DE3028304A1

DE3028304A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE3028304A1
Application number: DE19803028304
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Kurihara
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1979-08-03
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1981-02-19
Also published as: US4379486A; JPS5623700A; JPS5761160B2; DE3028304C2

Description

Wärmeaustauscher
Priorität: 3· August 1979 Japan 54-99191

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher der einstückigen, geschichteten Platten-Rippen-Art.

Ein Wärmeaustauscher der einstückigen, geschichteten Platten-Rippen-Art, der in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist durch mehrere flache hohle Rohre 1 gebildet, von denen jedes aus zwei Metallplatten 2 und 3» Ab st and ablocken 4, die zwischen jedes Paar der benachbarten Rohre 1 zum Bilden einer Schicht von Rohren eingesetzt sind, und Wärmeleitrippen 5 besteht, die in dem jeweiligen, durch die Abstandsblöcke 4 und die Rohre 1 begrenzten Raum angeordnet sind, wobei die Teile durch Löten zu einem Stück zusammengebaut sind. Diese Art eines Wärmeaustauschers wird als Kondensator für ein Dampfkompressions-Aircondition-System verwendet, das im allgemeinen als Kraftfahrzeug-, Raum- u.dgl.-kühler angewendet wird.

Diese Art eines Wärmeaustauschers ist vorteilhaft, wenn sie als Verdampfer für ein Aircondition-System verwendet wird, da der Wärmeübertragungswirkungsgrad viel höher als bei einem üblichen Rippen-Platten-Wärmeaustauscher ist. Andererseits ist es jedoch notwendig, den Verdampfer A in einem Winkel zur Horizontalen in einer Leitung B anzuordnen, wie es Fig. 3 zeigt, so daß der Tau, der aus der Luft entsteht, die mittels eines Ventilators D eingeführt wird, und der an der Außenfläche des Verdampfers gebildet wird, schnell zu einem Ablauftrog C abtropfen kann. 30

Unter Berücksichtigung der Ablaufwirkung und des Installationsraums des Verdampfers wird es bevorzugt, den Neigungswinkel mit etwa 4-5° einzustellen. Wenn der Wärmeaustauscher der einstückigen, geschichteten

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Platten-Rippen-Art geneigt wird, wird das Kühlmittel in zwei Phasen, d.h. gasförmige und flüssige Phase, die durch jedes Rohr fließen, wie es durch die Pfeile in Fig. 2 angegeben ist, getrennt, siehe I¹Xg. 4-. Gasförmiges Kühlmittel sammelt sich an der Lufteinlaßseite a jedes Rohrs 1 und flüssiges Kühlmittel sammelt sich an der Luftauslaßseite b, siehe Fig. 4-, unter dem Einfluß der Schwerkraft und der Differenz zwischen den spezifischen Gewichten der Flüssigkeit und des Gases. Dieser Strömungszustand verschlechtert den Wärmeübergangswirkungsgrad des Wärmeaustauschers. Bei der Gas-Flüssigkeits-Verteilung in den Rohren 1, wie sie in Fig» 4 gezeigt ist, wenn die Raumtemperatur hoch ist, ist insbesondere die Temperaturdifferenz zwischen der Lufttemperatur und der Temperatur des gasförmigen Kühlmittels an der Lufteinlaßseite des Verdampfers kleiner als die Differenz zwischen der Lufttemperatur und der Temperatur des flüssigen Kühlmittels, was einen verringerten Wärmeaustauschwirkungsgrad bewirkt. Wenn die Raumtemperatur relativ gering ist, fällt der Verdampfungsdruck ab und das Ablenken des flüssigen Kühlmittels an der Luftauslaßseite b wird vergrößert, was den Nachteil des Gefrierens an der Luftauslaßseite b verursacht.

Wegen dieser Probleme ist es schwierig, einen Wärmeaustauscher der einstückigen, geschichteten Platten-Rippen-Art als Verdampfer zu verwenden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wärmeaustauscher der einstückigen, geschichteten Platten-Rippen-Art zu schaffen, in dem die Gas-Flüssigkeits-Verteilung des Kühlmittels in geneigten Rohren im Zustand eines großen Wärmeaustauschwirkungsgrads gehalten wird. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind

Pig. 1 ein Schnitt eines bekanntes Wärmeaustauschers der einstückigen, geschichteten Platten-

