DE112020003756T5

DE112020003756T5 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE112020003756T5
Application number: DE112020003756.8T
Authority: DE
Inventors: Kengo Kikuchi; Kenshiro Muramatsu; Yusuke Takagi; Satoshi Nita
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-08-08
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-04-21
Also published as: WO2021025151A1; US20220155021A1

Abstract

Ein Wärmetauscher (10) ist durch Übereinanderstapeln von Platten ausgebildet. Der Wärmetauscher weist einen Kältemittelaufnahmetank (61), der gestaltet ist um ein Kältemittel aufzunehmen, einen Kältemittelabgabetank, der gestaltet ist um das Kältemittel, dessen Wärme getauscht wurde, abzugeben, und Kältemitteldurchgänge (W10) auf, in denen ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und einem anderen Fluid ausgeführt wird. Die Kältemitteldurchgänge sind zwischen dem Kältemittelaufnahmetank und dem Kältemittelabgabetank fluidverbunden. Der Kältemittelaufnahmetank weist eine Wirbelstruktur (5) auf, die gestaltet ist, um eine Verwirbelungskomponente in einer Strömung des Kältemittels in dem Kältemittelaufnahmetank zu erzeugen.

Description

QUERVERWEIS ZU ZUGEHÖRIGEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Vorteile der Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-146403 , die am 8. August 2019 eingereicht wurde, und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-134484 , die am 7. August 2020 eingereicht wurde, wobei deren gesamte Offenbarungen hiermit unter Bezugnahme Teil dieser Anmeldung sind.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Wärmetauscher.
HINTERGRUND
Wie in Patentdokument 1 nachstehend beschrieben ist, ist ein Wärmetauscher mit einem Tankabschnitt zum Verteilen und Sammeln eines Kältemittels und Kältemitteldurchgängen, durch die das Kältemittel von dem Tankabschnitt strömt, bekannt.
STAND DER TECHNIK DOKUMENTE
PATENTDOKUMENTE
Patentdokument 1: JP 2001-082883 A
ZUSAMMENFASSUNG
In dem Patentdokument 1 ist es ideal, dass das Kältemittel, das in den Tankabschnitt strömt, gleichmäßig zu jedem der Kältemitteldurchgänge verteilt wird. Jedoch gibt es Schwankungen (Variationen) bei der Verteilung aufgrund des Einflusses der Trägheitskraft des Kältemittels.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, einen Wärmetauscher bereitzustellen, der das Kältemittel gleichmäßiger verteilen kann.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Wärmetauscher. Der Wärmetauscher weist einen Kältemittelaufnahmetank, der gestaltet ist, um ein Kältemittel aufzunehmen, einen Kältemittelabgabetank, der gestaltet ist, um das Kältemittel, dessen Wärme getauscht wurde, abzugeben, und eine Vielzahl von Kältemitteldurchgängen auf, in denen ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und einem anderen Fluid ausgeführt wird. Die Vielzahl von Kältemitteldurchgängen sind zwischen dem Kältemittelaufnahmetank und dem Kältemittelabgabetank fluidverbunden. Der Kältemittelaufnahmetank weist eine Wirbelstruktur auf, die gestaltet ist, um eine Verwirbelungskomponente in einer Strömung des Kältemittels in dem Kältemittelaufnahmetank zu erzeugen. Der Wärmetauscher ist durch Übereinanderstapeln einer Vielzahl von Platten ausgebildet.
Da die Wirbelstruktur eine Verwirbelungskomponente in der Strömung des Kältemittels in dem Kältemittelaufnahmetank erzeugt, kann das Kältemittel in einer Umfangsrichtung entlang einer Wand des Kältemittelaufnahmetanks verbreitet (verteilt) werden. Der Wärmetauscher hat eine Stapelstruktur der Vielzahl von Platten. Somit ist es möglich, gemäß der Verwirbelungskomponente eine Breite eines Einlasses jedes Durchgangs der Kältemitteldurchgänge und einen Abstand zwischen benachbarten Durchgängen der Kältemitteldurchgänge einfach einzustellen. Daher wird es verhindert, dass das Kältemittel hauptsächlich in den Einlass nahe der Wirbelstruktur strömt, wird das Kältemittel in einer Erstreckungsrichtung des Kältemittelaufnahmetanks verbreitet und wird das Kältemittel in die Einlässe der Kältemitteldurchgänge verteilt.
Figurenliste

1 ist eine Vorderansicht eines Wärmetauschers gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
2 ist eine Draufsicht des Wärmetauschers gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
3 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Kältemittelverteilungsstruktur des Wärmetauschers.
4 ist eine Schnittteilansicht zum Erläutern eines Modus einer Kältemittelverteilung in dem Wärmetauscher, der in 1 und 2 gezeigt ist.
