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QUERVERWEIS
ZU VERWANDTER ANMELDUNG
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Diese
Anmeldung ist eine Anmeldung, die unter 35 U.S.C. §111 (a)
unter Beanspruchung des vertragsgemäßig 35 U.S.C. §119 (e)
(1) des Anmeldetages der provisorischen Anmeldung Nr. 60/556, 370,
welche am 26. März
2004 gemäß 35 U.S.C.§111 (b)
angemeldet wurde.
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TECHNISCHER
BEREICH
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher,
insbesondere Wärmetauscher,
die beispielsweise als Verdampfer in Kraftfahrzeugklimaanlagen, die
Kältekreisläufe zur
Installierung in Kraftfahrzeugen sind, verwendbar sind.
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Der
Begriff „Aluminium", wie er hierin und den
beiliegenden Ansprüchen
verwendet wird, umfasst Aluminiumlegierungen neben reinem Aluminium.
Die stromabwärtige
Seite (die Richtung, welche in der 1 durch
den Pfeil X angedeutet ist) der Luft, die durch den Wärmetauscher
geführt
werden soll, wird hierin und in den beiliegenden Ansprüchen als „vorne" und die gegenüberliegende
Seite als „hinten" bezeichnet. Die
oberen, die unteren, die linken und rechten Seiten der 2 werden
als „oben", „unten", „links" und „rechts" jeweils bezeichnet.
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STAND DER
TECHNIK
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Bisher
sind als Kraftfahrzeugklimaanlagen solche Verdampfer in breiter
Verwendung, die von der sogenannten gestapelten Plattenart sind,
welche eine Vielzahl von flachen Hohlkörpern umfassen, die parallel
zueinander angeordnet sind und jeweils aus einem Paar von schalenförmigen Platten,
welche zueinander weisen und aneinander entlang ihrer Umfangskanten
festgelötet
sind, und einer geschlitzten gewellten Rippe, die zwischen jedem
benachbarten Paar von flachen Hohlkörpern angeordnet und an diesen
festgelötet
ist, gebildet werden. In den letzten Jahren ist jedoch gefordert
worden, Verdampfer zu schaffen, die hinsichtlich ihrer Größe und ihres
Gewichts weiter verringert sind und eine höhere Leistung liefern.
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Um
einer solchen Anforderung zu genügen, hat
der vorliegende Anmelder bereits einen Verdampfer vorgeschlagen,
welcher einen Wärmetauscherkern,
welcher von Rohrgruppen in der Form von zwei Reihen gebildet wird,
die in der Luftdurchtrittsrichtung parallel zueinander angeordnet
sind und jeweils eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren besitzen,
die mit einem Abstand angeordnet sind, einen Kältemittel-Einlass-Auslass-Tank,
der an dem oberen Ende des Wärmetauscherkerns
angeordnet ist, und einen Kältemittel-Richtungswechsel-Tank,
der an dem unteren Ende des Wärmetauscherkerns
angeordnet sind, aufweist, wobei der Innenraum des Kältemittel-Einlass-Auslass-Tanks
durch ei ne Trennwandung in einen Kältemittel-Einlass-Sammelbehälter und
einen Kältemittel-Auslass-Sammelbehälter, die
Seite an Seite in der Luftdurchtrittsöffnung angeordnet sind, unterteilt
ist, wobei der Einlass-Sammelbehälter
mit einem Kältemittel-Einlass
an seinem einen Ende versehen ist, und der Auslass-Sammelbehälter mit
einem Kältemittel-Auslass
an seinem einen Ende neben dem Einlass versehen ist, der Innenraum
des Kältemittel-Richtungswechsel-Tanks
durch eine Trennwandung in einen Kältemittel-Einström-Sammelbehälter und
einer Kältemittel-Ausström-Sammelbehälter, die
in der Luftdurchtrittsrichtung Seite an Seite angeordnet sind, unterteilt
ist, wobei in der Trennwandung des Kältemittel-Richtungswechsel-Tanks
eine Mehrzahl von Kältemitteldurchtrittsöffnungen
ausgebildet und in der Längsrichtung der
Wandung mit einem Abstand angeordnet sind, die Wärmetauscherrohre der vorderen
Rohrgruppe oberen Enden besitzen, die in den Einlass-Sammelbehälter vorragen
und mit ihm verbunden sind, und die Wärmetauscherrohre der hinteren
Rohrgruppe obere Enden besitzen, die in den Auslass-Sammelbehälter vorstehen
und mit diesen verbunden sind, die Wärmetauscherrohre der vorderen
Rohrgruppe untere Enden besitzen, die mit dem Einström-Sammelbehälter verbunden
sind, die Wärmetauscherrohre
der hinteren Rohrgruppe untere Enden besitzen, die mit dem Auslass-Sammelbehälter verbunden sind.
Ein Kältemittel,
welches in den Einlass-Sammelbehälter des
Einlass-Auslass-Tanks strömt, strömt durch
die Wärmetauscherrohre
der vorderen Rohrgruppe in den Einström-Sammelbehälter des Richtungswechsel-Tanks, strömt dann
in den Ausström-Sammelbehälter durch
die Kältemitteldurchtrittsöffnungen
der Trennwandung und strömt
weiter in den Auslass-Sammelbehälter
des Einlass-Auslass-Tanks
durch die Wärmetauscherrohre
der hinteren Rohrgruppe (siehe die Publikation JP-A Nr. 2003-75024).
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Der
vorliegende Erfinder hat jedoch extensive Forschung betrieben und
herausgefunden, dass der in der obigen Publikation veröffentlichte
Verdampfer möglicherweise
das folgende Problem hat, weil der Einlass des Einlass-Sammelbehälters und der
Auslass des Auslass-Sammelbehälters an
dem selben Ende des Einlass-Auslass-Tanks vorgesehen sind und weil weiterhin
die Wärmetauscherrohre
der vorderen Rohrgruppe mit ihren oberen Enden in den Einlass-Sammelbehälter vorstehen
und mit ihm verbunden sind.
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Die
Bereiche der Wärmetauscherrohre,
welche in den Einlass-Sammelbehälter
ragen, stellen dem Kältemittel,
das durch den Einlass einströmt,
einen Widerstand entgegen, sodass das in den Einlass-Sammelbehälter strömende Kältemittel
Schwierigkeiten bekommt, zu einer Position zu strömen, welche
von dem Einlass entfernt liegt. Entsprechend strömt eine erhöhte Kältemittelmenge in die Wärmetauscherrohre
der vorderen Rohrgruppe, welche nahe zu dem Einlass positioniert
sind, um einen vergrößerten Kältemittelstrom
zu erzeugen, während eine
verringerte Menge an Kältemittel
in die Wärmetauscherrohre
strömt,
welche entfernt von dem Einlass positioniert sind, um so einen verringerten
Kältemittelstrom
zu erzeugen. In ähnlicher
Weise haben in der hinteren Rohrgruppe die Wärmetauscherrohre, welche nahe
zu dem Einlass positioniert sind, einen erhöhten Kältemittelstrom, während der
Kältemittelstrom
durch die jenigen Rohre, welche entfernt von dem Einlass positioniert
sind, verringert ist. Als ein Ergebnis wird die Menge an Kältemittel,
welche durch die Wärmetauscherrohre
strömt
und zu einem Wärmetausch
beitragen kann, in der Längsrichtung des
Einlass-Auslass-Tank ungleichmäßig und
wird die Luft, welche durch den Wärmetauscherrohr strömt, an einigen
Stellen auch ungleichmäßig. Somit kann
der Verdampfer keine verbesserte Wärmetauschleistung bieten. Dieses
Problem wird insbesondere deutlich, wenn die Kältemittelströmungsrate niedrig
ist.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das obige Problem zu überwinden
und einen Wärmetauscher
zu schaffen, welcher eine hervorragende Wärmetauschleistung bietet.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Um
die obige Aufgabe zu erfüllen,
hat die vorliegende Erfindung die folgenden Modi.
- 1)
Ein Wärmetauscher
mit einem Kältemittel-Einlass-Sammelbehälter und
einem Kältemittel-Auslass-Sammelbehälter, die
Seite an Seite in einer Richtung von vorne nach hinten an einem
oberen Ende des Wärmetauschers angeordnet
sind, und einem Kältemittel-Zirkulationskanal,
um die beiden Sammelbehälter
durch diesen in Verbindung zu halten, wobei der Einlass-Sammelbehälter einen
Kältemittel-Einlass
an seinem einen Ende aufweist, der Auslass-Sammelbehälter einen
Kältemittel-Auslass
an seinem Ende neben dem Einlass aufweist, ein Kältemittel in den Einlass-Sammelbehälter von
dem Einlass her einströmen
kann und anschließend
zu dem Auslass-Sammelbehälter
durch den Zirkulationskanal zurückführbar ist, um
aus dem Wärmetauscher
durch den Auslass wieder abgegeben zu werden, wobei der Kältemittel-Einlass
in einem Schließelement
vorgesehen ist, das eine Öffnung
des Einlass-Sammelbehälters an
dessen einem Ende verschließt,
und das Schließelement
eine untere Kante besitzt, welche den Einlass definiert und mit
einer Führung
versehen ist, die nach oben und innen von dem Einlass-Sammelbehälter geneigt
ist.
