CZ20033556A3 - Výměník tepla, zejména výparník, se zvýšeným výkonem - Google Patents

Description

VÝMĚNÍK TEPLA, ZEJMÉNA VÝPARNÍK, SE ZVÝŠENÝM VÝKONEM

Oblast techniky

Předložený vynález se týká výměníků tepla, obzvláště výměníků tepla pro motorová vozidla.

Konkrétně se předložený vynález týká výměníku tepla pro výměnu tepla mezi první tekutinou a druhou tekutinou, zahrnujícího množství navzájem v podélném směru vedle sebe vyrovnaných dutých článků a vykazující dvě sběrné skříně, které jsou uspořádané, v příčném směru, vedle sebe navzájem, a z nichž každá je vytvořená v podélném směru vyrovnanou řadou vtokových nebo výtokových komor náležejících, příslušně, k různým dutým článkům, přičemž tyto sběrné skříně jsou, jako celek, rozdělené na alespoň tři spojovací kanály, v kterémžto výměníku se první tekutina zavádí do vstupního spojovacího kanálu prostřednictvím podélné trysky procházející skrze boční konec výměníku tepla, nacházející se ve vzdálenosti od vstupního spojovacího kanálu, a alespoň jednoho dalšího spojovacího kanálu, tvořeného druhými dutými články.

Dosavadní stav techniky

Ze stavu techniky, zejména ze skutečností uváděných v dokumentu EP 0 911 595, je známý výměník tepla typu, jehož všechny spojovací kanály, které náleží k jedné sběrné • » ··· 4 4 4 I · 4 · • · · · · 4 * 4 4 4 · 4 4 4 • ♦ 4 4 4 4 4 4 · ·· ·44 4« 4444 ·4 * skříni, jsou uspořádané v podélném směru za sebou a tyto spojovací kanály nejsou mezi sebou navzájem průtokově spojené přímo, a namísto toho jsou ve vzájemném průtokovém spojení, skrze otvory ve stěnách dutých článků, uspořádané vtokové a výtokové komory každého z těchto spojovacích kanálů.

Duté články vymezují spojovací cestu pro první tekutinu mezi vstupním spojovacím kanálem, přilehlým k prvnímu axiálnímu konci vyrovnaného množství dutých článků, a výstupním spojovacím kanálem, přilehlým ke druhému axiálnímu konci vyrovnaného množství dutých článků, která prochází tam a zpět mezi spojovacím kanálem náležejícím k jedné ze sběrných skříní a spojovacím kanálem náležejícím ke druhé sběrné skříni prostřednictvím spojovacích cest ve tvaru U, z nichž každá navzájem spojuje vtokovou a výtokovou komoru jednoho dutého článku. Vstupní a výstupní spojovací kanály jsou spojené se vstupním a výstupním koncem, opatřenými na jednom z bočních konců výměník, a to s jedním koncem přímo a se druhým skrze shora zmiňovanou podélnou trysku. Tato podélná tryska prochází skrze otvory dutých článků a rozkládá se ve spojovacích kanálech mezi uvedeným bočním koncem a druhým spojovacím kanálem.

Takové výměníky tepla se v širokém rozsahu používají jako výparníky klimatizačních zařízení vnitřního prostoru motorového vozidla.

Každý dutý článek je zhotovený ze dvou plechů vylisovaných do tvaru korýtek, jejichž vydutí jsou přivrácená směrem k sobě navzájem a jsou dohromady spojená kapalinotěsným způsobem kolem jejich obvodu, přičemž oblasti korýtek, které jsou hlubší než zbývající oblasti takovým • #·· způsobem, že se mezi uvedenými zbývajícími oblastmi mezi dvěma sousedícími dutými články nachází mezera, skrze kterou prochází, v příčném směru, druhá tekutina, vymezují vtokovou a výtokovou komoru, a ve dnech těchto korýtek jsou vytvořené otvory, přičemž oblastí korýtek kolem těchto otvorů jsou uspořádané ve vzájemném kapalínotěsném spojení.