Rippen-Art,
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts X

der Fig. 1,

Fig. 3 ein Schnitt einer Anordnung des Wärmeaustauschers in der Verwendung als Verdampfer

eines Kühlers,

Fig. 4 ein Schnitt, der die Gas-Flüssigkeits-Verteilung in dem Kühlmittelkanal des bekannten Wärmeaustauschers zeigt, Fig. 5(a.) und (b) auseinandergezogene perspektivische Ansichten der Hauptteile einer ersten Ausführungsform des Wärmeaustauschers nach der Erfindung,

Fig. 6 ein Schnitt, der die Gas-Flüssigkeits-Verteilung in einem Kühlmittelkanal gemäß der Erfindung

zeigt, und

Fig. 7 und 8 perspektivische Ansichten zum Erläutern der Hauptteile einer zweiten und einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Die erste Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 5 hat einen Aufbau, bei dem eine Einheit aus drei Stufen von Rohren einen Kanal für ein Kühlmittel bildet. In dieser Figur sind dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 für dieselben Teile verwendet, a bezeichnet die Lufteinlaßseite und b bezeichnet die Luftauslaßseite.

Das unterste Rohr 1a jeder Einheit der Rohre hat eine Kühlmitteleinlaßöffnung 11 und gemeinsame Öffnungen 11a an der Kühlmitteleinlaßseite und hat gemeinsame Öffnungen 11b an der Kühlmittelauslaßseite. Die Kühlmitteleinlaßöffnung 11 ist in der unteren Platte 2 an einem

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Abschnitt nahe der Lufteinlaßseite a vorgesehen. Gemeinsame Öffnungen 11a und 11b sind in der oberen Platte 3 vorgesehen. Das mittlere Rohr 1b hat eine Einlaßöffnung 11 wie das Rohr 1a und hat gemeinsame Öffnungen 11c und 11d, die in oberen und unteren Platten 3 und 2 an gegenüberliegenden Einlaß- und Auslaßseiten vorgesehen sind. Das obere Rohr 1c hat gemeinsame Öffnungen 11e und 11f in der unteren Platte an gegenüberliegenden Einlaß- und Auslaßseiten und hat einen Auslaß 11g in der oberen Platte 3 an der Auslaßseite nahe der Lufteinlaßseite a.

Ein Abstandsblock 4a, der zwischen das Rohr 1a und das Rohr 1b der zweiten Stufe eingesetzt ist, hat eine Öffnung 41a, die den Öffnungen 11 entspricht und von den anderen Öffnungen 41b in dem Abstandsblock abgeteilt ist. Ein Abstandsblock 4b, der zwischen das Rohr 1b der zweiten Stufe und das Rohr 1c der dritten Stufe eingesetzt ist, hat einen Kühlmittelströmungskanal 42, der ohne durchgehende Abtrennung von der Seite a zur Seite b vorgesehen ist. Gemäß der Zeichnung ist in bekannter Weise eine Endverstärkungsplatte 1' zwischen den Platten 2 und 3 angeordnet, um eine Deformierung der Platten zu verhindern, wenn das Rohr 1a durch Zusammenlöten mit den Platten 2 und 3 zusammengebaut wird. Eine Innenrippe 6 ist zwischen den Platten 2 und 3 in Richtung der Kühlungsmittelströmung vorgesehen.

Das von der Kühlmitteleinlaßöffnung 11 des Rohrs 1a der ersten Stufe eintretende Kühlmittel strömt somit durch den Kanal 41a des Abstandsblocks 4a und den Kanal 42 des Abstandsblocks 4b. Das Kühlmittel strömt deshalb hauptsächlich in einem Teil jedes Rohrs 1a, 1b und 1c nahe der Lufteinlaßseite a des ersten Kanals Da die Innenrippe 6 nicht in einem Bereich 7 nahe der Kühlmitteleinlaßseite der Rippe 6 vorgesehen ist,

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strömt durch, die Einlaßöffnung 11 eintretendes Kühlmittel auch zu der Luftauslaßseite b.Die Kühlmittelströmung in den Abstandsblock 4b breitet sich des weiteren in voller Länge des Kanals 42 des Abstandsblocks 4b aus, da keine Abtrennung in dem Kanal 42 vorgesehen ist, und strömt nach unten durch den Kanal 41b des Abstandsblocks 4a an der Luftauslaßseite b. Das Kühlmittel strömt somit auch in die Luftauslaßseite b über die Rohre 1a, 1b und 1c jeder Stufe. An der Luftauslaßseite b ist die Menge des Kühlmittels gering und deshalb ist der dynamische Druck des Kühlmittels niedrig im Vergleich mit dem an der Lufteinlaßseite a, wo das Kühlmittel mit relativ hoher Geschwindigkeit strömt. DieserKühlmittelströmungszustand wird durch die Stufen mittels der Innenrippen 6 aufrechterhalten, die in den Rohren vorgesehen sind.