- 2) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 1), dadurch gekennzeichnet, dass die Führung in
der Form eines Kugelsegments ausgebildet ist.
- 3) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 1), dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittel-Einlass
des Einlass-Sammelbehälters kreisförmig ist
und einen Innenchmesser von 3 bis 8,5 mm besitzt.
- 4) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 1), dadurch gekennzeichnet, dass die Führung eine
vorstehende Endfläche
be sitzt, welche an einer geneigten Ebene positioniert ist, die gegenüber einer
verikalen Innenfläche
des Schließelements
geneigt ist.
- 5) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 4), dadurch gekennzeichnet, dass die geneigte Ebene,
an welcher die vorstehende Endfläche
der Führung positioniert
ist, mit der vertikalen Innenfläche
des Schließelements
ein kleineren Neigungswinkel von 15 bis 60 Grad einschließt.
- 6) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 1), dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement
einen ersten Schließbereich,
welcher die Endöffnung des
Einlass-Sammelbehälters
verschließt,
und einen zweiten Schließbereich,
welcher eine Öffnung
an dem Ende des Auslass-Sammelbehälters neben dem Einlass verschließt, aufweist,
wobei der erste Schließbereich
mit dem Kältemittel-Einlass
und der Führung
versehen ist und der zweite Schließbereich mit dem Kältemittel-Auslass
versehen ist.
- 7) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 1), dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsplatte
mit dem besagten Ende des Einlass-Sammelbehälters verbunden ist und einen
Kältemittel-Einlassbereich
in Verbindung mit dem Kältemittel-Einlass des
Schließelements
hat, wobei der Kältemittel-Einlass
des Einlass-Sammelbehälters
einen Mittelpunkt besitzt, der nach oben von einem Mittelpunkt des
Kältemittel-Einlassbereichs
der Verbindungsplatte abweicht.
- 8) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 7), dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung der
Mitte des Kältemittel-Einlasses des Einlass-Sammelbehälters von
der Mitte des Kältemittel-Einlassbereiches
0,5 bis 3 mm beträgt.
- 9) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 7), dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsplatte
sich quer über
den Einlass-Sammelbehälter
und den Auslass-Sammelbehälter
erstreckt und mit diesem verbunden ist, und dass die Platte einen
Kältemittel-Auslassbereich
besitzt, welche mit dem Kältemittel-Auslass
zusätzlich
zu dem Kältemittel-Einlassbereich, der
in Verbindung mit dem Kältemittel-Einlass steht, kommuniziert.
- 10) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 9), dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältemittel-Einlassrohr
mit dem Kältemittel-Einlassbereich
der Verbindungsplatte verbunden ist und ein Kältemittel-Auslassrohr mit dem
Kältemittel-Auslassbereich von
diesem verbunden ist.
- 11) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 10), dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassbereich einen
eingeschnittenen Bereich besitzt, der an einem Endbereich von ihm
ausgebildet und in dem Kältemittel-Einlassbereich
der Verbindungsplatte eingesetzt ist, und das Auslassrohr einen
eingeschnittenen Bereich hat, der an einem Endbereich von ihm ausgebildet
und in den Kältemittel-Auslassbereich
der Verbindungsplatte eingesetzt ist, wobei das Einlass rohr und
das Auslassrohr mit der Verbindungsplatte verbunden sind.
- 12) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 9), dadurch gekennzeichnet, dass mit der Verbindungsplatte
ein Montageelement für
ein Expansionsventil verbunden ist, das zwei Kältemittelkanäle besitzt,
die mit dem Kältemittel-Einlassbereich und
dem Kältemittel-Auslassbereich
jeweils verbunden sind.
- 13) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 1), dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittel-Zirkulationskanal
eine Mehrzahl von Zwischen-Sammelbehältern und eine Mehrzahl von
Wärmtauscherrohren
umfasst.
- 14) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 1), dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass-Sammelbehälter in
dem hinteren Bereich des Einlass-Sammelbehälters angeordnet ist und der Kältemittel-Zirkulationskanal
einen Kältemittel-Einström-Zwischensammelbehälter, welcher unterhalb
des Einlass-Sammelbehälters
diesem gegenüberliegend
angeordnet ist, einen Kältemittel-Ausström-Zwischensammelbehälter, der
unterhalb des Auslass-Sammelbehälters und
diesem gegenüberliegend
angeordnet ist, und einer Mehrzahl von Wärmetauschrohren aufweist, wobei
der Einström-Zwischensammelbehälter in Verbindung
mit dem Ausström-Zwischensammelbehälter steht,
die Mehrzahl von Wärmetauschrohren
mit einem Abstand zwischen jedem gegenüberliegendem Paar Einlass-Sammelbehälter und Einström-Zwischensammelbehälter und
dem gegenüberliegendem
Paar Auslass-Sammelbehälter
und Ausström-Zwischensammelbehälter vorgesehen
ist, um eine Rohrgruppe in der Form von wenigstens einer Reihe zu
schaffen und einen Wärmetauscherkern
zu bilden, wobei die Wärmetauscherrohre
der Rohrgruppe an ihrem gegenüberliegenden
Enden mit den entsprechenden, einander gegenüber liegenden Sammelbehältern verbunden
sind.
- 15) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 14), dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass-Sammelbehälter einen
Innenraum besitzt, der durch Trennungsmittel in zwei erste und zweite
Räume unterteilt
ist, die in der Höhenrichtung
angeordnet sind, und die Wärmetauscherrohre
sich in den ersten Raum erstrecken, wobei die Trennungsmittel mit
einer Kältemittel-Durchtrittsöffnung versehen
sind und der zweite Raum des Auslass-Sammelbehälters in Verbindung mit dem
Kältemittel-Auslass
steht.
- 16) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 14), dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass-Sammelbehälter und
der Auslass-Sammelbehälter
gebildet werden, indem der Innenraum eines Kältemittel-Einlass-Auslass-Tanks
in einen vorderen und einen hinteren Bereich durch Trennmittel unterteilt wird.
- 17) Ein Wärmetauscher
nach Abschnitt 16), dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass-Auslass-Tank
ein erstes Element, an welchem die Wärmetauscherrohre angebracht sind,
ein zweites Element, welches an dem ersten Element an einem Bereich
von diesem, welcher den Wärmetauscherrohren
gegenüberliegt,
festgelötet
ist, und Schließelemente
an gegenüberliegenden
Enden der ersten und zweiten Elemente festgelötet sind, wobei die Trennungsmittel
und Unterteilungsmittel integral mit dem zweiten Element ausgebildet
sind.
- 18) Ein Kältekreislauf
mit einem Kompressor, einem Kondensator und einem Verdampfer, wobei der
Verdampfer einen Wärmetauscher
nach einen der Abschnitte 1 bis 17 aufweist.
- 19) Ein Fahrzeug, in welchem ein Kältekreislauf nach Abschnitt
18) als eine Fahrzeugklimaanlage installiert ist.
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Der
Wärmetauscher
nach Abschnitt 1) hat ein Schließelement, welches eine Öffnung des
Einlass-Sammelbehälters
an dessen einem Ende verschließt
und mit einem Kältemittel-Einlass versehen ist.
Das Schließelement
hat eine untere Kante, welche den Einlass definiert und mit einer
Führung
versehen ist, die nach oben und nach innen von dem Einlass-Sammelbehälter geneigt
ist. Entsprechend strömt
das Kältemittel,
welches in den Einlass-Sammelbehälter
einströmt,
schräg
nach oben, wobei es durch die Führung
geführt
wird, und kann leicht durch den Einlass-Sammelbehälter zu Stellen, welche entfernt
von dem Einlass liegen, strömen,
und strömt
daher durch alle Wärmetauscherrohre,
welche mit dem Einlass-Sammelbehälter
ver bunden sind, in gleichmäßigen Mengen
und auch durch alle Wärmetauscherrohre,
welche mit dem Auslass-Sammelbehälter
verbunden sind, in gleichmäßigen Mengen.
Entsprechend wird die Menge an Kältemittel,
welche zu dem Wärmetausch
beiträgt,
in dem Wärmetauscherkern
des Kältemittelzirkulierungskanals
in der Längsrichtung
des Einlass-Sammelbehälters vergleichmäßigt und
wird auch die Luft, welche durch den Kern tritt, in der Temperatur
vergleichmäßigt, was
es dem Wärmetauscher
ermöglicht,
eine merklich verbesserte Wärmetauschleistung
zu bieten. Eine Beeinträchtigung
der Wärmetauschleistung
wird insbesondere ausgeschlossen, wenn das Kältemittel eine niedrige Strömungsrate
besitzt.
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Bei
dem Wärmetauscher,
welcher in Abschnitt 2) beschrieben ist, hat die Führung die
Form eines Kugelsegments und wird daher weniger Widerstand entgegensetzen.