5 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Wirbelschaufel.
6 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Kältemittelverteilungseffizienz der Wirbelschaufel.
7 ist ein Schaubild zum Erläutern eines Verhältnisses zwischen der Effizienz des Wärmetauschers, der Verwirbelungskraft und einer Leichtigkeit, mit der das Kältemittel in Durchgänge strömen kann.
8 ist eine Seitenansicht der Wirbelschaufel.
9 ist eine Seitenansicht einer Wirbelschaufel gemäß einem modifizierten Beispiel.
10 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Wirbelbauteils.
11 ist eine Seitenansicht einer Wirbelschaufel gemäß einem modifizierten Beispiel.
12 ist eine Schnittteilansicht zum Erläutern eines Modus einer Kältemittelverteilung in einem Wärmetauscher, wenn die Wirbelschaufel, die in 11 gezeigt ist, verwendet wird.
13 ist eine Schnittteilansicht zum Erläutern einer Modifikation von 12.
14 ist eine Schnittteilansicht zum Erläutern einer Modifikation von 12.
15 ist eine Perspektivansicht einer Wirbelschaufel gemäß einem modifizierten Beispiel.
16 ist eine Draufsicht der Wirbelschaufel, die in 15 gezeigt ist.
17 ist eine Seitenansicht aus Sicht von einer A-Richtung in 16.
18 ist eine Seitenansicht eines modifizierten Beispiels der Wirbelschaufel, die in 17 gezeigt ist.
19 ist eine Seitenansicht eines modifizierten Beispiels der Wirbelschaufel, die in 17 gezeigt ist.
20 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Kältemittelverteilungsstruktur gemäß einer Modifikation.
21 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Kältemittelverteilungsstruktur gemäß einer Modifikation.
22 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Kältemittelverteilungsstruktur gemäß einer Modifikation.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend sind die vorliegenden Ausführungsbeispiele in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Um deren Verständnis zu erleichtern, bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Hauptelemente in jeder Zeichnung, soweit als möglich, und werden redundante Erläuterungen weggelassen.
Ein Wärmetauscher 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt ist, ist nachstehend beschrieben. Der Wärmetauscher 10 kann als ein Verdampfer verwendet werden, der ein Kältemittel, das durch einen Kältemittelkreislauf in einer Klimaanlage, die in einem Fahrzeug montiert ist, zirkuliert, durch Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und einem Kühlwasser verdampft. In diesem Ausführungsbeispiel korrespondiert das Kühlwasser zu einem Fluid, das Wärme mit dem Kältemittel austauscht. Der Wärmetauscher 10 ist nicht auf den Verdampfer beschränkt und kann zum Beispiel als ein wassergekühlter Kondensator verwendet werden.
Wie in 1 gezeigt ist, weist der Wärmetauscher 10 einen Wärmeaustauschkern 20, einen Kältemitteleinströmungsabschnitt 30, einen Kältemittelausströmungsabschnitt 31, einen Kühlwassereinströmungsabschnitt 40 und einen Kühlwasserausströmungsabschnitt 41 auf.
Der Wärmeaustauschkern 20 ist durch Übereinanderstapeln von mehreren Plattenbauteilen 21 in einer Z-Achsenrichtung ausgebildet. Nachstehend ist die Z-Achsenrichtung auch als eine „Plattenstapelrichtung Z“ bezeichnet. Die Plattenbauteile 21 definieren in sich Kältemitteldurchgänge, durch die das Kältemittel strömt, und Kühlwasserdurchgänge, durch die das Kühlwasser strömt. Die Kältemitteldurchgänge und die Kühlwasserdurchgänge sind abwechselnd in dem Wärmetauscher 10 angeordnet.
Wie in 2 gezeigt ist, hat ein Querschnitt des Wärmeaustauschkerns 20 senkrecht zu der Plattenstapelrichtung Z eine im Wesentlichen viereckige Form. Nachstehend sind die Längsrichtung und die Seitenrichtung des Wärmeaustauschkerns 20 als eine „X-Achsenrichtung“ und eine „Y-Achsenrichtung“ entsprechend bezeichnet.