An der Kühlmittelauslaßseite haben die Abstandsblöcke 4a' und 4b¹ jeweils öffnungen 41' und 42' mit voller Länge, um das Kühlmittel durchzulassen, so daß das Kühlmittel, das durch jedes Rohr 1a, 1b und 1c geströmt ist, in den Kanälen 41' und 42*

der Abstandsblöcke 4a¹ und 4b¹ gemischt wird.

Die erste Einheit der Rohranordnung I ist mit der zweiten Einheit der Rohranordnung II über Abstandsblöcke 4c und 4c¹ verbunden.

Kühlmittel, das durch die zweite Einheit der Rohran-Ordnung II fließt, die aus einer Einheit von drei Stufen besteht, tritt in gleicher Weise wie das Kühlmittel, das durch die erste Einheit der Rohranordnung I fließt, von einer Einlaßöffnung 11h ein, die nur an der Lufteinlaßseite vorgesehen ist.

Da die zweite Einheit der Rohranordnung II denselben Aufbau wie die erste Einheit der Rohranordnung I .an

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— O —

der Kühlmitteleinlaß- und -auslaßseite hat, tritt Kühlmittel in gasförmiger und flüssiger Phase, die an der Kühlmittelauslaßseite der ersten Einheit der Rohranordnung I gemischt werden, durch die Kühlmitteleinlaßöffnung 11h in die zweite Einheit der Rohranordnung II ein. Die Gasphase des Kühlmittels strömt in die Luftauslaßseite b mit geringem dynamischen Druck und die flüssige Phase des Kühlmittels fließt hauptsächlich zu der Lufteinlaßseite a. In dem Rohr jeder Stufe wird die Flüssigkeits-Gas-Verteilung durch die Innenrippen 6 aufrechterhalten und wieder an der Kühlmittelauslaßseite vermischt. Ein gleicher Vorgang wird in der dritten Kanaleinheit der Rohranordnung wiederholt. Wie Fig. 6 zeigt, strömt somit das unverdampfte flüssige Kühlmittel hauptsächlich durch einen Abschnitt nahe der Lufteinlaßseite a, wo die Temperaturdifferenz zwischen Luft und Kühlmittel groß ist, und gasförmiges Kühlmittel strömt hauptsächlich in einem Abschnitt nahe der Luftauslaßseite b, wo die Temperaturdifferenz gering ist. Auf diese Weise wird das flüssige Kühlmittel proportional zu der Temperaturdifferenz zwischen Luft und Kühlmittel verteilt, was den Wirkungsgrad des Austauschers wesentlich verbessert.

Ein Kühler, der in einem Temperaturbereich von I5 bis 20⁰C der Luft, welche die Vorrichtung verläßt, verwendet wird, hat auch dieselbe Gas-Flüssigkeits-Verteilung, auch wenn die Menge des zirkulierenden Kühlmittels bei niedriger Temperatur abnimmt. Gasförmiges Kühlmittel strömt somit hauptsächlich in der Luftauelaßseite b, wo es leicht gefriert, so daß die Gefriereinsetztemperatur der in die Vorrichtung eintretenden Luft merklich niedrig relativ zum Stand der Technik ist, wodurch eine Verschlechterung der Funktion in einem Temperaturbereich verhindert wird.

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Da des weiteren das Kühlmittel, das durch das Rohr geströmt ist, an der Kühlmittelauslaßseite gemischt wird, bevor es in den nächsten Kanal eintritt, kann die Gas-Flüssigkeits-Verteilung des Kühlmittels in jedem Kanal konstant gehalten werden. Somit kann ein konstanter Wärmeaustauschwirkungsgrad erhalten werden.

Pig. 7 zeigt einen Aufbau eines Kühlmittelkanals mit zwei Stufen von Rohren. Bei dieser Ausführungsform ist der Aufbau der gleiche wie ein Teil des in Fig. 5 gezeigten Aufbaus, wobei das Kühlmittel auch nur von der Kühlmitteleinlaßöffnung 11 eintritt, die an der Lufteinlaßseite a vorgesehen ist, und in dem Abstandsblock 4a' gemischt wird, der an der Kühlmittelauslaßseite vorgesehen ist. Die Funktion der Ausführungsform ist deshalb dieselbe. Da jedoch in jedem Kanal nur ein Abstandsblock in einer Stufe vorgesehen ist, hat der Kanal 4-1 des Abstandsblocks 4a an der Kühlmitteleinlaßseite denselben Aufbau wie der Abstandsblock 4b der zweiten Stufe der Fig. 5· Das Kühlmittel expandiert deshalb in voller Länge des Kanals 41 in dem Abstandsblock 4a und fließt nach unten an der Luftauslaßseite b.

