ТЕПЛООБМЕННИК С ТЕПЛООБМЕННЫМИ КАМЕРАМИ, В КОТОРЫХ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ НАПРАВЛЕНИЯ СРЕДЫ
HEAT EXCHANGER WITH HEAT EXCHANGE CHAMBERS IN WHICH CORRESPONDING MEDIUM DIRECTION COMPONENTS ARE USED

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в общем, к теплообменникам, а более конкретно, к устройству с трубкой и камерой для перемещения теплообменных сред.
Уровень техники
Теплообменники широко используются в системах, в которых необходим отвод тепла. Типовые основные теплообменники образованы из трубок, по которым проходят теплообменные среды. Сборники или коллекторы присоединены к каждому концу трубок. Такие сборники и коллекторы служат в качестве приемных резервуаров для теплообменных сред. Эффективность трубчатых теплообменников ограничена величиной площади поверхности, доступной для переноса тепла.
Для добавления большей площади поверхности в некоторых теплообменниках, таких как конденсаторы, используется конструкция из оребренных трубок. Теплообменник такого типа, как правило, включает в себя сплющенные трубки, имеющие текучую среду, проходящую по ним, и множество ребер, продолжающихся между трубками. Ребра присоединены к трубкам для эффективного увеличения площади поверхности трубок, в результате чего увеличивается теплопередающая способность трубок. Множество трубок и ребер может быть уложено в стопу друг на друга, при этом остается небольшое отверстие для обеспечения прохода воздуха между ними. В другой конструкции с оребренными трубками трубка может иметь змеевидную конструкцию, в результате чего устраняется необходимость в сборниках или коллекторах, поскольку трубка изогнута назад и вперед с «3»-образной формой для создания аналогичного эффекта. Типовыми применениями теплообменника данного типа, помимо конденсаторов, являются испарители, маслоохладители и сердцевины подогревателей. Данная конструкция с оребренными трубками также используется в радиаторах для автомобилей. Вне автомобильной отрасли конструкция с оребренными трубками используется в промышленных маслоохладителях, маслоохладителях компрессоров и в других аналогичных применениях, в которых требуется теплообменник более высокой эффективности.
С целью обеспечения большего теплообмена посредством увеличения площади поверхности по-другому, используются очень тонкие плоские трубки с внутренними ребристыми конструктивными элементами со сложным профилем. Данный тип теплообменника аналогичен конструкции с оребренными трубками в том, что имеется комбинация ребер и плоских трубок, но в теплообменнике данного конкретного типа плоские трубки содержат сложнопрофильные внутренние камеры, образованные внутренними ребристыми конструктивными элементами. Данные внутренние ребристые конструктивные элементы способствуют повышению эффективности теплообмена, обеспечиваемой теплообменником. Для дополнительного повышения эффективности теплопередачи трубку выполняют с меньшей толщиной. В результате детали будут иметь меньший вес, что в свою очередь обеспечивает уменьшение веса всего теплообменника. Однако сопротивление при нагнетании уменьшается, и более тонкие трубки более подвержены повреждениям. Кроме того, процесс сборки усложняется вследствие хрупкости деталей. Кроме того, внутренние камеры подвержены засорению во время технологического процесса, в особенности в том случае, если используется процесс пайки твердым припоем. Сложность процесса экструдирования потенциально приводит к более высоким затратам и более высокому проценту брака. Кроме того, при использовании внутренних камер в плоских трубках для того, чтобы способствовать рассеянию тепла, полная стоимость теплообменной системы будет выше, поскольку компрессор большей мощности может потребоваться для перемещения теплообменной среды через меньшие отверстия трубок. Напротив, если не используется компрессор большей мощности, то потребуются дополнительные трубки для обеспечения заданной эффективности теплообмена, поскольку трубки меньшего размера приводят к существенному уменьшению потока теплообменных сред. Дополнительные трубки вызывают увеличение общих затрат на теплообменную систему. В настоящее время теплообменник данного типа используется в применениях, требующих большой теплообменной способности, таких как конденсаторы автомобильных кондиционеров.