Kromě toho jsou dvě korýtka každého dutého článku navzájem kapalinotěsně spojená ve středové zóně nacházející se v polovině jejich šířek a rozkládající se podél podstatné části jejich délky od prvního konce tak, že tvoří dvě větve uvedené spojovací cesty ve tvaru U, rozkládající se na obou stranách této středové oblasti do uvedených hlubších oblastí korýtek, situovaných blíže k prvnímu konci.

V ze stavu techniky známých výměnících tepla tohoto typu vykazuje podélná tryska, známá rovněž jako pipeta, podle skutečností uváděných ve zveřejněném dokumentu EP 0 911 595 kruhový příčný průřez.

Jedním z cílů předloženého vynálezu je vzhledem k uvedeným skutečnostem zlepšit provozní charakteristiky těchto výměníků.

Dalším cílem je zlepšit průchod první tekutiny a provozní vyváženost výměníku tepla.

Podstata vynálezu

Vzhledem ke shora uvedeným předloženého vynálezu poskytuje cefinovaného v úvodní části, ve skutečnostem se podle výměník tepla typu kterém podélná tryska * · 9 99 9 9 · 9 9 9 9 * · · · · 9 9 9 9 9 9 9 9 >

9 9999 999 ·· 999 99 9999 ·9 9 vykazuje v příčném průřezu obecně protáhlý profil, jehož největší rozměr je paralelní s největším rozměrem dutých článků.

Bylo zjištěno, že díky svému protáhlému profilu v příčném průřezu tato podélná tryska jednak zlepšuje průchod první tekutiny, a kromě toho je možné ji umístit takovým způsobem, že zčásti neblokuje komory vymezené v dutých článcích. Navíc je podélná tryska s tímto specifickým profilem, s ohledem na tvar sběrné skříně, v případě, ve kterém jsou duté články rozměrově (v příčném směru) omezené, typicky méně než 60 mm široké, mnohem vhodnější.

Volitelné charakteristické znaky předloženého vynálezu, ať již doplňkové nebo alternativní, jsou uvedené dále:

Příčný průřez podélné trysky má obecně oválný profil.

Podélná tryska je připevněná ke koncové skříni, upravené na bočním konci výměníku tepla.

Koncová skříň vykazuje první dutinu s otvorem, skrze který prochází podélná tryska, a druhou dutinu s otvorem, vedoucím do výstupního spojovacího kanálu přilehlého k uvedenému bočnímu konci výměníku tepla.

Koncová skříň je opatřená profilovanou deskou vymezující vstupní hrdlo, uspořádané v průtokovém spojení s první dutinou, a výstupní hrdlo, uspořádané v průtokovém spojení se druhou dutinou.

• ftft « « ftftftft ft ft ftft ft ftft ft i *· ftftft ftft ftftft* ft· ft

Podélná tryska je k okraji otvoru první dutiny připevněná zalemováním.

Podélná tryska je s vnějším okrajem otvoru spojená pájením natvrdo, což umožňuje průtokové spojení mezi vstupním spojovacím kanálem a přilehlým spojovacím kanálem, skrze který uvedená podélná tryska prochází.

Přilehlý spojovací kanál se rozkládá k bočnímu konci výměníku tepla.

Podélná tryska je s vnějším okrajem otvoru spojená pájením natvrdo, což umožňuje průtokové spojení mezi navzájem přilehlými dutými články.

Uváděné podélné a příčné směry jsou v podstatě horizontální a sběrné skříně jsou umístěné na horní straně výměníku.

Přehled obrázků na výkresech

Předložený vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na připojených výkresech, ve kterých představuje:

obr. 1 částečný pohled na výměník tepla podle vynálezu, znázorněný v řezu vedeném rovinou I-I z obr. 2;

obr. 2 pohled shora na výměník tepla, znázorněný v řezu vedeném rovinou II-II z obr. 1;

obr. 3 pohled na příčný průřez podélné trysky výměníku ·· ··· * fe tepla z obr. 1 a 2;

obr. 4 detail z obr. 2 ve zvětšeném měřítku; a obr. 5 perspektivní pohled znázorňující sestavu podélná tryska/koncová skříň vhodnou pro vytvoření části výměníku tepla na obr. 1 a 2.

