DE60025542T2

DE60025542T2 - Lamellenwärmetauscher

Info

Publication number: DE60025542T2
Application number: DE60025542T
Authority: DE
Inventors: Naohisa c/o Oyama Regional Office Oyama-shi Higashiyama
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Mahle Behr Thermal Systems Japan Ltd
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2020-09-30
Also published as: ES2255650T3; DE60008054T2; TW459120B; EP1089046B1; EP1089046A2; EP1369656A3; DE60025542D1; US6321834B1; EP1369656A2; JP2001108392A; AU6240800A; JP4056663B2; EP1369656B1; DE60008054D1; ATE315769T1; ES2212952T3; ATE259050T1; AU766415B2; EP1089046A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schichtenwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welcher vorzugsweise als ein Wärmetauscher, wie beispielsweise ein Verdampfer für die Verwendung bei einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, benutzt wird.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Herkömmlich ist ein sogenannter Schichtenwärmetauscher als ein Verdampfer für die Verwendung bei einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage wohl bekannt.
Ein Wärmetauscher der eingangs genannten Art ist aus US 4,589,265 bekannt.
Wie in den 23 bis 25 gezeigt ist, weist der Verdampfer einen Kern 1 auf, der eine Mehrzahl von Rohrelementen 2 aufweist, die in ihrer Dickenrichtung geschichtet sind. Jedes Rohrelement ist gebildet durch Aneinanderfügen eines Paares plattenförmig ausgebildeter Platten 5 und 5 in einander gegenüberliegenden Weise. In dem Zwischenabschnitt des Rohrelements 2 sind zwei Kühlmittelpassagen 3a und 3b, die sich in die Richtung der Höhe des Kerns 1 erstrecken, parallel zueinander ausgebildet, wobei eine der Kühlmittelpassagen 3b an der Vorderseite des Kerns 1 und die andere 3a an der Rückseite des Kerns 1 angeordnet sind. An dem oberen und dem unteren Endabschnitt des Rohrelements 2 sind Tankabschnitte 4a und 4b ausgebildet, die mit der korrespondierenden Kühlmittelpassage 3a bzw. 3b in Verbindung stehen.
Ferner sind bei dem Verdampfer die einander benachbarten Rohrelemente 2 über die vorbestimmten Tankabschnitte 4a und 4b miteinander verbunden, wodurch eine erste Passage P1, eine zweite Passage P2, eine dritte Passage P3 und eine vierte Passage P4 an dem hinteren linken Abschnitt, dem hinteren rechten Abschnitt, dem vorderen rechten Abschnitt bzw. dem vorderen linken Abschnitt des Kerns 1 ausgebildet sind. Zwischen der zweiten Passage P2 und der dritten Passage P3 sind die oberen Tankabschnitte 4a und 4b jedes Rohrelements 2 miteinander verbunden, so dass ein Wendeabschnitt T gebildet ist.
Das in die oberen Tankabschnitte 4a der ersten Passage P1 hineingeströmte Kühlmittel strömt nach unten durch die erste Passage P1 hindurch, so dass es die unteren Tankabschnitte 4a erreicht. Dann wird das Kühlmittel in die unteren Tankabschnitte 4a der zweiten Passage P2 hineingeleitet und strömt dann nach oben durch die zweite Passage P2 hindurch, so dass es die oberen Tankabschnitte 4a erreicht. Danach wird das Kühlmittel über den Wendeabschnitt T zwischen der zweiten Passage P2 und der dritten Passage P3 in den oberen Tankabschnitt 4b der dritten Passage P3 hineingeleitet. Anschließend strömt das Kühlmittel nach unten durch die dritte Passage P3 hindurch, so dass es den unteren Tankabschnitt 4b der dritten Passage P3 erreicht, und wird dann in den unteren Tankabschnitt 4b der vierten Passage P4 hineingeleitet. Dann strömt das Kühlmittel nach oben durch die vierte Passage P4 hindurch und strömt über die oberen Tankabschnitte 4b aus dem Verdampfer heraus.