Разновидность трубчатого теплообменника включает укладку плоских ребристых плит в стопу. Будучи уложенными в стопу друг на друга, ребристые плиты образуют камеры для перемещения теплообменных сред. По существу теплообменник такого типа выполняет в основном ту же функцию, что и теплообменники с оребренными трубками, но изготовлен по-другому. Теплообменник данного типа широко используется в современных испарителях.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение представляет собой усовершенствованную трубку для применений при теплообмене, содержащую проточную трубку и камеру. Проточная трубка соединена с камерой. Один конец проточной трубки может быть соединен со сборником или коллектором. Теплообменная среда проходит из сборника или коллектора в проточную трубку. Затем теплообменная среда проходит в камеру. После этого теплообменная среда проходит из камеры в другую проточную трубку, которая соединена с другим сборником или коллектором.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения проточная трубка и камера для теплообменника предназначены, например, для конденсатора, испарителя, радиатора и т.д. Теплообменник также может представлять собой сердцевину подогревателя, промежуточный охладитель или маслоохладитель для применения в автомобилях (то есть в рулевом управлении, трансмиссии, двигателе и т.д.), а также для применений, не связанных с автомобилями. Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что площадь поверхности контакта с теплообменной средой для теплового излучения будет больше на более коротком расстоянии по сравнению с обычным теплообменником. Следовательно, эффективность теплообменника повышается. Другое преимущество настоящего изобретения заключается в том, что полная длина и вес усовершенствованной трубки для применений при теплообмене могут быть меньше по сравнению с обычным теплообменником, что в свою очередь обеспечивает меньшие общие затраты, поскольку необходимо меньше исходного материала и меньше упаковки. Кроме того, меньшая площадь, занимаемая конструкцией по настоящему изобретению, обеспечивает возможность использования ее в тех случаях применения, когда пространство ограничено. Еще одно преимущество настоящего изобретения над обычным теплообменником состоит в том, что технологический процесс изготовления может быть более простым, поскольку настоящее изобретение требует меньшего числа хрупких компонентов и меньше технологических операций. Весь узел может быть спаян вместе твердым припоем, или любая часть узла может быть припаяна твердым припоем сначала, а затем дополнительные компоненты могут быть спаяны вместе твердым или мягким припоем.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения может быть использовано более одной камеры, что обеспечит дополнительное увеличение площади поверхности усовершенствованной трубки для теплообменника. Кроме того, первая камера может быть соединена непосредственно с другой камерой.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения размер трубки может варьироваться между камерами, и в случае использования более одной камеры размер камеры может варьироваться от одной камеры к другой.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения каждая камера может обеспечить распределение теплообменной среды по всей камере, что обеспечивает дополнительное улучшение теплообменных способностей конструкции по настоящему изобретению. Кроме того, каждая камера также может обеспечить перемешивание теплообменной среды.
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения каждая камера может включать в себя элемент для направления среды и элементы для изменения направления среды, которые направляют и перенаправляют теплообменные среды в определенных направлениях через камеру.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения внутренняя поверхность трубки может иметь углубления для увеличения площади поверхности. Кроме того, в еще одном варианте осуществления настоящего изобретения внутренняя поверхность камеры также может иметь углубления для увеличения площади поверхности. В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения элемент для изменения направления может также иметь углубления.
В других вариантах осуществления настоящего изобретения комбинация трубки и камеры может быть повторена, и в зависимости от конкретного применения может быть предусмотрено множество рядов узлов, состоящих из трубки и камеры. Несколько узлов, состоящих из трубки и камеры, могут быть присоединены к сборнику или коллектору. Может быть предусмотрено множество узлов, состоящих из трубки и камеры и расположенных в ряд, которые присоединены к сборнику или коллектору для улучшения общих рабочих характеристик теплообменника.
В некоторых вариантах осуществления камера имеет больший диаметр, чем впуск и выпуск камеры. В других вариантах осуществления камера имеет больший диаметр, чем впуск камеры, но может иметь такой же диаметр, как выпуск. В качестве альтернативы, в других вариантах осуществления камера может иметь больший диаметр, чем выпуск камеры, но может иметь такой же диаметр, как впуск.
В некоторых других вариантах осуществления камера имеет по меньшей мере один размер, превышающий размер трубки. Например, камера может иметь большую емкость для текучей среды, большую длину окружности или площадь поверхности. Отношение определенных размеров трубки и камеры может составлять 1:1,1, 1:1,5 или представлять собой любое другое соответствующее соотношение.
Трубка и камера могут быть выполнены из алюминия с плакированием или без плакирования. Трубка и камера также могут быть выполнены из нержавеющей стали, меди или других черных или цветных металлов. Трубка и камера также могут быть выполнены из пластика или других композиционных материалов.
Трубка и камера могут быть изготовлены посредством листовой штамповки, холодной объемной штамповки или механической обработки. Трубка и камера могут быть изготовлены как цельный элемент или могут быть изготовлены в виде двух отдельных элементов.
Таким образом, согласно одному варианту предложена теплообменная камера, содержащая впуск для приема теплообменной среды, протекающей в первом направлении потока по исходной линии течения, множество стенок, образующих внутреннее пространство камеры, которое сообщается по текучей среде с впуском, выпуск, сообщающийся по текучей среде с внутренним пространством камеры, и элемент для направления среды, расположенный по меньшей мере частично во внутреннем пространстве, при этом элемент для направления среды имеет поверхность, которая обращена к впуску и которая имеет наклон относительно первого направления потока для отклонения среды от исходной линии течения так, чтобы среда рассеивалась во внутреннем пространстве камеры, при этом камера выполнена с возможностью обеспечения протекания среды, рассеянной в камере, по меньшей мере по двум по существу полукруглым траекториям потока, а затем через выпуск в первом направлении потока.