Příklady provedení vynálezu

Přestože bude předložený vynález dále popsán v souvislosti s určitými přednostními provedeními, není úmyslem tohoto popisu omezit jeho rozsah pouze na tato popsaná provedení. Naopak, záměrem tohoto popisu je obsáhnout a pokrýt všechny alternativy, modifikace a ekvivalenty takových provedení, které spadají do podstaty a nárokovaného rozsahu předloženého vynálezu tak, jak je tento definovaný v připojených patentových nárocích.

Výměníkem tepla znázorněným v připojených výkresech je výparník určený pro klimatizační zařízení vnitřního prostoru motorového vozidla. Tento výparník zahrnuje množství dutých článků 1 vyrovnaných ve v podstatě horizontálním podélném směru vedle sebe, z nichž každý je zhotovený ze dvou plechů vylisovaných do tvaru korýtek 2 a 3. Uvedená korýtka mají identický tvar a jsou svými vydutími přivrácená směrem k sobě navzájem, tj. směrem, v uvedeném pořadí, ke druhému bočnímu konci 5 a k prvnímu bočnímu konci 4 vyrovnaného množství dutých článků. Každé korýtko je opatřené vnějším lemem 6 situovaným do vertikální roviny, přičemž vždy dva vnější lemy 6 dvou k sobě přivrácených korýtek tvořících jeden dutý článek jsou navzájem kapalinotěsně spojené ’ 7 ** ’ · · · · • * · · · * · * · ···»· • · · w · · «*« ·· ··· ·· ···· +· · pájením natvrdo a vymezují vnitřní objem dutého článku.

Kromě toho vykazuje každé korýtko ve své horní části dvě oblasti 7, které jsou hlubší než zbývající cblasz 8, přičemž tato posledně zmiňovaná oblast zaujímá pod oblastmi 7 větší část výšky korýtka (viz obr. 2) . Tyto dvě hlubší oblasti každého korýtka, které jsou na připojených obrázcích umístěné ve vyrovnání vedle sebe, vymezují, ve směru zleva doprava, v každém dutém článku vtokovou komoru a výtokovou komoru pro první tekutinu, kterou je v prezentovaném případě chladicí médium.

Vtoková komora a výtoková komora každého dutého článku jsou vůči sobě navzájem oddělené prostřednictvím mezi dvěma k sobě přivrácenými korýtky se nacházející kapalinotěsné spojovací zóny 9, uspořádané v polovině šířky dutého článku, kterážto spojovací zóna je na horním konci 10 dutého článku ve styku s vnějším lemem 6, probíhá směrem dolů směrem ke spodnímu konci dutého článku a je zakončená v určitém odstupu od tohoto spodního konce tak, že v dutém článku, na opačném konci oblastí 8 korýtek, vymezuje spojovací cestu ve tvaru U (viz obr. 2) pro průchod tekutiny mezi vtokovou komoru a výtokovou komoru.

Dno každého korýtka je, v každé z hlubších oblastí 7, přerušené otvorem 11, přičemž vždy dvě příslušná k sobě přivrácená dna korýtek, tj. dno jednoho korýtka 2 a dno k němu přilehlého korýtka 3, jsou kolem těchto otvorů navzájem kapalinotěsné spojená pájením natvrdo.

