DE10060104A1

DE10060104A1 - Kältemittelverflüssiger zur Nutzung für eine Kraftfahrzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE10060104A1
Application number: DE10060104A
Authority: DE
Inventors: Ryouichi Sanada; Michiyasu Yamamoto; Yoshifumi Aki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2001-06-13
Anticipated expiration: 2020-12-05
Also published as: US20010004935A1; US6880627B2; JP2001165532A; DE10060104B4; US7140424B2; US20050155747A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kältemittelverflüssiger zur Nutzung in einer Kraftfahrzeugklimaanlage. Der Verflüssiger umfaßt Röhren und eine Röhreninnendurchlaßhöhe (Tr) ist gewählt in einem Bereich von 0,35 bis 0,8 mm. Die Summe der Verringerung des Abstrahlungsvermögens aufgrund eines Druckverlusts in der Röhre und der Verringerung des Abstrahlungsvermögens aufgrund des Luftströmungswiderstands wird dadurch verringert, wodurch ein hohes Abstrahlungsvermögen erzielt wird. Insbesondere dann, wenn die Röhreninnendurchlaßhöhe (Tr) in einem Bereich von 0,5 bis 0,7 mm gewählt ist, ist das Abstrahlungsvermögen zusätzlich verbessert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kältemittelverflüssiger, durch welchen zwei Phasen Kältemittel, gasförmiges und flüssiges Kältemittel, strömt zum Einsatz in einer Kraftfahrzeugklimaanlage.

Die US-A-4998580 offenbart einen Mehrstromkältemittel verflüssiger mit mehreren Röhren und Rippen, die zwischen ein Paar von Sammlerkästen schichtartig angeordnet sind. In der US-A-4998580 ist ein Äquivalenzdurchmesser eines Kältemittel durchlasses innerhalb einer Röhre in einem bestimmten Bereich liegend gewählt, um das Abstrahlungsvermögen des Mehrstromkältemittelverflüssigers zu verbessern. Die US-A- 4932469 offenbart eine Rippe, die auf einer Platte einer Röhre gebildet ist. Die Rippe steht in Richtung zur Innenseite der Röhre vor. Die US-A-5682944, US-A-6003592 und US-A-5730212 offenbaren, daß eine Verflüssigungslänge innerhalb eines bestimmten Bereichs liegend gewählt ist.

Bei diesem Stand der Technik wird jedoch ausschließlich der Wärmeübertragungswirkungsgrad innerhalb der Röhre berücksichtigt. D. h., weder der Luftströmungswiderstand noch der Druckverlust innerhalb der Röhre werden in Betracht gezogen, um das Abstrahlungsvermögen des Kältemittel verflüssigers zu verbessern.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Abstrahlungsvermögen unter Berücksichtigung des Luftströmungs widerstands und des Druckverlusts in der Röhre zu verbessern.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Zustand, in welchem ein optimales Abstrahlungsvermögen erzielt wird, simuliert, während der Luftströmungswiderstand und der Druckverlust innerhalb der Röhre berücksichtigt werden.

In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Röhreninnendurchlaßhöhe (Tr) in einem Bereich von 0,35 bis 0,8 mm gewählt. Die Summe der Abstrahlungsverringerung aufgrund des Druckverlustes innerhalb der Röhre und der Abstrahlungsverringerung aufgrund des Luftströmungswiderstands ist dadurch verringert, wodurch ein hohes Abstrahlungsvermögen bzw. eine starke Abstrahlung erzielt wird. Insbesondere dann, wenn die Röhreninnen durchlaßhöhe (Tr) in einem Bereich von 0,5 bis 0,7 mm gewählt ist, ist das Abstrahlungsvermögen zusätzlich verbessert.

In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Luftströmungsöffnungsverhältnis (Pr) in Übereinstimmung mit der folgenden Formel gewählt:

0,1429 × Td² + 0,1343 × Td + 0,139 ≧ Pr ≧ 0,1429 × Td² + 0,1343 × Td + 0,113.

