander und
miteinander verbunden sind, auf. Das Kühlmedium wird so
zugeführt, daß es von dem Wärmeübertragungsglied, das
sich an der untersten Position mit Bezug auf die
Strömung des externen Fluids befindet, durch die
Wärmeübertragungsrohre zu dem Wärmeübertragungsglied,
das sich an der obersten Position befindet, fließt.
Das Wärmeaustauschvermögen dieses Wärmetauschers ist
größer als das eines Wärmetauschers vom einfachen
Kreuzströmungstyp (ein Wärmetauscher mit einer
einzigen Kreuzströmungs-Wärmetauscheinheit).
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine fragmentarische perspektivische
Ansicht der Wärmeübertragungsebene eines
herkömmlichen Wärmetauschers für ein
Klimagerät;
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Fig. 2 ist eine vergrößerte fragmentarische
Schnittansicht eines herkömmlichen Wärmetauschers,
die die Strömung von Luft durch den
Wärmetauscher zeigt;
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Fig. 3 ist eine fragmentarische Draufsicht auf die
Wärmeübertragungsebene eines herkömmlichen
Wärmetauschers;
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Fig. 4 ist eine fragmentarische Schnittansicht des
Hauptteils eines Wärmetauschers für ein
Klimagerät gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 5 ist eine fragmentarische Schnittansicht des
Hauptteils eines Wärmetauschers für ein
Klimagerät gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 6 ist eine fragmentarische Schnittansicht des
Hauptteils eines Wärmetauschers für ein
Klimagerät gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 7 ist eine fragmentarische Schnittansicht des
Hauptteils eines Wärmetauschers für ein
Klimagerät gemäß einem vierten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 8 ist eine fragmentarische Perspektivansicht
des Hauptteils eines Wärmetauschers für ein
Klimagerät gemäß einem fünften
Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 9 ist eine fragmentarische Schnittansicht des
Hauptteils eines Wärmetauschers für ein
Klimagerät gemäß einem sechsten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 10 ist eine fragmentarische Perspektivansicht
des Hauptteils eines Wärmetauschers für ein
Klimagerät gemäß einem siebenten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 11 ist eine fragmentarische Ansicht des
Hauptteils eines Wärmetauschers für ein
Klimagerät gemäß einem achten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 12 ist eine fragmentarische perspektivische
Ansicht eines Wärmetauschers für ein
Klimagerät gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 13 ist eine fragmentarische Schnittansicht des
Hauptteils eines Wärmetauschers für ein
Klimagerät gemäß einem zehnten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 14 ist eine fragmentarische Schnittansicht
eines Wärmetauschers gemäß einer Modifikation
des Wärmetauschers nach Fig. 13; und
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Fig. 15 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der
Wärmetauschmenge und der Anzahl von Reihen
der Wärmeübertragungsflächen in dem
Wärmetauscher gemäß dem zehnten
Ausführungsbeispiel zeigt, wenn ein nichtazeotropisches
Kühlmedium verwendet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Gemäß Fig. 4, die einen Wärmetauscher für ein
Klimagerät nach einem ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung in einer fragmentarischen
Schnittansicht zeigt, sind Wärmeübertragungsrohre 1 und
Ringrippen 4, welche Wärmeübertragungsrippen
realisieren, vorgesehen. Ein externen Fluid wie Luft
strömt in der Richtung des Pfeils A. Der
Innendurchmesser der Ringrippen 4 ist größer als der
Außendurchmesser der Wärmeübertragungsrohre 1, die Mitten
der Ringrippen 4 sind versetzt zu der oberen Seite
mit Bezug auf die Richtung des windseitigen oder
oberen Teils der Strömung gegenüber den Mittelachsen der
entsprechenden Wärmeübertragungsrohre 1, so daß Teile
der inneren Oberfläche der Ringrippen 4 auf der
unteren Seiten in Kontakt mit dem Außendurchmesser der
entsprechenden Wärmeübertragungsrohre 1 sind. Die
mehreren Ringrippen 4 sind axial auf jedem
Wärmeübertragungsrohr 1 mit einem Abstand angeordnet, der
nicht kleiner ist als der Durchmesser des die
Ringrippen 4 bildenden Feindrahts. Die Ringrippen 4
sind an den Kontaktpunkten an den
Wärmeübertragungsrohren 1 befestigt.