Unterdessen tauscht das Kühlmittel während des Durchgangs durch jede Passsage P1 bis P4 hindurch Wärme mit der Luft aus, die durch den Kern 1 hindurch von dessen Vorderseite zu der Rückseite hin passiert, so dass es verdampft wird durch Absorbieren von Wärme aus der Luft.
Bei dem oben erwähnten, herkömmlichen Verdampfer strömt, wie in den 24 und 25 gezeigt ist, wenn das Kühlmittel von den unteren Tankabschnitten 4a der ersten Passage P1 in die unteren Tankabschnitte 4a der zweiten Passage P2 hineingeleitet wird, das Kühlmittel durch die unteren Tankabschnitte 4a der zweiten Passage P2 hindurch zu der anderen Seite hin (d.h. in die in 24 gezeigte Rechts-Richtung R). Folglich tendiert das Kühlmittel dazu, wegen der Fließfähigkeit und/oder der Trägheit des Kühlmittels durch den rechtsseitigen Bereich der zweiten Passage P2 hindurch zu fließen, wie durch die schrägen Linien in 25 gezeigt ist. Dann wird das vorbelastete Kühlmittel in den Wendeabschnitt T zwischen der zweiten Passage P2 und der dritten Passage P3 hineingeleitet, so dass es die dritte Passage P3 erreicht. In der dritten Passage P3 steigt der Belastungszustand des Kühlmittelstroms weiter an. Dies verhindert einen effizienten Wärmeaustausch in dem gesamten Bereich der dritten Passage P3, woraus eine Verschlechterung der Kühlleistung resultiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht der obigen Hintergründe ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Schichtenwärmetauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher einen vorbelasteten Kühlmittelstrom verhindern und die Kühlleistung verbessern kann.
Dies wird durch einen Schichtenwärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
Mit diesem Schichtenwärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung passiert, da der Kühlmittelstrom-Beschränkungsabschnitt an dem Wendeabschnitt vorgesehen ist, das Kühlmittel in einer gleichmäßig verteilten Weise durch den Wendeabschnitt hindurch, und dann wird das gleichmäßig verteilte Kühlmittel in die nachfolgende Passage hineingeleitet. Daher passiert das Kühlmittel in einer gleichmäßig verteilten Weise durch den gesamten Bereich der Passage hindurch, was die Wärmetauschfähigkeit und Kühlfähigkeit des Wärmetauschers verbessert.
Bei einem herkömmlichen Schichtenwärmetauscher tendiert ein von dem einen Seitenende einer vorgegebenen Passage her geströmtes Kühlmittel dazu, in einer vorbelasteten Weise durch die andere Seite der vorgegebenen Passage hindurch zu strömen, und strömt dann in der vorbelasteten Weise durch einen Wendeabschnitt hindurch. Daher ist es bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die vorgegebene Passage einen Kühlmittel-Einlassabschnitt zum dahinein Einleiten eines Kühlmittels aufweist, um an der einen Seite der vorgegebenen Passage auf der ersten Seite des Kerns angeordnet zu sein, und dass der Kühlmittelstrom-Beschränkungsabschnitt an einem Seitenabschnitt des Wendeabschnitts auf der zweiten Seite des Kerns vorgesehen ist. In diesem Fall wird, da der Kühlmittelstrom-Beschränkungsabschnitt an einem Seitenabschnitt des Wendeabschnitts auf der zweiten Seite des Kerns vorgesehen ist, der Kühlmittelstrom an dem Seitenabschnitt des Wendeabschnitts durch den Kühlmittelstrom-Beschränkungsabschnitt beschränkt, was einen Kühlmittelstrom an dem anderen Seitenabschnitt des Wendeabschnitts bewirkt. Folglich kann das Kühlmittel sicher und gleichmäßig in dem Wendeabschnitt verteilt werden, was die Wärmetauscheffizienz des Wärmetauschers verbessert.
