-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher unter
Verwendung eines Kohlendioxid enthaltenden, zeotropischen Kühlmittelgemisches als
ein Kühlmittel, und auch zugehörige Technologien hierfür.
-
STAND DER TECHNIK
-
18 ist
eine Zeichnung, die einen Fahrzeugklimaanlagenwärmetauscher
des Querstromtyps zeigt, bei welchem eine Kühlmittelströmungsrichtung
senkrecht zu einer Luftströmungsrichtung ist. Wie in dieser
Figur gezeigt, sind eine Mehrzahl von Wärmeaustauschrohren 2 parallel
zwischen einem Paar vertikal angeordneten Verteilern 1 und 1 angeordnet,
wobei entgegengesetzte Enden der Wärmeaustauschrohre mit
den beiden Verteilern 1 und 1 verbunden sind,
und eine Lamelle 3 ist zwischen den Wärmeaustauschrohren 2 angeordnet. Der
rechte Verteiler 1 ist mit einer Kühlmitteleinlassdüse 4 an
dem unteren Endabschnitt des Verteilers und einer Kühlmittelauslassdüse 5 an
dem oberen Endabschnitt davon versehen. Trennplatten 6 sind
in den Verteilern 1 und 1 vorgesehen, um die Wärmeaustauschrohre 2 in
eine Mehrzahl von Pfaden zu unterteilen. Daher ist die Konfiguration
derart, dass ein Kühlmittel, das über die Kühlmitteleinlassdüse 4 eingeführt
wird, durch die Pfade der Reihe nach in einer Zickzackweise hindurchtritt
und dann über die Kühlmittelauslassdüse 5 herausströmt.
-
Andererseits
wurde bei einem Wärmetauscher für die Verwendung
in einer Fahrzeugklimaanlage herkömmlich ein Kühlmittel
der Freon-Gruppe, wie R134a, als ein Kühlmittel verwendet,
das in einem Wärmeaustauschsystem zirkuliert. Jedoch steht,
da ein solches Kühlmittel der Freon-Gruppe eine ozonabbauende
Substanz und eine erderwärmende Substanz ist, ein Kühlkreislauf
unter Verwendung von Kohlendioxid (CO2), das
in der Natur existiert, als eine Klimaanlagentechnik zur Vermeidung der
Verwendung von Freon im Mittelpunkt, wie im Patentdokument 1 offenbart
ist.
- Patentdokument 1: Japanische
ungeprüfte offengelegte Patentveröffentlichung
Nr. 2001-99522 .
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
-
Bei
dem Kühlkreislauf unter Verwendung eines Kühlmittels,
das aus einer einzigen Zusammensetzung von Kohlendioxid besteht,
hat jedoch das Kühlsystem im Vergleich zu dem System unter
Verwendung eines Kühlmittels der Freon-Gruppe einen sehr
hohen Innendruck, was es schwierig macht, die Druckfestigkeit sicherzustellen.
Unter den Umständen erkannten die vorliegenden Erfinder
aufgrund ihrer Studien die Tatsache, dass die Verwendung eines zeotropischen
Kühlmittelgemisches, das vor allem aus Kohlendioxid besteht,
das in der Natur existiert, zu den erwünschten Wirkungen
führen kann.
-
Bei
dem Kühlkreislauf unter Verwendung eines zeotropischen
Kühlmittelgemisches, das vor allem aus Kohlendioxid besteht,
bewirken jedoch die chemischen Eigenschaften Kühlmitteltemperaturänderungen
während des Verdampfungsprozesses und/oder des Kondensations-(Kühlungs-)prozesses. Dies
erzeugt wiederum Temperaturdifferenzen von mehr als zehn Grad bis
etliche zehn Grad zwischen dem Kühlmitteleinlassabschnitt
und dem Kühlmittelauslassabschnitt, wobei diese beiden
Abschnitte jeweils als eine Kühlvorrichtung oder eine Verdampfungsvorrichtung
wirken, was zu einem großen Temperaturgradienten führt.
-
17 zeigt
ein Mollier-Diagramm eines Kühlkreislaufs unter Verwendung
eines zeotropischen Kühlmittelgemisches, bei welchem das
Verhältnis von Kohlendioxid zu Dimethylether 90 zu 10 beträgt.
Wie aus diesem Diagramm zu sehen ist, steigt während des
Kühlmittelverdampfungsprozesses von dem Punkt „d"
zu dem Punkt „a", obwohl der Druck konstant ist, die Verdampfungstemperatur
allmählich an. Darüber hinaus sinkt während
des Kühlungs-(Abkühlungs-)prozesses von dem Punkt „b" zu dem
Punkt „c", obwohl der Druck konstant ist, die Temperatur
allmählich ab.
-
In
Fällen, wo ein solches zeotropisches Kühlmittelgemisch
mit einem Temperaturgradienten z. B. während eines Kühlungsprozesses
verwendet wird, wie es bei dem wie in 18 gezeigten
Wärmetauscher des Querstromtyps ist, ist die Kühlmitteltemperatur
in dem kühlmitteleinlassseitigen Kernabschnitt (dem unteren
Bereich des Wärmetauschers) hoch und in dem kühlmittelauslassseitigen
Kernabschnitt (dem oberen Bereich des Wärmetauschers) gering. Folglich
ist, obwohl die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel
und der Luft in dem Kühlmitteleinlass und dessen Nähe
bei hoher Kühlmitteltemperatur groß gehalten werden
kann, die Temperaturdifferenz dazwischen in dem Kühlmittelauslass
und dessen Nähe gering. Dies bewirkt eine erhebliche Verschlechterung
der Wärmeaustauschleistung in dem Kühlmittelauslass
und dessen Nähe, was wiederum ein Problem bewirken kann,
dass kein effizienter Wärmeaustausch durch den gesamten
Wärmetauscher durchgeführt werden kann.
-
Die
bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
wurden in Anbetracht der oben genannten und/oder anderer Probleme
bei verwandten Technologien geschaffen. Die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können vorhandene verfahren
und/oder Vorrichtungen bedeutend verbessern.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Umstände
geschaffen und zielt darauf ab, einen Wärmetauscher und
dessen zugehörige Technologien bereitzustellen, die geeignet sind,
den Wärmeaustausch unter Verwendung eines zeotropischen
Kühlmittelgemisches, das Kohlendioxid enthält,
wirksam durchzuführen.
-
Andere
Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden
Ausführungsform ersichtlich.
-
MITTEL ZUR LÖSUNG
DER PROBLEME
-
Um
die oben genannten Ziele zu erreichen, hat die vorliegende Erfindung
die folgende Struktur.
- [1] Wärmetauscher,
der derart konfiguriert ist, dass ein zeotropisches Kühlmittelgemisch,
das Kohlendioxid enthält, durch eine Wärmeaustauschpassage
hindurchströmt, um Wärme zwischen dem Kühlmittel
und der Luft auszutauschen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsrichtung
des durch die Wärmeaustauschpassage hindurchtretenden Kühlmittels
entgegengesetzt zu einer Strömungsrichtung der Luft ist.
- [2] Wärmetauscher, der derart konfiguriert ist, dass
ein zeotropisches Kühlmittelgemisch, das Kohlendioxid enthält,
durch eine Mehrzahl von Wärmeaustauschrohren hindurchströmt,
um Wärme zwischen dem Kühlmittel und der Luft
auszutauschen, dadurch gekennzeichnet, dass
die Mehrzahl von
Wärmeaustauschrohren parallel zueinander angeordnet sind,
wobei eine Längsrichtung des Wärmeaustauschrohres
parallel zu einer Strömungsrichtung der Luft ist, und
eine
Strömungsrichtung des durch das Wärmeaustauschrohr
hindurchtretenden Kühlmittels entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung
der Luft ist.
