DE3028304C2

DE3028304C2 - Plattenwärmeaustauschereinheit

Info

Publication number: DE3028304C2
Application number: DE3028304A
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Utsunomiya Tochigi Kurihara
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1979-08-03
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1985-05-09
Also published as: DE3028304A1; US4379486A; JPS5623700A; JPS5761160B2

Description

11 entspricht und von den anderen Öffnungen 416 in dem Abstandsblock abgeteilt ist Ein Abstandsblock 46, der zwischen dem Kühlmittelkanal 16 der zweiten Stufe und dem Kühlmittelkanal lcder dritten Stufe eingesetzt ist, hat einen Kühlmittelströmungskanal 42, der ohne durchgehende Abtrennung von der Seite a zur Seite 6 vorgesehen ist. Gemäß der Zeichnung ist in bekannter Weise eine Endverstärkungsplatte 1' zwischen den Platlen 2 und 3 angeordnet, um eine Deformierung der Platten zu verhindern, wenn der Kühlmittelkanal la durch Zusammenlöten mit den Platten 2 und 3 zusammengebaut wird. Eine Innenrippe 6 ist zwischen den Platten 2 und 3 in Richtung der Kühlungsmittelsirömung vorgesehen.

Das von der Kühlmitteleinlaßöffnung 11 des Kühlmittelkanals la 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 Kühlmittelkanals la, 16 und Ic nahe der Lufteinlaßseite «f ucT erstell Γ\.2ΠΞΐαΠΟΪ\ιΠϋΐΐ£ ι. lso. uiC innenrippe υ nicht in einem Bereich 7 nahe der Kühlmittekinlaßseite der Rippe 6 vorgesehen ist strömt durch die Einlaßöffnung 11 eintretendes Kühlmittel auch zu der Luftauslaßseite b. Die Kühlmittelströmung in den Abstandsblock 46 breitet sich des weiteren in voller Länge des Kanals 42 des Abstandsblocks 46 aus, da keine Abtrennung in dem Kanal 42 vorgesehen ist, und strömt nach unten durch den Kanal 416 des Abstandsblocks 4a an der Luftauslaßseite 6. Das Kühlmittel strömt somit auch in die Luftauslaßseite 6 über die Kühlmittelkanäle la, 16 und Ic jeder Stufe. An der Luftauslaßseite 6 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. Dieser Kühlmiticisirömungszustand wird durch die Stufen mittels der Innenrippen 6 aufrechterhalten, die in den Kühlmittelkanälen vorgesehen sind.

An der Kühlmittelauslaßseite haben die Abstandsblöcke 4a' und 46'jeweils Öffnungen 4Γ und 42' mit voller Länge, um das Kühlmittel durchzulassen, so daß das Kühlmittel, das durch jeden Kühlmittelkanal la, 16 und Ic geströmt ist, in den Kanälen 4Γ und 42' der Abslandsblöcke 4a'und 46'gemischt wird.

Die erste Einheit der Kanalanordnung I ist mit der /.weilen Einheit der Kanalanordnung II über Abstandsblöcke 4c und 4c'verbunden.

Kühlmittel, das durch die zweite Einheit der Kanalanordnung Il fließt, die ebenfalls aus drei Stufen besteht, tritt in gleicher Weise wie das Kühlmittel, das durch die ersten Kanalanordnung I fließt, von einer Einlaßöffnung 11Λ ein, die nur an der Lufteinlaßseite vorgesehen ist.

Da die zweite Kanalanordnung 11 denselben Aufbau wie die erste Kanalanordnung I an der Kühlmitteleinlaß- und -auslaßseite hat, tritt Kühlmittel in gasförmiger und flüssiger Phase, die an der Kühlmittelauslaßseite der ersten Kanalanordnung I gemischt werden, durch die Kühlmitteleinlaßöffnung ΙΙΛίη die zweite Kanalanordnung 11 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 Kühlmittelkanal 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 Kafialanordnung wiederholt. Wie I·' i g. 6 zeigt, strömt soPnit das unverdampfte flüssige Kühlmittel hauptsächlich durch einen Abschnitt nahe der Lufteinlaßseite a, wie die Temperaturdifferenz zwischen Luft und Kühlmittel groß ist, und gasförmiges Kühlmittel strömt hauptsächlich in einem Abschnitt nahe der Luftauslaßseite 6, 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