Ferner ist es bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt, die folgenden strukturellen Merkmale vorzusehen, um den oben erwähnten Kühlmittelstrom-Beschränkungsabschnitt leicht zu realisieren.
Die Halb-Beschränkungspassage weist die Hälfte der Querschnittsfläche der Freipassage auf.
Ferner bildet eine an einer Seite der vorgegebenen Passage auf der ersten Seite des Kerns angeordnete Passage des Wendeabschnitts die Freipassage.
Ferner ist jedes der Mehrzahl von Rohrelementen mit zwei Kühlmittelpassagen versehen, wobei die Kühlmittelpassagen der Rohrelemente, die die eine Hälfte des Kerns auf der ersten Seite des Kerns bilden, eine erste Passage und eine vierte Passage bilden, wobei die Kühlmittelpassagen der Rohrelemente, die die andere Hälfte des Kerns auf der zweiten Seite des Kerns bilden, eine zweite Passage und eine dritte Passage bilden, und wobei der Wendeabschnitt zwischen der zweiten Passage und der dritten Passage angeordnet ist. Wie oben erwähnt, kann die vorliegende Erfindung vorzugsweise an einem Schichtenwärmetauscher eingesetzt werden, bei welchem zwei Kühlmittelpassagen vorn und hinten angeordnet sind.
Bei der vorliegenden Erfindung, die bei dieser Art von Schichtenwärmetauscher verwendet wird, ist es bevorzugt, die folgenden strukturellen Merkmale vorzusehen, um die Wärmetauscheffizienz durch gleichmäßigere Verteilung des Kühlmittels zu verbessern.
Der Kühlmittelstrom-Beschränkungsabschnitt ist an einem Teil des Wendeabschnitts auf der zweiten Seite des Kerns vorgesehen.
Ein Teil des Wendeabschnitts bildet eine Beschränkungspassage, welche einen Kühlmittelstrom beschränkt, und der verbleibende Teil des Wendeabschnitts bildet eine Freipassage, welche einen Kühlmittelstrom nicht beschränkt, wobei die Beschränkungspassage den Kühlmittelstrom-Beschränkungsabschnitt bildet, und wobei die Beschränkungspassage von einer zweiten Seite des Wendeabschnitts aus auf der zweiten Seite des Kerns von einem ersten Rohrelement gebildet wird.
Ferner bildet ein Teil des Wendeabschnitts auf der ersten Seite des Kerns die Freipassage.
Außerdem sind das erste, das vierte und das fünfte Rohrelement, die den Wendeabschnitt von dessen zweiter Seite aus auf der zweiten Seite des Kerns bilden, jeweils mit dem Kühlmittelstrom-Beschränkungsabschnitt versehen.
Ferner ist jedes der den Wendeabschnitt bildenden Rohrelemente mit dem Kühlmittelstrom-Beschränkungsabschnitt versehen.
Außerdem ist ein erstes Rohrelement, das den Wendeabschnitt von dessen zweiter Seite aus auf der zweiten Seite des Kerns bildet, mit dem Kühlmittelstrom-Beschränkungsabschnitt versehen.