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In Betrieb nimmt die Luftströmungsgeschwindigkeit zu,
wenn die Luft durch Räume zwischen den Teilen der
Ringrippen 4 auf der oberen Seite der
Wärmeübertragungsrohre 1 strömt, und die Ringrippen 4 stören die
Ströme der Luftströmung in Kàrmàn-Wirbelstraßen zu
den Wärmeübertragungsrohren 1 hin. Die Luft strömt
nicht gerade zu den Wärmeübertragungsrohren 1 hin,
windet ihren Weg durch die Räume zwischen den
Ringrippen 4 und den Wärmeübertragungsrohren 1 und
erzeugt kleine Wirbel. Die Wirbel stören die Ströme
der Luft an den hinteren Teile der Ringrippen auf der
unteren Seite und den Wärmeübertragungsrohren 1. Da
die Ringrippen 4 zu der oberen Seite relativ zu den
Wärmeübertragungsrohren 1 hin versetzt sind und die
hinteren Teile der Ringrippen 4 in Kontakt mit den
Wärmeübertragungsrohren 1 sind, wird die Strömung der
Luft durch die Ringrippen 4 abgelenkt und Luft
erreicht die hinteren Seiten mit einem niedrigen
Wärmeübertragungskoeffizienten der Wärmeübertragungsrohre
1. Folglich wird die Wärmeübertragung gefördert und
der Wärmetauscher überträgt Wärme mit einer hohen
Wärmeübertragungsgeschwindigkeit. Die Ringrippen 4
vergrößern die Wärmeübertragungsfläche.
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Da der Innendurchmesser der Ringrippen 4 größer als
der Außendurchmesser der Wärmeübertragungsrohre 1
ist, werden vergleichsweise große Räume zwischen den
Wärmeübertragungsrohren 1 und den Ringrippen 4
gebildet, und 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. Daher
ist der Wärmetauscher kaum durch kondensierte
Wassertröpfchen verstopft und eine Verringerung der
Wärmetauschmenge aufgrund einer Herabsetzung der Strömung
der Luft kann unterdrückt werden.
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Der Wärmetauscher kann mit elliptischen Ringrippen
anstelle der Ringrippen versehen sein, wobei deren
Hauptachsen parallel zu der Strömungsrichtung der
Luft liegen, und die Wärmeübertragungsrohre 1 können
mit kleineren Abständen angeordnet werden, um die
Gesamtwärmeübertragungsfläche zu erhöhen.
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Gemäß Fig. 5, die einen Wärmetauscher für ein
Klimagerät nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung in einer fragmentarischen
Schnittansicht zeigt, sind ein Wärmeübertragungsrohr 1 und
Ringrippen 4, welche Wärmeübertragungsrippen
realisieren, vorgesehen. Ein externes Fluid wie Luft
strömt in der Richtung des Pfeils A. Der
Innendurchmesser der Ringrippen 4 ist größer als der
Außendurchmesser der Wärmeübertragungsrohre 1, die Mitten
der Ringrippen 4 sind gegenüber den Mittelachsen der
entsprechenden Wärmeübertragungsrohre 1 zu der oberen
Seite des externen Betriebsfluids versetzt, so daß
Teile der inneren Oberflächen der Ringrippen 4 auf
der unteren Seite in Kontakt mit dem äußeren
Durchmesser der entsprechenden Wärmeübertragungsrohre 1
sind. Die in Querrichtung benachbarten Querrippen 4
kreuzen einander und sind an Kreuzungspunkten 8a und
8b miteinander verbunden.
