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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, wie er durch die
Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 definiert ist, und der für eine Klimaanlage
verwendet wird.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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Die 5–9 zeigen
Beispiele von Aufbauten von Wärmetauschern,
die als Verdampfer für Fahrzeugklimaanlagen
und dergleichen verwendet werden. Die in diesen Figuren gezeigten
Wärmetauscher
werden als Drawn-Cup-Wärmetauscher
bezeichnet und jeder Wärmetauscher
ist durch alternierendes Übereinanderlegen
von plattenförmigen
Kältemittel-Durchgangsabschnitten
und gewellten plattenförmigen
Kühlrippen
aufgebaut.
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In
den 5 und 6 bezeichnet die Bezugsziffer 11 die
Kältemittel-Strömungsabschnitte, und
die Bezugsziffer 12 bezeichnet die Kühlrippen. Der Kältemittel-Strömungsabschnitt 11 wird
durch Übereinanderlegen
von im wesentlichen rechteckigen flachen Platten 13 und 14 erhalten,
die durch Ziehen geformt werden, und durch Löten an deren Außenumfangsabschnitten
und zentralen Abschnitten. Ein Kältemitteleinlass 15 und
ein Kältemittelauslass 16 sind
Seite an Seite am unteren Endteil des Kältemittel-Strömungsabschnitts 11 vorgesehen,
und ein Kältemittel-Strömungsweg
R mit umgekehrter U-Form, der von dem Kältemitteleinlass 15 nach oben
verläuft
und sich an der Oberseite des Kältemittel-Strömungsabschnitts 11 nach
unten zu dem Kältemittelauslass 16 biegt,
ist in dem Kältemittel-Strömungsabschnitt 11 ausgebildet.
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Mehrere
Ausbuchtungen 17 sind in dem Kältemittel- Strömungsabschnitt 11 durch
Einbeulen der flachen Platten 13 und 14 gebildet,
welche den Kältemittel-Strömungsweg
R von außen
bilden, und diese Ausbuchtungen 17 bilden mehrere Wölbungsabschnitte 18 in
dem Kältemittel-Strömungsweg
R. Ferner sind das linke Ende der laminierten Kältemittel-Strömungsabschnitte 11 und
der Kühlrippen 12 durch
eine Seitenplatte 19 bedeckt. Nachstehend wird das linke
Ende jeder Figur als das "proximale Ende", und das rechte
Ende jeder Figur als das "distale
Ende" bezeichnet.
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Der
Kältemitteleinlass 15 besteht
aus Öffnungsabschnitten 13a und 14a,
die in den flachen Platten 13 und 14 ausgebildet
sind, und die Kältemitteleinlässe 15 der
jeweiligen Kältemittel-Strömungsabschnitte 11 sind
direkt ohne dazwischenliegende Kühlrippe 12 übereinandergelegt,
so dass ein kontinuierlicher Raum Sa gebildet wird. Auf ähnliche
Weise besteht der Kältemittelauslass 16 aus Öffnungsabschnitten 13b und 14b,
die in den flachen Platten 13 und 14 ausgebildet
sind, und die Kältemittelauslässe 16 der
jeweiligen Kältemittel-Strömungsabschnitte 11 sind
direkt ohne dazwischenliegende Kühlrippen 12 übereinandergelegt,
so dass ein kontinuierlicher Raum Sb gebildet wird. Das proximale Ende
des Raums Sa ist mit einem Kältemittel-Einlassrohr 20 verbunden,
das sich von dem zentralen Teil der Höhe des Wärmetauschers erstreckt, und das
proximale Ende des Raums Sb sind mit einem Kältemittelauslassrohr 21 verbunden.
Ferner ist das distale Ende jedes Raums Sa, Sb durch eine Abdeckung
geschlossen, die in den Figuren nicht gezeigt ist.