Das äußerste Plattenbauteil 21 in der Z-Achsenrichtung der Plattenbauteile 21 weist den Kältemitteleinströmungsabschnitt 30 und den Kältemittelausströmungsabschnitt 31 auf. Der Kältemitteleinströmungsabschnitt 30 und der Kältemittelausströmungsabschnitt 31 sind diagonal an zwei Ecken der vier Ecken des äußersten Plattenbauteils 21 angeordnet. Des Weiteren sind der Kühlwassereinströmungsabschnitt 40 und der Kühlwasserausströmungsabschnitt 41 diagonal an den verbleibenden Ecken des äußersten Plattenbauteils 21 angeordnet.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, sind ein Kältemittelaufnahmetank 61 und ein Kältemittelabgabetank 62 in dem Wärmetankaustauschkern 20 ausgebildet. Der Kältemittelaufnahmetank 61 erstreckt sich von dem Kältemitteleinströmungsabschnitt 31 in einer negativen Richtung der Z-Achsenrichtung. Der Kältemittelabgabetank 62 erstreckt sich von dem Kältemittelausströmungsabschnitt 31 in der negativen Richtung der Z-Achsenrichtung. Der Kältemittelaufnahmetank 61 hat eine zylindrische Form. Der Kältemittelabgabetank 62 hat eine zylindrische Form.
Des Weiteren sind ein Kühlwasseraufnahmetank 71 und ein Kühlwasserabgabetank 72 in dem Wärmeaustauschkern 20 ausgebildet. Der Kühlwasseraufnahmetank 71 erstreckt sich von dem Kühlwassereinströmungsabschnitt 40 in der negativen Richtung der Z-Achsenrichtung. Der Kühlwasserabgabetank 72 erstreckt sich von dem Kühlwasserausströmungsabschnitt 41 in der negativen Richtung der Z-Achsenrichtung. Der Kühlwasseraufnahmetank 71 hat eine zylindrische Form. Der Kühlwasserabgabetank 72 hat eine zylindrische Form. Der Kältemittelaufnahmetank 61, der Kältemittelabgabetank 62, der Kühlwasseraufnahmetank 71 und der Kühlwasserabgabetank 72 sind ausgebildet, um durch die Plattenbauteile 21 in der Plattenstapelrichtung Z hindurch zu treten.
In dem Wärmetauscher 10 strömt das Kältemittel mit einem Zwei-Phasen-Zustand einer Gasphase und einer Flüssigkeitsphase in den Kältemittelaufnahmetank 61 von dem Kältemitteleinströmungsabschnitt 30. Das Kältemittel, das in dem Kältemittelaufnahmetank 61 geströmt ist, wird zu den mehreren Kältemitteldurchgängen des Wärmeaustauschkerns 20 verteilt. Das Kältemittel, das durch jeden der Kältemitteldurchgänge geströmt ist, wird in dem Kältemittelabgabetank 62 gesammelt und wird dann durch den Kältemittelausströmungsabschnitt 31 abgegeben.
In dem Wärmetauscher 10 strömt das Kühlwasser in den Kühlwasseraufnahmetank 71 durch den Kühlwassereinströmungsabschnitt 40. Das Kühlwasser, das in den Kühlwasseraufnahmetank 71 geströmt ist, wird zu den Kühlwasserdurchgängen des Wärmeaustauschkerns 20 verteilt. Das Kühlwasser, das durch jeden der Kühlwasserdurchgänge geströmt ist, wird in dem Kühlwasserabgabetank 72 gesammelt und wird dann durch den Kühlwasserausströmungsabschnitt 41 abgegeben. In dem Wärmetauscher 10 wird das Kältemittel durch einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel, das durch die Kältemitteldurchgänge strömt, und dem Kühlwasser, das durch die Kühlwasserdurchgänge strömt, geheizt (erwärmt) und verdampft.
Wie in 3 gezeigt ist, weist der Wärmeaustauschkern 20 die Plattenbauteile 21, Kältemittelrippen F10 und Kühlwasserrippen F20 auf. Diese Bauteile sind aus einem Metallmaterial wie zum Beispiel einer Aluminiumlegierung hergestellt.
Die Plattenbauteile 21 weisen Außenplatten 22 und Innenplatten 23 auf.
Jede der Außenplatten 22 ist aus einem plattenförmigen Bauteil hergestellt. Der Querschnitt von jeder der Außenplatten senkrecht zu der Plattenstapelrichtung Z hat eine im Wesentlichen viereckige Form. Jede der Außenplatten 22 hat einen Erstreckungsabschnitt 220, der von einem Außenumfangsrand der Außenplatte 22 in der positiven Richtung der Z-Achsenrichtung vorsteht. Die Außenplatten 22 sind derart übereinandergestapelt, dass die Erstreckungsabschnitte 220 in der positiven Richtung der Z-Achsenrichtung zugewandt sind. Die Erstreckungsabschnitte 220 der Außenplatten 22 sind durch Löten miteinander verbunden (aneinander angefügt).
Jede der Außenplatten 22 hat einen Entgratungsabschnitt 221, der durch Entgraten ausgebildet ist. Der Entgratungsabschnitt 221 steht in der positiven Richtung der Z-Achsenrichtung vor, um eine zylindrische Form um eine Mittelachse des Kältemitteaufnahmetanks 61 zu haben. Jede der Außenplatten 22 hat einen Vorsprungsabschnitt 222 an einem proximalen Ende des Entgratungsabschnitts 221. Der Vorsprungsabschnitt 222 steht von dem proximalen Ende in der negativen Richtung der Z-Achsenrichtung vor.