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Der
Vorteil des Wärmetauschers
nach Abschnitt 1) wird in dem Fall des in Abschnitt 3) beschriebenen
Wärmetauschers
noch bemerkbarer.
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Der
Vorteil des Wärmetauschers
nach Abschnitt 1) wird in dem Fall des Wärmetauschers, welcher in den
Abschnitten 4) und 5) beschrieben ist, noch bemerkbarer.
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Bei
dem Wärmetauscher
nach Abschnitt 6) dient das Schließelement gemeinsam für den Einlass-Sammelbehälter und
den Auslass-Sammelbehälter.
Dies reduziert die Anzahl von Komponenten.
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Bei
dem Wärmetauscher,
welcher in Abschnitt 7) beschrieben ist, ist der Einlass
des Einlass-Sammelbehälters
nach oben abweichend von dem Kältemittel-Einlassbereich
der Verbindungsplatte positioniert, so dass der Vorteil, dass das
Kältemittel,
welches in den Einlass-Sammelbehälter
durch den Einlass einströmt,
durch die Führung
dazu gebracht wird, schräg
nach oben zu strömen,
noch stärker
betont wird, was es dem Kältemittel
erlaubt, noch weicher durch den Einlass-Sammelbehälter zu
stellen und zu strömen,
welche entfernt von dem Einlass liegen, um effektiv alle Wärmetauscherrohre
hinsichtlich des durch sich strömenden
Kältemittels
zu vergleichmäßigen.
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Der
Vorteil des in Abschnitt 7) beschriebenen Wärmetauschers wird bei dem Wärmetauscher
gemäß Abschnitt
8) noch bemerkbarer.
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Bei
dem Wärmetauscher
nach Abschnitt 9) dient die Verbindungsplatte gemeinsam für den Einlass-Sammelbehälter und
den Auslass-Sammelbehälter.
Dies reduziert die Anzahl von Bauteilen.
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Bei
dem Wärmetauscher
nach Abschnitt 10) ist ein Kältemittel-Einlassrohr
mit dem Kältemittel-Einlassbereich
der Verbindungsplatte verbunden, wobei ein Kältemittel-Auslassrohr mit dem Kältemittel-Auslassbereich
verbunden ist. Nach Abschnitt 11) sind die Endbereiche des Einlassrohrs
und des Auslassrohrs eingeschnürt
und in den Einlassbereich und in den Auslassbereich jeweils eingesetzt.
Dies verringert den Außendurchmesser
des Einlassbereichs und des Auslassbereichs beträchtlich, wodurch zwischen dem
Einlassbereich und dem Auslassbereich ein relativ größerer Abstand
erhalten wird. Selbst wenn die Dimension der Verbindungsplatte in
der Richtung von vorne nach hinten verringert ist, steht daher ein
vergrößerter Bereich
für die Anbringung
des Bereichs der Verbindungsplatte, der zwischen den Einlass- und
Auslassbereichen von ihr liegt, an dem Einlass-Sammelbehälter und
dem Auslass-Sammelbehälter zur
Verfügung,
was das Auftreten eines Fehlers in der Verbindung eleminiert und
einen Kurzschluss des Einlass-Sammelbehälters und des Auslass-Sammelbehälters verhindert.
Als ein Ergebnis wird verhindert, dass das durch das Einlassrohr
eintretende Kältemittel
in das Auslassrohr eintritt, ohne durch den Kältemittel-Zirkulations-kanal
zu strömen,
wodurch eine Beeinträchtigung
der Wärmetauschleistung
des Wärmetauschers
verhindert wird. Weiterhin erhöht
die Schaffung des eingeschnürten Endbereichs
an dem Einlassrohr die Strömungsrate des
Kältemittels,
wenn das Kältemittel
in den Einlass-Sammelbehälter
von dem Einlassrohr strömt, wodurch
es dem Kältemittel
gestattet wird, sich leichter zu dem anderen Ende des Einlass-Sammelbehälters zu
verteilen und den Vorteil des in Abschnitt 1) beschriebenen Wärmetauschers
verbessert.
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Bei
dem Wärmetauscher
nach Abschnitt 15) dient das bunte Teilungsmittel dazu, allen Wärmetauscherrohren,
die mit dem Einlass-Sammelbehälter verbunden
sind, eine weitere Gleichförmigkeit
hinsichtlich der durch sie strömenden
Kältemittelmengen
zu geben und weiterhin dazu, allen wärmetauscherrohren, die mit
dem Auslass-Sammelbehälter verbunden
sind, eine Gleichmäßigkeit
hinsichtlich der durch sie strömenden
Kältemittelmengen
zu geben und es dem Wärmetauscher
zu ermöglichen, eine
weiter verbesserte Wärmetauscheffizienz
zu erreichen.
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Der
Wärmetauscher,
welcher in Abschnitt 16) beschrieben ist, kann hinsichtlich der
Anzahl von Bauteilen des gesamten Wärmetauschers verringert sein.
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Bei
dem Wärmetauscher
nach Abschnitt 17) sind das Trennmittel und das Teilungsmittel des
Einlass-Auslass-Tanks integral mit dem zweiten Element ausgebildet.
Dies macht es leicht, diese Mittel in dem Einlass-Auslass-Tank vorzusehen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht und zeigt den
Gesamtaufbau eines Wärmetauschers
gemäß der Erfindung,
welcher zur Verwendung als ein Verdampfer geeignet ist.
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2 ist
eine Ansicht im Vertikalschnitt und zeigt den Verdampfer von der 1,
wobei ein Zwischenbereich weggelassen ist.
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3 ist
eine perspektivische Explosionsansicht eines Kältemittel-Einlass-Auslass-Behälters.
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4 ist
eine vergrößerte Teilansicht
im Schnitt entlang der Linie A-A in der 2.
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5 ist
eine vergrößerte Teilansicht
im Schnitt entlang der Linie B-B in der 2.
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6 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in der 2.
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7 ist
eine perspektivische Explosionsansicht, die den Einlass-Auslass-Behälter, eine
rechte Kappe und eine Verbindungsplatte in einem vergrößerten Maßstab zeigt.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht der rechten Kappe.
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9 ist
eine vergrößerte Teilansicht
von der 2.
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10 ist
eine perspektivische Explosionsansicht eines Kältemittel-Richtungswechselbehälters.
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11 ist
eine schematische Ansicht, welche zeigt, wie ein Kältemittel
durch den in der 1 gezeigten Verdampfer strömt.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen beschrieben werden. Diese Ausführungsform eines Wärmetauschers
gemäß der Erfindung
dient zur Verwendung als ein Verdampfer in Kraftfahrzeug-Klimaanlagen.
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In
der nachfolgenden Beschreibung werden die linke Seite und die rechte
Seite in der 2 als „links" und „rechts" jeweils bezeichnet.
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Die 1 und 2 zeigen
den Gesamtaufbau eines Verdampfers für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage,
für welchen
der Wärmetauscher
der Erfindung verwendet wird.
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Die 3 bis 10 zeigen
die Konstruktion der Hauptteile, und die 11 zeigt,
wie ein Kältemittel
durch den Verdampfer strömt.
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Die 1 und 2 zeigen
einen Verdampfer 1 zur Verwendung in Kraftfahrzeug-Klimaanlagen, in
denen ein Chlor-Fluor-Kohlenwasserstoff-Kältemittel
verwendet wird. Der Verdampfer 1 besitzt einen Kältemittel-Einlass-Auslass-Tank 2 aus
Aluminium und einen Kältemittel- Richtungswechsel-Behälter 3 aus
Aluminium, die übereinander
liegend mit Abstand angeordnet sind, und einen Wärmetauscherkern 4,
welcher zwischen den beiden Tanks 2, 3 vorgesehen
ist. Der Kältemittel-Einlass-Auslass-Tank 2 besitzt
einen Kältemittel-Einlass-Sammelbehälter 5, der
an der Vorderseite (der stromaufwärtigen Seite bezüglich der
Strömungsrichtung
von Luft durch den Verdampfer) positioniert ist, und einen Kältemittelauslass-Sammelbehälter 6,
der an der Rückseite (der
stromabwärtigen
Seite bezüglich
der Strömungsrichtung
der Luft) positioniert ist. Ein Kältemittel-Einlassrohr 7 aus
Aluminium ist an dem Einlass-Sammelbehälter 5 des Tanks 2 angeschlossen, und
ein Kältemittel-Auslassrohr 8 aus
Aluminium ist an dem Auslass-Sammelbehälter 6 des Tanks 2 angeschlossen.
Der Kältemittel-Richtungswechsel-Tank 3 besitzt
einen Kältemittel-Einström-Sammelbehälter 9 (Kältemittel-Einström-Zwischensammelbehälter), welcher
an der Vorderseite angeordnet ist, und einen Kältemittel-Ausström-Sammelbehälter 11 (Kältemittelausström-Zwischensammelbehälter), welcher
an der Rückseite
angeordnet ist.