- [3] Wärmetauscher nach dem oben genannten Punkt [2],
wobei ein einlassseitiger Hauptverteiler an einer Abstromseite in
Bezug auf die Strömungsrichtung der Luft angeordnet ist,
und ein auslassseitiger Hauptverteiler an einer Zustromseite angeordnet
ist,
wobei ein Endabschnitt eines einlassseitigen Unterverteilers
mit dem einlassseitigen Hauptverteiler verbunden ist,
wobei
ein Endabschnitt eines auslassseitigen Unterverteilers mit dem auslassseitigen
Hauptverteiler verbunden ist, und
wobei die Mehrzahl von Wärmeaustauschrohren parallel
zueinander zwischen dem einlassseitigen Unterverteiler und dem auslassseitigen
Unterverteiler in einem Zustand angeordnet sind, in welchem einlassseitige
Endabschnitte der Wärmeaustauschrohre mit dem einlassseitigen
Unterverteiler verbunden sind und auslassseitige Endabschnitte der Wärmeaustauschrohre
mit dem auslassseitigen Unterverteiler verbunden sind.
- [4] Wärmetauscher nachdem oben genannten Punkt [2],
wobei
ein Paar einlassseitige Hauptverteiler parallel zueinander an einer
Abstromseite in Bezug auf die Strömungsrichtung der Luft
angeordnet sind, und ein Paar auslassseitige Hauptverteiler parallel
zueinander an einer Zustromseite korrespondierend mit den einlassseitigen
Hauptverteilern angeordnet sind,
wobei beide Endabschnitte
eines einlassseitigen Unterverteilers mit dem Paar einlassseitigen Hauptverteilern
verbunden sind,
wobei beide Endabschnitte eines auslassseitigen Unterverteilers
mit dem Paar auslassseitigen Hauptverteilern verbunden sind, und
wobei
die Mehrzahl von Wärmeaustauschrohren parallel zueinander
zwischen dem einlassseitigen Unterverteiler und dem auslassseitigen
Unterverteiler in einem Zustand angeordnet sind, in welchem einlassseitige
Endabschnitte der Wärmeaustauschrohre mit dem einlassseitigen
Unterverteiler verbunden sind und auslassseitige Endabschnitte der
Wärmeaustauschrohre mit dem auslassseitigen Unterverteiler,
verbunden sind.
- [5] Wärmetauscher nach dem oben genannten Punkt [3],
wobei
die einlassseitigen Unterverteiler parallel zueinander entlang einer
Längsrichtung des einlassseitigen Hauptverteilers angeordnet
sind,
wobei die auslassseitigen Unterverteiler parallel zueinander
entlang einer Längsrichtung des auslassseitigen Hauptverteilers
angeordnet sind, und
wobei die Wärmeaustauschrohre
zwischen dem korrespondierenden einlassseitigen Unterverteiler und
auslassseitigen Unterverteiler angeordnet sind.
- [6] Wärmetauscher, der derart konfiguriert ist, dass
ein zeotropisches Kühlmittelgemisch, das Kohlendioxid enthält,
durch eine Mehrzahl von Wärmeaustauschrohren hindurchströmt, um
Wärme zwischen dem Kühlmittel und der Luft auszutauschen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mehrzahl von Wärmeaustauschrohren
parallel zueinander angeordnet sind, um einen Pfad zu bilden,
eine
Mehrzahl von Pfaden parallel zueinander entlang einer Strömungsrichtung
der Luft angeordnet sind, wobei die Wärmeaustauschrohre senkrecht
zu der Strömungsrichtung der Luft angeordnet sind, und
ein
Pfad, der sich an einer Abstromseite in Bezug auf eine Strömungsrichtung
des Kühlmittels befindet, an einer Zustromseite eines Pfades
angeordnet ist, der sich an einer Zustromseite in Bezug auf die
Strömungsrichtung des Kühlmittels befindet, so
dass das Kühlmittel durch die Mehrzahl von Pfaden der Reihe
nach hindurchtritt.
- [7] Wärmetauscher nach dem oben genannten Punkt [6],
wobei einlassseitige Endabschnitte der Wärmetauscherrohre
eines an einem zustromseitigen Ende angeordneten Pfades unter der
Mehrzahl von Pfaden mit dem einlassseitigen Verteiler verbunden
sind, und auslassseitige Endabschnitte der Wärmetauscherrohre
eines an einem abstromseitigen Ende angeordneten Pfades mit dem
auslassseitigen Verteiler verbunden sind, wobei auslassseitige Endabschnitte
der Wärmeaustauschrohre eines an der Zustromseite angeordneten
Pfades unter benachbarten zwei Pfaden und einlassseitige Endabschnitte
der Wärmeaustauschrohre eines an einer Abstromseite angeordneten
Pfades über einen Kühlmittelumkehrverteiler miteinander
verbunden sind.
- [8] Wärmetauscher nach einem der oben genannten Punkte
[1] bis [7], wobei das Kühlmittel ein gemischtes Kühlmittel
aus Kohlendioxid als ein Hauptbestandteil und Dimethylether ist.
- [9] Wärmetauscher nach dem oben genannten Punkt [2],
wobei das Wärmeaustauschrohr eine Mehrzahl von Kühlmittelpassagen
aufweist, die sich kontinuierlich in einer Rohrlängenrichtung
erstrecken und parallel zueinander in einer Rohrbreitenrichtung
angeordnet sind.
- [10] Wärmetauscher nach dem oben genannten Punkt [9],
wobei das Wärmeaustauschrohr eine Trennwand aufweist, die
benachbarte Kühlmittelpassagen trennt, und wobei die Trennwand
eine Verbindungsöffnung zum Verbinden benachbarter Kühlmittelpassagen
aufweist, um zu ermöglichen, dass sich das durch die Kühlmittelpassagen
hindurchtretende Kühlmittel über die Verbindungsöffnung
in die Kühlmittelpassagen hinein und aus diesen heraus
bewegt.
- [11] Kühlmittelkühler, der durch den Wärmetauscher
nach einem der oben genannten Punkte [1] bis [10] gebildet wird.
- [12] Verdampfer, der durch den Wärmetauscher nach einem
der oben genannten Punkte [1] bis [10] gebildet wird.
- [13] Kühlkreislauf, in welchem ein durch einen Kompressor
komprimiertes Kühlmittel durch einen Kühler gekühlt
wird und das gekühlte Kühlmittel durch ein Dekompressionsmittel
dekomprimiert und durch einen Verdampfer verdampft wird und dann
zu dem Kompressor zurückkehrt, wobei wenigstens einer von
dem Kühler und dem Verdampfer durch den Wärmetauscher
nach einem der oben genannten Punkte [1] bis [10] gebildet wird.
- [14] Fahrzeugklimaanlage, die mit dem Kühlkreislauf
nach dem oben genannten Punkt [13] ausgestattet ist.
- [15] Wärmeaustauschverfahren zum Austauschen von Wärme
zwischen einem zeotropischen Kühlmittelgemisch, das Kohlendioxid
enthält, und der Luft durch Strömen des Kühlmittels
durch eine Wärmeaustauschpassage hindurch, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Strömungsrichtung des durch die Wärmeaustauschpassage
hindurchtretenden Kühlmittels entgegengesetzt zu einer
Strömungsrichtung der Luft ist.