Ähnlich wie die Außenplatten 22 ist jede der Innenplatten 23 aus einem plattenförmigen Bauteil hergestellt. Der Querschnitt der Außenplatte 22 senkrecht zu der Plattenstapelrichtung Z hat eine im Wesentlichen viereckige Form. Jede der Innenplatten 23 ist innerhalb des Erstreckungsabschnitts 220 der Außenplatte 22 angeordnet und ist zwischen benachbarten Platten der Außenplatten 22 angeordnet.
Jede der Innenplatten 23 hat einen Außenumfangsrand, der mit einer Innenfläche des Erstreckungsabschnitts 220 der Außenplatte 22 durch Löten verbunden ist. Jeder der Innenplatten 23 unterteilt einen Raum, der zwischen den benachbarten Platten der Außenplatten 22 definiert ist, in den Kältemitteldurchgang W10 und den Kühlwasserdurchgang W20, die miteinander nicht in Verbindung stehen. Insbesondere ist der Kältemitteldurchgang W10 ein Spalt (Zwischenraum), der zwischen der Innenplatte 23 und der Außenplatte 22 definiert ist, die an einer negativen Seite in der Z-Achsenrichtung der Innenplatte 23 angeordnet ist. Des Weiteren ist der Kühlwasserdurchgang W20 ein Spalt (Zwischenraum), der zwischen der Innenplatte 23 und der Außenplatte 22 definiert ist, die an einer positiven Seite in der Z-Achsenrichtung der Innenplatte 23 angeordnet ist.
Die Kältemittelrippen F10 sind jeweils in den Kältemitteldurchgängen W10 angeordnet. Die Kühlwasserrippen F20 sind jeweils in den Kühlwasserdurchgängen W20 angeordnet. Als die Kältemittelrippen F10 und die Kühlwasserrippen F20 können zum Beispiel Versatzrippen verwendet werden. Die Kältemittelrippen F10 erhöhen eine Wärmeübertragungsfläche für das Kältemittel, das durch die Kältemitteldurchgänge W10 strömt. Die Kühlwasserrippen F20 erhöhen eine Wärmeübertragungsfläche für das Kühlwasser, das durch die Kühlwasserdurchgänge W20 strömt.
Jede der Innenplatten 23 hat einen Entgratungsabschnitt 231, der durch Entgraten ausgebildet ist. Der Entgratungsabschnitt 231 der Innenplatten 23 ist an einer Position korrespondierend zu dem Entgratungsabschnitt 221 der Außenplatte 22 angeordnet. Der Entgratungsabschnitt 231 steht in der negativen Richtung der Z-Achsenrichtung vor, um eine zylindrische Form um die Mittelachse des Kältemittelaufnahmetanks 61 zu haben. Jede der Innenplatten 23 hat einen Vorsprungsabschnitt 232 an einem proximalen Ende des Entgratungsabschnitt 231.
Der Vorsprungsabschnitt 232 steht von dem proximalen Ende in der negativen Richtung der Z-Achsenrichtung vor.
Der Vorsprungsabschnitt 232 der Innenplatte 23 und der Vorsprungsabschnitt 222 der Außenplatte 22, die benachbart zu der Innenplatte 23 in der positiven Richtung der Z-Achsenrichtung ist, sind miteinander durch Löten verbunden. Als Ergebnis bilden die Entgratungsabschnitte 221 der Außenplatten 22 und die Entgratungsabschnitte 231 der Innenplatten 23 den Kältemittelaufnahmetank 61 aus, der einen zylindrischen Raum darin definiert.
Die Entgratungsabschnitte 221 der Außenplatten 22 und die Entgratungsabschnitte 231 der Innenplatten 23 bilden eine zylindrische Wand 610 des Kältemittelaufnahmetanks 61 aus. Des Weiteren sind die Vorsprungsabschnitte 222 der Außenplatten 22 und die Vorsprungsabschnitte 232 der Innenplatten 23 miteinander verbunden, sodass die Kühlwasserdurchgänge W20 von dem Kältemittelaufnahmetank 61 getrennt (separat angeordnet) sind. Daher strömt das Kältemittel, das durch den Kältemittelaufnahmetank 61 strömt, nicht in die Kühlwasserdurchgänge W20.
Es gibt einen Spalt (Zwischenraum) zwischen einem distalen Ende des Entgratungsabschnitts 221 der Außenplatte 22 und einem distalen Ende des Entgratungsabschnitts 231 der Innenplatte 23. Dieser Spalt dient als ein Einlass 611. Das Kältemittel, das in den Kältemittelaufnahmetank 61 strömt, wird in die Kältemitteldurchgänge durch die Einlässe 611 verteilt.