Поверхность элемента для направления среды предпочтительно наклонена относительно первого направления потока так, что среда отклоняется для протекания во втором направлении потока, которое по существу перпендикулярно первому направлению потока.
Внутреннее пространство камеры предпочтительно имеет по существу цилиндрическую форму.
По меньшей мере часть по меньшей мере одной из стенок камеры предпочтительно продолжается за пределы внутреннего пространства камеры в радиальном направлении.
Теплообменная камера предпочтительно дополнительно содержит по меньшей мере один элемент для изменения направления, расположенный во внутреннем пространстве камеры, для содействия рассеиванию среды во внутреннем пространстве камеры.
Элемент для изменения направления предпочтительно образован посредством углубления по меньшей мере в одной из стенок камеры.
Теплообменная камера предпочтительно образована посредством пластины, при этом внутреннее пространство камеры образовано полостью в пластине, а впуск образован отверстием в пластине, причем полость сцентрирована относительно отверстия и имеет диаметр, превышающий диаметр отверстия.
Согласно другому варианту предложен теплообменный узел, содержащий множество трубкообразных частей для перемещения теплообменной среды в первом направлении потока по исходной линии течения, и множество теплообменных камер, при этом теплообменная камера присоединена между соседними парами трубкообразных частей, причем каждая из теплообменных камер содержит впуск для приема среды, протекающей в первом направлении потока по исходной линии течения из первой из трубкообразных частей в соседней паре, множество стенок, образующих внутреннее пространство камеры, которое сообщается по текучей среде с впуском, выпуск, сообщающийся по текучей среде с внутренним пространством камеры для выдачи среды, и элемент для направления среды, расположенный по меньшей мере частично во внутреннем пространстве камеры, при этом элемент для направления среды имеет поверхность, которая обращена к впуску и которая имеет наклон относительно первого направления потока для отклонения среды от исходной линии течения так, чтобы среда рассеивалась во внутреннем пространстве камеры, при этом камера выполнена с возможностью обеспечения протекания среды, рассеянной в камере, по меньшей мере по двум по существу полукруглым траекториям потока, а затем через выпуск в первом направлении потока по исходной линии течения во вторую из трубкообразных частей в соседней паре.
Поверхность элемента для направления среды предпочтительно наклонена относительно первого направления потока так, что среда отклоняется для протекания во втором направлении потока, которое по существу перпендикулярно первому направлению потока.
Внутреннее пространство камеры предпочтительно имеет по существу цилиндрическую форму.
По меньшей мере часть по меньшей мере одной из стенок камеры предпочтительно продолжается за пределы внутреннего пространства камеры в радиальном направлении.
Теплообменный узел предпочтительно дополнительно содержит по меньшей мере один элемент для изменения направления, расположенный во внутреннем пространстве камеры, для содействия рассеиванию среды во внутреннем пространстве камеры.
Элемент для изменения направления предпочтительно образован посредством углубления по меньшей мере в одной из стенок камеры.
Согласно еще одному варианту предложен теплообменник, содержащий первый резервуар, имеющий множество выпусков, второй резервуар, имеющий множество впусков, причем каждый из впусков во втором резервуаре соответствует одному из выпусков в первом резервуаре, и множество теплообменных узлов, каждый из которых содержит множество групп трубкообразных частей для перемещения теплообменной среды из первого резервуара во второй резервуар, при этом каждая группа трубкообразных частей расположена между одним из выпусков первого резервуара и соответствующим впуском во втором резервуаре для перемещения среды в первом направлении потока по соответствующим исходным линиями течения, и множество теплообменных камер, причем теплообменная камера присоединена между соседними парами трубкообразных частей по соответствующей исходной линии течения, при этом каждая из теплообменных камер содержит впуск камеры, предназначенный для приема среды, протекающей в первом направлении потока по соответствующей исходной линии течения из первой из трубкообразных частей в соседней паре, множество стенок, образующих внутреннее пространство камеры, которое сообщается по текучей среде с впуском камеры, выпуск камеры, сообщающийся по текучей среде с внутренним пространством камеры для выдачи среды, и элемент для направления среды, расположенный по меньшей мере частично во внутреннем пространстве камеры, при этом элемент для направления среды имеет поверхность, которая обращена к впуску камеры и которая имеет наклон относительно первого направления потока для отклонения среды от исходной линии течения так, чтобы среда рассеивалась во внутреннем пространстве камеры, при этом камера выполнена с возможностью обеспечения протекания среды, рассеянной в камере, по меньшей мере по двум по существу полукруглым траекториям потока, а затем через выпуск камеры в первом направлении потока по исходной линии течения во вторую из трубкообразных частей в соседней паре.
Поверхность элемента для направления среды предпочтительно наклонена относительно первого направления потока так, что среда отклоняется во втором направлении потока, которое по существу перпендикулярно первому направлению потока.
Внутреннее пространство камеры предпочтительно имеет по существу цилиндрическую форму.