- [16] Wärmeaustauschverfahren nach dem oben genannten
Punkt [15], wobei das Kühlmittel ein gemischtes Kühlmittel
ist, das Kohlendioxid als Hauptbestandteil und Dimethylether enthält.
-
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
-
Gemäß dem
Wärmetauscher der oben genannten Erfindung [1] wird unter
Verwendung eines Kohlendioxid-Kühlmittelgemisches mit einem
Temperaturgradienten während des Kühlungsprozesses oder
des Verdampfungsprozesses ein Gegenstromsystem verwendet, bei welchem
die Strömungsrichtung des Kühlmittels entgegengesetzt
zu der Strömungsrichtung der Luft ist, um Wärme
zwischen dem Kühlmittel und der Luft auszutauschen. Daher
kann von dem Beginn des Wärmeaustausches bis zu dessen
Vollendung die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel
und der Luft konstant gehalten werden, was einen effizienten Wärmeaustausch
ermöglicht.
-
Gemäß dem
Wärmetauscher der oben genannten Erfindung [2] kann die
Strömungsrichtung des Kühlmittels derart sicher
festgelegt werden, dass sie entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung
der Luft ist. Daher können die oben genannten Wirkungen
sicher erreicht werden.
-
Gemäß dem
Wärmetauscher der oben genannten Erfindung [3] bis [5]
ist es möglich, das Kühlmittel in dem Wärmetauscher
in einer gut ausgeglichenen Weise zu zirkulieren, was die Wärmeaustauschleistung
weiter verbessert.
-
Gemäß dem
Wärmetauscher der oben genannten Erfindung [6] und [7]
ist es möglich, zu bewirken, dass die Strömungsrichtung
des Kühlmittels scheinbar entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung
der Luft ist. Daher können in derselben wie oben erwähnten
Weise dieselben wie oben erwähnten Wirkungen erreicht werden.
-
Gemäß dem
Wärmetauscher der oben genannten Erfindung [8] können
die oben genannten Wirkungen sicherer erreicht werden.
-
Gemäß dem
Wärmetauscher der oben genannten Erfindung [9] und [10]
kann ein effizienterer Wärmeaustausch durchgeführt
werden.
-
Gemäß der
oben genannten Erfindung [11] kann ein Kühlmittelkühler
mit denselben wie oben erwähnten Wirkungen geschaffen werden.
-
Gemäß der
oben genannten Erfindung [12] kann ein Verdampfer mit denselben
wie oben erwähnten Wirkungen geschaffen werden.
-
Gemäß der
oben genannten Erfindung [13] kann ein Kühlkreislauf mit
denselben wie oben erwähnten Wirkungen geschaffen werden.
-
Gemäß der
oben genannten Erfindung [14] kann eine Fahrzeugklimaanlage mit
denselben wie oben erwähnten Wirkungen geschaffen werden.
-
Gemäß dem
Wärmetauscher der oben genannten Erfindung [15] kann der
Wärmeaustausch effizient durchgeführt werden.
-
Gemäß dem
Wärmetauscher der oben genannten Erfindung [16] können
die oben erwähnten Wirkungen sicherer erreicht werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Wärmetauscher gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
2 ist
eine perspektivische Explosionsansicht, die den Wärmetauscher
gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
-
3 ist
eine Draufsicht, die den Wärmetauscher gemäß der
ersten Ausführungsform zeigt.
-
4 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Kühlmittelströmung
in dem Wärmetauscher gemäß der ersten
Ausführungsform zeigt.
-
5 ist
eine Querschnittsansicht, die ein Wärmeaustauschrohr zeigt,
das bei dem Wärmetauscher gemäß der ersten
Ausführungsform angewendet wird.
-
6 ist
eine perspektivische Explosionsansicht, die ein Wärmeaustauschrohr
des Passagenverbindungstyps zeigt, das bei einem Wärmetauscher
gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar ist.
-
7 zeigt
ein Wärmeaustauschrohr des Passagenverbindungstyps, das
bei einem Wärmetauscher gemäß der vorliegenden
Erfindung anwendbar ist, wobei 7(a) eine
seitliche Querschnittsansicht davon ist und 7(b) eine
vordere Querschnittsansicht davon ist.
-
8 ist
ein Schaltbild eines Kühlkreislaufs, der bei einem Wärmetauscher
gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar ist.
-
9 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Wärmetauscher gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
10 ist
eine perspektivische Explosionsansicht, die einen Wärmetauscher
gemäß der zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
-
11 ist
eine Draufsicht, die den Wärmetauscher der zweiten Ausführungsform
zeigt.
-
12 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Kühlmittelströmung
in dem Wärmetauscher der zweiten Ausführungsform
zeigt.
-
13 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Wärmetauscher gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
14 ist
eine Draufsicht, die einen Wärmetauscher der dritten Ausführungsform
zeigt.
-
15 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Wärmetauscher gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
16 ist
eine Draufsicht, die den Wärmetauscher der vierten Ausführungsform
zeigt.
-
17 ist
ein Mollier-Diagramm eines Kühlkreislaufs unter Verwendung
eines gemischten Kühlmittels aus Kohlendioxid und Dimethyether.
-
18 ist
eine Vorderansicht eines herkömmlichen Wärmetauschers.
-
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
-
<ERSTE
AUSFÜHRUNGSFORM>
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Wärmetauscher gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine
perspektivische Explosionsansicht, die den Wärmetauscher
zeigt. 3 ist eine Draufsicht des Wärmetauschers.
Wie in diesen Figuren gezeigt, hat der Wärmetauscher 10 dieser
ersten Ausführungsform als wesentliche Bestandteile ein
Paar einlassseitige Hauptverteiler 15a und 15a,
eine Anzahl von einlassseitigen Unterverteilern 16a, die
zwischen den Verteilern 15a und 15a angeordnet
sind, ein Paar auslassseitige Hauptverteiler 15b und 15b,
eine Anzahl von auslassseitigen Unterverteilern 16b, die
zwischen den auslassseitigen Hauptverteilern 15b und 15b angeordnet
sind, und einen Kern 11, der zwischen den einlassseitigen
Unterverteilern 16a und den auslassseitigen Unterverteilern 16b angeordnet ist.
-
Jeder
der einlassseitigen Hauptverteiler 15a und der auslassseitigen
Hauptverteiler 15b wird durch ein rundes Rohr aus Aluminium
oder Aluminiumlegierung gebildet, so dass ein Kühlmittel
darin strömen kann.
-
Angenommen,
dass eine Richtung zu einer Zustromseite in Bezug auf die Strömungsrichtung
der Luft A als eine Vorwärtsrichtung definiert ist, sind
das Paar einlassseitige Hauptverteiler 15a und 15a parallel
zueinander an beiden Seiten des hinteren Abschnitts des Kerns 11 vertikal
angeordnet.
-
Die
unteren Enden des Paares einlassseitige Hauptverteiler 15a und 15a sind
geschlossen, und die oberen Enden davon sind geöffnet,
so dass sie Kühlmitteleinlässe 14a und 14a bilden.
-
Das
Paar auslassseitige Hauptverteiler 15b und 15b sind
parallel zueinander an beiden Seiten des vorderen Abschnitts des
Kerns 11 korrespondierend mit dem Paar einlassseitige Hauptverteiler 15a und 15a vertikal
angeordnet.