Wie in 4 gezeigt ist, ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Wirbelschaufel 5 als eine Wirbelstruktur vorgesehen, die eine Verwirbelungskomponente in der Strömung des Kältemittels erzeugt, das in dem Kältemittelaufnahmetank 61 aufgenommen ist, um eine Verteilbarkeit des Kältemittels in dem Kältemittelaufnahmetank 61 zu verbessern. Die Wirbelschaufel 5 ist nahe einer Einlassöffnung des Kältemittelaufnahmetanks 61 vorgesehen.
5 ist eine Ansicht der Wirbelschaufel 5 aus Sicht in einer Einströmungsrichtung des Kältemittels, in der das Kältemittel in den Kältemittelaufnahmetank 61 strömt. Wie in 5 gezeigt ist, weist die Wirbelschaufel 5 Schaufelwellen 61, Schaufeln 62 und eine Hauptwelle 53 auf. Die Schaufelwellen 61 erstrecken sich radial von der Hauptwelle 53. Die Schaufelwellen 51 sind radial vorgesehen aus Sicht in der Einströmungsrichtung des Kältemittels. Die Schaufeln 62 sind jeweils an den Schaufelwellen 51 vorgesehen.
Wie in 6 gezeigt ist, sind die Schaufeln 52 der Wirbelschaufel 5 relativ zu einer waagrechten Ebene um θ in der Strömungsrichtung des Kältemittels geneigt. Wenn D, d, θ und x wie nachstehend definiert sind, ist es in diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt, die nachstehende Gleichung (f1) zu erfüllen.
D: Abstand zwischen benachbarten Durchgängen der Kältemitteldurchgänge (siehe 3)
d: Breite eines Einlasses jedes Durchgangs der Kältemitteldurchgänge (siehe 3)
θ: Winkel der Schaufel der Wirbelschaufel
x: Verhältnis einer Fläche der Schaufeln zu einer Querschnittsfläche des Kältemittelaufnahmetanks (in 5 ist die Summe der projizierten Flächen der Schaufelwellen 51 und der Schaufeln 52 die Fläche der Schaufeln). $0 < d \cdot x \cdot cos θ/ D < 0,6$
Insbesondere ist die nachstehende Gleichung (f2) erfüllt. $0,02 < d \cdot x \cdot cos θ/ D < 0,5$
Wie in 7 gezeigt ist, kann aus einem Diagramm, das die Leistung des Wärmetauschers 10 als die senkrechte Achse zeigt und die Verwirbelungskraft und eine Leichtigkeit, mit der das Kältemittel in gestapelten Durchgänge strömt, (d·x·cosθ/D) als die waagrechte Achse zeigen, ein Bereich, in dem ein vorbestimmter Leistungsverbesserungseffekt erhalten wird, spezifiziert werden. Wenn die vorstehenden Gleichungen (f1) und (f2) erfüllt sind, kann eine derartige Leistungsverbesserung erhalten werden.
Wie in 8 gezeigt ist, ist die Wirbelschaufel 5 derart angeordnet, dass die Schaufeln 52 von den Schaufelwellen 51 nach unten geneigt sind. Die Wirbelschaufel 5 kann eine Wirbelschaufel 5A sein, wie in 9 gezeigt ist. Die Wirbelschaufel 5A hat Schaufeln 52A, die von den Schaufelwellen 51 nach oben geneigt sind, zusätzlich zu den Schaufeln 52, die von den Wirbelschaufeln 51 nach unten geneigt sind.
Die Wirbelschaufel 5 erzeugt eine Verwirbelungskomponente in der Strömung des Kältemittels, das in dem Kältemittelaufnahmetank 61 strömt. Als eine Wirbelstruktur, die eine Verwirbelungskomponente in der Strömung des Kältemittels erzeugt, das in den Kältemittelaufnahmetank 61 strömt, kann ein Spiralwirbelbauteil 5B, wie in 10 gezeigt ist, verwendet werden. Das Kältemittel, das entlang des Spiralwirbelbauteils 5B strömt, hat eine Verwirbelungskomponente.
Wie in 11 gezeigt ist, hat eine Wirbelschaufel 5C Schaufeln 52C, die von den Schaufelwellen 51 nach unten geneigt sind. Wie in 12 gezeigt ist, dient, selbst wenn die Wirbelschaufel 5C verwendet wird, die Wirbelschaufel 5C auch als die Wirbelstruktur, die eine Verwirbelungskomponente in der Strömung des Kältemittels erzeugt, und kann sie die Verteilbarkeit des Kältemittels in dem Kältemittelaufnahmetank 61 verbessern.