Bei Td handelt es sich um eine Abmessung zwischen einer Außenseite der Röhre und der Oberseite des Kältemittel durchlasses in der Röhrenschichtungsrichtung. Bei Tr handelt es sich um das Verhältnis der Röhrenhöhe Th zum Röhrenabstand Tp (Th/Tp). Bei Th handelt es sich um die Höhe der Röhre in der Röhrenschichtungsrichtung. Bei Tp handelt es sich um einen Zwischenraum zwischen jeder der benachbarten Röhren. Die Summe der Abstrahlungsverringerung aufgrund des Druckverlusts innerhalb der Röhre und der Abstrahlungsverringerung aufgrund des Luftströmungsverhältnisses ist dadurch zusätzlich verringert, wodurch ein viel höheres Abstrahlungsvermögen bzw. eine stärkere Abstrahlung erzielt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Verflüssigers;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der Rippenhöhe Fh und dem Abstrahlungsvermögen (Td = 0,1 mm);

Fig. 4 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der Rippenhöhe Fh und dem Abstrahlungsvermögen (Td = 0,2 mm);

Fig. 5 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der Rippenhöhe Fh und dem Abstrahlungsvermögen (Td = 0,3 mm);

Fig. 6 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der Rippenhöhe Fh und dem Abstrahlungsvermögen (Td = 0,4 mm);

Fig. 7 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der Röhreninnendurchlaßhöhe Tr und dem Abstrahlungsvermögen;

Fig. 8 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen dem Luftströmungsöffnungsverhältnis Pr und dem Abstrahlungs vermögen (Td = 0,1 mm);

Fig. 9 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen dem Luftströmungsöffnungsverhältnis Pr und dem Abstrahlungsvermögen (Td = 0,2 mm);

Fig. 10 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen dem Luftströmungsöffnungsverhältnis Pr und dem Abstrahlungs vermögen (Td = 0,3 mm);

Fig. 11 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen dem Luftströmungsöffnungsverhältnis Pr und dem Abstrahlungs vermögen (Td = 0,4 mm);

Fig. 12 eine Kurvendarstellung der Beziehung der Röhrenaußenumfangsdicke Td zu dem Luftströmungs öffnungsverhältnis PR, und

Fig. 13A-13F eine Querschnittsdarstellung verschiedener modifizierter Röhren.

Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Kältemittelverflüssigers 10, der für eine Kraftfahrzeugklimaanlage genutzt wird. Der Verflüssiger 10 kühlt und verflüssigt Hochtemperatur- /Hochdruckkältemittel, das aus einem (nicht gezeigten) Verdichter eines Kältemittelkreislaufs für die Kraftfahrzeugklimaanlage ausgetragen wird. Der Verflüssiger 10 ist in dem am weitesten vorne liegenden Bereich vor einem (Fahrzeug)-Motorkühler in einem Fahrzeugmotorraum angeordnet. Kühlluft (Außenluft), erzeugt durch einen Kühllüfter, die üblicherweise genutzt wird für den Kühler, kühlt den Verflüssiger 10.

Der Verflüssiger 10 umfaßt erste und zweite Sammlerkästen 11 und 12, die so angeordnet sind, daß zwischen ihnen ein Abstand vorliegt. Die ersten und zweiten Sammlerkästen 11 und 12 sind im wesentlichen zylindrisch und erstrecken sich in vertikaler Richtung. Ein Wärmetauschkernabschnitt 13 ist zwischen den ersten und zweiten Sammlerkästen 11 und 12 angeordnet.

Der Verflüssiger 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein solcher vom Mehrstromtyp. Mehrere flache Aluminiumröhren 14 sind vertikal in den Kernabschnitt 13 geschichtet bzw. in Schichtabfolge angeordnet. Das Kältemittel strömt durch die flachen Röhren 14 zwischen den ersten und zweiten Sammlerkästen 11 und 12. Eine gewellte Aluminiumrippe 15 ist zwischen jeder der Röhren 14 vorgesehen, um den Wärmetausch zwischen dem Kältemittel und der Kühlluft zu fördern.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die flache Röhre 14 mehrere kreisförmige Kältemitteldurchlässe 141, und sie ist durch Strangpressen hergestellt. Ein Ende der flachen Röhre 14 steht in Verbindung mit dem ersten Sammlerkasten 11 und das andere Ende der flachen Röhre 14 steht in Verbindung mit dem zweiten Sammlerkasten 12. Der erste Kasten 11 steht damit in Verbindung mit dem zweiten Sammlerkasten 12 über die flache Röhre 14.