ίο Ein Kühler, der in einem Temperaturbereich von 15 bis 20° C der Luft, welche die Vorrichtung verläßt verwendet wird, hat auch dieselbe Gas-FIüssigkeits-Verteilung, auch wenn die Menge des zirkulierenden Kühlmittels bei niedriger Temperatur abnimmt Gasförmiges Kühlmittel strömt somit hauptsächlich in der Luftauslaßseite 6, wo es leicht gefriert, so daß die Gefriereinsetztemperatur der in die Vorrichtung eintretenden Luft merklich niedriger ist als bei der bekannten Plattenwärmeaustauschereinheit, wodurch eine Verschlechterung der Funktion in diesem Temperaturbereich verhindert wird.

Da des weiteren das Kühlmittel, das durch den Kühlmittelkanal geströmt ist an der Kühlmittelauslaßseite gemischt wird, bevor es in den nächsten Kanal eintritt kann di*; Gas-Flüssigkeits-Verteilung des Kühlmittels in jedem Kanal konstant gehalten werden. Somit bleibt der Wärmeaustausch wirkungsgrad konstant

F i g. 7 zeigt einen Aufbau einer Plattenwärmeaustauschereinheit mit zwei Stufen von Kühlnittelkanälen. 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 Lufteinlaßseiie a vorgesehen ist und in dem Abstandsblock 4a'gemischt wird, der an der Kühlmittelauslaßseite vorgesehen ist. Die Funktion dieser Ausführungsform ist deshalb dieselbe. Da jedoch in jedem Kanal nur ein Abstandsblock in einer Stufe vorgesehen ist, hat der Kanal 41 des Abstandsblock', 4a an der Kühlmitteleinlaßseite denselben Aufbau wie der Abstandsblock 46 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 6.
Gemäß F i g. 8 kann eine Plattenwärmeaustauschereinheit aus nur einem Kühlmittelkanal bestehen. Bei dieser Ausführungsform expandiert an der Kühlmitteleinlaßseite das durch die Kühlmitteleinlaßöffnung 11 der Lufteinlaßseite a eintretende Kühlmittel in voller Länge nur im Bereich 7 vor den Innenrippen 6, wodurch es auch in den Abschnitt an der Luftauslaßseite 6 strömt. An der Kühlmittelauslaßseite wird Kühlmittel in gasförmiger und flüssiger Phase in den Kanal 40' des AbstHnd.b'ocks 4', der zwischen benachbarte Kühlmittelkanäle eingesetzt ist, gemischt. Diese Anordnung hat eine gleichartige Funktion wie die in den F:g. 5 und 7 gezeigten Anordnungen.

Hiirzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Plattenwärmeaustauschereinheit zum Kühlen von Luft durch Kühlmittelverdampfung mit mehreren übereinander liegenden Plattenpaaren (2,3), wobei zwischen den Platten eines Paares Kanäle für das Kühlmittel gebildet sind und zwischen den Plattenpaaren Abstandsstücke (4a, 4b) liegen, wodurch Kanäle für die Luft gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmitteleinlaß (It) der Lufteinlaßseite (a) benachbart angeordnet ist und daß das dem Kühlmitteleinlaß benachbarte Abstandsstück {4a) mindestens zwei Öffnungen (41a, Wb) aufweist, in denen das Kühlmittel in entgegengesetzten Richtungen strömt

2. Plattenwärmeaustauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Plattenpaaren (2,3) Führungsrippen (6) liegen, die in einem Abstand (7) vom Kühlmitteleinlaß (It) beginnen.

Die Erfindung betrifft eine Plattenwärmeaustauschereinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Plattenwärmeaustauschereinheit ist bekannt und in den Fig. 1 und 2 gezeigt Die bekannte Plattenwärmeaustauschereinheit besteht aus einer Schicht von Küi.lmittelkanälen, die jeweils aus zwei Metallplatten 2 und 3 gebildet sind :nd Abstandsblöcken 4, die zwischen die Kühlmitte'kanäle zur Bildung von Luftkanälen eingesetzt sind. In den L ftkanälen sind Wärmeleitrippen 5. Die Teile sind verlötet. Solch eine Plattenwärmeaustauschereinheit wird als Kondensator für eine Klimaanlage verwendet, die bei Kraftfahrzeugen und in Räumen eingesetzt wird.