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Bei
diesem Wärmetauscher
wird Kältemittel, das
durch das Kältemittel-Einlassrohr 20 in
den Raum Sa strömt,
zu jedem der Kältemittel-Strömungswege
R verteilt, wird beim Durchströmen
der Kältemittel-Strömungswege
R einem Wärmeaustausch
unterzogen und wird dann im Raum Sb gesammelt und tritt aus dem
Kältemittelauslassrohr 21 aus.
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Bei
dem in 7–9 gezeigten
Wärmetauscher
ist der Kältemitteleinlass 15 und
der Kältemittelauslass 16 am
oberen Endteil des Kältemittel-Strömungsabschnitts 11 vorgesehen,
und ein U-förmiger
Kältemittel-Strömungsweg
R, der von dem Kältemitteleinlass 15 nach
unten verläuft
und sich am Boden des Kältemittel-Strömungsabschnitts 11 zu
dem Kältemittelauslass 16 nach
oben krümmt, ist
in dem Kältemittel-Strömungsabschnitt 11 ausgebildet.
Ferner sind bei dieser Klimaanlage die Wölbungsabschnitte 18 nicht
vorgesehen, sondern eine gewellte Innenrippe 18a ist zwischen
jeder der flachen Platten 13 und 14 sandwichartig
eingebettet. Außerdem
ist das proximale Ende des Raums Sa mit dem Kältemittel-Einlassrohr 20 über ein
Kopfstück 22 verbunden,
und das distale Ende des Raums Sb ist mit dem Kältemittelauslassrohr 21 über ein
Kopfstück 23 verbunden.
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In
diesem Wärmetauscher
wird Kältemittel, welches
in den Raum Sa von dem Kältemittel-Einlassrohr 20 über das
Kopfstück 22 strömt, zu jedem der
Kältemittel-Strömungswege
R verteilt, wird beim Durchströmen
des Kältemittel-Strömungswegs
R einem Wärmeaustausch
unterzogen und dann am bzw. im Raum Sb gesammelt und tritt aus dem
Kältemittelauslassrohr 21 aus.
Wenn jedoch das Kältemittel-Einlassrohr 20 eine
90°-Kurve
in Nähe
des Raums 5a aufweist, wie beispielsweise durch ein Symbol
A in 5 angedeutet ist, wird die Strömung des Kältemittels infolge der Kurve
verlangsamt, und daher kann das Kältemittel nicht den innersten
Bereich (den distalen Endteil) des Raums Sa erreichen, und das Kältemittel
kann nicht zu dem distalen Endteil des Raums Sa strömen. Infolgedessen
kann das Kältemittel
nicht gleichmäßig über die
jeweiligen Kältemittel-Strömungswege
R verteilt werden und als Konsequenz kann das Problem auftreten,
dass der Wärmeaustausch
in dem Kältemittel-Strömungswegen
R am distalen Endteil nicht ausreichend stattfindet.
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Außerdem werden
die Wärmetauscher
nach obiger Beschreibung durch Hartlöten hergestellt. Beispielsweise
ist bei dem in 8 und 9 gezeigten Wärmetauscher
der Kältemittel-Strömungsabschnitt 11 durch
Hartlöten
der flachen Platten 13 und 14 an Flanschabschnitten 13c und 14c gebildet,
die an den Außenumfangsabschnitten
desselben vorgesehen sind, wie 9 zeigt.
Außerdem
sind benachbarte Kältemitteleinlässe 15 (oder
Kältemittelauslässe 16) durch Hartlöten einer
flanschförmigen
Seitenwand 13d befestigt, die an jedem Öffnungsabschnitt 13a (oder 14b)
ausgebildet sind, und einer flanschförmigen Seitenwand 14b,
die am benachbarten Öffnungsabschnitt 14a (oder 13b)
ausgebildet ist. In letzterem Fall jedoch stehen die Befestigungsabschnitte
der Kältemitteleinlässe 15 oder
Kältemittelauslässe 16 in
den Raum Sa oder Sb vor und erzeugen einen Widerstand zu der Strömung von
Fluid (Kältemittel)
in dem Raum Sa oder Sb. Infolgedessen wird der von dem Widerstand
verursachte Druckverlust des Fluids, welches durch den Raum Sa oder
Sb strömt,
bis auf einen signifikanten Pegel verstärkt und die Wärmeaustauschkapazität des Wärmetauschers nimmt
ab.