In dem ersten Kasten 11 ist ein Trennmittel 16 vorgesehen, um das Innere des ersten Kastens 11 in eine obere Kammer 17 und eine untere Kammer 18 zu unterteilen. Das aus dem Verdichter ausgetragene gasförmige Kältemittel strömt in die obere Kammer 17. Das gasförmige Kältemittel strömt durch einige der flachen Röhren 14, die mit der oberen Kammer 17 in Verbindung stehen und es strömt in den zweiten Sammlerkasten 12. Das Kältemittel führt in dem zweiten Sammlerkasten 12 eine U-Kehre durch und strömt durch die verbleibenden flachen Röhren 14 und in die untere Kammer 18. Das gasförmige Kältemittel führt einen Wärmetausch mit Luft durch, die zwischen jeder der flachen Röhren 14 hindurchtritt bzw. strömt um gekühlt und verflüssigt zu werden. Auf diese Weise wird das Kältemittel in ein Zweiphasenkältemittel, umfassend eine gasförmige und eine flüssige Phase, verflüssigt.

Als nächstes wird das Abstrahlungsvermögensimulationsergebnis des Verflüssigers 10 erläutert.

Die Simulation erfolgte unter folgenden Bedingungen: Kernabschnitthöhe H = 300 mm; Kernabschnittbreite W = 600 mm; Rippenabstand Fp = 3 mm; Luftströmungsgeschwindigkeit am Verflüssigereinlaß = 2 m/sek; die Lufttemperatur am Verflüssigereinlaß beträgt 35°C.; der Kältemitteldruck am Verflüssigereinlaß beträgt 1,74 Mpa (absolut); die Überwärmungshitze am Verflüssigereinlaß beträgt 20°C; die Trockenheit am Verflüssigerauslaß beträgt 0 (Null); die Unterkühlung am Verflüssigerauslaß beträgt 0°C.

Bei dieser Simulation gibt es folgende Parameter: Röhrenhöhe Th, Röhrenaußenumfangsdicke Td und Rippenhöhe Fh. Bei der Röhrenhöhe Th handelt es sich um die Höhe der flachen Röhre 14 in der Röhrenschichtungsrichtung. Bei der Röhrenaußenumfangs dicke Td handelt es sich um die Röhrenschichtungsrich tungsabmessung zwischen der Außenseite der flachen Röhre 14 und der Oberseite des Kältemitteldurchlasses 141. Bei der Rippenhöhe Fh handelt es sich um die Höhe der gewellten Rippe 15 in der Röhrenschichtungsrichtung. Die Simulation berechnet ein Abstrahlungsausmaß des Verflüssigers 10 unter Berücksichtigung des Strömungswiderstands und des Druckverlusts innerhalb der Röhre 14.

1. Untersuchung der Röhreninnendurchlaßhöhe Tr

Fig. 3 bis 6 zeigen Kurvendarstellungen der Beziehungen zwischen der Rippenhöhe Fh und dem Abstrahlungsvermögen bei Td = 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm bzw. 0,4 mm. Die Simulationen erfolgten durch Wählen der Röhrenhöhe Th jeweils nach 0,2 mm in einem Bereich von 0,8 bis 1,8 mm und durch Wählen der Rippenhöhe Fh nach jeweils 2 mm in einem Bereich von 4 bis 12 mm. Für den Verflüssiger 10, der für die Simulation verwendet wurde, gilt, Kernabschnitthöhe H = 300 mm; Kernabschnitt breite W = 600 mm; Rippenabstand Fp = 3,2 mm; Röhrenhöhe Th = 1,7 mm und Röhrenaußenumfangsdicke Fd = 0,35 mm. Wie aus Fig. 3 bis 6 hervorgeht, ist das Abstrahlungsvermögen maximal, wenn Fh ungeachtet Td und Th mit etwa 4 mm gewählt ist.

Fig. 7 zeigt eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der Röhreninnendurchlaßhöhe Tr und dem Abstrahlungsvermögen mit den Ergebnissen von Fig. 3 bis 6 unter Berücksichtigung der Röhreninnendurchlaßhöhe Tr, welche den Luftströmungswiderstand beeinflußt, und dem Röhreninnendruckverlust. Dabei gilt: Röhreninnendurchlaßhöhe Tr = Th - 2 × Td. D. h., die Röhreninnendurchlaßhöhe Tr ist gleich die Höhe des Kälte mitteldurchlasses 141 in der Schichtungsrichtung der flachen Röhre 14.