-
Die
unteren Enden des Paares auslassseitige Hauptverteiler 15b und 15b sind
geschlossen, und die oberen Enden davon sind geöffnet,
so dass sie Kühlmittelauslässe 14b und 14b bilden.
-
Die
einlassseitigen und auslassseitigen Unterverteiler 16a und 16b sind
jeweils als rundes Rohr aus Aluminium oder Aluminiumlegierung mit
einem Durchmesser kleiner als der des Hauptverteilers 15a hergestellt,
so dass ein Kühlmittel hindurchtreten kann.
-
Eine
Anzahl der einlassseitigen Unterverteiler 16a sind parallel
zueinander in bestimmten Abständen in der Aufwärts-
und Abwärtsrichtung (in der Längsrichtung des
Hauptverteilers) zwischen dem Paar einlassseitigen Hauptverteilern 15a und 15a angeordnet,
wobei beide Endabschnitte der Unterverteiler mit den Hauptverteilern 15a und 15a verbunden sind.
Bei dieser Struktur wird ein Kühlmittel, das über die
Kühlmitteleinlässe 14a und 14a in
die einlassseitigen Hauptverteiler 15a und 15a eingeführt
wird, in einer dispergierten Weise in die einlassseitigen Unterverteiler 16a eingeführt.
-
Eine
Anzahl der auslassseitigen Unterverteiler 16b sind parallel
zueinander in bestimmten Abständen in der Aufwärts-
und Abwärtsrichtung (in der Längsrichtung des
Hauptverteilers) zwischen dem Paar einlassseitigen Hauptverteilern 15a und 15a angeordnet,
wobei beide Endabschnitte der Unterverteiler mit den Hauptverteilern 15a und 15a verbunden sind.
Bei dieser Struktur wird ein Kühlmittel in jedem auslassseitigen
Unterverteiler 16b in das Paar auslassseitige Verteiler 15b und 15b eingeführt
und strömt über jeden der Kühlmittelauslässe 14b und 14b heraus.
-
Der
Kern 11 hat eine Anzahl von Wärmeaustauschrohren 12.
Wie in 5 gezeigt, wird das Wärmeaustauschrohr 12 durch
ein extrudiertes Rohr aus Aluminium oder Aluminiumlegierung mit
einer flachen Querschnittsform mit einer Höhe (Dicke) kleiner als
die Breite gebildet.
-
Dieses
Wärmeaustauschrohr 12 ist mit einer Mehrzahl von
Kühlmittelpassagen 12a versehen, die sich kontinuierlich
in einer Längsrichtung erstrecken und parallel zueinander
in der Breitenrichtung angeordnet sind. In dieser Ausführungsform
bildet diese Kühlmittelpassage 12a eine Wärmeaustauschpassage.
-
Die
Wärmeaustauschrohre 12 sind in der Rechts- und
Linksrichtung (Seitenrichtung) angeordnet, wobei die benachbarten
Rohre ohne Raum dazwischen in einem Zustand verbunden sind, in welchem
die Längsrichtung des Rohres in die Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung des Kerns 11 weist
und die Breitenrichtung des Rohres in die Rechts- und Linksrichtung
des Kerns 11 weist. Der Kern 11 wird durch abwechselndes
Anordnen der Mehrzahl von Wärmeaustauschrohren 12,
die kontinuierlich in der Seitenrichtung angeordnet sind, und von
gewellten Lamellen 13 aus Aluminium oder Aluminiumlegierung
in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung gebildet.
-
Bei
diesem Kern 11 sind die Wärmeaustauschrohre 12 in
der Aufwärts- und Abwärtsrichtung in bestimmten
Abständen korrespondierend mit dem Abstand der Unterverteiler 16a und 16b angeordnet.
-
Der
hintere Endabschnitt (einlassseitige Endabschnitt) jedes Wärmeaustauschrohres 12 des Kerns 11 ist
mit dem korrespondierenden zustromseitigen Unterverteiler 16a verbunden,
während der vordere Endabschnitt (auslassseitige Endabschnitt) jedes
Wärmeaustauschrohres 12 mit dem korrespondierenden
abstromseitigen Unterverteiler 16b verbunden ist. Auf diese
Weise wird der Wärmetauscher 10 der ersten Ausführungsform
gebildet.
-
Bei
diesem Wärmetauscher 10 werden die Lamelle 13,
der Verteiler 15a, 15b, 16a, 16b,
usw. durch ein Aluminiumlotblech gebildet, bei welchem ein Lötmaterial
an wenigstens einer Oberfläche eines Kernelements aufgetragen
wird. Nach der vorläufigen Montage der Wärmeaustauschrohre 12,
der Lamellen 13, der Verteiler 15a, 15b, 16a, 16b zu
einer Wärmetauscherkonfiguration wird das vorläufig
montierte Produkt in einem Block innerhalb eines Ofens gelötet,
um die ganzen Elemente als eine Einheit zu befestigen. Auf diese
Weise wird ein Wärmetauscher 10 hergestellt.
-
Bei
dem wie oben erläuterten Wärmetauscher 10 dieser
ersten Ausführungsform wird ein zeotropisches Kühlmittelgemisch,
das Kohlendioxid (CO2) als ein Hauptbestandteil
enthält, als ein Kühlmittel verwendet. Zum Beispiel
kann ein zeotropisches Kühlmittelgemisch verwendet werden,
das Kohlendioxid von 9 bis 60 Gew.-% und Dimethylether von 1 bis
40 Gew.-% enthält.
-
Darüber
hinaus kann der Wärmetauscher 10 dieser Ausführungsform
vorzugsweise zum Beispiel als ein Kondensator (Kühlmittelkühler)
oder ein Verdampfer für die Verwendung in einem Fahrzeugklimaanlagenkühlkreislauf
verwendet werden. In Fällen, wo der Wärmetauscher
als ein Kühlmittelkühler verwendet wird, wie zum
Beispiel in 8 gezeigt, ist eine Kühlschaltung,
die einen Kühlkreislauf bildet, anders als mit einem Kühlmittelkühler
RC, der durch den Wärmetauscher 10 dieser Ausführungsform
gebildet wird, mit einem Kompressor CP, einer Dekompressionsvorrichtung,
wie einem Expansionsventil EX, und einem Verdampfer EV versehen.
Der Kühlmittelauslass des Kompressors CP ist mit den Kühlmitteleinlässen 14a und 14a des
Wärmetauschers 10 verbunden, der als ein Kühlmittelkühler
RC wirkt, und die Kühlmittelauslässe 14b und 14b des
Wärmetauschers sind über das Expansionsventil
EX mit dem Kühlmitteleinlass des Verdampfers EV verbunden. Ferner
ist der Kühlmittelauslass des Verdampfers EV mit dem Kühlmitteleinlass
des Kompressors CP verbunden.
-
Dieser
Wärmetauscher 10 ist mit den auslassseitigen Verteilern 15b und 16b an
der Zustromseite in Bezug auf die Strömungsrichtung der
Luft A und mit den einlassseitigen Verteilern 15a und 16a an der
Abstromseite angeordnet.
-
Bei
diesem Kühlkreislauf wird das mit dem Kompressor CP komprimierte
Kühlmittel über die Kühlmitteleinlässe 14a und 14a in
das Paar einlassseitige Hauptverteiler 15a und 15a des
Wärmetauschers 10 als ein Kühler RC eingeführt.