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Der
Wärmetauscherkern 4 besitzt
Rohrgruppen 13 in der Form von einer Mehrzahl von Reihen, d.h.
in der vorliegenden Ausführungsform
zwei Reihen, die parallel in der Richtung von vorne nach hinten
angeordnet sind, wobei jede Rohrgruppe 13 eine Mehrzahl
von Wärmetauscherrohren 12 aufweist,
die parallel in der Richtung von links nach rechts mit Abstand zueinander
angeordnet sind. Gewellte Rippen 14 sind jeweils in Luftdurchtrittsspalten
zwischen jeweils benachbarten Paaren von Wärmetauscherrohren 12 der
Rohrgruppen 13 und auch außerhalb der Wärmetauscherrohre 12 an
den linken und rechten gegenüber
liegenden Enden der Rohrgruppen 13 angeordnet, und sind
jeweils an dem daneben liegenden Wärmetauscherrohr 9 festgelötet. Eine
Seitenplatte 15 aus Aluminium ist außerhalb der gewellten Rippe 14 an
den rechten und linken Enden angeordnet und an der Rippe 14 festgelötet. Die
Wärmetauscherrohre 12 der
vorderen Rohrgruppe 13 besitzen obere und untere Enden,
welche in den Einlass-Sammelbehälter 5 und
den Einström-Sammelbehälter 9 jeweils
vorstehen und an diesen befestigt sind, und die Wärmetauscherrohre 12 der
hinteren Rohrgruppe 13 haben jeweils obere und untere Enden,
welche in den Auslass-Sammelbehälter 6 und
den Ausström-Sammelbehälter 11 vorstehen
und mit diesen verbunden sind. Der Einström-Sammelbehälter 9, der Ausström-Sammelbehälter 11 und
die Wärmetauscherrohre 12 der
Rohrgruppen 13 bilden einen Kältemittel-Zirkulationskanal,
um zu bewirken, dass der Einlass-Sammelbehälter 5 mit dem Auslass-Sammelbehälter 6 durch
ihn in Verbindung steht.
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Unter
Bezugnahme auf die 3 bis 6 besitzt
der Kältemittel-Einlass-Auslass-Tank 2 ein plattenähnliches
erstes Element 16, das aus einem Aluminiumlötblech hergestellt
ist, welches eine Lötmaterialsschicht
auf seinen gegenüber
liegenden Oberflächen
aufweist und an dem die Wärmetauscherrohre 12 befestigt
sind, ein zweites Element 17, das ein Strangusteil aus
reinem Aluminium ist und die Oberseite des ersten Elements 16 abdeckt,
und Aluminium kappen 18, 19 (Schließelemente),
die aus einem Aluminiumlötblech
bestehen, welches eine Lötmaterialschicht
auf seinen gegenüber
liegenden Oberflächen
aufweist und an gegenüber
liegenden Enden der beiden Elemente 16, 17 angebracht
sind, um die entsprechenden gegenüber liegenden Endöffnungen
zu verschließen.
Eine Verbindungsplatte 21 aus Aluminium, die in der Richtung
von vorne nach hinten länglich
ausgebildet ist, ist an der Außenfläche der
Kappe 19 am rechten Ende festgelötet, um sich über den
Einlass-Sammelbehälter 5 und
den Auslass-Sammelbehälter 6 zu
erstrecker. Die Kältemittel-Einlass-
und -auslassrohre 7, 8 sind an der Verbindungsplatte 21 befestigt.
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Das
erste Element 16 besitzt vordere und hintere Seitenbereiche,
an denen jeweils ein gekrümmter
Bereich 22 in der Form eines Kreisbogens, der eine kleine
Krümmung
im Querschnitt besitzt und sich an seinem Mittelbereich nach unten
beult, aufweist. Der gekrümmte
Bereich 22 besitzt eine Mehrzahl von Rohreinsetzschlitzen 23,
die in der Richtung von vorne nach hinten länglich und in der Richtung von
links nach rechts, d.h. seitlich mit einem Abstand angeordnet sind.
Jedes korrespondierende Paar von Schlitzen 23 in den vorderen
und hinteren gekrümmten
Bereichen 22 befinden sich bezüglich der seitlichen Richtung
an der selben Position. Die vordere Kante des vorderen gekrümmten Bereiches 22 und die
hintere Kante des hinteren gekrümmten
Bereiches 23 sind integral mit jeweils aufrechten Wandungen 22a versehen,
welche sich über
die gesamte Länge
des Elements 16 erstrecken. Das erste Element 16 besitzt
zwischen den beiden gekrümmten Bereichen 22 einen
flachen Bereich 24, der eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 25,
welche mit einem Abstand in der seitlichen Richtung angeordnet sind,
aufweist.
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Das
zweite Element 17 hat einen allgemein m-förmigen Querschnitt
und ist nach unten geöffnet, und
umfasst zwei vordere und hintere Wandungen 26, die sich
seitlich erstrecken, eine Trennwandung 27, die in dem Mittelbereich
zwischen den beiden Wandungen 26 angeordnet ist und sich
seitlich als ein Trennmittel zur Unterteilung des Innenraums des Kältemittel-Einlass-Auslass-Tanks 2 in
zwei vordere und hintere Räume
erstreckt, und zwei allgemein kreisbogenförmige Verbindungswandungen 28,
welche nach oben gebeult sind und integral die Trennwandung 27 mit
den entsprechenden vorderen und hinteren Wandungen 26 an
deren oberen Enden verbinden. Die hintere Wandung 26 und
die Trennwandung 27 sind integral an ihren unteren Enden
miteinander über
die gesamte Länge
des Elements 17 durch eine einen Strom unterteilende Widerstandsplatte 29 verbunden,
welche als ein Mittel dient, um den Innenraum des Auslass-Sammelbehälters 26 in zwei
obere und untere Räume 6a, 6b zu
unterteilen. Die Widerstandsplatte 29 hat in seitlicher
Richtung längliche
Durchgangsöffnung 31A, 31B,
die außer
an den linken und rechten Endbereichen der Platte an einem hinteren
Bereich von dieser ausgebildet sind und in der seitlichen Richtung
mit einem Abstand angeordnet sind. Die Trennwandung 27 besitzt
ein unteres Ende, das nach unten über die unteren Enden der vorderen und
hinteren Wandungen 26 vorsteht und integral mit einer Mehrzahl
von Vorsprüngen 27a versehen
ist, welche nach unten von der unteren Kante der Wandung 27 vorstehen
und in der Seitenrichtung mit einem Abstand angeordnet sind sowie
in die Durchgangsöffnungen 25 des
ersten Elements 16 eingesetzt sind. Die Vorsprünge 27a werden
gebildet, indem bestimmte Bereiche der Trennwandung 27 weggeschnitten
werden.
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Unter
Bezugnahme auf die 7 bis 9 hat die
rechte Kappe 19 einen ersten Schließbereich 19a, um die
rechtsseitige Öffnung
des Einlass-Sammelbehälters 5 zu
verschließen,
und einen zweiten Schließbereich 19b,
um die rechtsseitige Öffnung des
Auslass-Sammelbehälters 6 zu
verschließen. Der
erste Schließbereich 19A der
rechten Kappe 19 ist integral mit einem nach links gerichteten
Vorsprung 32 versehen, der in den Einlass-Sammelbehälter 5 eingesetzt
werden kann. Der zweite Schließbereich 19B der
Kappe 19 ist integral mit einem oberen, nach links gerichteten
Vorsprung 33 versehen, um in den oberen Raum 6a des
Auslass-Sammelbehälters 6 oberhalb
der Widerstandsplatte 29 eingesetzt zu werden, wobei ein
unterer nach links gerichteter Vorsprung 24 unterhalb und
beabstandet von dem Vorsprung 33 positioniert ist, um in
den unteren Raum 6b des Sammelbehälters 6 unterhalb
der Platte 29 eingesetzt zu werden. Der nach links gerichtete Vorsprung 32 der
rechten Kappe 19 hat an seinem vorderen Bereich eine Bodenwandung 32a,
welche mit einem kreisförmigen
Kältemitteleinlass 37 versehen
ist. Der obere, nach links gerichtete Vorsprung 33 der
Kappe 19 hat an seinem hinteren Bereich eine Bodenwandung,
die mit einem Kältemittelauslass 38 über den
gesamten Wandungsbereich versehen ist. Der Einlass hat vorzugsweise
einen Innendurchmesser von 3 bis 8,5 mm. Die Bodenwandung 32a des nach
links gerichteten Vorsprungs 32 der rechten Kappe 19 hat
eine vertikale Innenfläche.
Die Bodenwandung 32a hat eine untere, kreisbogenförmige Kante,
welche den Einlass 37 definiert und integral mit einer
Führung 40 versehen
ist, welche nach oben (nach links) geneigt ist, um sich in den Einlass-Sammelbehälter 5 von
der Innenfläche
der Wandung 32a zu erstrecken. Die Führung 40 ist in der
Form eines Kugelsegments ausgebildet und hat eine vorstehende Endfläche 40a,
die an einer geneigten Ebene F, welche gegenüber der Bodenwandung 32a des
nach links gerichteten Vorsprungs 32 geneigt ist, positioniert
ist. Der kleinere Winkel α zwischen
der geneigten Ebene F, an welcher die vorstehende Endfläche 40a der
Führung 40 positioniert
ist, und der Innenfläche
der Bodenwandung 32a des nach links gerichteten Vorsprungs 32 beträgt vorzugsweise
15 bis 60° (siehe 9).