Vyrovnaná řada vtokových a výtokových komor, znázorněných na levé straně obrázků, tvoří sběrnou skříň 16, zatímco vyrovnaná řada vtokových a výtokových komor, • · 1 φ φφ 4 znázorněných na pravé straně obrázků, tvoří sběrnou skříň 17 (viz obr. 2). Sběrná skříň 16 je vložením příčné přepážky 18 rozdělená na spojovací kanál 12, rozkládající se od této příčné přepážky k prvnímu bočnímu konci 4 vyrovnaného množství dutých článků, a spojovací kanál 14, rozkládající se od této příčné přepážky ke druhému bočnímu konci 5. Podobně je, prostřednictvím příčné přepážky 19, umístěné, ve srovnání s příčnou přepážkou 18, dále od prvního bočního konce 4, rozdělená i sběrná skříň 17, a to na spojovací kanál 13, přilehlý k prvnímu bočnímu konci 4, a na spojovací kanál 15, přilehlý ke druhému bočnímu konci 5. Ke dnu korýtka 3 umístěného na prvním bočnímu konci 4 vyrovnaného množství dutých článků je pájením natvrdo připevněná koncová deska 20, zatímco na ke dnu korýtka 3 nacházejícího se na druhém bočním konci 5 vyrovnaného množství dutých článků je pájením natvrdo připevněná koncová skříň 21 (viz také obr. 4 a 5) . Díky tomuto uspořádání se uzavřou otvory 11 korýtek, což přispívá k vymezení spojovacích kanálů. Vtokové a výtokové komory tvořící jeden spojovací kanál se takto, prostřednictvím otvorů 11 v korýtkách 2, 3, nacházejí ve vzájemném průtokovém spojení.

V rozsahu celé délky spojovacího kanálu 14 se rozkládá podélná tryska 22, známá rovněž jako pipeta. Tato podélná tryska je kapalinotěsně spojená s koncovou skříní 21 a kapalinotěsně prostupuje skrze vloženou příčnou přepážku 18 takovým způsobem, aby umožňovala průtokové spojení mezi spojovacím kanálem 12 (vstupní spojovací kanál) a tou částí oběhu chladicího média, která je situovaná na výstupní straně výparníku.

Kromě toho koncová skříň 21 zahrnuje otvor 23 vedoucí do spojovacího kanálu 15, kterýžto spojovací kanál je • · * uspořádaný v průtokovém spojení s částí oběhu chladicího média na výstupní straně výparníku.

Chladicí médium ještě dříve než dojde prostřednictvím paralelních spojovacích cest ve tvaru U první skupiny dutých článků k jeho procházení do spojovacího kanálu 13 vstupuje skrze podélnou trysku 22 do spojovacího kanálu 12. Poté chladicí médium prostřednictvím spojovacích cest ve tvaru U druhé skupiny dutých článků postupuje do spojovacího kanálu 14, a odtud, prostřednictvím spojovacích cest ve tvaru U třetí a poslední skupiny dutých článků, do spojovacího kanálu 14. Nakonec chladicí médium výparník opouští skrze výstupní otvor 23. Během průchodu chladicího média skrze spojovací cesty ve tvaru U odebírá tato tekutina teplo z proudu vzduchu procházejícího skrze výparník horizontálně ve směru zprava doleva, jak je naznačeno šipkami Fl, skrze mezery oddělující oblasti 8 korýtek protilehlých dutých článků.

Podélná tryska 22 vykazuje, v souladu s předloženým vynálezem, protáhlý příčný průřez, například oválného profilu (víz obr. 3), jehož největší rozměr je paralelní s největším rozměrem dutého článku. To znamená, že největší rozměr příčného průřezu oválného profilu je, viz obr. 1, uspořádaný vertikálně.

Kromě toho, podélná tryska 22 je uspořádaná v odsazení vzhledem ke středu otvorů 11 korýtek vymezujících sběrnou skříň 16. V příkladném znázornění je podélná tryska 22 odsazená směrem k vnějšímu povrchu, v tomto případě směrem doleva, to je směrem k výstupní straně ve smyslu průchodu proudu vzduchu Fl. Konkrétně řečeno, obrysový tvar každého z otvorů 11 vykazuje oválný profil a tvoří ho dva ·· ··· horizontální přímé úseky 30 a dva kruhové segmenty 31, jejichž vydutí jsou přivrácená k sobě navzájem a které jsou spojené s přímými úseky 30 (viz obr. 1). Podélná tryska 22 je ve styku s jedním ze dvou kruhových segmentů 31 (zde se segmentem na levé straně) na okraji otvorů, skrze které podélná tryska prochází, a je s tímto okrajem spojená pájením natvrdo v rozsahu celé délky na levé straně upořádaného kruhového segmentu 31. V důsledku toho je největší rozměr příčného průřezu podélné trysky 22 kolmý na největší průměr otvoru 11 (viz obr. 1).