Wie in den 1 und 4 gezeigt,
wird das in den Hauptverteilern 15a und 15a eingeführte
Kühlmittel R gleichmäßig in der dispergierten
Weise in jeden einlassseitigen Unterverteiler 16a von seinen
beiden Seiten und dann in die Kühlmittelpassagen 12a jedes
Wärmeaustauschrohres 12 eingeführt. Somit
tauscht das in dem Wärmeaustauschrohr 12 eingeführte
Kühlmittel R Wärme mit der Umgebungsluft A aus,
während es durch die Kühlmittelpassage 12a hindurchtritt,
um gekühlt zu werden.
-
In
dieser Ausführungsform kann, da die Strömungsrichtung
des durch das Wärmeaustauschrohr 12 hindurchtretenden
Kühlmittels R entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung
der Luft A ist, ein effizienter Wärmeaustausch durchgeführt
werden. Im Detail ist das in dieser Ausführungsform verwendete
Kühlmittel R ein gemischtes Kühlmittel, das Kohlendioxid als
ein Hauptbestandteil und Dimethylether enthält, und dieses
gemischte Kühlmittel R hat einen Temperaturgradienten,
bei welchem die Temperatur allmählich absinkt, während
der Druck in dem Kondensationsprozess (Kühlungsprozess)
konstant gehalten wird. Andererseits steigt die Temperatur der Luft
A durch Austausch der Wärme mit dem Kühlmittel
R allmählich an. Mit anderen Worten ist in dem Kühlungsprozess
die Konfiguration derart, dass das temperatursenkende Kühlmittel
R und die temperaturerhöhende Luft A entgegengesetzt sind.
Folglich kann, während das Kühlmittel R und die
Luft A durch den Kern 11 hindurchtreten, eine konstante
Temperaturdifferenz dazwischen aufrechterhalten werden, was die
Wärmeaustauschleistung verbessern kann. Auf diese Weise
kann ein effizienter Wärmetauscher erzielt werden.
-
Andererseits
wird das gekühlte Kühlmittel R, während
es durch das Wärmeaustauschrohr hindurchtritt, in den auslassseitigen
Unterverteiler 16b eingeführt und strömt
dann von beiden Seiten des Unterverteilers 16b in das Paar
auslassseitige Hauptverteiler 15b und 15b. Ferner
strömt das in die Hauptverteiler 15b und 15b eingeführte
Kühlmittel R über die Kühlmittelauslässe 14b und 14b aus
den Verteilern heraus und strömt dann in den Verdampfer EV,
nachdem es durch das Expansionsventil EX dekomprimiert ist. Das
Kühlmittel verdampft, während es durch den Verdampfer
EV hindurchtritt, um Wärme aus der Umgebungsluft zu absorbieren,
um dadurch die Umgebungsluft zu kühlen. Das aus dem Verdampfer
EV ausgeströmte Kühlmittel R kehrt zu dem Kompressor
CP zurück.
-
Selbst
in Fällen, wo der Wärmetauscher 10 dieser
Ausführungsform als ein Verdampfer EV in einem Kühlkreislauf
verwendet wird, wie in 8 gezeigt, kann ein effizienter
Wärmeaustausch durchgeführt werden. Nach dem Dekomprimieren
durch das Expansionsventil EX wird das gekühlte Kühlmittel
R, während es durch den Kühlmittelkühler
RC hindurchtritt, über die einlassseitigen Verteiler 15a und 16a des
Wärmetauschers 10 in die Wärmeaustauschrohre 12 eingeführt.
Der Wärmeaustausch wird zwischen dem durch die Wärmeaustauschrohre 12 hindurchtretenden
Kühlmittel R und der Luft A durchgeführt. Während
dieses Verdampfungsprozesses steigt die Temperatur des Kühlmittels
R allmählich an, und die Temperatur der Luft A sinkt allmählich
ab. In dieser Ausführungsform kann jedoch, da die Strömungsrichtung
des Kühlmittels R entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung
der Luft A festgelegt ist, die Temperaturdifferenz zwischen dem
Kühlmittel R und der Luft A über den ganzen Verdampfungsprozess
konstant gehalten werden, was zu einer verbesserten Wärmeaustauschleistung
führt, was wiederum die Wärmeaustauscheffizienz
verbessern kann.
-
Andererseits
strömt das verdampfte Kühlmittel, während
es durch das Wärmeaustauschrohr 12 hindurchtritt, über
den auslassseitigen Unterverteiler 16b und das Paar auslassseitige
Hauptverteiler 15b und 15b heraus und kehrt zu
dem Kompressor CP zurück.
-
Wie
oben erläutert, wird gemäß dem Wärmetauscher 10 dieser
ersten Ausführungsform bei Verwendung eines gemischten
Kühlmittels aus Kohlendioxid und Dimethylether, dessen
Temperatur während eines Kühlungsprozesses sinkt
und dessen Temperatur während eines Verdampfungsprozesses steigt,
ein Gegenstromtyp, bei welchem die Strömungsrichtung des
Kühlmittels R entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung
der Luft A festgelegt ist, beim Austausch von Wärme zwischen
dem Kühlmittel R und der Luft A verwendet. Daher kann in
dem Kühlungsprozess zum Beispiel durch Austausch von Wärme
zwischen dem Kühlmittel R, dessen Temperatur sinkt, und
der Luft A, deren Temperatur steigt, die Temperaturdifferenz zwischen
dem Kühlmittel R und der Luft A über den ganzen
Kühlungsprozess konstant gehalten werden, was zu einem
effizienten Wärmeaustausch führt. Ebenso kann
in dem Verdampfungsprozess durch Austausch von Wärme zwischen
dem Kühlmittel R, dessen Temperatur steigt, und der Luft
A, deren Temperatur sinkt, die Temperaturdifferenz zwischen dem
Kühlmittel R und der Luft A über den ganzen Verdampfungsprozess konstant
gehalten werden, was zu einem effizienten Wärmeaustausch
führt.
-
Bei
dem Wärmetauscher 10 dieser Ausführungsform
kann, da einlassseitige Hauptverteiler 15a und 15a an
beiden Seiten des Wärmetauschers angeordnet sind, ein Kühlmittel
R über den Unterverteiler 16a gleichmäßig
in den Kern 11 von beiden Seiten in einer gut ausgeglichenen
Weise eingeführt werden. Daher kann das Kühlmittel
R gleichmäßig in dem gesamten Kern 11 dispergiert
werden, was die Wärmeaustauscheffizienz weiter verbessern
kann.
-
Darüber
hinaus kann bei dem Wärmetauscher 10 dieser Ausführungsform,
da auslassseitige Hauptverteiler 15b und 15b an
beiden Seiten des Wärmetauschers angeordnet sind, ein durch
den Kern 11 hindurchtretendes Kühlmittel R über
den Unterverteiler 16b in die auslassseitigen Hauptverteiler 15b und 15b in
einer gleichmäßig dispergierten Weise eingeführt
werden. Daher kann das Kühlmittel R sanft aus dem Kern 11 zu
den auslassseitigen Hauptverteilern 15b und 15b herausgeströmt
werden, was die Wärmeaustauscheffizienz weiter verbessern kann.
-
Darüber
hinaus kann in dieser Ausführungsform als das Wärmeaustauschrohr 12 ein
Wärmeaustauschrohr des Passagenverbindungstyps verwendet
werden, wie in den 6 und 7 gezeigt ist.
Dieses Wärmeaustauschrohr 12 des Passagenverbindungstyps
hat eine Mehrzahl von Kühlmittelpassagen 12a,
die parallel angeordnet sind, und Trennwänden 12b,
die benachbarte Kühlmittelpassagen 12a trennen.