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Ein
vorbekannter Wärmetauscher
mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist in US-A-5979544
offenbart. Dieser Wärmetauscher
ist mit Platten versehen, welche den Raum in verschiedene Blöcke unterteilen,
wodurch die Strömung
zwischen den Blöcken
durch Vergrößern/Verkleinern
der Strömungsdurchgangsfläche für das Wärmeaustauschmedium
gesteuert wird, um den Fluidpegel in den jeweiligen Wärmetauscherblöcken zu
beeinflussen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben erwähnten Umstände getätigt, und eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Kältemittel in dem Raum Sa gleichmäßig zu verteilen und
die Wärmeaustauschkapazität des Wärmetauschers
zu verbessern.
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Abriss der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, wie er durch Anspruch
1 definiert ist, und bei dem ein plattenförmiger Kältemittel-Strömungsabschnitt
einen internen Kältemittel-Strömungsweg
durch Übereinanderlegen
zweier durch Ziehen gebildeter flacher Platten und einer Kühlrippe,
die alternierend geschichtet sind, bereitstellt; Ein Öffnungsabschnitt
ist an jeder der flachen Platten vorgesehen und ist mit dem Kältemittel-Strömungsweg
verbunden, und ein kontinuierlicher Raum für die Strömung des Kältemittels ist durch Verbinden
des Öffnungsabschnitts benachbarter
Kältemittel-Strömungsabschnitte
vorgesehen, wobei das Kältemittel,
welches in den Raum strömt,
durch die Öffnungsabschnitte
zu den jeweiligen Kältemittel-Strömungswegen
verteilt wird.
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Im
einzelnen ist der Wärmetauscher
der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass er ein Mittel
zum Verbessern der Wärmeaustauschkapazität aufweist.
Dieses Mittel ist ein Verengungsmittel, das an einem stromaufwärtigen Endteil
des Raums vorgesehen ist, um das Kältemittel beispielsweise zu
den jeweiligen Kältemittel-Strömungswegen
gleichmäßig zu verteilen.
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In
diesem Fall ist vorzuziehen, einen Rektifizierer bereitzustellen,
der die Strömung
des Kältemittels
entlang der Längsrichtung
des Raums an einer stromabwärtigen
Endseite des Raums rektifiziert, und ferner ist vorzuziehen, den
Rektifizierer angrenzend an das Verengungsmittel vorzusehen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 eine
Schnittansicht zur Darstellung eines Verbindungsabschnitts des Kältemittel-Einlassrohrs
und des Raums bei der ersten Ausführungsform des Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2A eine
Schnittansicht zur Darstellung eines Verbindungsabschnitts des Kältemittel-Einlassrohrs
und des Raums bei einer weiteren Ausführungsform des Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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2B eine
Schnittansicht zur Darstellung eines Verbindungsabschnitts des Kältemittel-Einlassrohrs
und des Raums bei einer weiteren Ausführungsform des Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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3 eine
Schnittansicht zur Darstellung eines die Umgebung des Raums umfassenden
Bereichs bei einem weiteren Beispiel des Wärmetauschers,
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4 eine
Schnittansicht zur Darstellung eines die Umgebung des Raums umfassenden
Bereichs bei einem weiteren Beispiel des Wärmetauschers,
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5 eine
perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Beispiels des Aufbaus
eine herkömmlichen
Wärmetauschers,
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6 eine