Wie aus Fig. 7 hervorgeht, ist das Abstrahlungsvermögen hoch, wenn Tr in einen Bereich von 0, 35 mm bis 0, 8 mm ungeachtet Td und Fh gewählt ist. Das Abstrahlungsvermögen nimmt insbesondere ein Maximum ein, wenn Tr in einem Bereich von 0,5 mm bis 0,7 mm gewählt ist.

Wenn Tr unter 0,35 mm gewählt ist, ist das Abstrahlungsvermögen schlagartig verringert, weil die Querschnittsfläche des Kältemitteldurchlasses verringert ist und der Druckverlust in dem Durchlaß zunimmt. Wenn Tr mit über 0,8 mm gewählt ist, ist das Abstrahlungsvermögen verringert, weil der Luftströmungsquerschnitt verringert ist, aufgrund einer Erhöhung bzw. Vergrößerung von Tr, und weil der Luftströmungswiderstand erhöht ist. Es ist deshalb wünschenswert, Tr in einem Bereich von 0,35 mm bis 0,8 mm zu wählen, um die Summe der Abstrahlungsverringerung bzw. die Summe der Verringerung des Abstrahlungsvermögens aufgrund des Druckverlustes in dem Durchlaß und das Abstrahlungsvermögen aufgrund des Luftströmungswiderstands zu minimieren, um ein hohes Abstrahlungsleistungsvermögen zu erzielen.

2. Untersuchung des Luftströmungsöffnungsverhältnisses

Fig. 8 bis 11 zeigen Kurvendarstellungen von Beziehungen zwischen dem Luftströmungsöffnungsverhältnis Pr und dem Abstrahlungsvermögen bei Td = 0,1 mm, Td = 0,2 mm, Td = 0,3 mm und Td = 0,4 mm, umfassend die Ergebnisse von Fig. 3 bis 6 unter Berücksichtigung des Luftströmungsöffnungsverhältnisses Pr, welches den Luftströmungswiderstand und den Druckverlust in den Durchlaß beeinflußt. Vorliegend gilt: Luftströmungs öffnungsverhältnis Pr = Th/Tp. Bei dem Röhrenabstand Tp handelt es sich um einen Zwischenraum zwischen jedem der benachbarten flachen Röhren 14 in der Röhrenschichtungs richtung.

Fig. 12 zeigt eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen dem Luftströmungsöffnungsverhältnis Pr und dem Abstrahlungs vermögen unter Darstellung eines optimalen Pr-Bereichs. Der optimale Pr-Bereich wird erhalten durch Bereitstellen bzw. Erzielen eines Pr-Bereichs, in welchem das Abstrahlungs vermögen hoch ist und zwar bei jeder Röhrenaußenumfangsdicke Td (0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm) auf Grundlage von Fig. 8 bis 11. Der optimale Pr-Bereich ist ausgedrückt durch die nachfolgende Gleichung. Die Einheit der Röhrenaußen umfangsdicke Td ist "mm".

0,1429 × Td² + 0,1343 × Td + 0,139 ≧ Pr ≧ 0,1429 × Td² + 0,1343 × Td + 0,113

Wenn die Röhreninnendurchlaßhöhe Tr in einem Bereich 0,35 mm ≦ Tr ≦ 0,8 mm (insbesondere 0,5 mm ≦ Tr ≦ 0,7 mm) gewählt ist, und wenn das Luftströmungsöffnungsverhältnis Pr in Übereinstimmung mit der Formel gewählt ist, kann ein hohes Abstrahlungsvermögen erzielt werden.

Modifikationen

In Übereinstimmung mit der vorstehend erläuterten Ausführungsform wird die flache Röhre 14 mit kreisförmigen Kältemitteldurchlässen 141 durch Strangpressen gebildet. Alternativ kann die vorliegende Erfindung auf verschiedene in Fig. 13A bis 13F gezeigte Röhren angewendet werden.

Die in Fig. 13A gezeigte flache Röhre umfaßt mehrere rechteckige Kältemitteldurchlässe 141 und sie ist durch Strangpressen hergestellt.

Die in Fig. 13B gezeigte flache Röhre umfaßt eine Mehrzahl von Vorsprüngen 142, die in Richtung auf die Innenseite des Kältemitteldurchlasses 141 vorstehen und sie ist durch Strangpressen hergestellt.