Die rechte Kappe 19 besitzt eine Eingriffsnase 35,
welche nach links vorsteht und integral mit ihr an einem kreisbogenförmigen Bereich
zwischen dessen oberer Kante und den vorderen und hinteren Seitenkanten
von ihm ausgebildet ist. Die rechte Kappe 19 besitzt weiterhin
eine Eingriffsnase 36, welche nach links vorsteht und integral
mit ihr an den vorderen und hinteren Bereichen von ihrer unteren
Kante ausgebildet ist.
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Die
linke Kappe 18 ist symmetrisch zu der rechten Kappe 19.
Die linke Kappe 18 ist integral mit einem nach rechts gerichteten
Vorsprung 39, welcher in den Einlass-Sammelbehälter 5 einsetzbar
ist, einem nach rechts gerichteten Vorsprung 41, der in den
oberen Raum 6a des Auslass-Sammelbehälters 6 oberhalb der
Widerstandsplatte 29 einsetzbar ist, einem unteren, nach
rechts gerichteten Vorsprung 42, der in den unteren Raum 6b des
Auslass-Sammelbehälters 6 unterhalb
der Widerstandsplatte 29 einsetzbar ist, und oberen und
unteren Eingriffsnasen 43, 44, welche nach rechts
vorstehen versehen. Keine Öffnung
ist in den Bodenwandungen des nach rechts gerichteten Vorsprungs 39 und
des oberen nach rechts gerichteten Vorsprungs 41 ausgebildet. Die
beiden Kappen 18, 19 haben jeweils eine obere Kante,
welche zwei allgemein kreisbogenförmige vordere und hintere Bereiche
besitzt, die miteinander in Ausrichtung durch einen Mittelbereich
verbunden sind, um in der Form der Form des zweiten Elements 17 des
Einlass-Auslass-Tanks zu entsprechen. Die beiden Kappen 18, 19 haben
jeweils eine untere Kante, welche zwei allgemein kreisbogenförmige vordere und
hintere Bereiche besitzt, die miteinander in Ausrichtung durch einen
mittleren flachen Bereich verbunden sind, um in der Form der Form
des ersten Elements 16 des Einlass-Auslass-Tanks zu entsprechen.
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Die
Verbindungsplatte 21 hat einen kurzen, zylindrischen Kältemittel-Einlassbereich 45,
welcher mit dem Einlass 37 der rechten Kappe 19 in
Verbindung steht, und einen kur zen zylindrischen Kältemittel-Auslassbereich 46,
der mit dem Auslass 38 der Kappe in Verbindung steht. Der
Einlassbereich 45 und der Auslassbereich 46 besitzen
kreisbogenförmige
Durchgangsöffnungen 45a, 46a und
kurze Zylinder 45b, 46b, die nach rechts vorstehen
und um die Öffnungen 45a, 46a jeweils
integral mit der Verbindungsplatte 21 ausgebildet sind.
Das Zentrum des Einlassbereiches 45 befindet sich auf dem
selben Niveau wie das des Auslassbereiches 46. Der Außendurchmesser
des kurzen Zylinders 45b des Einlassbereiches 45 ist
kleiner als der des kurzen Zylinders 46b des Auslassbereiches 46.
Das Zentrum des Einlasses 37 der rechten Kappe 19 ist
gegenüber
dem Zentrum der kreisbogenförmigen
Durchgangsöffnung 45a des
Einlassbereiches 45 nach oben verschoben. Diese Verschiebung,
d.h. die Exzentrizität P,
beträgt
vorzugsweise 0,5 bis 3 mm (siehe 9). Die
Verbindungsplatte 21 besitzt vorzugsweise von vorne nach
hinten eine Länge
von bis zu 50 mm, und der Abstand zwischen dem Einlassbereich 45 und dem
Auslassbereich 46 beträgt
vorzugsweise 6 bis 9 mm.
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In
dem Bereich der Verbindungsplatte 21 zwischen dem Einlassbereich 45 und
dem Auslassbereich 46 sind ein sich in vertikaler Richtung
erstreckender Schlitz 47 zur Verhinderung eines Kurzschlusses
und allgemein dreieckige Durchgangsöffnungen 48, 49,
die jeweils mit den oberen und unteren Enden des Schlitzes 47 in
Verbindung stehen, ausgebildet. Der Schlitz 47 hat eine
Breite von vorzugsweise bis zu 1 mm in der Richtung von vorne nach
hinten.
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Die
Verbindungsplatte 21 hat gebogene Bereiche 51, 54,
welche oberhalb der oberen Öffnung 48 und
unterhalb der unteren Öffnung 49 jeweils
ausgebildet sind und nach links vorstehen. Der obere gebogene Bereich 51 steht
in Eingriff mit Eingriffsbereichen, welche zwischen dem Einlass-Sammelbehälter 5 und
dem Auslass-Sammelbehälter 6 vorgesehen
sind, d.h. einem Eingriffsbereich 52, der an der oberen
Kante der rechten Kappe 19 zwischen den beiden allgemein
kreisbogenförmigen
Bereichen von dieser vorgesehen ist, und einem Eingriffsbereich 53, der
zwischen den beiden Verbindungswandungen 28 des zweiten
Elements 17 des Einlass-Auslass-Tanks 2 vorgesehen
ist. Der untere gebogene Bereich 54 steht in Eingriff mit
Eingriffsbereichen, die zwischen dem Einlass-Sammelbehälter 5 und
dem Auslass-Sammelbehälter 6 vorgesehen
sind, d.h. mit einem Eingriffsbereich 55, der durch den
oben genannten flachen Bereich gebildet wird, welcher an der unteren
Kante der rechten Kappe 19 zwischen deren beiden allgemein
kreisbogenförmigen
Bereichen ausgebildet ist, und einem Eingriffsbereich 56,
welcher den flachen Bereich 24 des ersten Elements 16 des
Einlass-Auslass-Tanks 2 umfasst. Die Verbindungsplatte 21 hat
weiterhin Eingriffsnasen 51, welche nach links vorstehen
und integral mit deren unteren Kante an ihren vorderen und hinteren
Enden ausgebildet sind. Die Nasen 57 werden mit der rechten Kappe 19 in
Eingriff gebracht, indem sie in Ausnehmungen 19A eingesetzt
werden, welche in der Unterseite der Kappe 19 ausgebildet
sind.
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Ein
eingeschnürter
Bereich 7a, der an einem Ende des Einlassrohrs 7 ausgebildet
ist, ist in den Einlassbereich 45 der Verbindungsplatte 21 eingesetzt
und daran festgelötet,
und ein eingeschnürter Bereich 8a,
der an einem Ende des Auslassrohrs 8 ausgebildet ist, ist
in den Auslassbereich 46 der Platte 21 eingesetzt
und daran festgelötet.
Obwohl es nicht gezeigt ist, ist ein Expansionsventil-Montageelement an
beiden anderen Enden des Einlassrohrs 7 und des Auslassrohrs 8 über beide
Rohre hinweg vorgesehen.
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Die
ersten und zweiten Elemente 16, 17 des Kältemittel-Einlass-Auslass-Tanks 2,
die beiden Kappen 18, 19 und die Verbindungsplatte 21 werden
in der folgenden weise miteinander verlötet. Die ersten und zweiten
Elemente 16, 17 werden unter Verwendung der Lötmaterialschicht
des ersten Elements 16 aneinander gelötet, wobei die Vorsprünge 27a des zweiten
Elements 17 durch die entsprechenden Durchgangsöffnungen 25 des
ersten Elements 16 in klemmenden Eingriff in diese eingesetzt
werden und die oberen Enden der vorderen und hinteren aufrechten
Wandungen 22a des ersten Elements 16 auf diese
Weise mit den unteren Enden der vorderen und hinteren Wandungen 26 des
zweiten Elements 17 in Eingriff gebracht werden. Die beiden
Kappen 18, 19 werden an den ersten und zweiten
Elementen 16, 17 unter Verwendung der Lötmaterialschichten
der Kappen 18, 19 festgelötet, wobei die Vorsprünge 39, 32 der
vorderen Bereiche in den vorderen Raum innerhalb der beiden Elemente 16, 17 vor
der Trennwandung 27 eingreifen, die obe ren Vorsprünge 41, 33 der hinteren
Bereiche in den oberen Raum innerhalb der beiden Elemente 16, 17 hinter
der Trennwandung 27 und oberhalb der Widerstandsplatte 29 eingreifen, die
unteren Vorsprünge 42, 34 der
hinteren Bereiche in den unteren Raum hinter der Trennwandung 27 und
unterhalb der Widerstandsplatte 29 eingreifen, die oberen
Eingriffsnasen 43, 35 mit den Verbindungswandungen 28 des
zweiten Elements 17 in Eingriff kommen, und die unteren
Eingriffsnasen 44, 46 mit den gekrümmten Bereichen 22 des
ersten Elements 16 in Eingriff kommen. Die Verbindungsplatte 21 wird
an der rechten Kappe 19 unter Verwendung der Lötmaterialschicht
der Kappe 19 festgelötet,
wobei der obere gebogene Bereich 51 in dem oberen Eingriffsbereich 52 der
Kappe 19 und in dem Eingriffsbereich 53 des zweiten
Elements 17 in Eingriff kommt, der untere gebogene Bereich 54 mit
dem unteren Eingriffsbereich 55 der Kappe 19 und
mit dem Eingriffsbereich 56 des ersten Elements 16 in
Eingriff kommt, und die Eingriffsnasen 57 in den Ausnehmungen 19A,
welche in der Unterseite der Kappe 19 ausgebildet sind,
in Eingriff kommen.