perspektivische Ansicht zur Darstellung der Struktur des Kältemittel-Strömungsabschnitts
des in 5 gezeigten Wärmetauschers,
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7 eine
perspektivische Ansicht zur Darstellung des Beispiels des Aufbaus
eines herkömmlichen
Wärmetauschers,
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8 eine
perspektivische Ansicht zur Darstellung der Struktur des Kältemittel-Strömungsabschnitts
des in 7 gezeigten Wärmetauschers,
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9 eine
Schnittansicht eines die Umgebung eines Raums in dem Wärmetauscher
gemäß 7 umfassenden
Bereichs.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben. In der folgenden
Beschreibung werden Elemente, welchen den gleichen Aufbau wie die
in den 5–9 gezeigten
herkömmlichen
Wärmetauscher
aufweisen, mit den gleichen Bezugssymbolen wie in diesen Figuren
bezeichnet, und deren Erläuterung
entfällt.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt. 1 zeigt
eine Schnittansicht des Verbindungsabschnitts des Kältemittel-Einlassrohrs 20 und
des Raums Sa, und eine poröse
Platte (Verengungsmittel) 31, die durch eine Verlängerung
des unteren Endes der Seitenplatte 19 gebildet ist, ist
an dem Abschnitt vorgesehen, an dem das Kältemittel-Einlassrohr 20 mit
dem sich an dem stromaufwärtigen
Ende des Raums Sa befindlichen Kältemitteleinlass 15 verbunden
ist. Die poröse
Platte 31 hat mehrere Poren 31a, und ein Stück Stanzmetall
oder ein Drahtgeflecht können
ebenfalls als poröse
Platte 31 verwendet werden. Die poröse Platte 31 ist unter
einem Winkel von 45° geneigt
und trennt das untere Ende des Kältemittel-Einlassrohrs 20 und
des Kältemitteleinlasses 15.
Ferner ist ein gerader Abschnitt (Rektifizierer) 32, der
sich zu der Seite des Kältemitteleinlasses 15 hin
an der stromabwärtigen
Endseite der porösen
Platte 31 krümmt,
direkt unter der porösen
Platte 31 vorgesehen. Der gerade Abschnitt 32 dient
zum Rektifizieren der Strömungsrichtung
des Kältemittels
entlang der Longitudinalrichtung des Raums Sa, und eine horizontale Ebene 32a,
die eine vorbestimmte Länge
in der Longitudinalrichtung des Raums Sa aufweist, ist an der oberen
Oberfläche
des geraden Abschnitts 32 vorgesehen. Der Rest des Aufbaus
des Wärmetauschers ist
der gleiche wie derjenige des in 5 und 6 gezeigten
Wärmetauschers.
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Bei
dem Wärmetauscher
mit der obigen Struktur wird das durch das Kältemittel-Einlassrohr 20 zugeführte Kältemittel
in einen Nebel verwandelt, wenn es die poröse Platte 31 durchströmt, und
das Kältemittel
wird beschleunigt, um eine Strömung
zu erreichen, die genügend
ist, um die innersten Bereiche des Raums Sa zu erreichen. Infolgedessen
wird das Kältemittel
gleichmäßig über die
gesamten Kältemittel-Strömungswege
R verteilt, und die Wärmeaustauschkapazität des Wärmetauschers
wird verbessert. Ferner wird die Strömung des Kältemittels, welches den geraden
Abschnitt 32 durchströmt,
von der horizontalen Ebene 32a geführt und entlang der Longitudinalrichtung
des Raums Sa rektifiziert bzw. geradegerichtet. Daher wird eine
Krümmungswirkung
in dem Weg des Kältemittels,
wenn es den Verbindungsabschnitt des Kältemittel-Einlassrohrs 20 und
des Raums Sa durchströmt,
verringert, und das Kältemittel
wird gleichmäßig über die
gesamten Kältemittel-Strömungswege
R verteilt. Da außerdem
der gerade Abschnitt 32 direkt unter der porösen Platte 31 vorgesehen
ist, wird der Krümmungseffekt
des Wegs des Kältemittels
wirksamer gemindert, und das Kältemittel
wird gleichmäßiger über die
gesamten Kältemittel-Strömungswege
R verteilt.