Die flache Röhre 14, die in Fig. 13C gezeigt ist, ist eine elektrowiderstandgeschweißte Röhre, die zylindrisch hergestellt ist durch Biegen einer rechteckigen Metallplatte, und die hergestellt ist durch Verschweißen von zwei aufeinander zuweisenden Enden der gebogenen Metallplatte, und sie umfaßt einen einzigen Kältemitteldurchlaß 141. Eine Innenrippe 143 ist in dem Kältemitteldurchlaß 141 vorgesehen.

Die in Fig. 13D gezeigte flache Röhre 14 ist hergestellt durch Biegen einer Metallplatte und Verlöten von zwei Enden miteinander und sie umfaßt einen einzigen Kältemitteldurchlaß 141. Eine Innenrippe 143 ist in dem Kältemitteldurchlaß 141 vorgesehen. Eine gerade Innenrippe bzw. eine versetzte Innenrippe können für die Innenrippen 143 verwendet werden, wie in Fig. 13C und 13D gezeigt.

Eine flache Röhre 14, die in Fig. 13E gezeigt ist, umfaßt eine erste Platte 145 und eine zweite Platte 146, die an die erste Platte 145 gelötet ist. Die erste Platte 145 umfaßt mehrere walzenausgebildete oder preßausgebildete Rippen 144.

Die in Fig. 13F gezeigte flache Röhre 14 ist gebildet durch Biegen einer Metallplatte, enthaltend mehrere walzenausgebildete oder preßausgebildete Rippen 144 und durch Verlöten ihrer beiden Enden miteinander. Eine gerade Rippe, die sich in einer Kältemittelströmungsrichtung erstreckt, oder eine Querrippe, die sich diagonal relativ zur Kältemittel strömungsrichtung erstreckt, kann für die in Fig. 13E und 13F gezeigte Rippe 114 verwendet werden.

Claims

1. Kältemittelverflüssiger (10), aufweisend
mehrere Röhren (14), enthaltend Kältemitteldurchlässe 141, wobei die Röhren (14) schichtweise angeordnet sind,
eine Rippe (15), die zwischen jeder der benachbarten Röhren (14) angeordnet ist, und
Sammlerkästen (11, 12), die an beiden Längsenden der Röhren (14) angeordnet sind und mit dem Kältemitteldurchlaß (141) in Verbindung stehen,
wobei der Kältemitteldurchlaß (141) eine Höhe in Röhrenschichtungsrichtung als Röhreninnendurchlaßhöhe (Tr) aufweist, und
die Röhreninnendurchlaßhöhe Tr ist in einem Bereich von 0,35 bis 0,8 mm gewählt ist.

2. Kältemittelverflüssiger (10) nach Anspruch 1, wobei die Röhreninnendurchlaßhöhe (Tr) in einem Bereich von 0,5 bis 0,7 mm gewählt ist.

3. Kältemittelverflüssiger (10) nach Anspruch 1, wobei
eine Abmessung zwischen einer Außenseite der Röhre (14) und einer Oberseite des Kältemitteldurchlasses (141) in der Röhrenschichtungsrichtung festgelegt ist als Röhrenaußenumfangsdicke Td,
eine Höhe der Röhre (14) in der Röhrenschichtungsrichtung festgelegt ist als Röhrenhöhe Th,
ein Zwischenraum zwischen jeder der benachbarten Röhren (14) festegelegt ist als Röhrenabstand Tp,
ein Verhältnis der Röhrenhöhe Th zum Röhrenabstand Tp (Th/Tp) festgelegt ist als Luftströmungsöffnungsverhältnis (Pr), und das Luftströmungsöffnungsverhältnis (Pr) gewählt ist in Übereinstimmung mit folgender Formel:
0,1429 × Td² + 0,1343 × Td + 0,139 ≧ Pr ≧ 0,1429 × Td² + 0,1343 × Td + 0,113

4. Kältemittelverflüssiger (10) nach Anspruch 1, wobei eine Abmessung zwischen einer Außenseite der Röhre (14) und einer Oberseite des Kältemitteldurchlasses (141) in der Röhrenschichtungsrichtung festgelegt ist als Röhrenaußenumfangsdicke Td, und die Röhrenaußenumfangsdicke Td kleiner als 0,4 mm gewählt ist.