Ferner sind das erste, das zweite und das dritte Rohrelement von deren zweiten Seite aus auf der zweiten Seite des Kerns jeweils mit dem Kühlmittelstrom-Beschränkungsabschnitt versehen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die vorliegende Erfindung wird ausführlicher beschrieben und aus der folgenden Beschreibung mit den beigefügten Figuren betrachtet besser verständlich, in welchen:
1 eine Vorderansicht eines Verdampfers als ein Schichtenwärmetauscher gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
2 eine Draufsicht des Verdampfers der ersten Ausführungsform ist,
3A eine Vorderansicht ist, die eine Endplatte des Verdampfers der ersten Ausführungsform zeigt,
3B eine Vorderansicht ist, die eine Seitenplatte des Verdampfers der ersten Ausführungsform zeigt,
4 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Kerns des Verdampfers der ersten Ausführungsform ist,
5 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Kühlmittelstrom in dem Verdampfer der ersten Ausführungsform zeigt,
6A eine perspektivische Ansicht ist, die ein erstes (viertes) Rohrelement des Verdampfers der ersten Ausführungsform in einem Demontage-Zustand zeigt,
6B eine perspektivische Ansicht ist, die ein erstes (viertes) Rohrelement des Verdampfers der ersten Ausführungsform in einem Zusammenbau-Zustand zeigt,
7 eine horizontale Querschnittsansicht der oberen Tankabschnitte des ersten (vierten) Rohrelements des Verdampfers der ersten Ausführungsform ist,
8A eine perspektivische Ansicht ist, die ein zweites Rohrelement des Verdampfers der ersten Ausführungsform in einem Demontage-Zustand zeigt,
8B eine perspektivische Ansicht ist, die ein zweites Rohrelement des Verdampfers der ersten Ausführungsform in einem Zusammenbau-Zustand zeigt,
9 eine horizontale Querschnittsansicht der oberen Tankabschnitte des zweiten Rohrelements des Verdampfers der ersten Ausführungsform ist,
10A eine perspektivische Ansicht ist, die ein drittes Rohrelement des Verdampfers der ersten Ausführungsform in einem Demontage-Zustand zeigt,
10B eine perspektivische Ansicht ist, die ein drittes Rohrelement des Verdampfers der ersten Ausführungsform in einem Zusammenbau-Zustand zeigt,
11 eine horizontale Querschnittsansicht der oberen Tankabschnitte des dritten Rohrelements des Verdampfers der ersten Ausführungsform ist,
12A eine perspektivische Explosionsansicht eines Rohrelements ist, das an der Seite einer ersten (vierten) Passage anzuordnen ist,
12B eine perspektivische Explosionsansicht eines Rohrelements ist, das an der Seite einer zweiten (dritten) Passage anzuordnen ist,
13 eine Draufsicht eines Verdampfers ist,
14 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Kühlmittelstrom in dem Verdampfer von 13 zeigt,
15 eine Draufsicht eines Verdampfers ist,
16 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Kühlmittelstrom in dem Verdampfer von 15 zeigt,
17 eine Draufsicht eines Verdampfers ist,
18 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Kühlmittelstrom in dem Verdampfer von 17 zeigt,
19 eine Draufsicht des Verdampfers eines erfinderischen Beispiels ist,
20 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Kühlmittelstrom in dem Verdampfer von 19 zeigt,
21 eine Draufsicht eines Verdampfers eines Vergleichsbeispiels ist,
22 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Kühlmittelstrom in dem Verdampfer des Vergleichsbeispiels zeigt,
23 eine perspektivische Ansicht eines Rohrelements eines herkömmlichen Verdampfers ist,
24 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Kühlmittelstrom zeigt, der durch den herkömmlichen Verdampfer hindurch passiert, und
25 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Kühlmittelstrom in dem herkömmlichen Verdampfer zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die Ausführungsformen der 13–18 und 21–25 sowie ihre zugehörige Beschreibung sind nicht Bestandteil der Erfindung.
Die 1 bis 5 zeigen einen Verdampfer für die Verwendung bei einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage als ein Schichtenwärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in diesen Figuren gezeigt ist, weist dieser Verdampfer eine erste Passage P1, eine zweite Passage P2, eine dritte Passage P3 und eine vierte Passage P4 auf. Zwischen den oberen Abschnitten der zweiten Passage und der dritten Passage P2 und P3 ist ein Wendeabschnitt T vorgesehen. Ein Kühlmittel strömt nach unten durch die erste Passage P1 hindurch und strömt dann nach oben durch die zweite Passage P2 hindurch. Dann wird das Kühlmittel über den Wendeabschnitt T in die dritte Passage P3 hineingeleitet. Danach strömt das Kühlmittel nach unten durch die dritte Passage P3 hindurch und strömt dann nach oben durch die vierte Passage P4 hindurch.