Wie in 13 gezeigt ist, kann, selbst wenn die Wirbelschaufel 5C in einer geneigten Weise angeordnet ist, die Verteilbarkeit des Kältemittels verbessert werden. Wie in 14 gezeigt ist, kann, selbst wenn eine Verwirbelungsschaufel 5D mit Schaufeln, die asymmetrisch vorgesehen sind, verwendet wird, die Verteilbarkeit des Kältemittels verbessert werden.
In Bezug auf 15 ist eine Wirbelschaufel 5E ohne eine Schaufelwelle beschrieben. Die Wirbelschaufel 5E weist eine Hauptwelle 53E und Schaufeln 52E auf, die mit der Hauptwelle 53E verbunden sind. Die Schaufeln 52E sind durch Bearbeiten und Verdrehen eines Teils eines Plattenbauteils ausgebildet, das auf derselben Ebene in Bezug auf die Hauptwelle 53E vorgesehen ist.
Wie in 16 gezeigt ist, hat die Wirbelschaufel 5E als die Wirbelstruktur die Hauptwelle 53E und die Schaufeln 52E, die mit der Hauptwelle 53E verbunden sind, und sind die Schaufeln 52E in einem konstanten Winkel relativ zu der Hauptwelle 53E zwischen einem Ende und dem anderen Ende der Schaufeln 52E geneigt. Um diesen geneigten Zustand klarzustellen, ist die Wirbelschaufel 5E aus Sicht in einer A-Richtung in 17 gezeigt. Wie in 17 gezeigt ist, hat jede der Schaufeln 52E keinen gebogenen Abschnitt und erstreckt sich gerade zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende.
Richtungen, in denen die Schaufeln 52E in Bezug auf die Hauptwelle 53E geneigt sind, und Anordnungen der Schaufeln 52E können verschiedenartig geändert werden. Wie in 18 gezeigt ist, hat eine Wirbelschaufel 5F Schaufeln 52F, die von der Hauptwelle 53F nach unten geneigt sind. Wie in 19 gezeigt ist, hat eine Wirbelschaufel 5G Schaufeln 52G, die von einer oberen Seite zu einer unteren Seite der Hauptwelle 53G geneigt sind.
Der Kältemittelaufnahmetank 61 und die Kältemitteldurchgänge W10, die vorstehend beschrieben sind, sind Beispiele und es können verschiedene andere Modi (Formen) angewandt werden.
In dem Wärmeaustauschkern 21A, der in 20 gezeigt ist, sind der Kältemittelaufnahmetank 61 und die Kältemitteldurchgänge W10 durch senkrechte symmetrische Platten 24a und 24b definiert. Jede der Platte 24a und der Platte 24b hat einen Vorsprung, der zueinander zugewandt ist. Ein Spalt (Zwischenraum) zwischen den Vorsprüngen dient als der Einlass 612.
In einem Wärmeaustauschkern 21B, der in 21 gezeigt ist, sind der Kältemittelaufnahmetank 61 und die Kältemitteldurchgänge W10 durch eine Kombination von Platten 25, die mit Rippen anstelle der Kältemittellamellen F10 vorgesehen sind, und Platten 26 ohne Rippen definiert. Jede der Platten 25 hat einen Stufenabschnitt nahe einem Rand von jeder der Platten 25. Jede der Platten 26 hat einen Stufenabschnitt nahe einem Rand von jeder der Platten 26. Ein Abstand zwischen der Platte 25 und der Platte 26 erweitert sich an den Stufenabschnitten zu den Rändern hin. Der Einlass 611 ist zwischen dem Stufenabschnitt der Platte 25 und dem Stufenabschnitt der Platte 26 definiert.
In einem Wärmeaustauschkern 21C, der in 22 gezeigt ist, definieren Rohre 27 die Kältemitteldurchgänge W10. In diesem Fall ist der Kältemittelaufnahmetank 61 als ein unabhängiger Tank gebildet. Die Enden der Rohre 27 dienen als die Einlässe 611.
Der Wärmetauscher 10 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist den Kältemittelaufnahmetank 61, der das Kältemittel aufnimmt, und den Kältemittelabgabetank 62, der das Kältemittel, das einen Wärmeaustausch ausgeführt hat, abgibt, und die Kältemitteldurchgänge W10 auf, in denen ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und einem anderen Fluid ausgeführt wird. Die Kältemitteldurchgänge W10 sind zwischen dem Kältemittelaufnahmetank 61 und dem Kältemittelabgabetank 62 fluidverbunden. Der Kältemittelaufnahmetank 61 weist die Wirbelstruktur (die Wirbelschaufel 5, 5A, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G und das Wirbelbauteil 5B) auf, die eine Verwirbelungskomponente in der Strömung des Kältemittels in dem Kältemittelaufnahmetank 61 erzeugt. Der Wärmetauscher 10 ist durch Übereinanderstapeln mehrerer Platten ausgebildet.