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Zusätzlich zu
der porösen
Platte 30 können die
folgenden Strukturen als Verengungsmittel eingesetzt werden.
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2A und 2B zeigen
ein Rohr 33, das an der Einlassseite des Raums Sa vorgesehen
ist und zu dem stromaufwärtigen
oder stromabwärtigen Ende
des Raums Sa in der Longitudinalrichtung des Raums Sa vorsteht,
und eine poröse
Platte 33a, die an der Endfläche des Rohrs 33 vorgesehen
ist. In diesen Ausführungsformen
wirkt die Innenfläche
des Rohrs 33 als der gerade Abschnitt 33b.
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Während die
obigen Ausführungsformen Fälle beschreiben,
bei denen die Kältemitteleinlässe 15 und
Kältemittelauslässe 16 Seite
an Seite am unteren Endteil der Wärmetauscher vorgesehen sind, kann
das Verengungsmittel, wie es in den 1–2B gezeigt
ist, auch vorgesehen werden, wenn der Kältemitteleinlass 15 und
Kältemittelauslass 16 Seite
an Seite am oberen Endteil des Wärmetauschers
vorgesehen sind, oder wenn entweder der Kältemitteleinlass 15 oder
der Kältemittelauslass 16 an
dem oberen Endteil des Wärmetauschers
vorgesehen ist, und der andere, entweder der Kältemitteleinlass 15 oder
der Kältemittelauslass 16,
am unteren Endteil des Wärmetauschers
vorgesehen ist.
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3 ist
eine Schnittansicht zur Darstellung eines Bereichs, der die Umgebung
des Raums Sa umfasst. Bei diesem Wärmetauscher ist ein rohrförmiger Abschnitt 13e,
der sich senkrecht zu den flachen Platten 13, 14 erstreckt
und einen gleichmäßig vergrößerten Durchmesser
aufweist, am proximalen Endteil des Öffnungsabschnitt 13a (dem
Endteil ohne den Flanschabschnitt 13c) vorgesehen, und
ein rohrförmiger
Abschnitt 14e, der sich senkrecht zu den flachen Platten 13, 14 erstreckt
und einen gleichmäßigen Durchmesser
aufweist, der nicht verbreitert wird, an dem distalen Endteil des Öffnungsabschnitts 14a (dem
keinen Flanschabschnitt 14c aufweisenden Endteil) eines
Paars flacher Platten 13, 14, welche die Kältemittel-Strömungsabschnitte 11 bilden,
vorgesehen. Ferner sind die rohrförmigen Abschnitte 13e, 14e so
positioniert, dass sie die gleiche Achse wie die Öffnungsabschnitte 13a, 14a aufweisen,
und die rohrförmigen
Abschnitte 13e, 14e der benachbarten Kältemittel-Strömungsabschnitte 11 sind
einander zugewandt, wenn der Wärmetauscher
zusammengebaut ist. Der Rest des Aufbaus des Wärmetauschers ist der gleiche
wie der des in 7–9 gezeigten
Wärmetauschers.
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Die
flachen Platten 13 und 14 sind durch Hartlöten der
Flanschabschnitte 13c und 14c befestigt, die an
deren Außenumfangsabschnitten
vorgesehen sind. Außerdem
werden benachbarte Kältemitteleinlässe 15 durch
Einsetzen des rohrförmigen Abschnitts 14e in
den rohrförmigen
Abschnitt 13e des benachbarten Kältemittel-Strömungsabschnitts 11 übereinandergelegt,
so dass sie in engem Kontakt mit der Innenumfangsfläche des
rohrförmigen
Abschnitts 13e und der Ausnehmungsfläche des rohrförmigen Abschnitts 14e kommen,
und diese Oberflächen
werden hartgelötet.
Infolge des Übereinanderlegens
dieser Kältemitteleinlässe 15 wird
der Raum Sa, der eine rohrförmige
Form und keine Vorsprünge an
seiner Innenumfangsfläche
aufweist, gebildet.