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Auf
diese Weise wird der Kältemittel-Einlass-Auslass-Tank 2 hergestellt.
Der Bereich des zweiten Elements 17 vor der Trennwandung 27 dient als
der Einlass-Sammelbehälter 5,
und der Bereich des Elements 17 hinter der Trennwandung 27 als
der Auslass-Sammelbehälter 6.
Der Auslass-Sammelbehälter 6 wird
durch die den Strom unterteilende Widerstandsplatte 29 in
obere und untere Räume 6a, 6b unterteilt,
welche durch die Kältemitteldurchgangsöffnungen 31A, 31B in
Verbindung gehalten werden. Der Kältemittelauslass 38 der
rechten Kappe 19 steht mit dem oberen Raum 6a des
Auslass-Sammelbehälters 6 in
Verbindung. Der Kältemittel-Einlassbereich 45 der
Verbindungsplatte 21 kommuniziert mit dem Kältemittel-Einlass 37,
und der Kältemittel-Auslassbereich 46 von
ihr kommuniziert mit dem Auslass 38.
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Unter
Bezugnahme auf die 4 bis 10 umfasst
der Kältemittel-Richtungswechsel-Tank 3 ein plattenähnliches
erstes Element 70, welches aus einem Aluminiumlötblech besteht,
das eine Lötmaterialschicht
auf seinen gegenüber
liegenden Oberflächen
aufweist und an dem die Wärmetauscherrohre 12 angebracht
sind, ein zweites Element 71, das aus einem Strangussteil
aus reinem Aluminium besteht und die Unterseite des ersten Elements 70 abdeckt, und
Aluminiumkappen 72, die aus einem Aluminiumlötblech hergestellt
sind, welches eine Lötmaterialschicht über seinen
gegenüber
liegenden Oberflächen
aufweist, um die linken und rechten Endöffnungen zu verschließen.
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Der
Kältemittel-Richtungswechsel-Tank 3 hat
eine Oberseite 3a, welche einen kreisbogenförmigen Querschnitt
in seiner Gesamtheit besitzt, so dass ihr Mittelbereich gegenüber der
Richtung von vorne nach hinten der höchste Bereich 73 ist,
welcher zu den vorderen und hinteren Seiten allmählich abfällt. Der Tank 3 ist
in seinen vorderen und hinteren gegenüber liegenden Seitenbereichen
mit Nuten 74 versehen, die sich von den gegenüber liegenden vorderen
und hinteren Seiten des höchsten
Bereiches 73 der Oberseite 3a zu den vorderen
und hinteren gegenüber
liegenden Seitenflächen 3b jeweils
erstrecken und seitlich mit einem Abstand angeordnet sind.
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Das
erste Element 70 hat einen kreisbogenförmigen Querschnitt, der in
seinem Mittelbereich bezüglich
der Richtung von vorne nach hinten nach oben gebeult ist und mit
einer herab hängenden Wandung 70a versehen,
die an jeder der vorderen und hinteren Seitenkanten integral mit
ihm ausgebildet ist und sich über
die gesamte Länge
des Elements 70 erstreckt. Die Oberseite des ersten Elements 70 dient
als die Oberseite 3a des Kältemittel-Richtungswechsel-Tanks 3, und
die Außenfläche der
herab hängenden
Wandung 70a als die vordere oder hintere Seitenfläche 3b des
Behälters 3.
Die Nuten 74 sind in jedem der vorderen und hinteren Seitenbereiche
des ersten Elements 70 ausgebildet und erstrecken sich
von dem höchsten
Bereich 73 in dem Mittelbereich des Elements 70 bezüglich der
Richtung von vorne nach hinten zu dem unteren Ende der herab hängenden
Wandung 70a. In jedem der vorderen und hinteren Seitenbereiche
des ersten Elements 70 außer an dem höchsten Bereich 73 in
dessen Mittelbereich sind Rohreinsetzöffnungen 75, die in
der Richtung von vorne nach hinten länglich ausgebildet sind, zwischen
jeweils benachbarten Paaren von Nuten 74 ausgebildet. Jedes
entsprechende Paar von vorderen und hinteren Rohreinsetzschlitzen 75 hat die
selbe Position bezüglich
der seitlichen Richtung. Das erste Element 70 hat eine
Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 76,
die in dem höchsten
Bereich 23 in dem Mittelbereich von ihm ausgebildet und
seitlich mit einem Abstand angeordnet sind. Die herab hängenden
Wandungen 70a, die Nuten 74, die Rohreinsetzschlitze 75 und
die Durchgangsöffnungen 76 des ersten
Elements 70 werden gleichzeitig hergestellt, indem das
Element 70 aus einem Aluminiumlötblech durch einen Pressvorgang
hergestellt wird.
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Das
zweite Element 71 ist allgemein w-förmig im Querschnitt und nach
oben geöffnet
und umfasst zwei vordere und hintere Wandungen 77, die nach
oben und außen
nach vorne und hinten jeweils gekrümmt sind und sich seitlich
erstrecken, eine vertikale Trennwandung 78, die an dem
Mittelbereich zwischen den beiden Wandungen 77 vorgesehen
ist, sich seitlich erstreckt und als ein Trennmittel dient, um den
Innenraum des Kältemittel-Richtungswechsel-Tanks 3 in
zwei vordere und hintere Räume
zu unterteilen, und zwei Verbindungswandungen 79, welche
die Trennwandung 78 mit den vorderen und hinteren Wandungen 77 an
deren unteren Enden integral verbindet. Die Trennwandung 78 hat
ein oberes Ende, welches nach oben über die oberen Enden der vorderen
und hinteren Wandungen 77 vorsteht und mit einer Mehrzahl
von Vorsprüngen 78a versehen
ist, welche nach oben an deren oberen Kante integral mit dieser
vorstehen und seitlich mit einem Abstand angeordnet und in die entsprechenden
Durchgangsöffnungen 76 in
dem ersten Element 70 eingesetzt sind. Die Trennwandung 78 ist
mit Kältemittel-Durchtritts-Ausschnitten 78b versehen,
welche in ihrer Oberseite zwischen jeweils benachbarten Paaren von
Vorsprüngen 78 ausgebildet
sind. Die Vorsprünge 78a und
die Ausschnitte 78b werden gebildet, indem bestimmte Bereiche
der Trennwandung 78 weggeschnitten werden.
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Das
zweite Element 71 wird hergestellt, indem die vorderen
und hinteren Wandungen 77, die Trennwandung 78 und
die Verbindungswandungen 79 integral stranggepresst werden
und die Trennwandung 78 einer Schneidbearbeitung unterworfen wird,
um die Vorsprünge 78a und
die Ausschnitte 78b zu bilden.
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Der
vordere Bereich von jeder der Kappen 72 hat einen seitlich
inneren Vorsprung 81, der an der seitlichen Innenseite
von ihnen integral mit ihnen ausgebildet ist und in den Einlass-Sammelbehälter 9 einsetzbar
ist.
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An
der seitlichen Innenseite des hinteren Bereichs der Kappe 72 ist
ein seitlich innerer Vorsprung 72 integral ausgebildet,
der in den Auslass-Sammelbehälter 11 einsetzbar
ist. Jede Kappe 72 ist integral an einem kreisbogenförmigen Bereich
zwischen seiner unteren Kante und jeder der vorderen und hinteren
Seitenkanten mit einer Eingriffsnase 83 versehen, die seitlich
nach innen vorsteht, und hat weiterhin eine Mehrzahl von Eingriffsnasen 84,
welche mit einem Abstand in der Richtung von vorne nach hinten angeordnet
und an ihrer oberen Kante integral mit dieser ausgebildet sind und
seitlich nach innen vorstehen.
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Die
ersten und zweiten Elemente 70, 71 des Richtungswechsel-Behälters 3 und
seine beiden Kappen 72 werden in der folgenden Weise miteinander
verlötet.