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Im Betrieb nimmt die Luftströmungsgeschwindigkeit zu,
wenn die Luft durch Räume zwischen den vorderen
Bereichen der Ringrippen 4 strömt, und die Ringrippen 4
stören die Ströme der Luft und die Luft strömt in
Kàrmàn-Wirbelstraßen zu den Wärmeübertragungsrohren
1. Die Luft ist nicht in der Lage, gerade zu den
Wärmeübertragungsrohren 1 zu strömen und windet ihren
Weg durch Räume zwischen den Ringrippen 4 und den
Wärmeübertragungsrohren 1, wobei kleine Wirbel
erzeugt werden. Die kleinen Wirbel drehen sich um die
hinteren Bereich der Ringrippen 4 und die
Wärmeübertragungsrohre 1 in turbulenten Strömen. Da die
hinte
ren Bereiche auf der unteren Seite der Ringrippen 4
an den Wärmeübertragungsrohren 1 befestigt sind,
lenken die Ringrippen 4 die Ströme der Luft so ab, daß
die Luft in der Lage ist, die hinteren Bereiche mit
einem niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten auf
der unteren Seite der Wärmeübertragungsrohre 1 zu
erreichen. Folglich wird die Wärmeübertragung gefördert
und der Wärmetauscher überträgt Wärme mit einer hohen
Wärmeübertragungsgeschwindigkeit. Da die in
Querrichtung benachbarten Ringrippen 4 einander kreuzen und
an Kreuzungspunkten 8a und 8b miteinander verbunden
sind, hat die Wärmeübertragungsfläche eine feste
Konstruktion, können die Wärmeübertragungsrohre 1 in
vergleichsweise geringen Abständen angeordnet werden
und hat der Wärmetauscher eine vergleichsweise große
Wärmeübertragungsfläche.
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Da der Innendurchmesser der Ringrippen 4 größer ist
als der Außendurchmesser der Wärmeübertragungsrohre
1, werden vergleichsweise große Räume zwischen den
Ringrippen 4 und den Wärmeübertragungsrohren 1
gebildet. 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, wird der
Wärmetauscher kaum durch kondensierte Wassertröpfchen
verstopft und eine Verringerung der Wärmetauschmenge
aufgrund einer Herabsetzung des Stroms der Luft kann
unterdrückt werden.
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Gemäß Fig. 6, die einen Wärmetauscher für ein
Klimagerät nach einem dritten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung in einer fragmentarischen
Schnittansicht zeigt, sind ein Übertragungsrohr 1 und
Ringrippen 4, welche Wärmeübertragungsrippen
reali
sieren, vorgesehen. Ein externes Fluid wie Luft
strömt in der Richtung des Pfeils A. Der
Innendurchmesser der Ringrippen 4 ist größer als der
Außendurchmesser der Wärmeübertragungsrohre 1, und
Bereiche der Ringrippen sind an der äußeren Oberfläche der
entsprechenden Wärmeübertragungsrohre 1 befestigt, um
als Wärmeübertragungsrippen zu wirken. Eine Ringrippe
4a ist gegenüber dem Wärmeübertragungsrohr zu der
hinteren Seite mit Bezug auf die Richtung des Pfeils
A versetzt, und eine andere Ringrippe 4b ist
gegenüber dem Wärmeübertragungsrohr 1 zu der Vorderseite
mit Bezug auf die Richtung des Pfeils A versetzt. Ein
Paar von Ringrippen 4a und 4b ist abwechselnd in
axialer Richtung des Wärmeübertragungsrohres 1
angeordnet. Die in Querrichtung benachbarten hinteren
Ringrippen 4a und die in Querrichtung benachbarten
vorderen Ringrippen 4b können einander kreuzen und an
wenigstens einem Kreuzungspunkt ähnlich den
Ringrippen 4 nach dem ersten und dem zweiten
Ausführungsbeispiel miteinander verbunden sein.
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Im Betrieb nimmt die Luftströmungsgeschwindigkeit zu,
wenn die Luft durch die Räume zwischen den Ringrippen
4b, welche sich zu der vorderen Richtung des
Wärmeübertragungsrohres 1 erstrecken, strömt, wobei die
Ringrippen 4a die Luftströme stören und die Luft in
Kàrmàn-Wirbelstraßen zu den Wärmeübertragungsrohren 1
hin strömt. Die Luft ist nicht in der Lage, gerade zu
den Wärmeübertragungsrohren 1 zu strömen und windet
ihren Weg durch die Räume zwischen den Ringrippen 4
und den Wärmeübertragungsrohren 1 in kleinen Wirbeln,
und die turbulenten Ströme der Luft mit den kleinen
Wirbeln erreichen die Ringrippen 4b und die
Wärmeübertragungsrohre 1. Da die Ringrippen 4b in Kontakt
mit der hinteren Seite der Wärmeübertragungsrohre
sind, lenken die Ringrippen 4b die Strömung der Luft
zu der hinteren Seite mit einem niedrigen
Wärmeübertragungskoeffizienten des Wärmeübertragungsrohres 1.