Der Wärmetauscher 10 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist einen Kältemittelaufnahmetank 61, der das Kältemittel aufnimmt, und den Kältemittelabgabetank 62, der das Kältemittel, das einen Wärmeaustausch ausgeführt hat, und die Kältemitteldurchgänge W10 auf, in denen ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und einem anderen Fluid ausgeführt wird. Die Kältemitteldurchgänge W10 sind zwischen dem Kältemittelaufnahmetank 61 und dem Kältemittelabgabetank 62 fluidverbunden. Der Kältemittelaufnahmetank 61 weist die Wirbelstruktur (die Wirbelschaufel 5, 5A, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G und das Wirbelbauteil 5B) auf, die eine Verwirbelungskomponente in der Strömung des Kältemittels in den Kältemittelaufnahmetank 61 erzeugt. Eine Breite d von jedem der Einlässe der Kältemitteldurchgänge W10 und ein Abstand D zwischen benachbarten Durchgängen der Kältemitteldurchgänge sind gemäß der Verwirbelungskomponente, die durch die Wirbelstruktur erzeugt wird, eingestellt.
Da das Kältemittel in dem Kältemittelaufnahmetank 61 eine Verwirbelungskomponente hat, kann das Kältemittel entlang einer Umfangswand des Kältemittelaufnahmetanks 61 verbreitet werden. Die Breite d des Einlasses von jedem der Kältemitteldurchgänge und der Abstand D zwischen benachbarten Durchgängen der Kältemitteldurchgänge sind gemäß der Verwirbelungskomponente eingestellt. Daher wird verhindert, dass das Kältemittel übermäßig in den Einlass nahe der Wirbelstruktur strömt, und wird das Kältemittel in einer Erstreckungsrichtung des Kältemittelaufnahmetanks 61 verbreitet und wird in die Einlässe der Kältemitteldurchgänge verteilt.
Der Wärmetauscher 10 in diesem Ausführungsbeispiel erfüllt die nachstehende Formel.
D: Abstand zwischen benachbarten Durchgängen der Kältemitteldurchgänge
d: Breite eines Einlasses von jedem der Kältemitteldurchgänge
θ: Winkel einer Schaufel der Wirbelstruktur
x: Verhältnis einer Fläche der Schaufel zu einer Querschnittsfläche des Kältemittelaufnahmetanks $0 < d \cdot x \cdot cos θ/ D < 0,6$
Der Wärmetauscher 10 in diesem Ausführungsbeispiel erfüllt bevorzugt die nachstehende Formel. $0,02 < d \cdot x \cdot cos θ /D < 0,5$
Der Wärmetauscher 10 in diesem Ausführungsbeispiel ist durch Übereinanderstapeln mehrerer Platten gebildet. Als die Platten kann eine Kombination der Au-ßenplatten 22 und der Innenplatten 23, eine Kombination der Platten 24a und der Platten 24b und eine Kombination der Platten 25 und der Platten 26 verwendet werden.
In dem Wärmetauscher 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Wirbelschaufel 5, 5A als die Wirbelstruktur durch eine der Platten ausgebildet. Durch einstückiges Ausbilden der Wirbelstruktur mit der Platte kann die Anzahl der Teile des Wärmetauschers 10 reduziert werden.
In dem Wärmetauscher 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Wirbelstruktur in der Umgebung der Einlassöffnung des Kältemittelaufnahmetanks 61 vorgesehen. Das Kältemittel strömt in den Kältemittelaufnahmetank 61 durch die Einlassöffnung. Durch Vorsehen der Wirbelstruktur in der Umgebung der Einlassöffnung kann die Verwirbelungskomponente zuverlässig in der Strömung des Kältemittels, das durch den Kältemittelaufnahmetank 61 aufgenommen wird, erzeugt werden.
In dem vorliegen Ausführungsbeispiel ist die einzelne Wirbelschaufel 5 in der Umgebung der Einlassöffnung des Kältemittelaufnahmetanks 61 vorgesehen. Jedoch sind die Anzahl der Wirbelschaufeln 5 und eine Position der Wirbelschaufel 5 nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es ist ferner bevorzugt, dass die Wirbelschaufel 5 innerhalb des Kältemitteleinströmungsabschnitts 30 vorgesehen ist. Die Wirbelschaufel 5 kann in der Mitte des Kältemittelaufnahmetanks 61 vorgesehen sein. Die Anzahl der Wirbelschaufeln 5 kann eine Vielzahl sein.