Der Verdampfer weist einen Kern 10 mit einer Mehrzahl von plattenförmigen Rohrelementen 20 und einer Mehrzahl von Außenrippen 11 auf, die aus gewellten Rippen hergestellt sind. Die Rohrelemente 20 sind in ihrer Dickenrichtung (in der Rechts- und Links-Richtung in 1) geschichtet, wobei die Außenrippe 11 dazwischen angeordnet ist.
An dem einen Seitenende (rechtes Seitenende in 1) der geschichteten Rohrelemente 20 ist eine Seitenplatte 50 über die Außenrippe 11 angeordnet. An dem anderen Seitenende (linkes Seitenende in 1) der geschichteten Rohrelemente 20 ist eine Endplatte 60 über die Außenrippe 11 angeordnet.
Wie in den 6 bis 11 gezeigt ist, ist jedes Rohrelement 20 gebildet durch Aneinanderfügen eines Paares von plattenförmig ausgebildeten Platten 31 und 32 in einander gegenüberliegenden Weise, die jeweils aus einem Aluminiumlötblech hergestellt sind.
Wie in 2 gezeigt ist, weisen die Rohrelemente 20 eine Mehrzahl von ersten Rohrelementen 21, welche die linke Hälfte des Kerns 10 oder die erste Passage und die vierte Passage P1 und P4 bilden, und eine Mehrzahl von zweiten bis vierten Rohrelementen 22, 23 und 24 auf, welche die rechte Hälfte des Kerns 10 oder die zweite Passage und die dritte Passage P2 und P3 bilden.
Wie in den 6 und 7 gezeigt ist, weist eine plattenförmig ausgebildete Platte 31, die das erste Rohrelement 21 bildet, in ihrem Zwischenbereich des Innenflächenabschnitts mit Ausnahme der Längsendabschnitte zwei Kühlmittelpassagenbildungs-Ausbuchtungsabschnitte 25a und 25b auf, welche sich in der Längsrichtung des Rohrelements 21 erstrecken und in der Breitenrichtung der geformten Platte 31 parallel zueinander angeordnet sind. Ferner weist die plattenförmig ausgebildete Platte 31 an ihren Längsendabschnitten Tankabschnittbildungs-Ausbuchtungsabschnitte 26a und 26b auf, welche mit den korrespondierenden, oben erwähnten Kühlmittelpassagenbildungs-Ausbuchtungsabschnitten 25a und 25b verbunden sind. Wie später erwähnt wird, sind außer bei manchen plattenförmig ausgebildeten Platten Verbindungsöffnungen 27 und 27 in der Bodenwand der Tankabschnittbildungs-Ausbuchtungsabschnitte 26a und 26b ausgebildet.
Das oben erwähnte Paar von plattenförmig ausgebildeten Platten 31 und 31 sind über eine Innenrippe (nicht gezeigt) in einer einander gegenüberliegenden Weise aneinandergefügt, so dass das erste Rohrelement 21 ausgebildet ist, welches die linke Hälfte des Kerns 10 bildet. Bei dem oben erwähnten Rohrelement 21 sind in dessen inneren Zwischenbereich zwei sich in dessen Längsrichtung erstreckende Kühlmittelpassagen 25a und 25b durch Aneinanderfügen der betreffenden Kühlmittelpassagenbildungs-Ausbuchtungsabschnitte 25a und 25b ausgebildet. Ferner sind an dessen Längsendabschnitten Tankabschnitte 26a und 26b durch Aneinanderfügen der betreffenden Tankabschnittbildungs-Ausbuchtungsabschnitte 26a und 26b ausgebildet.