Die hinteren Ringrippen 4a erhöhen die
Wärmeübertragungsfläche. Folglich wird die Wärmeübertragung
gefördert und der Wärmetauscher überträgt Wärme mit
einer hohen Wärmeübertragungsgeschwindigkeit. Da die
vordere Ringrippe 4b und die hintere Ringrippe 4a in
axialer Richtung der entsprechenden
Wärmeübertragungsrohre 1 abwechselnd aneinander grenzend
angeordnet sind, ist der Abstand der hinteren Ringrippen 4a
und der der vorderen Ringrippen 4b automatisch
bestimmt.
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Da der Innendurchmesser der Ringrippen 4 größer als
der Außendurchmesser der Wärmeübertragungsrohre 1
ist, werden vergleichsweise große Räume zwischen den
Ringrippen 4 und den Wärmeübertragungsrohren 1
gebildet. Daher sind kondensierte Wassertröpfchen kaum in
der Lage, in dem Wärmetauscher zu bleiben, wenn der
Wärmetauscher in einer feuchten Atmosphäre verwendet
wird, in der in der Atmosphäre enthaltene
Feuchtigkeit zu Wassertröpfchen kondensiert, und der
Wärmetauscher wird kaum durch kondensierte Wassertröpfchen
verstopft und eine Herabsetzung der Wärmetauschmenge
aufgrund einer Verringerung der Strömung der Luft
kann unterdrückt werden.
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Fig. 7 ist eine fragmentarische Schnittansicht eines
Wärmetauschers für ein Klimagerät nach einem vierten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Dieser Wärmetauscher ist mit einem Wärmeübertragungsrohr
1 und 8-förmigen Ringrippen 4 anstelle der Ringrippen
4 nach dem ersten Ausführungsbeispiel versehen.
Bereiche der 8-förmigen Ringrippen 4 sind an der
äußeren Oberfläche von in vorbestimmten Abständen
angeordneten Wärmeübertragungsrohren 1 befestigt. Ein
ex
ternes Fluid wie Luft strömt in der Richtung des
Pfeils A.
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Im Betrieb stören die vorderen Bereiche der 8-
förmigen Ringrippen 4 die Ströme der Luft in Wirbel
und die verdrehten Bereiche der 8-förmigen Ringrippen
4 stören weiterhin die turbulenten Ströme der Luft,
so daß Wirbel der Luft sich auf der gesamten
Oberfläche des Wärmetauschers ausbreiten, um die
Wärmeübertragungsfunktion der Wärmeübertragungsrohre 1 zu
fördern, und folglich wird die Wärmetauschmenge des
Wärmetauschers vergrößert. Die Mechanismen dieses
Ausführungsbeispiels, die zur Förderung der
Wärmeübertragung wirksame sind, sind dieselben wie diejenigen
des ersten Ausführungsbeispiels, und daher wird ihre
Beschreibung weggelassen.
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Gemäß Fig. 8, die einen Wärmetauscher für ein
Klimagerät nach einem fünften Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt, sind ein
Wärmeübertragungsrohr 1 und eine Spulenringrippe 5 vorgesehen,
welche wie eine Spule gebildet ist und eine
Wärmeübertragungsrippe realisiert. Ein externes Fluid wie
Luft strömt in der Richtung des Pfeils A. Der
Innendurchmesser der Spulenringrippe 5 ist größer als der
Außendurchmesser der Wärmeübertragungsrohre 1, wobei
die Teilung der Spulenringrippe 5 auf jedem
Wärmeübertragungsrohr 1 das Zweifache des Durchmessers des
feinen Drahtes oder darüber ist, und Bereiche der
inneren Oberflächen der Spulenringrippe 5 sind an den
äußeren Oberflächen der entsprechenden
Wärmeübertragungsrohre 1 befestigt. Da die Spulenringrippe 5
durch wendelförmiges Verbinden von Ringrippen
gebildet ist, kann sie vergleichsweise leicht hergestellt
werden und fest und stark sein. Die Mechanismen
dieses Ausführungsbeispiels, welche für die Förderung
der Wärmeübertragung wirksam sind, sind dieselben wie
diejenigen nach dem ersten Ausführungsbeispiel, und
daher wird die Beschreibung hiervon weggelassen.