Die ersten und zweiten Elemente 70, 71 werden
miteinander unter Verwendung der Lötmaterialschicht des ersten
Elements 70 verlötet,
wobei die Vorsprünge 78a des
zweiten Elements 71 durch die entsprechenden Öffnungen 76 in
klemmenden Eingriff eingesetzt sind und die unteren Enden der vorderen
und hinteren herab hängenden
Wandungen 70a des ersten Elements 70 sich in Eingriff
mit den oberen Enden der vorderen und hinteren Wandungen 77 des
zweiten Elements befinden. Die beiden Kappen 72 werden
an den ersten und zweiten Elementen 70, 71 unter
Verwendung der Lötmaterialschichten
der Kappen 72 festgelötet,
wobei die vorderen Vorsprünge 81 in
den durch die beiden Elemente 70, 71 definierten
Raum eingesetzt und vor der Trennwandung 78 positioniert
sind, wobei die hinteren Vorsprünge 82 in
den durch die beiden Elemente 70, 71 eingesetzt
und hinter der Trennwandung 78 positioniert sind, die oberen
Eingriffsnasen mit dem ersten Element 70 in Eingriff stehen
und die unteren Eingriffsnasen 83 mit den vorderen und
hinteren Wandungen 77 des zweiten Elements 71 in
Eingriff stehen. Auf diese Weise wird der Kältemittel-Richtungswechsel-Tank 3 gebildet.
Der Bereich des zweiten Elements 71, der vor der Trennwandung 78 liegt, dient
als der Einlass-Sammelbehälter 9,
und sein Bereich, welcher hinter der Trennwandung 78 liegt,
als der Auslass-Sammelbehälter 11.
Die am oberen Ende vorgesehenen Öff nungen
der Ausschnitte 78b in der Trennwandung 78 des
zweiten Elements 71 werden mit dem ersten Element 70 geschlossen,
wodurch Kältemittel-Durchtrittsöffnungen 85 gebildet werden.
Der Einström-Sammelbehälter 9 steht
mit dem Auslass-Sammelbehälter 11 durch
die Kältemittel-Durchtrittsöffnungen 85 in
Verbindung.
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Die
Wärmetauschrohre 12,
welche die vorderen und hinteren Rohrgruppen 13 bilden,
sind aus Aluminium-Strangussteilen hergestellt. Jedes Rohr 12 ist
flach, hat eine große
Breite in der Richtung von vorne nach hinten und ist in seinem Innenraum
mit einer Mehrzahl von Kältemittelkanälen 12a versehen, welche
sich in der Längsrichtung
des Rohrs erstrecken und parallel zueinander angeordnet sind (siehe 6).
Die Rohre 12 haben obere Endbereiche, welche durch die
Schlitze 23 in dem ersten Element 16 des Kältemittel-Einlass-Auslass-Tanks 2 eingesetzt und
an dem ersten Element unter Verwendung der Lötmaterialschicht des ersten
Elements 16 festgelötet
sind. Die Rohre 12 haben untere Endbereiche, welche durch
die Schlitze 75 in dem ersten Element 70 des Kältemittel-Richtungswechsel-Tanks 3 eingesetzt
und an dem ersten Element 70 unter Verwendung der Lötmaterialschicht
des ersten Elementes 70 festgelötet sind.
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Vorzugsweise
hat das Wärmetauscherrohr 12 eine
Höhe, d.h.
eine Dicke in der seitlichen Richtung, von 0,75 bis 1,5 mm, eine
Breite in der Richtung von vorne nach hinten von 12 bis 18 mm, in
seiner Umfangswandung eine Dicke von 0,175 bis 0,275 mm, eine Dicke
in den Trennwandungen, welche die Kältemittelkanäle voneinandertrennen,
von 0,175 bis 0,275 mm, eine Teilung der Trennwandungen von 0,5 bis
3,0 mm und einen Krümmungsradius,
an den Außenflächen der
vorderen und hinteren gegenüberliegenden
Endwandungen von 0,35 bis 0,75 mm.
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An
der Stelle eines Wärmetauschrohrs 12 aus
einem Aluminium-Strangussteil kann ein elektrisch widerstandsgeschweißtes Rohr
aus Aluminium verwendet werden, in welchem eine Mehrzahl von Kältemittelkanälen gebildet
werden, indem innere Rippen in das Rohr eingesetzt werden. Auch
verwendbar ist ein Rohr, welches aus einer Platte hergestellt ist,
welche aus einem Aluminiumlötblech
mit einer Aluminiumlötschicht
auf einer ihrer Oberflächen durch
einen Walzprozess vorbereitet worden ist und zwei wandbildende Bereiche,
die durch einen Verbindungsbereich verbunden sind, einen Seitenwand
bildenden Bereich, der an einem flachen wandbildenden Bereich integral
mit diesem ausgebildet ist und von einer seiner Seitenkanten, welche
dem Verbindungsbereich gegenüberliegt,
abragt, und eine Mehrzahl von Trennwandungen in den Bereichen, welche von
jedem flachen wandbildenden Bereich integral mit diesem vorsteht
und in der Breitenrichtung davon mit einem Abstand angeordnet sind,
aufweist, indem die Platte in die Form einer Haarnadel an dem Verbindungsbereich
gebogen wird und die Seitenwand bildenden Bereiche in anliegender
Beziehung miteinander verlötet
werden, um die Trennwandungen durch die Trennwandung bildenden Bereiche
herzustellen.
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Die
gewellte Rippe 14 ist aus einem Aluminiumblech hergestellt,
welches eine Lötmaterialschicht auf
seinen gegenüberliegenden
Seiten aufweist, indem das Blech in eine gewellte Form umgeformt wird.
Kühlschlitze
sind parallel in der Richtung von vorne nach hinten angeordnet in
den diejenigen Bereichen des wellenförmigen Bleches ausgebildet, welche
die Gipfelbereiche mit den Talbereichen von ihnen verbinden. Die
gewellten Rippen 14 werden gemeinsam für die vorderen und die hinteren
Rohrgruppen 13 verwendet. Die Breite der Rippen 14 in der
Richtung von vorne nach hinten ist etwa gleich der Strecke von der
vorderen Kante des Wärmetauscherrohrs 12 in
der vorderen Rohrgruppe 13 zu der hinteren Kante des entsprechenden
Wärmetauscherrohrs 12 in
der hinteren Rohrgruppe 13. Es ist gewünscht, dass die gewellte Rippe
eine Rippenhöhe, d.h.
eine geradlinigen Abstand von dem Gipfelbereich zu dem Teilbereich,
von 7,0 bis 10,0 mm, und eine Rippenteilung, d.h. eine Teilung der
Verbindungsbereiche, von 1,3 bis 1,8 mm besitzt. Anstelle einer
gewellten Rippe, welche sowohl für
die vorderen, als auch die hintere Rohrgruppe 13 gemeinsam dient,
kann ein gewellte Rippe zwischen jedem benachbarten Paar von Wärmetauschrohren 12 von
jeder Rohrgruppe 13 vorgesehen sein.
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Der
Verdampfer 1 wird hergestellt, indem die Bauteile mit der
Ausnahme des Kältemittel-Einlassrohrs 7 und
des Käl temittel-Auslassrohrs 8 in
Kombination geheftet werden und die geheftete Ordnung kollektiv
gelötet
wird.
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Zusammen
mit einem Kompressor und einem Kondensator bildet der Verdampfer 1 einen
Kältekreislauf,
welcher in Fahrzeugen wie beispielsweise Kraftfahrzeugen zur Verwendung
als eine Klimaanlage installiert ist.
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Unter
Bezugnahme auf die 11, welche den beschriebenen
Verdampfer zeigt, tritt ein zweischichtiges Kältemittel in einer Dampf/Flüssigkeit-Mischphase,
welches durch einen Kompressor, einen Kondensator und einen Expansionsventil strömt, in den
Kältemittel-Einlass-Sammelbehälter 5 des
Einlass-Auslass-Tanks 2 über das Kältemittel-Einlassrohr 7, den Kältemittel-Einlassbereich 45 der
Verbindungsplatte 21 und den Kältemitteleinlass 37 der
rechten Kappe 19 ein und strömt unterteilt in die Kältemittelkanäle 12a von
allen Wärmetauscherrohren 12 der
vorderen Rohrgruppe 13.
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Da
der Einlass 37 nach oben abweichend von dem Einlassbereich 45 positioniert
ist, strömt
das Kältemittel
von dem Einlassbereich 45 schräg nach links oben zu dem Einlass 37 und
strömt
weiter nach links oben, indem es durch die Führung 40 geführt wird.
Das Kältemittel
strömt
weich durch den Einlass-Sammelbehälter 5 zu dessen linkem
Ende und strömt
gleichmäßig in alle
Wärmetauscherrohre 12 der
vorderen Rohrgruppe 13. Wenn der eingeschnürte Bereich 7a des
Einlassrohrs 7 einen Innendurchmesser von 3 bis 8,5 mm
besitzt, wird dem über
das Einlassrohr 7 zugeführten
Kältemittel
eine hohe Geschwindigkeit gegeben, sodass es leicht durch den Einlass-Sammelbehälter 5 zu
dessen linkem Ende strömt
und gleichmäßig in alle
Wärmetauscherrohre 12 der
ersten Rohrgruppe 13 strömt. Dies ergibt für das Kältemittel,
welches durch alle Rohre 12 der vorderen Gruppe 13,
die mit dem Einlass-Sammelbehälter 5 verbunden
sind, strömt,
eine gleichmäßige Strömungsrate.