Gemäß Fig. 8 wird bei der Erfindung ein Kanal angewendet, der durch ein Rohr 1 gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform expandiert an der Kühlmitteleinlaßseite das durch die Kühlmitteleinlaßöffnung 11 der Lufteinlaßseite a eintretende Kühlmittel in voller Länge nur im Bereich vor den Innenrippen 6, wodurch es auch in den Abschnitt an der Luftauslaßseite b strömt. An der Kühlmittelauslaßseite wird Kühlmittel in gasförmiger und flüssiger Phase in den Kanal 40' des Abstandsblocks 4¹, der zwischen benachbarte Kühlmittelkanäle eingesetzt ist, gemischt und miteinander verrührt. Diese Anordnung hat eine gleichartige Funktion wie die in den-Fig. 5 und 7 gezeigten Anordnungen.

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Die Erfindung schafft somit einen Wärmeaustauscher der geschichteten Platten-Rippen-Art mit einer für einen Betrieb mit hohem Wärmeaustauschwirkungsgrad geeigneten Gas-Flüssigkeits-Verteilung und mit einer wirksamen Punktion, um ein Gefrieren zu verhindern. Der Wärmeaustauscher ist leicht, klein, wirksam und praktisch und kann als Verdampfer für verschiedene Arten von Kühlern angewendet werden.

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Claims

PATENTANWÄLTE

5/23 Orthstraße 12

D-8000 München

Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha

7-2 Nishishinjuku 1-chome Shinjuku-ku, Tokyo, Japan

Patentansprüche

Wärmeaustauscher mit mehreren geschichteten Rohreinheiten für ein Kühlmittel, von denen jede aus zwei Platten gebildet ist und eine Kühlmitteleinlaßseite und eine Kühlmittelauslaßseite aufweist, und mit zwischen die Rohreinheiten eingesetzten Abstandsblöcken zum Bilden eines Luftkanals mit einer Lufteinlaßseite und einer Luftauslaßseite, wobei benachbarte obere und untere Rohreinheiten abwechselnd in Beziehung zur Kühlmitteleinlaß- und -auslaßseite angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine Kühlmitteleinlaßöffnung, die in der unteren Platte an der Kühlmitteleinlaßseite und benachbart der Lufteinlaßseite jeder Rohreinheit angeordnet ist, durch eine Kühlmittelauslaßöffnung, die in der oberen Platte an der Kühlmittelauslaßseite jeder Rohreinheit vorgesehen ist, durch einen in dem . Abstandsblock vorgesehenen Kanal zum Verbinden der Kühlmittelauslaßöffnung mit der Kühlmitteleinlaßöffnung der oberen Rohreinheit, durch eine in jeder Rohreinheit vorgesehene Innenrippe zum Leiten des Kühlmittels zu der Kühlmittelauslaßseite und durch einen freien Raum zwischen der Kühlmitteleinlaßöffnung und der Innenrippe.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rohreinheit wenigstens zwei Rohre enthält, wobei jedes der Rohre gemeinsame öffnungen aufweist, daß der Abstandsblock einen ersten Abstandsblock, der zwischen den Rohreinheiten angeordnet ist, und einen

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zweiten Abstandsblock, der zwischen den Rohren angeordnet ist, aufweist, daß der erste Abstandsblock einen Kanal zum Verbinden der Kühlmittelauslaßöffnung der unteren Rohreinheit mit der Kühlmitteleinlaßoffnung der oberen Rohreinheit aufweist und daß der zweite Abstandsblock eine öffnung zum Verbinden der gemeinsamen öffnungen an einer Seite und der anderen öffnung an der anderen Seite aufweist.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rohreinheit drei Rohre enthält und daß einer der zweiten Abstandsblöcke nahe dem untersten Rohr eine öffnung aufweist, die mit einer Einlaßöffnung des oberen Rohrs in Verbindung steht, und eine weitere öffnung aufweist, die mit den gemeinsamen öffnungen in Verbindung steht.

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