Jak může být seznatelné z obr. 4 a 5, je podélná tryska 22 připevněná ke koncové skříni 21, která je uspořádaná na druhém bočním konci 5 výparníku. Tato koncová skříň 21 vykazuje první dutinu 32 s oválným otvorem 33, skrze který je zavedená podélná tryska 22. Podélná tryska 22 je s okrajem tohoto otvoru 33 spojená zalemováním. Kromě toho koncová skříň 21 vykazuje druhou dutinu 34, ve které je vytvořený shora zmiňovaný výstupní otvor 23 a která je průtokově spojená s výstupním spojovacím kanálem 15. Koncová skříň 21 má v tomto případě tvar se dvěma vydutími podobný tvaru korýtka 2.

Koncová skříň 21 je opatřená profilovanou deskou 35 (viz obr. 2 a 4) vymezující vstupní hrdlo 36, které je uspořádané v průtokovém spojení s první dutinou 32 a tím tedy i s podélnou tryskou 22, a výstupní hrdlo 37, které je zase uspořádané v průtokovém spojení se druhou dutinou 34 a tím tedy i s výstupním otvorem 23. Takto jsou vstupní hrdlo a výstupní hrdlo uspořádané na bočním konci výparníku, to je na konci vyrovnaného množství dutých článků.

Podélná tryska může být s okraji otvorů 11 spojená • · --- -- · 4 * » · ·· · · · · ··» «44» • · · · · 4 4*4 ·· ··· ·· ·«·♦ 44 V pájením natvrdo, což umožňuje průtokové spojení mezi vstupním spojovacím kanálem 12 a přilehlým spojovacím kanálem 14, skrze který tato podélná tryska prochází. Uvedený spojovací kanál 14 se rozkládá k bočnímu konci 5 výměníku tepla.

Navíc je podélná tryska 22 k vnějšímu okraji otvorů 11 připájená natvrdo tak, že zajišťuje průtokové spojení mezí každým dutým článkem a jeho sousedem.

V popisovaném a znázorněném provedení výměníku tepla jsou zmiňované podélné i příčné směry v podstatě horizontální, a sběrné skříně 16 a 17 jsou umístěné na horní straně tohoto výměníku (viz obr. 2).

Bylo zjištěno, že díky protáhlému tvarovému profilu příčného průřezu podélné trysky se výkon výměníku tepla, v tomto případě výparníku, zvýšil.

Přesněji řečeno, uvedené uspořádání zlepšuje průchod tekutiny v důsledku omezení vnitřní tlakové ztráty a zvyšuje její výkon.

Díky svému protáhlému profilu může být podélná tryska umístěná tak, že zčásti neblokuje spojovací kanály, a její profil více vyhovuje tvaru skříní.

Za tohoto stavu je možné podélnou trysku umísťovat do dutých článků poměrně omezené šířky, typicky menší než 60 mm. To rovněž zlepšuje vyváženost výparníku.

Současně se, jak bylo zjištěno, podstatně zvýší výkon výparníku podle vynálezu.

- » wvw - » » V V V ·· · · * 0 ···« 0001 00 · 0 0 000

000 00 0000 0« 0

Kromě toho provedeni výparníku podle předloženého vynálezu zlepšuje rovnoměrnost výměny tepla v jeho objemu a v důsledku toho i rovnoměrnost distribuce teploty v proudu vzduchu vystupujícího z výparníku, a současně oslabuje výskyt studených a teplých míst.

Navíc spojení podélné trysky s okraji otvorů pájením natvrdo v rozsahu značně velké délky zlepšuje tuhost a redukuje provozní hluk.