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Gemäß Fig. 9, die einen Wärmetauscher für ein
Klimagerät nach einem sechsten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung in einer fragmentarischen
Schnittansicht zeigt, sind Wärmeübertragungsrohre 1
und Spulenringrippen 5, welche wie eine Spule geformt
sind und eine Wärmeübertragungsrippe realisieren,
vorgesehen. Ein externes Fluid wie Luft strömt in der
Richtung des Pfeils A. Der Innendurchmesser der
Spulenringrippe 5 ist größer als der Außendurchmesser
der Wärmeübertragungsrohre 1, die Teilung der
Spulenringrippe 5 auf jedem Wärmeübertragungsrohr 1 ist das
Doppelte des Durchmessers des Feindrahtes oder
darüber, und Bereiche der inneren Oberfläche der
Spulenringrippe 5 sind an den äußeren Oberflächen der
entsprechenden Wärmeübertragungsrohre 1 befestigt. Da
die in Querrichtung benachbarten Spulenringrippen 5
einander kreuzen und an den Kreuzungspunkten 8a und
8b miteinander verbunden sind, sind die
Spulenringrippen 5 fest und stark, und die
Wärmeübertragungsrohre 1 können in relativ kleinen Abständen
angeordnet werden, um die Wärmeübertragungsfläche zu
erhöhen. Die Spulenringrippen 5 können
vergleichsweise leicht gebildet werden. Die Mechanismen dieses
Ausführungsbeispiels, welche für die Förderung der
Wärmeübertragung wirksam sind, sind dieselben wie
diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels, und daher
wird die Beschreibung hiervon weggelassen.
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Gemäß Fig. 10, die einen Wärmetauscher für ein
Klimagerät nach einem siebenten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt, sind ein
Wärmeübertragungsrohr 1 und Spulenringrippen 5a, 5b (welche
um
fassend mit "5" bezeichnet sind), die jeweils
Wärmeübertragungsrippen realisieren, vorgesehen. Ein
externes Fluid wie Luft strömt in der Richtung des
Pfeils A. Der Innendurchmesser der Spulenringrippen 5
ist größer als der Außendurchmesser der
Wärmeübertragungsrohre 1, und die Teilung der Spulenringrippen 5
ist das Zweifache des Durchmessers der Feindrähte
oder darüber. Bereich der inneren Oberflächen der
Spulenringrippen 5 sind an den äußeren Oberflächen
der entsprechenden Wärmeübertragungsrohr 1 befestigt.
Die Spulenringrippen 5a sind an der Vorderseite des
Wärmeübertragungsrohres 1 im Hinblick auf die
Richtung des Stroms A befestigt, und die Spulenringrippen
5b sind an der hinteren Seite des
Wärmeübertragungsrohres 1 im Hinblick auf die Richtung des Stromes A
befestigt. Die Mechanismen dieses
Ausführungsbeispiels, die zur Förderung der Wärmeübertragung
wirksam sind, sind dieselben wie diejenigen nach dem
ersten Ausführungsbeispiel, und daher wird die
Beschreibung hiervon weggelassen.
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Gemäß Fig. 11, welche einen Wärmetauscher für ein
Klimagerät nach einem achten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt, sind
Wärmeübertragungsrohre 1 und Spulenringrippen 4 vorgesehen, welche
ähnlich denjenigen nach dem ersten bis fünften
Ausführungsbeispiel sind. Der Innendurchmesser der
Ringrippen 4 ist größer als der Außendurchmesser der
Wärmeübertragungsrohre 1. Bereiche der inneren
Oberflächen jeder Ringrippe 4 sind an den äußeren
Oberflächen der drei Wärmeübertragungsrohre 1 befestigt.
Ein externes Fluid wie Luft strömt in der Richtung
des Pfeils A. Da jede Ringrippe 4 in Kontakt mit den
mehreren Wärmeübertragungsrohren 1 ist, ist die
Wärmeübertragungsgeschwindigkeit des Wärmetauschers, die
durch die Strömungsstörungswirkung der
Wärmeübertra
gungsrohre 1 erhöht wird, höher als diejenige nach
dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel, bei denen
jede Ringrippe in Kontakt mit einem einzigen
Wärmeübertragungsrohr ist. Die Ringrippen 4 können leicht
an den Wärmeübertragungsrohren befestigt werden und
der Wärmetauscher hat eine feste Konstruktion. Die
Mechanismen dieses Ausführungsbeispiels, die für die
Förderung der Wärmeübertragung wirksam sind, sind
dieselben wie diejenigen nach dem ersten
Ausführungsbeispiel, und daher wird die Beschreibung hiervon
weggelassen.