По меньшей мере часть по меньшей мере одной из стенок камеры предпочтительно продолжается за пределы внутреннего пространства камеры в радиальном направлении.
Теплообменник предпочтительно дополнительно содержит по меньшей мере один элемент для изменения направления, расположенный во внутреннем пространстве камеры, для содействия рассеиванию среды во внутреннем пространстве камеры.
Элемент для изменения направления предпочтительно образован посредством углубления по меньшей мере в одной из стенок камеры.
Согласно еще одному варианту предложена теплообменная камера, содержащая впуск для приема теплообменной среды, протекающей в первом направлении потока по исходной линии течения, множество стенок, образующих внутреннее пространство камеры, которое сообщается по текучей среде с впуском, выпуск, сообщающийся по текучей среде с внутренним пространством камеры, и элемент для направления среды, расположенный по меньшей мере частично во внутреннем пространстве, при этом элемент для направления среды имеет первую поверхность, которая обращена к впуску, и вторую поверхность, которая обращена к выпуску, причем первая поверхность имеет наклон для отклонения среды от первого направления потока ко второму направлению потока, а камера выполнена с возможностью обеспечения протекания среды во внутреннем пространстве камеры и возврата во втором направлении потока в контакте со второй поверхностью элемента для направления среда, причем вторая поверхность имеет наклон для отклонения среды от второго направления потока через выпуск в первом направлении потока, при этом камера выполнена с возможностью обеспечения протекания среды во внутреннем пространстве камеры по первой и второй по существу полукруглым траекториям потока.
Первая поверхность элемента для направления среды предпочтительно наклонена относительно первого направления потока так, что второе направление потока по существу перпендикулярно первому направлению потока.
Внутреннее пространство камеры предпочтительно имеет по существу цилиндрическую форму.
По меньшей мере часть по меньшей мере одной из стенок камеры предпочтительно продолжается за пределы внутреннего пространства камеры в радиальном направлении.
Теплообменная камера предпочтительно дополнительно содержит по меньшей мере один элемент для изменения направления, расположенный во внутреннем пространстве камеры, для направления потока среды во внутреннем пространстве камеры.
Элемент для изменения направления предпочтительно образован посредством углубления по меньшей мере в одной из стенок камеры.
Теплообменная камера предпочтительно образована посредством пластины, при этом внутреннее пространство камеры образовано полостью в пластине, а впуск образован отверстием в пластине, причем полость сцентрирована относительно отверстия и имеет диаметр, превышающий диаметр отверстия.
Согласно еще одному варианту предложен теплообменный узел, содержащий множество трубкообразных частей для перемещения теплообменной среды в первом направлении потока по исходной линии течения, и множество теплообменных камер, при этом теплообменная камера присоединена между соседними парами трубкообразных частей, причем каждая из теплообменных камер содержит впуск для приема среды, протекающей в первом направлении потока по исходной линии течения из первой из трубкообразных частей в соседней паре, множество стенок, образующих внутреннее пространство камеры, которое сообщается по текучей среде с впуском, выпуск, сообщающийся по текучей среде с внутренним пространством камеры для выдачи среды, и элемент для направления среды, расположенный по меньшей мере частично во внутреннем пространстве, при этом элемент для направления среды имеет первую поверхность, которая обращена к впуску, и вторую поверхность, которая обращена к выпуску, причем первая поверхность имеет наклон для отклонения среды от первого направления потока ко второму направлению потока, а камера выполнена с возможностью обеспечения протекания среды во внутреннем пространстве камеры и возврата во втором направлении потока в контакте со второй поверхностью элемента для направления среда, причем вторая поверхность имеет наклон для отклонения среды от второго направления потока через выпуск в первом направлении потока, при этом камера выполнена с возможностью обеспечения протекания среды во внутреннем пространстве камеры по первой и второй по существу полукруглым траекториям потока.
Первая поверхность элемента для направления среды предпочтительно наклонена относительно первого направления потока так, что второе направление потока по существу перпендикулярно первому направлению потока.
Внутреннее пространство камеры предпочтительно имеет по существу цилиндрическую форму.
По меньшей мере часть по меньшей мере одной из стенок камеры предпочтительно продолжается за пределы внутреннего пространства камеры в радиальном направлении.
Теплообменный узел предпочтительно дополнительно содержит по меньшей мере один элемент для изменения направления, расположенный во внутреннем пространстве камеры, для направления потока среды во внутреннем пространстве камеры.
Элемент для изменения направления предпочтительно образован посредством углубления по меньшей мере в одной из стенок камеры.