Die Trennwand 12b hat eine Mehrzahl von Verbindungsöffnungen 12c zum
Verbinden der benachbarten Kühlmittelpassagen 12a.
Im Falle der Verwendung dieses Wärmeaustauschrohres 12 des
Passagenverbindungstyps kann das Kühlmittel R durch Bewegen
zwischen den benachbarten Kühlmittelpassagen über
die Verbindungsöffnungen 12c gleichmäßig
dispergiert werden, um die ungleichmäßige Kühlmittelverteilung
zu verhindern, was die Wärmeaustauscheffizienz weiter verbessern
kann.
-
<ZWEITE
AUSFÜHRUNGSFORM>
-
Die 9 bis 12 zeigen
einen Wärmetauscher 20 gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie
in diesen Figuren gezeigt, ist bei dem Wärmetauscher 20 dieser
zweiten Ausführungsform ein einziger einlassseitiger Hauptverteiler 15a an
der einen Seite des Wärmetauschers angeordnet, und ein
einziger auslassseitiges Hauptverteiler 15b ist an der
anderen Seite davon angeordnet.
-
Eine
Anzahl von einlassseitigen Unterverteilern 16a sind mit
dem einzigen einlassseitigen Hauptverteiler 15a an den
einen Endabschnitten der Unterverteiler verbunden, wobei die anderen
Endabschnitte geschlossen sind. Andererseits sind eine Anzahl von
auslassseitigen Unterverteilern 16b mit dem einzigen auslassseitigen
Hauptverteiler 15b an den einen Endabschnitten der Unterverteiler
verbunden, wobei die anderen Endabschnitte geschlossen sind.
-
In
dieser zweiten Ausführungsform sind die anderen Strukturen
im Wesentlichen dieselben wie jene der oben genannten ersten Ausführungsform, und
daher wird die zusätzliche Erläuterung durch Zuordnen
derselben Bezugszeichen zu denselben oder korrespondierenden Teilen
weggelassen.
-
Ebenso
wird bei diesem Wärmetauscher 20 dieser zweiten
Ausführungsform unter Verwendung eines gemischten Kühlmittels
aus Kohlendioxid als Hauptbestandteil und Dimethylether der Wärmeaustausch
zwischen dem Kühlmittel R und der Luft A durch einen Gegenstromtyp
durchgeführt. Daher kann in dem Kühlungsprozess
zum Beispiel durch Austausch von Wärme zwischen dem Kühlmittel
R, dessen Temperatur sinkt, und der Luft A, deren Temperatur steigt,
die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel R und der
Luft A über den ganzen Kühlungsprozess konstant
gehalten werden, was zu einem effizienten Wärmeaustausch
führt. Ebenso kann in dem Verdampfungsprozess durch Austausch
von Wärme zwischen dem Kühlmittel R, dessen Temperatur
steigt, und der Luft A, deren Temperatur sinkt, die Temperaturdifferenz
zwischen dem Kühlmittel R und der Luft A über
den ganzen Verdampfungsprozess konstant gehalten werden, was zu
einem effizienten Wärmeaustausch führt.
-
Darüber
hinaus kann in dieser Ausführungsform, da der einlassseitige
Hauptverteiler 15a und der auslassseitige Hauptverteiler 15b jeweils
durch einen einzigen Verteiler gebildet werden, die Anzahl von Bauteilen
verringert werden, und die Kosten können ebenfalls verringert
werden.
-
<DRITTE
AUSFÜHRUNGSFORM>
-
13 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Wärmetauscher 30 gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
und 14 ist eine Draufsicht des Wärmetauschers 30. Wie
in beiden Figuren gezeigt, hat der Wärmetauscher 30 dieser
dritten Ausführungsform als wesentliche Bestandteile einen
einlassseitigen Verteiler 35a, einen auslassseitigen Verteiler 35b,
einen Kühlmittelumkehrverteiler 36, und einen
Kern 31 mit zwei Pfaden P1 und P2.
-
Vorausgesetzt,
dass eine Richtung zu einer Zustromseite in Bezug auf eine Strömungsrichtung der
Luft A als eine Vorwärtsrichtung definiert ist, sind die
einlassseitigen und auslassseitigen Verteiler 35a und 35b vertikal
vorn und hinten an der einen Seite des Kerns 31 (linke
Seite in 13) angeordnet. Gleichzeitig
ist der einlassseitige Verteiler 35a an der Rückseite
in Bezug auf den auslassseitigen Verteiler 35b angeordnet.
-
Die
Verteiler 35a und 35b werden jeweils durch ein
rundes Rohrelement aus Aluminium oder Aluminiumlegierung gebildet.
-
Darüber
hinaus ist der einlassseitige Verteiler 35a an seinem unteren
Abschnitt mit einer Kühlmitteleinlassdüse 34a zum
Einführen eines Kühlmittels in den einlassseitigen
Verteiler 35a versehen.
-
Außerdem
ist der auslassseitige Verteiler 35b an seinem oberen Abschnitt
mit einer Kühlmittelauslassdüse 34b zum
Herausströmen eines Kühlmittels versehen.
-
Der
Kühlmittelumkehrverteiler 36 ist an der anderen
Seite des Kerns 31 (rechte Seite in 13) vertikal
angeordnet. Dieser Kühlmittelumkehrverteiler 36 wird
durch ein Rohrelement aus Aluminium oder Aluminiumlegierung mit
einem Querschnitt gebildet, der in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung verlängert
und derart angeordnet ist, dass die vordere Hälfte des
Verteilers mit dem oben genannten auslassseitigen Verteiler 35a korrespondiert
und die hintere Hälfte davon mit dem oben genannten einlassseitigen
Verteiler 35a korrespondiert.
-
Der
Kern 31 hat einen ersten Pfad P1, der die hintere Hälfte
des Verteilers 36 bildet, und einen zweiten Pfad P2, der
die vordere Hälfte des Verteilers 36 bildet.
-
Jeder
Pfad P1 und P2 wird durch abwechselndes Anordnen der Wärmeaustauschrohre 12,
die entlang der Rechts- und Linksrichtung angeordnet sind, und von
gewellten Lamellen 13 in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung
gebildet.
-
In
dieser Ausführungsform wird das Wärmeaustauschrohr 12 durch
das Wärmeaustauschrohr des Passagenverbindungstyps gebildet,
wie in den 6 und 7 gezeigt
ist. In dieser Ausführungsform kann jedoch das Wärmeaustauschrohr 12 durch ein
extrudiertes Rohr gebildet werden, wie in 5 gezeigt
ist.
-
In
dem ersten Pfad P1 ist jedes Wärmeaustauschrohr 12 an
seiner einen Endseite mit dem einlassseitigen Verteiler 35a verbunden
und an der anderen Endseite mit der hinteren Hälfte des
Kühlmittelumkehrverteilers 36 verbunden. In dem
zweiten Pfad P2, bei dem die Wärmeaustauschrohre 12 parallel
zu der Vorderseite des ersten Pfades P1 angeordnet sind, ist jedes
Wärmeaustauschrohr 12 an seiner einen Endseite
mit dem auslassseitigen Verteiler 35b verbunden und an
der anderen Endseite mit der vorderen Hälfte des Kühlmittelumkehrverteilers 36 verbunden.