Pro účely předloženého vynálezu může příčný průřez podélné trysky vykazovat i další, od oválného profilu odlišný protáhlý profil, například eliptický či obdélníkový, nebo i další profil.

Specifickou aplikací předloženého vynálezu je jeho wužití pro konstrukci výp;· γ-ku Klimatizačních zařízení motorových vozidel.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Výměník tepla pro výměnu tepla mezi první tekutinou a druhou tekutinou, zejména výparník prc klimatizační zařízení vnitřního prostoru motorového vozidla, zahrnující množství navzájem v podélném směru vedle sebe vyrovnaných dutých článků (1) a vykazující dvě sběrné skříně (16, 17), které jsou uspořádané, v příčném směru, vedle sebe navzájem, a z nichž každá je vytvořená vyrovnanou řadou, v podélném směru, vtokových nebo výtokových komor náležejících, příslušně, k různým dutým článkům, přičemž tyto sběrné skříně jsou, jako celek, rozdělené na alespoň tři spojovací kanály, v kterémžto výměníku se první tekutina zavádí do vstupního spojovacího kanálu (12) prostřednictvím podélné trysky (22) procházející skrze boční konec (5) výměníku tepla, nacházející se ve vzdálenosti od vstupního spojovacího kanálu, a alespoň jednoho dalšího spojovacího kanálu (14) vytvořeného druhými dutými články, vyznačující se tím, že uvedená podélná tryska (22) vykazuje v příčném průřezu obecně protáhlý profil, jehož největší rozměr je paralelní s největším rozměrem dutého článku (1).
2. 2. Výměník tepla podle nároku 1, vyznačující se tím, že příčný průřez podélné trysky (22) má obecně oválný profil.
3. 3. Výměník tepla podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že podélná tryska (22) je připevněná ke koncové skříni (21), upravené na bočním konci (5) výměníku tepla.

   a · 9

   9 »··Φ • a •

   * · «*·· a · • · · · · · ·· ··· 99 »99·
4. 4. Výměník tepla podle nároku 3, vyznačující se tím, že koncová skříň (21) vykazuje první dutinu (32) s otvorem (33), skrze který prochází podélná tryska (22), a druhou dutinu (34) s otvorem (23), vedoucím do výstupního spojovacího kanálu (15) přilehlého k uvedenému bočnímu konci (5) výměníku tepla.
5. 5. Výměník tepla podle nároku 4, vyznačující se tím, že koncová skříň (21) je opatřená profilovanou deskou (35) vymezující vstupní hrdlo (36), uspořádané v průtokovém spojení s první dutinou (32), a výstupní hrdlo (37), uspořádané v průtokovém spojení se druhou dutinou (34).
6. 6. Výměník tepla podle nároku 4 a 5, vyznačující se tím, že podélná tryska (22) je k okraji otvoru (33) první dutiny (32) připevněná zalemováním.
7. 7. Výměník tepla podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že podélná tryska (22) je s vnějším okrajem otvoru (11) spojená pájením natvrdo, což umožňuje průtokové spojení mezi vstupním spojovacím kanálem (12) a přilehlým spojovacím kanálem (14), skrze který uvedená podélná tryska (22) prochází.
8. 8. Výměník tepla podle nároku 7, vyznačující se tím, že přilehlý spojovací kanál (22) se rozkládá k bočnímu konci (5) výměníku tepla.
9. 9. Výměník tepla podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že podélná tryska (22) je s vnějším okrajem otvoru (11) spojená pájením natvrdo, což umožňuje průtokové spojení mezi navzájem přilehlými dutými články (1).

   -i. v 2S-j,

   P / ,.,;ÍC-3á5ó « v ·«· * * « φ φ φ φ φ φ · φ φ φφφφ φφ Φ·Φ φφ φφφφ φ φφφ φ φ φφφφ φ φ φ φφ φ
10. 10. Výměník tepla podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že uvedené podélné a příčné směry jsou v podstatě horizontální, a že sběrné skříně (16, 17) jsou umístěné na horní straně výměníku.