Согласно еще одному варианту предложен теплообменник, содержащий первый резервуар, имеющий множество выпусков, второй резервуар, имеющий множество впусков, причем каждый из впусков во втором резервуаре соответствует одному из выпусков в первом резервуаре, и множество теплообменных узлов, каждый из которых содержит множество групп трубкообразных частей для перемещения теплообменной среды из первого резервуара во второй резервуар, при этом каждая группа трубкообразных частей расположена между одним из выпусков первого резервуара и соответствующим впуском во втором резервуаре для перемещения среды в первом направлении потока по соответствующим исходным линиями течения, и множество теплообменных камер, причем теплообменная камера присоединена между соседними парами трубкообразных частей по соответствующей исходной линии течения, при этом каждая из теплообменных камер содержит впуск камеры, предназначенный для приема среды, протекающей в первом направлении потока по соответствующей исходной линии течения из первой из трубкообразных частей в соседней паре, множество стенок, образующих внутреннее пространство камеры, которое сообщается по текучей среде с впуском камеры, выпуск камеры, сообщающийся по текучей среде с внутренним пространством камеры для выдачи среды, и элемент для направления среды, расположенный по меньшей мере частично во внутреннем пространстве, при этом элемент для направления среды имеет первую поверхность, которая обращена к впуску камеры, и вторую поверхность, которая обращена к выпуску камеры, причем первая поверхность имеет наклон для отклонения среды от первого направления потока ко второму направлению потока, а камера выполнена с возможностью обеспечения протекания среды во внутреннем пространстве камеры и возврата во втором направлении потока в контакте со второй поверхностью элемента для направления среда, причем вторая поверхность имеет наклон для отклонения среды от второго направления потока через выпуск камеры в первом направлении потока, при этом камера выполнена с возможностью обеспечения протекания среды во внутреннем пространстве камеры по первой и второй по существу полукруглым траекториям потока.
Первая поверхность элемента для направления среды предпочтительно наклонена относительно первого направления потока так, что второе направление потока по существу перпендикулярно первому направлению потока.
Внутреннее пространство камеры предпочтительно имеет по существу цилиндрическую форму.
По меньшей мере часть по меньшей мере одной из стенок камеры предпочтительно продолжается за пределы внутреннего пространства камеры в радиальном направлении.
Теплообменник предпочтительно дополнительно содержит по меньшей мере один элемент для изменения направления, расположенный во внутреннем пространстве камеры, для направления потока среды во внутреннем пространстве камеры.
Элемент для изменения направления предпочтительно образован посредством углубления по меньшей мере в одной из стенок камеры.
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения можно будет легко оценить, поскольку они становятся более понятными после прочтения приведенного ниже описания, рассматриваемого совместно с сопровождающими чертежами.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой вид в перспективе трубки и камеры, показанных в рабочей взаимосвязи с коллекторами для образования теплообменника в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2А-2В иллюстрируют два варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2С представляет собой вид в перспективе трубки и камеры со вставкой для направления среды.
Фиг.3 представляет собой вид камеры для изменения направления с элементами для изменения направления.
Фиг.4А-4Е иллюстрируют различные варианты осуществления трубки.
Фиг.5А-5D иллюстрируют различные варианты осуществления камеры для изменения направления, камеры для изменения направления.
Фиг.6А и 6В представляют собой разные виды теплообменника по изобретению, образованного пластинами, расположенными друг над другом в виде стопы.
Фиг.7 представляет собой сечение варианта осуществления изобретения, окруженного отсеком.
Фиг.8А и 8В иллюстрируют вариант осуществления изобретения, иллюстрирующий один тип элемента для направления среды.
Фиг.9А и 9В иллюстрируют другой вариант осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10А и 10В иллюстрируют еще один вариант осуществления настоящего изобретения.
Фиг.11А и 11В иллюстрируют дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения.
Фиг.12 иллюстрирует еще один вариант осуществления камеры изменения направления; и
Фиг.13А и 13В иллюстрируют вариант осуществления, в котором в камере изменения направления используются незакрепленные элементы для изменения направления.
Подробное описание изобретения
На чертежах и, в частности, на фиг.1 показан вариант осуществления теплообменника 100. Теплообменник 100 включает в себя коллектор 200, введенный в контактное взаимодействие с обеспечением сопряжения со свободными концами трубок 10, которые припаяны твердым припоем к камерам 20 изменения направления. Как показано на фиг.1, камеры 20 изменения направления имеют больший объем/большую пропускную способность для текучих сред, чем трубки 10. Теплообменная среда 50 проходит из выпуска 210 коллектора 200 во впуск 11 трубки 10. Теплообменная среда 50 проходит через выпуск 19 трубки 10 во впуск 21 камеры 20 изменения направления. Затем теплообменная среда 50 выходит из выпуска 29 камеры 20 изменения направления. Процесс прохода из трубки 10 в камеру 20 изменения направления может повторяться несколько раз до тех пор, пока теплообменная среда 50 не поступит в другой коллектор 202. Также может быть предусмотрено несколько рядов из комбинаций трубок 10 и камер 20 изменения направления. Кроме того, в одном варианте осуществления может быть обеспечена возможность использования только одной трубки 10 и одной камеры 20 изменения направления. За счет перемещения теплообменной среды 50 через теплообменник 100 тепло от теплообменной среды 50 передается окружающей среде снаружи теплообменника 100. Хотя это не означает ограничения, к широко используемым теплообменным средам, известным в данной области техники, относятся различные холодильные агенты (то есть R-134А), диоксид углерода, бутан, масла, газы (например, воздух), вода и смеси воды и других охладителей.