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Der
durch Übereinanderlegen
der Kältemittelauslässe 16 gebildete
Raum Sb hat den gleichen Aufbau wie der oben beschriebene, obwohl
dies in den Figuren nicht dargestellt ist.
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Da
bei dem Wärmetauscher
mit der obigen Struktur keine Vorsprünge in der Innenumfangsfläche des
Raums Sa (oder des Raums Sb) vorhanden sind, wird der Druckverlust
des Fluids, welches den Raum Sa (oder den Raum Sb) durchströmt, gemindert,
und die Wärmeaustauschkapazität des Wärmetauschers
verbessert.
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Der
Aufbau des Verbindungsabschnitts der flachen Platten 13, 14 kann
wie folgt modifiziert werden.
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4 ist
eine Schnittansicht zur Darstellung eines Bereichs, der die Umgebung
des Raums Sa in einem Wärmetauscher
umfasst. In diesem Beispiel ist ein rohrförmiger Abschnitt 13f,
der sich im wesentlichen senkrecht zu den flachen Platten 13, 14 erstreckt
und einen Durchmesser aufweist, der sich allmählich zu dem Rand des Öffnungsabschnitts 13a hin
erweitert, anstelle des rohrförmigen
Abschnitts 13e vorgesehen. Der Rest des Aufbaus des Wärmetauschers
ist der gleiche wie derjenige des in
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3 gezeigten
Wärmetauschers.
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Die
flachen Platten 13 und 14 werden durch Hartlöten der Flanschabschnitte 13c und 14c befestigt,
welche an deren Außenumfangsabschnitten
vorgesehen sind. Außerdem
werden benachbarte Kältemitteleinlässe 15 durch
Einsetzen des rohrförmigen Abschnitts 14e in
den rohrförmigen
Abschnitt 13f des benachbarten Kältemittel-Strömungsabschnitts 11 übereinandergelegt,
so dass sie in engem Kontakt mit der Innenumfangsfläche des
rohrförmigen
Abschnitts 13f und der Außenumfangsfläche des
rohrförmigen
Abschnitts 14e kommen, und diese Oberflächen werden hartgelötet. Infolge
des Übereinanderlegens
dieser Kältemitteleinlässe 15 wird
der Raum Sa, der eine rohrförmige
Form und keine Vorsprünge an
seiner Innenumfangsfläche
aufweist, gebildet.
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Der
durch Übereinanderlegen
der Kältemittelauslässe 16 gebildete
Raum Sb hat den gleichen Aufbau wie der oben beschriebene, obwohl
dies nicht in den Figuren gezeigt ist.
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Da
bei dem Wärmetauscher
mit dem obigen Aufbau ähnlich
dem in 3 gezeigten keine Vorsprünge in der Innenumfangsfläche des
Raums Sa (oder des Raums Sb) vorhanden sind, wird der Druckverlust
des Fluids, welches den Raum Sa (oder den Raum Sb) durchströmt, gemindert
und die Wärmeaustauschkapazität des Wärmetauschers
verbessert.
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Zusätzlich sind
bei den obigen Ausführungsformen
Fälle beschrieben,
in denen die Kältemitteleinlässe 15 und
die Kältemittelauslässe 16 Seite
an Seite an den oberen Endteilen der Wärmetauscher vorgesehen sind.
Aufbauten wie diejenigen in 3 und 4 können aber
auch vorgesehen sein, wenn der Kältemitteleinlass 15 und
Kältemittelauslass 16 Seite
an Seite an dem unteren Endteil des Wärmetauschers vorgesehen sind,
oder wenn einer, entweder der Kältemitteleinlass
oder der Kältemittelauslass 16,
am oberen Endteil des Wärmetauschers
vorgesehen ist und der andere, entweder der Kältemitteleinlass 15 oder
der Kältemittelauslass 16,
am unteren Endteil des Wärmetauschers
vorgesehen ist.