-
Bei
diesem Wärmetauscher 10 werden die Lamelle 13 und
die Verteiler 35a, 35b und 36 zum Beispiel
durch ein Aluminiumlotblech mit einem Kernelement und einem Lötmaterial gebildet,
das an wenigstens einer Oberfläche des Kernelements aufgetragen
ist. Nach der vorläufigen Montage der Wärmeaustauschrohre 12,
der Lamellen 13, der Verteiler 35a, 35b und 36 zu
einer Wärmetauscherkonfiguration wird das vorläufig
montierte Produkt in einem Block innerhalb eines Ofens gelötet,
um die ganzen Elemente als eine Einheit zu befestigen. Auf diese Weise
wird ein Wärmetauscher 30 hergestellt.
-
Bei
dem Wärmetauscher 30 dieser Ausführungsform
wird in derselben wie oben erwähnten Weise ein zeotropisches
Kühlmittelgemisch mit Kohlendioxid als ein Hauptbestandteil,
wie z. B. ein gemischtes Kühlmittel aus Kohlendioxid und
Dimethylether, verwendet.
-
In
Fällen, wo der Wärmetauscher 30 dieser Ausführungsform
zum Beispiel als ein Kühlmittelkühler (Kondensator)
in einem Fahrzeugklimaanlagenkühlkreislauf verwendet wird,
wird das Kühlmittel R, das durch einen Kompressor komprimiert
wird, in den einlassseitigen Verteiler 35a des Wärmetauschers 30 und
dann in jedes Wärmeaustauschrohr 12 des ersten
Pfades P1 eingeführt. Anschließend wird das Kühlmittel
R durch Austausch von Wärme mit der Umgebungsluft A gekühlt,
während es durch jedes Wärmeaustauschrohr 12 des
ersten Pfades P1 hindurchtritt, und dann in die hintere Hälfte
des Kühlmittelumkehrverteilers 36 eingeführt.
-
Das
in der hinteren Hälfte des Kühlmittelumkehrverteilers 36 eingeführte
Kühlmittel R wird zu der vorderen Hälfte davon
bewegt und dann in jedes Wärmeaustauschrohr 12 des
zweiten Pfades P2 eingeführt. Danach wird das Kühlmittel
R durch Austausch von Wärme mit der Umgebungsluft A gekühlt, während
es durch jedes Wärmeaustauschrohr 12 des zweiten
Pfades P2 hindurchtritt, und dann in den auslassseitigen Verteiler 35b eingeführt.
-
In
dieser Ausführungsform ist, da die Konfiguration derart
ist, dass das Kühlmittel durch den ersten Pfad P1, der
an der Abstromseite angeordnet ist, und dann durch den zweiten Pfad
P2 hindurchtritt, der an der Zustromseite angeordnet ist, die Temperatur
des durch den zweiten Pfad P2 hindurchtretenden Kühlmittels
geringer als die Temperatur des durch den ersten Pfad P1 hindurchtretenden
Kühlmittels, während die Temperatur der durch
den ersten Pfad P1 hindurchtretenden Luft A höher als die
Temperatur der durch den zweiten Pfad P2 hindurchtretenden Luft
A ist. Mit anderen Worten ist in dem Kühlungsprozess das
Kühlmittel R, dessen Temperatur sinkt, äquivalent
entgegengesetzt zu der Luft A, deren Temperatur steigt, und daher
kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel R
und der Luft A konstant gehalten werden, während das Kühlmittel
R und die Luft A durch den ersten und den zweiten Pfad P1 und P2
hindurchtreten, was zu einem effizienten Wärmeaustausch
führt.
-
Nach
dem Herausströmen durch die Kühlmittelauslassdüse 34b des
auslassseitigen Verteilers 35b hindurch wird das durch
den Wärmetauscher 30 gekühlte Kühlmittel
R durch ein Expansionsventil dekomprimiert und dann in einen Verdampfer
eingeführt. Das Kühlmittel selbst verdampft, während
es durch den Verdampfer hindurchtritt, um Wärme aus einer
Umgebungsluft zu absorbieren, um dadurch die Umgebungsluft zu kühlen.
Das aus dem Verdampfer herausgeströmte Kühlmittel
kehrt zu einem Kompressor zurück.
-
Im
Falle der Verwendung des Wärmetauschers 30 dieser
Ausführungsform als ein Verdampfer in einem Kühlkreislauf
tritt das Kühlmittel R durch den ersten und den zweiten
Pfad P1 und P2 in dieser Reihenfolge hindurch, um die Temperatur
zu erhöhen, während die Luft A durch den zweiten
und den ersten Pfad P2 und P1 in dieser Reihenfolge hindurchtritt,
um die Temperatur zu verringern. Dementsprechend kann in derselben
wie oben erwähnten Weise die Temperaturdifferenz zwischen
dem Kühlmittel R und der Luft A über den ganzen
Verdampfungsprozess konstant gehalten werden, was zu einer verbesserten
Wärmeaustauscheffizienz führt.
-
Gemäß dem
Wärmetauscher 30 dieser Ausführungsform
wird unter Verwendung eines gemischten Kühlmittels aus
Kohlendioxid und Dimethylether, dessen Temperatur in dem Kühlungsprozess
sinkt und dessen Temperatur in dem Verdampfungsprozess steigt, ein
Pseudo-Gegenstromtyp verwendet, bei welchem die Strömungsrichtung
des Kühlmittels R im Wesentlichen entgegengesetzt zu der
Strömungsrichtung der Luft A ist, um Wärme zwischen dem
Kühlmittel R und der Luft A auszutauschen. Daher kann die
Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel R und der Luft
A über den ganzen Kühlungsprozess oder Verdampfungsprozess
konstant gehalten werden, was einen effizienten Wärmeaustausch
ermöglicht.
-
<VIERTE
AUSFÜHRUNGSFORM>
-
15 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Wärmetauscher 40 gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
und 16 ist eine Draufsicht des Wärmetauschers 40. Wie
in beiden Figuren gezeigt, hat der Wärmetauscher 40 dieser
vierten Ausführungsform als wesentliche Bestandteile einen
einlassseitigen Verteiler 45a, einen auslassseitigen Verteiler 45b,
einen ersten und einen zweiten Kühlmittelumkehrverteiler 46a und 46b,
und einen Kern 41 mit drei Pfaden P1 bis P3.
-
In
derselben Weise wie in der oben genannten dritten Ausführungsform
wird jeder der Pfade P1 bis P3, die den Kern 41 bilden,
durch abwechselndes Anordnen der Wärmeaustauschrohre 12 und
gewellten Lamellen 13 gebildet.
-
Der
erste Pfad P1, der zweite Pfad P2 und der dritte Pfad P3 sind parallel
in dieser Reihenfolge von der Abstromseite (Rückseite)
angeordnet, um den Kern 41 zu bilden.
-
Der
einlassseitige Verteiler 45a ist an der einen Seite des
Kerns 41 korrespondierend mit dem ersten Pfad P1 angeordnet,
und die Wärmeaustauschrohre 12 des ersten Pfades
P1 sind an ihrer einen Seite mit dem Verteiler 45a verbunden.
-
Der
erste Kühlmittelumkehrverteiler 46a ist an der
anderen Seite (linken Seite) des Kerns 41 korrespondierend
mit dem ersten und dem zweiten Pfad P1 und P2 angeordnet. Die Wärmeaustauschrohre 12 des
ersten Pfades P1 sind an ihrer anderen Endseite mit der hinteren
Hälfte des Verteilers 46a verbunden, während
die Wärmeaustauschrohre 12 des zweiten Pfades
P2 an ihrer anderen Endseite mit der vorderen Hälfte des
Verteilers 46a verbunden sind.