В другом варианте осуществления теплообменника 100 теплообменник 100 может быть использован обратным способом. Вместо теплообменника 100, используемого в окружающей среде, в которой тепло передается от теплообменной среды 50 к среде, окружающей теплообменник 100, теплообменник 100 может быть использован для повышения температуры теплообменной среды 50, проходящей внутри конструкции по настоящему изобретению. Например, вода с температурой окружающего воздуха может проходить по трубке 10 и через камеру 20 теплообменника 100, при этом среда, окружающая теплообменник 100, имеет более высокую температуру по сравнению с температурой воды. Продолжая рассматривать данный пример, следует отметить, что тепло от среды, окружающей теплообменник 100, передается воде, в результате чего температура воды повышается. Примером данного варианта осуществления, который не предназначен для того, чтобы быть ограничивающим, является водонагреватель.
Как показано на фиг.2А, внутренняя часть трубки 10 является полой, что обеспечивает возможность прохода теплообменной среды 50. Трубка 10 сопряжена с камерой 20 изменения направления. В камере 20 изменения направления размещена вставка 30 для направления среды. Вставка 30 для направления среды расположена в пределах зоны пересечения между трубкой 10 и камерой 20 изменения направления. Теплообменная среда 50 проходит по трубке 10 до тех пор, пока теплообменная среда 50 не войдет в контакт со вставкой 30 для направления среды. Вставка 30 для направления среды направляет теплообменную среду 50 во внутреннюю часть камеры 20 изменения направления. В соответствии с данным вариантом осуществления теплообменная среда 50 рассеивается по всей камере 20 изменения направления, и тепло передается от теплообменной среды 50 камере 20 изменения направления.
На фиг.3 показан один вариант осуществления камеры 20 изменения направления. Элементы 28 для изменения направления присоединены к камере 20 изменения направления. В данном варианте осуществления элементы 28 для изменения направления прикреплены к внутренней стенке камеры 20 изменения направления. Хотя не предусмотрено, что это является ограничением, на фиг.3 элементы 28 для изменения направления закреплены под некоторым углом. Кроме того, в других вариантах осуществления может быть предусмотрено прикрепление элементов 28 для изменения направления перпендикулярно внутренней стороне камеры 20 изменения направления, то есть элементы 28 для изменения направления будут находиться под углами, составляющими 90 градусов.
Как показано на фиг.2В, внутренняя часть трубки 10 является полой, что обеспечивает возможность прохода теплообменной среды 50. Трубка 10 сопряжена с камерой 20 изменения направления. В камере 20 изменения направления размещена вставка 30 для направления среды. Вставка 30 для направления среды зафиксирована в зоне пересечения между трубкой 10 и камерой 20 изменения направления. Теплообменная среда 50 проходит по трубке 10 до тех пор, пока теплообменная среда 50 не войдет в контакт со вставкой 30 для направления среды. Вставка 30 для направления среды направляет теплообменную среду 50 во внутреннюю часть камеры 20 изменения направления. В соответствии с вариантом осуществления по фиг.2В элементы 28 для изменения направления направляют теплообменную среду 50 в определенном направлении внутри камеры 20 изменения направления, и тепло передается от теплообменной среды 50 камере 20 изменения направления.
На фиг.2С показан вид в перспективе трубки 10 и камеры 20. Внутренняя часть трубки 10 является полой, что обеспечивает возможность прохода теплообменной среды 50, при этом направление потока показано стрелками. Трубка 10 сопряжена с камерой 20 изменения направления. В камере 20 изменения направления размещена вставка 30 для направления среды. Вставка 30 для направления среды зафиксирована в зоне пересечения между трубкой 10 и камерой 20 изменения направления. Теплообменная среда 50 проходит по трубке 10 до тех пор, пока теплообменная среда 50 не войдет в контакт со вставкой 30 для направления среды. Вставка 30 для направления среды направляет теплообменную среду 50 во внутреннюю часть камеры 20 изменения направления. В соответствии с данным вариантом осуществления теплообменная среда 50 рассеивается по всей камере 20 изменения направления, и тепло передается от теплообменной среды 50 к камере 20 изменения направления.
Как показано на фиг.4А, трубка 10 в показанном варианте осуществления является полой и круглой. В другом варианте осуществления, как показано на фиг.4 В, трубка 10 является полой и имеет некруглую форму. В еще одном варианте осуществления, как показано на фиг.4С, ребра 18, которые разделяют зону внутри трубки 10 на отсеки меньшего размера, предназначенные для перемещения теплообменной среды 50, размещены внутри трубки 10 для увеличения теплообменной рабочей характеристики. На фиг.4D показан вариант осуществления трубки 10, в котором стенка 12 трубки имеет выступающие части 14. На фиг.4Е показан дополнительный вариант осуществления трубки 10 с ребрами 16 трубки, закрывающими наружную поверхность трубки 10.