Diese Art einer Plattenwärmeaustauschereinheit kann auch vorteilhaft als Verdampfer für eine Klimaanlage verwendet werden, da der Wärmeübertragungswirkungsgrad viel höher als bei einer üblichen Platurnwärmeaustauschereinheit ist. Andererseits ist es jedoch notwendig, den Verdampfer A in einem Winkel zur Horizontalen in einer Leitung B anzuordnen, wie es F i g. 3 zeigt, so daß das Kondensat, der Tau aus der Luft, die mittels eines Ventilators D angesaugt wird, und das sich an der Außenfläche des Verdampfers ansetzt, schnell zu einem Ablauftrog Cabtropfen kann.

Unter Berücksichtigung der Ablaufwirkung und des Installationsraums des Verdampfers wird es bevorzugt, den Neigungswinkel mit etwa 45° einzustellen. Wenn die Plattenwärmeaustauschereinheit 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 Fi g. 2 angegeben ist,getrennt, siehe Fig. Gasförmiges Kühlmittel sammelt sich an der Lufteinlaßseite a jedes Kühlmittelkanals 1 und flüssiges Kühlmittel sammelt sich an der Luftauslaßseite b, siehe F i g. 4, unter dem Einfluß der Schwerkraft und der Differenz zwischen den spezifischen Gewichten der Flüssigkeit und des Gases. Dieser Strömungszustand verschlechtert den Wärmeübergangswirkungsgrad der Plattenwärmeaustauschereinheit. Bei der Gas-Flüssigkeits-Verteilung in den Kiihlmittelkanälcn 1, wie sie in F ig. 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, eint Platten-Wärmeaustauschereinheit als Verdampfer zu verwenden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht mithin darin, eine Plattenwärmeaustauschereinheit zu schaffen, die auch bei geneigter Anordnung eine Trennung der Dampfphase von der Flüssigphase des Kühlmittels innerhalb des Wärmeaustauschers bei der Verdampfung weitgehend verhindert. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1. Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt einer bekannten Plattenwärmeaustauschereinheit,

F i g. 2 eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts X der Fig. 1,

Fig.3 einen Schnitt einer Anordnung der Plattenwärmeaustauschereinheit in der Verwendung als Verdampfer eines Luftkühlers.

F i g. 4 einen Schnitt, der die Gas-Flüssigkcits-Verteilung in dem Kühlmittelkanal der bekannten Platienwiirmeaustauschereinheit zeigt.

Fig.5(a) und (b) auseinandergezogene perspektivische Ansichten der Hauptteile einer ersten Ausführungsform der Plattenwärmeaustauschereinheit nach der Erfindung,

Fi g. 6 einen 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.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung nach Fig.5 hat einen Aufbau, bei dem eine Einheit aus drei Kühlmittelkanälen besteht. 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.

Der unterste Kühlmittelkanal la jeder Einheit hat eine Kühlmitteleinlaßöffnung 11 und gemeinsame öffnungen 11a an der Kühlmitteleinlaßseitc und hat gemeinsame öffnungen Wb an der Kühlmittelauslaßseitc. Die Kühlmitteleinlaßöffnung 11 ist in der unleren Platte 2 an einem Abschnitt nahe der Lufteinlaßseitc a vorgesehen. Gemeinsame öffnungen 11a und Wb sind in der oberen Platte 3 vorgesehen. Der mittlere Kühlmittelkanal lfchat eine Einlaßöffnung 11 wie der Kühlmitlclkanal 1 a und hat gemeinsame öffnungen 11 c und lic/, die in oberen und unteren Platten 3 und 2 an gegenüberliebO genden Einlaß- und Auslaßseiien vorgesehen sind. Der obere Kühlmittelkanal Ic hat gemeinsame öffnungen He und 1 l/in der unteren Platte 2 an gegenüberliegenden Einlaß- und Auslaßseiten und hat einen Ausluß IU' in der oberen Platte 3 an der Auslußscitc nahe der l.uftb¹) cinlaßseite a.

Ein Abstandsblock 4a. der /wischen dem Kühlmittclkanal la und dem Kühlmittelkanal \b der /wehen Stufe eingesetzt ist, hat eine öffnung 41a, die den Öffnungen