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Gemäß Fig. 12, die einen Wärmetauscher für ein
Klimagerät nach einem neunten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung in einer fragmentarischen
perspektivischen Ansicht zeigt, sind
Wärmeübertragungsrohre 1 in vorbestimmten Abständen angeordnet und
Ringrippen 4, d. h. Wärmeübertragungsrippen, mit einem
Innendurchmesser, der größer als der Außendurchmesser
des Wärmeübertragungsrohres 1 ist, sind so an dem
Wärmeübertragungsrohr 1 befestigt, daß sie sich
schräg nach unten erstrecken. Ein externes Fluid wie
Luft strömt in der Richtung des Pfeils A.
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Wenn der Wärmetauscher in einer feuchten Atmosphäre
verwendet wird und in der Atmosphäre enthaltene
Feuchtigkeit zu Wassertropfen auf dem Wärmetauscher
kondensiert, werden die kondensierten Wassertröpfchen
durch die Schwerkraft entlang der Ringrippen 4
heruntergezogen, so daß der Wärmetauscher durch die
kondensierte Wassertropfen verstopft wird. Die
Mechanismen dieses Ausführungsbeispiels, die zur Förderung
der Wärmeübertragung wirksam sind, sind dieselben wie
diejenigen nach dem neunten Ausführungsbeispiel, und
daher wird die Beschreibung hiervon weggelassen.
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Gemäß Fig. 13, die einen Wärmetauscher für ein
Klimagerät nach einem zehnten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung in einer fragmentarischen
Schnittansicht zeigt, sind Wärmeübertragungsrohre 1, feine
Drähte, welche abwechselnd über und unter den
Wärmeübertragungsrohren 1 jeder Reihe vorbeigehen, um
Feindrahtrippen 2 zu bilden, und Kopfstücke 3
vorgesehen. Ein externes Fluid wie Luft strömt in der
Richtung des Pfeils A. Der Wärmetauscher nach diesem
Ausführungsbeispiel hat mehrere
Wärmeübertragungsflächen. Ein nichtazeotropisches Kühlmedium wird als ein
internes Betriebsfluid in den Wärmeübertragungsrohren
1 verwendet. Das nichtazeotropische Kühlmedium strömt
von dem hinteren Kopfstück 3 in die
Wärmeübertragungsrohre 1 der hinteren Reihe in der Richtung des
Pfeils B, strömt aufeinander folgend durch die
Kopfstücke 3 und die Wärmeübertragungsrohre 1 der
dazwischen liegenden Reihen zu den Wärmeübertragungsrohren
1 der vorderen Reihe, und strömt dann in das vordere
Kopfstück 3. Somit strömt das nichtazeotropische
Kühlmedium quer zur Strömung der in Richtung des
Pfeils A strömenden Luft in einem tatsächlichen
Gegenströmungsbetrieb.
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Es wird angenommen, daß das nichtazeotropische
Kühlmedium als ein internes Betriebsfluid verwendet wird,
welches durch die Wärmeübertragungsrohre 1 strömt,
wobei sich die Temperatur des nichtazeotropischen
Kühlmediums, dessen Phasenänderung in dem
Wärmetauscher erfolgt, ändert. Für den Fall, daß die
Temperatur des nichtazeotropischen Kühlmediums am Eingang
des Wärmetauschers festgelegt ist, ist die
Wärmetauschmenge eines Wärmetauschers, der mit
Wärmeübertragungsrohren versehen ist, die in mehreren Reihen
angeordnet sind, in welchen das nichtazeotropische
Kühlmedium quer zur Luftströmung in einem
tatsächli
chen Gegenströmungsbetrieb strömt, höher als die
eines Wärmetauschers, welcher mit
Wärmeübertragungsrohren versehen ist, die in einer einzelnen Reihe
angeordnet sind, in welchen das nichtazeotropische
Kühlmedium einfach quer zur Luftströmung strömt, wie aus
Fig. 15 ersichtlich ist. Daher wird durch die
Ausbildung des Wärmetauschers wie in Fig. 13 gezeigt, die
Wärmetauschmenge des Wärmetauschers höher. Es ist
auch möglich, die Wärmeübertragungsflächen zu biegen
ohne dazwischen liegende Kopfstücke 3, wie in Fig. 14
gezeigt ist.