Как показано на фиг.5А, камера 20 изменения направления в показанном варианте осуществления является полой и круглой. В другом варианте осуществления, как показано на фиг.5В, камера 20 изменения направления является полой и имеет некруглую форму. На фиг.5С показан вариант осуществления камеры 20 изменения направления с углублениями 22, направленными внутрь, и углублениями 24, направленными наружу. На фиг.5D показан дополнительный вариант осуществления камеры 20 изменения направления с ребрами 26 камеры, закрывающими наружную поверхность камеры 20 изменения направления. Хотя это не должно быть ограничением, диаметр впуска 21 камеры 20 изменения направления будет меньше, чем наибольший диаметр камеры 20 изменения направления. Кроме того, диаметр выпуска 29 камеры 20 изменения направления будет меньше, чем наибольший диаметр камеры 20 изменения направления.
Варианты осуществления трубки 10, показанные на фиг.4А-4Е, могут сочетаться в различных комбинациях с вариантами осуществления камеры 20 изменения направления, показанными на фиг.5А-5D. Дополнительные ребра 16 трубки и ребра 16 камеры или другие материалы могут быть присоединены к наружной поверхности трубки 10 и камеры 20 изменения направления, и дополнительный материал необязательно должен быть присоединен на всей длине трубки 10. Трубки 10 и камеры 20 изменения направления рядом со стороной впуска конструкции по изобретению могут иметь дополнительный материал. Другие варианты осуществления трубок и камер, которые не показаны, также могут быть скомбинированы, и изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления.
На фиг.6А и 6В показан другой вариант осуществления теплообменника. Пластина 600 содержит по меньшей мере одно отверстие 610, которое проходит по всей толщине пластины 600. С одной стороны пластины 600 в пластине 600 образована полость 620, которая сцентрирована относительно отверстия 610 и имеет больший диаметр по сравнению с диаметром отверстия 610, при этом полость 620 не проходит насквозь через пластину 600. Один конец вставки 30 для направления среды присоединен к наружному краю полости 620, а противоположный конец вставки 30 для направления среды присоединен к внутреннему краю полости 620. Когда пластина 600а наложена на другую пластину 600b и соответствующие отверстия 610 выровнены друг относительно друга, отверстия 610 образуют трубкообразную часть и полости 620 образуют камеру. Теплообменная среда 50 может проходить через отверстие 610 в полость 620, где теплообменная среда 50 сталкивается со вставкой 30 для направления среды, которая перенаправляет теплообменную среду 50 в полость 620, при этом направление потока показано стрелками.
На фиг.7 показан еще один вариант осуществления теплообменника. Отсек 700 окружает комбинацию 710 из трубок и камер. Отсек 700 имеет впуск 701 и выпуск 702. Отсек 700 обеспечивает направление воздушного потока 750 вокруг комбинации 710 из трубок и камер, а теплообменная среда 50 проходит через комбинацию 710 из трубок и камер. В соответствии с данным вариантом осуществления передаче тепла дополнительно способствует движение воздушного потока 750 через комбинацию 710 из трубок и камер.
На фиг.8А и 8В показан один вариант осуществления изобретения. Камера 20 соединена непосредственно с другой камерой 20, при этом в каждой из камер размещен элемент 28 для изменения направления. В каждой камере 20 элемент 28 для изменения направления изменяет направление теплообменной среды 50, проходящей через камеру 20. Стрелки иллюстрируют то, каким образом может быть обеспечено изменение направления теплообменной среды 50 в соответствии с данным вариантом осуществления.
На фиг.9А показано сечение другого варианта осуществления изобретения. Камера 20 соединена с трубкой 10, которая соединена с другой камерой 20. В каждой камере 20 в данном варианте осуществления размещен элемент 28 для изменения направления, который в данном варианте осуществления прикреплен к внутренней поверхности камеры 20. Элемент 28 для изменения направления обеспечивает возможность прохода теплообменной среды через множество отверстий 90 в элементе 28 для изменения направления. Стрелки иллюстрируют то, каким образом может быть обеспечено изменение направления теплообменной среды 50 в соответствии с показанным вариантом осуществления. На фиг.9В показан один вариант осуществления элемента 28 для изменения направления. Элемент 28 для изменения направления имеет отверстия 90, которые обеспечивают возможность прохода теплообменной среды 50.