-
Das
Kältemittel,
welches die Kanäle 12a von allen
Wärmetauscherrohren 12 hinunterströmt, tritt
in den Kältemittel-Einström-Sammelbehälter 9 des
Kältemittel-Richtungswechsel-Tanks 3 ein.
Das Kältemittel
in dem Sammelehälter 9 strömt durch
die Kältemittel-Durchtrittsöffnungen 85 der
Trennwandung 78 in den Kältemittel-Ausström-Sammelbehälter 11.
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Das
Kältemittel,
welches in den Ausström-Sammelbehälter 11 einströmt, strömt unterteilt in
die Kältemittelkanäle 12a von
allen Wärmetauscherrohren 12 der
hinteren Rohrgruppe 13, ändert seine Richtung und strömt nach
oben durch die Kanäle 12a in
den unteren Raum 6a des Auslass-Sammelbehälters 6. Da das Kältemittel,
welches durch sämtliche
Rohre 12 der vorderen Rohrgruppe 13, die mit dem
Einlass-Sammelbehälter 5 verbunden
sind, strömt,
eine gleichmäßige Strömungsrate
besitzt, wird auch das Kältemittel,
welches durch alle Wärmetauscherrohre 12,
welche in der hinteren Rohrgruppe 13 enthalten und mit
dem Auslass-Sammelbehälter 6 verbunden
sind, strömt,
eine gleichmäßige Strömungsrate
besitzen. Weiterhin ermöglicht
der Widerstand, welcher durch die stromteilende Widerstandsplatte 29 dem
Strom des Kältemittels
entgegengesetzt wird, es dem Kältemittel,
gleichmäßig auch
dem Ausström-Sammelbehälter 11 in
alle Wärmetauscherrohre 12 der
hinteren Rohrgruppe 13 zu strömen und führt auch dazu, dass das Kältemittel
aus dem Einlass-Sammelbehälter 5 in
alle Rohre 12 der vorderen Rohrgruppe 13 gleichmäßiger einströmt. Als
ein Ergebnis strömt
das Kältemittel
durch alle Wärmetauscherrohre 12 der
beiden Rohrgruppen 13 in gleichmäßigen Mengen.
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Anschließend strömt das Kältemittel
durch die Kältemittel-Durchtrittsöffnungen 31A, 31B der
Widerstandsplatte 29 in den oberen Raum 6a des
Auslass-Sammelbehälters 6 und
strömt
aus dem Verdampfer über
den Kältemittel-Auslass 38 der
rechten Kappe 19, den Auslassbereich 46 der Verbindungsplatte 21 und
das Auslassrohr 8 nach außen.
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Während es
durch die Kältemittelkanäle 12a der
Wärmetauscherrohre 12 der
vorderen Rohrgruppe 13 und die Kältemittelkanäle 12a der
Wärmetauscherrohre 12 der
hinteren Rohrgruppe 13 strömt, wird das Kältemittel
mit der Luft, welche durch den Luftdurchtrittsspalt in der Richtung
des Pfeils X, welcher in der 1 gezeigt
ist, einem Wärmetausch unterworfen
und strömt
in eine Dampfphase aus dem Verdampfer.
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Da
das Kältemittel,
welches durch alle Rohre 12 der vorderen Gruppe 13,
welche mit dem Einlass-Sammelbehälter 5 verbunden
ist, strömt,
eine gleichmäßige Strömungsrate
erhält,
und das Kältemittel,
welches durch alle Wärmetauschrohre 12 der hinteren
Rohrgruppe 13, welche mit dem Auslass-Sammelbehälter 6 verbunden
ist, strömt,
auch eine gleichmäßige Strömungsrate
erhält,
wird die Menge an Kältemittel,
welche zu der Kühlung
beiträgt,
hinsichtlich der Richtung von links nach rechts des Wärmetauscherkerns 4 vergleichmäßigt und wird
auch die Luft, welche durch den Wärmetauscherkern 4 strömt, auch
in der Temperatur vergleichmäßigt, was
es dem Verdampfer 1 erlaubt, eine bemerkbare verbesserte
Wärmetauschleistung
zu liefern. Ein Abfall in der Wärmetauschleistung
wird insbesondere in dem Fall verhindert, in welchem die Strömungsrate
des Kältemittels
klein ist.
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Wasserkondensat
wird an den Oberflächen der
gewellten Rippen 14 erzeugt, um die Oberseite 3a des
Richtungswechsel-Tank 3 hinunter zu strömen, wenn das Kältemittel
einem Wärmetausch
mit der Luft, welche durch die Luftdurchtrittsspalte in der Richtung
des in der 1 angezeigten Pfeil X strömt, unterworfen
wird, während
es durch die Kältemittelkanäle 12a der
Wärmetauscherrohre 12 der
vorderen Rohrgruppe 13 und die Kältemittelkanäle 12a der Wärmetauscherrohre 12 der
hinteren Rohrgruppe 13 strömt. Das Kondensat, welches
die Tank-Oberseite 3a herunterströmt, tritt in die Nuten 74 durch
einen Kapillareffekt ein, strömt
durch die Nuten 74 und fällt von den vorderen oder hinteren äußeren Enden
der Nuten 74 unter den Richtungswechsel-Tank 3.
Dies verhindert, dass sich eine große Kondensatmenge zwischen
der Oberseite 3a des Richtungswechsel-Tanks 3 und
den unteren Enden der gewellten Rippen 14 sammelt, wodurch
entsprechend verhindert wird, dass das Kondensat aufgrund einer
Ansammlung einer großen
Menge von Kondensat gefriert, wodurch eine uneffiziente Leistung
des Verdampfers 1 ausgeschlossen wird.
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Eine
Gruppe 13 von Wärmetauscherrohren ist
zwischen dem Einlass-Sammelbehälter 5 und dem
Einström-Sammelbehälter 9 der
beiden Tanks 2, 3 und auch zwischen dem Auslass-Sammelbehälter 6 und
dem Ausström-Sammelbehälter 11 davon
gemäß der zuvor
beschriebenen Ausführungsform
vorgesehen, wobei dieser Anordnung jedoch nicht beschränkend ist;
eine oder wenigsten zwei Gruppen 13 von Wärmetauscherrohren
kann zwischen dem Einlass-Sammelbehälter 5 und dem Einström-Sammelbehälter 9 der
beiden Tanks 2, 3 und auch zwischen dem Auslass-Sammelbehälter 6 und
dem Ausström-Sammelbehälter 11 davon
vorgesehen sein. Der Verdampfer kann verwendet werden, wenn der Richtungswechsel-Tank 3 oberhalb
des Einlass-Auslass-Tanks 2 positioniert ist.
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Gemäß der zuvor
beschriebenen Ausführungsform
sind das Kältemittel-Einlassrohr 7 und
das Kältemittel-Auslassrohr 8 jeweils
an dem Einlassbereich 45 und dem Auslassbereich 46 der
Verbindungsplatte 21 angebracht, wobei ein Expansionsventil-Montageelement
sich quer zu den beiden Endbereichen der Rohre 7, 8 erstreckt
und daran fixiert ist, wobei jedoch das Montageelement für das Expansionsventil
alternativ direkt an der Verbindungsplatte 21 angebracht
sein kann.
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Obwohl
der Wärmetauscher
der Erfindung gemäß der zuvor
beschriebenen Ausführungsform als
ein Verdampfer verwendet wird, ist diese Ausführungsform nicht beschränkend; die
Erfindung ist auch auf verschiedene andere Wärmetauscher anwendbar.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Der
Wärmetauscher
der Erfindung ist zur Verwendung als ein Verdampfer in Klimaanlagen
für Kraftfahrzeuge,
die Kältekreisläufe zur
Installation in Kraftfahrzeugen sind, geeignet.
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Zusammenfassung:
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Ein
Wärmetauscher 1 besitzt
einen Wärmetauscherkern 4,
der aus Wärmetauscherrohren 12 besteht,
die in Gruppen 13 in der Form von zwei Reihen, die in der
Luftströmungsrichtung
durch den Wärmetauscher
parallel angeordnet sind, einen Kältemittel-Einlass-Sammelbehälter 5,
der an der oberen Endseite der Rohre 12 angeordnet ist
und an dem eine Reihe von Wärmetauscherrohren 12 angebracht ist,
und einen Kältemittel-Auslass-Sammelbehälter 6, der
an der Rückseite
des Einlass-Sammelbehälters 5 an
der oberen Endseite der Rohre 12 angeordnet ist und an
dem die andere Reihe von Wärmetauscherrohren 12 angebracht
ist. Eine Kappe 19 zum Verschließen einer Öffnung des Einlass-Sammelbehälters 5 an
dessen einem Ende ist mit einem Kältemittel-Einlass 37 versehen.
Die Kappe 19 hat eine untere Kante, welche den Einlass 37 definiert
und mit einer Führung 40 versehen
ist, die zur Innenseite des Einlass-Sammelbehälters nach oben geneigt ist.