-
Der
zweite Kühlmittelumkehrverteiler 46b ist an der
einen Seite (rechten Seite) des Kerns 41 korrespondierend
mit dem zweiten und dem dritten Pfad P2 und P3 angeordnet. Die Wärmeaustauschrohre 12 des
zweiten Pfades P2 sind an ihrer einen Endseite mit der hinteren
Hälfte des Verteilers 46b verbunden, während
die Wärmeaustauschrohre 12 des dritten Pfades
P3 an ihrer einen Endseite mit der vorderen Hälfte des
Verteilers 46b verbunden sind.
-
Der
auslassseitige Verteiler 45b ist an der anderen Seite (linken
Seite) des Kerns 41 korrespondierend mit dem dritten Pfad
P3 angeordnet, und die Wärmeaustauschrohre 12 des
dritten Pfades P3 sind an ihrer anderen Endseite mit dem Verteiler 45b verbunden.
-
An
dem unteren Abschnitt des einlassseitigen Verteilers 45a ist
eine Kühlmitteleinlassdüse 44a vorgesehen.
Andererseits ist an dem oberen Abschnitt des auslassseitigen Verteilers 45b eine
Kühlmittelauslassdüse 44b vorgesehen.
-
Bei
diesem Wärmetauscher 40 tritt das in den einlassseitigen
Verteiler 45a eingeführte Kühlmittel
R durch den ersten Pfad P1 hindurch, kehrt in dem ersten Kühlmittelumkehrverteiler 46a um,
tritt durch den zweiten Pfad P2 hindurch, kehrt in dem zweiten Kühlmittelumkehrverteiler 46b um,
und tritt durch den dritten Pfad P3 hindurch, und strömt
dann aus dem auslassseitigen Verteiler 46b heraus. Daher tritt
das Kühlmittel R durch den ersten bis dritten Pfad P1 bis
P3 in dieser Reihenfolge hindurch, während die Luft A durch
den dritten bis ersten Pfad P3 bis P1 in dieser Reihenfolge hindurchtritt,
um Wärme zwischen dem Kühlmittel R und der Luft
A auszutauschen, um dadurch das Kühlmittel R zu kühlen
(kondensieren) oder zu verdampfen.
-
Ebenso
wird bei dem Wärmetauscher 40 in derselben wie
oben erwähnten Weise unter Verwendung eines Kohlendioxid
enthaltenden, zeotropischen Kühlmittelgemisches, dessen
Temperatur sich in dem Kühlungs- oder Verdampfungsprozess ändert,
ein Pseudo-Gegenstromtyp verwendet, bei welchem die Strömungsrichtung
des Kühlmittels entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung
der Luft A ist. Daher kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel
R und der Luft A über den ganzen Kühlungs- oder
Verdampfungsprozess konstant gehalten werden, was zu einem effizienten
Wärmeaustausch führt.
-
In
den oben genannten Ausführungsformen ist, obwohl die vorliegende
Erfindung am Beispiel der Fälle erläutert wurde,
in welchen der Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung
bei einem Kühlmittelkühler oder einem Verdampfer
für die Verwendung in einem Kühlkreislauf angewendet
wurde, die vorliegende Erfindung nicht auf das obige beschränkt
und kann bei anderen Wärmetauschern angewendet werden.
-
Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der am 2. Dezember
2005 eingereichten
japanischen Patentanmeldung
Nr. 2005-349054 , deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme
in ihrer Gesamtheit hierin einbezogen ist.
-
Es
versteht sich, dass die hierin verwendeten Begriffe und Ausdrücke
zur Erläuterung verwendet werden, und nicht dem Zweck dienen,
zur Auslegung in einer beschränkten Weise verwendet zu
werden, keinerlei Äquivalente von Merkmalen ausschließen, die
hierin gezeigt und erwähnt sind, und verschiedene Modifikationen
ermöglichen, die in den beanspruchten Bereich der vorliegenden
Erfindung fallen.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung in vielen verschiedenen Formen ausgestaltet
werden kann, sind hierin eine Anzahl von erläuternden Ausführungsformen
mit dem Verständnis beschrieben, dass die vorliegende Offenbarung
nicht als Darstellung von Beispielen der Prinzipien der Erfindung
zu betrachten ist und solche Beispiele nicht dazu dienen, die Erfindung
auf bevorzugte Ausführungsformen zu beschränken,
die hierin beschrieben und/oder hierin erläutert sind.
-
Obwohl
erläuternde Ausführungsformen der Erfindung hierin
beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die
verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt,
die hierin beschrieben sind, sondern umfasst irgendwelche und alle
Ausführungsformen mit äquivalenten Elementen, Modifikationen,
Weglassungen, Kombinationen (z. B. von Aspekten aus verschiedenen
Ausführungsformen), Anpassungen und/oder Abänderungen,
wie sie von jemanden mit technischem Hintergrund auf der Basis der
vorliegenden Offenbarung erkennbar wären. Die Beschränkungen
in den Ansprüchen sind auf der Basis der in den Ansprüchen
verwendeten Sprache breit auszulegen und nicht auf Beispiele beschränkt,
die in der vorliegenden Beschreibung oder bei der Weiterverfolgung
der Anmeldung beschrieben werden, welche Beispiele als nicht ausschließlich
auszulegen sind.
-
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
-
Der
Wärmetauscher gemäß der vorliegenden
Erfindung und seine zugehörigen Technologien können
zum Beispiel bei einem Fahrzeugklimaanlagenkühlsystem angewendet
werden.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum
Austauschen von Wärme zwischen einem zeotropischen Kühlmittelgemisch
R, das Kohlendioxid enthält, und der Luft A durch Strömen
des Kühlmittels durch eine Mehrzahl von Wärmeaustauschrohren 12 hindurch.
Die Mehrzahl von Wärmeaustauschrohren sind parallel zueinander
angeordnet, wobei die Längsrichtung parallel zu der Strömungsrichtung
der Luft A verläuft. Die Strömungsrichtung des
durch das Wärmeaustauschrohr 12 hindurchtretenden
Kühlmittels R ist entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung
der Luft A. Daher kann unter Verwendung eines zeotropischen Kühlmittelgemisches,
das Kohlendioxid enthält, ein Wärmetauscher mit
einer ausgezeichneten Wärmeaustauscheffizienz geschaffen
werden.
-
- 10,
20, 30, 40
- Wärmetauscher
- 12
- Wärmeaustauschrohr
- 15a
- Einlassseitiger
Hauptverteiler
- 15b
- Auslassseitiger
Hauptverteiler
- 16a
- Einlassseitiger
Unterverteiler
- 16b
- Auslassseitiger
Unterverteiler
- 17
- Kühlmittelumkehrverbindungsöffnung
- 35a
- Einlassseitiger
Verteiler
- 35b
- Auslassseitiger
Verteiler
- 36
- Kühlmittelumkehrverteiler
- 45a
- Einlassseitiger
Verteiler
- 45b
- Auslassseitiger
Verteiler
- 46a,
46b
- Kühlmittelumkehrverteiler
- A
- Luft
(Umgebungsluft)
- CP
- Kompressor
- EV
- Verdampfer
- EX
- Expansionsventil
(Druckminderungsmittel)
- P1
bis P3
- Pfad
- R
- Kühlmittel
- RC
- Kühlmittelkühler
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2001-99522 [0003]
- - JP 2005-349054 [0103]