На фиг.10А показано сечение еще одного варианта осуществления изобретения. Камера 20 соединена с трубкой 10, которая соединена с другой камерой 20. В каждой камере 20 в данном варианте осуществления может быть размещен элемент 28 для изменения направления, который в данном варианте осуществления прикреплен в определенных точках к внутренней поверхности камеры 20, в результате чего остаются отверстия 91 вдоль внутренней поверхности камеры 20. Элемент 28 для изменения направления обеспечивает возможность прохода теплообменной среды 50 через данные отверстия 91 в элементе 28 для изменения направления. Стрелки иллюстрируют то, каким образом может быть обеспечено изменение направления теплообменной среды 50 в соответствии с показанным вариантом осуществления. На фиг.9В показан один вариант осуществления элемента 28 для изменения направления. Элемент 28 для изменения направления имеет отверстия 91, которые обеспечивают возможность прохода теплообменной среды 50 через элемент 28 для изменения направления.
На фиг.11А показано сечение еще одного варианта осуществления изобретения. Трубка 10 сопряжена с камерой 20 изменения направления. В камере 20 изменения направления размещена вставка 30 для направления среды. Вставка 30 для направления среды зафиксирована в зоне пересечения между трубкой 10 и камерой 20 изменения направления. Камера 20 соединена с трубкой 10, которая соединена с другой камерой 20. Каждая камера 20 в данном варианте осуществления имеет углубления 92 в стенках камеры. Стрелки иллюстрируют то, каким образом теплообменная среда 50 может быть направлена в соответствии с показанным вариантом осуществления. На фиг.11В показан один вариант осуществления стенки камеры 20. Стенка камеры 20 имеет углубления 92, которые изменяют направление прохода теплообменной среды 50 и обеспечивают перемешивание проходящей теплообменной среды 50, когда она проходит через камеру 20.
Как показано на фиг.12, камера 20 изменения направления в комбинации с любым из вышеуказанных вариантов осуществления необязательно должна иметь цилиндрическую форму, другие варианты осуществления могут иметь форму, подобную кубу (с разными соотношениями размеров по высоте, длине и ширине), или другие геометрические формы.
На фиг.13А и 13В показан вариант осуществления изобретения, в котором элементы 28 для изменения направления не прикреплены к внутренней поверхности камеры 20. Стрелки иллюстрируют то, каким образом теплообменная среда 50 может быть направлена в соответствии с показанным вариантом осуществления. В качестве примера элементы 28 для изменения направления могут представлять собой шариковую опору или комбинацию множества шариковых опор, которые участвуют в процессе перемешивания и взбалтывания внутри камеры 20, как показано стрелками на фиг.13, что способствует процессу теплообмена. Изобретение не ограничено использованием шариковых опор в камере, поскольку другие незакрепленные элементы для изменения направления могут быть использованы поодиночке или в комбинации друг с другом для обеспечения большей эффективности теплообмена, например, подобные элементу для изменения направления, который перемещается в определенное положение за счет контакта с теплообменной средой.
Камера, как правило, имеет по меньшей мере один размер, превышающий размер трубки. Например, камера может иметь больший объем для текучей среды, большую длину окружности или площадь поверхности. Отношение определенных размеров трубки и камеры может составлять 1:1,1, 1:1,5 или любое другое отношение.
Трубка и камера могут быть выполнены из алюминия с плакированием или без плакирования. Трубка и камера также могут быть выполнены из нержавеющей стали, меди или других черных или цветных металлов. Трубка и камера также могут быть выполнены из пластика или других композиционных материалов. Аналогичным образом элемент для изменения направления может быть выполнен из алюминия с плакированием или без плакирования. Элемент для изменения направления также может быть выполнен из нержавеющей стали, меди или других черных или цветных металлов. Элемент для изменения направления также может быть выполнен из пластика или других композиционных материалов. Кроме того, один вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает возможность изготовления трубки из материала, отличного от материала, используемого для камеры, и элементы для изменения направления могут быть выполнены из материала, отличного от материала, используемого для камеры и трубки. Если в варианте осуществления изобретения используется более одного элемента для изменения направления, один элемент для изменения направления может быть выполнен из материала, отличного от материала другого элемента для изменения направления. Элементы для изменения направления также могут иметь формы, отличающиеся друг от друга. Кроме того, в вариантах осуществления, в которых используется более одного элемента для изменения направления, один или несколько элементов для изменения направления могут быть прикреплены к внутренней стенке камеры, а остальные элементы для изменения направления могут свободно перемещаться внутри камеры изменения направления.
Трубка и камера могут быть изготовлены посредством листовой штамповки, холодной объемной штамповки или механической обработки. Трубка и камера могут быть изготовлены как цельный элемент или могут быть изготовлены в виде двух отдельных элементов.
Настоящее изобретение было описано иллюстративно. Термин «изменение направления» означает изменение направления теплообменной среды или воспрепятствование перемещению теплообменной среды вперед, даже если это означает минимальное изменение угла или скорости. Следует понимать, что терминология, которая была использована, предназначена для применения ее в качестве терминов для описания, а не в качестве терминов для ограничения.
С учетом вышеизложенных принципов возможны многие модификации и варианты настоящего изобретения. Следовательно, в пределах объема приложенной формулы изобретения настоящее изобретение может быть реализовано на практике иначе, чем описано конкретно.