In dem Wärmetauscher 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels strömt das Kältemittel in den Kältemitteltank 61 in einer Einströmungsrichtung. Die Länge des Kältemittelaufnahmetanks 61 entlang der Einströmungsrichtung ist festgelegt, um kleiner als 100 mm zu sein.
Die Wirbelschaufel 5, 5A, 5C, 5D, 5E, 5F und 5G als die Wirbelstruktur kann separat von dem Kältemittelaufnahmetank 61 ausgebildet sein. Durch Ausbilden der Wirbelschaufel 5, 5A, 5C, 5D, 5E, 5F und 5G separat von dem Kältemittelaufnahmetank 61 kann der Freiheitsgrad bei der Struktur der Wirbelschaufel 5, 5A, 5C, 5D, 5E, 5F und 5G erhöht werden. Zum Beispiel kann die Wirbelschaufel 5, 5A, 5C, 5D, 5E, 5F und 5G als eine Rotorschaufel ausgebildet werden, die sich geringfügig bewegt, anstelle einer Statorschaufel. Zum Beispiel kann die Wirbelschaufel 5, 5A, 5C, 5D, 5E, 5F und 5G aus Aluminium oder einem anderen Material wie zum Beispiel Titan, das stärker ist als Aluminium, hergestellt sein.
Die vorliegenden Ausführungsbeispiele sind vorstehend in Bezug auf die konkreten Ausführungsbeispiele beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese spezifischen Beispiele beschränkt. Diese spezifischen Beispiele, die geeignet bezüglich der Gestaltung durch einen Fachmann modifiziert werden, sind auch durch den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung umfasst, solange die modifizierten spezifischen Beispiele die Merkmale der vorliegenden Offenbarung haben. Jedes Element, das in jedem der spezifischen Beispiele, die vorstehend beschrieben sind, umfasst ist, und die Anordnung, der Zustand, die Form und dergleichen dieser Elemente sind nicht auf jene beschränkt, die dargestellt sind, und können geeignet geändert werden. Die Kombinationen von Elementen, die in jedem der vorstehend beschriebenen spezifischen Beispiele umfasst sind, können geeignet modifiziert werden, solange kein technischer Widerspruch auftritt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019146403 [0001]
JP 2020134484 [0001]
JP 2001082883 A [0004]

Claims

Wärmetauscher, der durch Übereinanderstapeln einer Vielzahl von Platten ausgebildet ist, wobei der Wärmetauscher Folgendes aufweist: einen Kältemittelaufnahmetank (61), der gestaltet ist, um ein Kältemittel aufzunehmen; einen Kältemittelabgabetank (62), der gestaltet ist, um das Kältemittel, dessen Wärme ausgetauscht wurde, abzugeben; und eine Vielzahl von Kältemitteldurchgängen (W10), in denen ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und einem anderen Fluid ausgeführt wird, wobei die Vielzahl von Kältemitteldurchgängen zwischen dem Kältemittelaufnahmetank und dem Kältemittelabgabetank fluidverbunden sind, wobei der Kältemittelaufnahmetank eine Wirbelstruktur (5, 5A, 5B) aufweist, die gestaltet ist, um eine Verwirbelungskomponente in einer Strömung des Kältemittels in dem Kältemittelaufnahmetank zu erzeugen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Wirbelstruktur eine Schaufel aufweist, D als ein Abstand zwischen benachbarten Durchgängen der Vielzahl von Kältemitteldurchgängen definiert ist, d als eine Breite eines Einlasses jedes Durchgangs der Vielzahl von Kältemitteldurchgängen definiert ist, θ als ein Winkel der Schaufel der Wirbelstruktur definiert ist, x als ein Verhältnis einer Fläche der Schaufel zu einer Querschnittsfläche des Kältemittelaufnahmetanks definiert ist, und $0 < d \cdot x \cdot cos θ /D < 0,6.$
Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei $0 < d \cdot x \cdot cos θ /D < 0,5.$
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wirbelstruktur einstückig mit zumindest einer der Vielzahl von Platten ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kältemittelaufnahmetank eine Einlassöffnung definiert, durch die das Kältemittel in den Kältemittelaufnahmetank strömt, und die Wirbelstruktur in einer Umgebung der Einlassöffnung des Kältemittelaufnahmetanks angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Kältemittel in den Kältemittelaufnahmetank in einer Einströmungsrichtung strömt, und eine Länge des Kältemittelaufnahmetanks entlang der Einströmungsrichtung festgelegt ist, um kleiner als 100 mm zu sein.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wirbelstruktur eine Hauptwelle und eine Schaufel aufweist, die mit der Hauptwelle verbunden ist, und die Schaufel in einem konstanten Winkel relativ zu der Hauptwelle geneigt ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Wirbelstruktur separat von dem Kältemittelaufnahmetank ausgebildet ist.