Bei der Erläuterung dieser Ausführungsform sind zur Vermeidung einer Irritation infolge zu vieler Bezugszeichen die Kühlmittelpassage und der Kühlmittelpassagenbildungs-Ausbuchtungsabschnitt mit demselben Bezugszeichen bezeichnet, und der Tankabschnitt und der Tankabschnittbildungs-Ausbuchtungsabschnitt sind auch mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Wie oben erwähnt, sind in der linken Hälfte des Kerns 10 eine Gesamtzahl von acht Stück der oben erwähnten, ersten Rohrelemente 21 in deren Dickenrichtung geschichtet. Die zugehörigen Tankabschnitte 26a und 26b der einander benachbarten Rohrelemente 21 sind über die Verbindungsöffnungen 27 miteinander verbunden. Ferner bilden die rückseitigen Kühlmittelpassagen 25a der Rohrelemente 21 die oben erwähnte, erste Passage P1, und die vorderseitigen Kühlmittelpassagen 25b der Rohrelemente 21 bilden die oben erwähnte, vierte Passage P4.
Andererseits sind als das die zweite Passage P2 und die dritte Passage P3 bildende Rohrelement 20 die oben erwähnten, zweiten Rohrelemente bis vierten Rohrelemente 22 bis 24 verwendet.
Wie in den 8 und 9 gezeigt ist, weist jede der zweiten, plattenförmig ausgebildeten Platten 32 und 32 einen Passagenbildungs-Ausbuchtungsabschnitt 42a auf, der die beiden Ausbuchtungsabschnitte 26a und 26b zwischen den oberen Tankabschnittbildungs-Ausbuchtungsabschnitten 26a und 26b miteinander verbindet. Die anderen Strukturen sind die gleichen wie bei der oben erwähnten, ersten plattenförmig ausgebildeten Platte 31.
Die oben erwähnten zweiten, plattenförmig ausgebildeten Platten 32 und 32 sind über eine Innenrippe (nicht gezeigt) in einer einander gegenüberliegenden Weise integral miteinander verbunden, so dass das zweite Rohrelement 22 ausgebildet ist. In diesem Rohrelement 22 sind in der gleichen Weise wie beim Rohrelement 21 Kühlmittelpassagen 25a und 25b und die Tankabschnitte 26a und 26b ausgebildet. In dem Abschnitt, der dem Wendeabschnitt T entspricht, ist eine die oberen Tankabschnitte 26a und 26b verbindende Freipassage 42 durch Aneinanderfügen der Passagenbildungs-Ausbuchtungsabschnitte 42a und 42a ausgebildet.
Wie in den 10 und 11 gezeigt ist, ist das dritte Rohrelement 23 ausgebildet durch integrales Verbinden der oben erwähnten, ersten plattenförmig ausgebildeten Platte 31, die keinen Passagenbildungs-Ausbuchtungsabschnitt 42a aufweist, und der oben erwähnten, zweiten plattenförmig ausgebildeten Platte 32, die den Passagenbildungs-Ausbuchtungsabschnitt 42a aufweist, über eine Innenrippe (nicht gezeigt) in einander gegenüberliegenden Weise. In diesem Rohrelement 23 sind in der gleichen Weise wie beim Rohrelement 21 Kühlmittelpassagen 25a und 25b und die Tankabschnitte 26a und 26b ausgebildet. In dem Abschnitt, der dem Wendeabschnitt T entspricht, ist eine die oberen Tankabschnitte 26a und 26b verbindende Halb-Beschränkungspassage 43 durch den Passagenbildungs-Ausbuchtungsabschnitt 42a der zweiten plattenförmig ausgebildeten Platte 32 ausgebildet. Die Halb-Beschränkungspassage 43 weist die Hälfte der Passagenquerschnittsfläche der Freipassage 42 des zweiten Rohrelements 22 auf und beschränkt einen Kühlmittelstrom.
Das vierte Rohrelement 24 hat die gleiche Struktur wie das erste Rohrelement 21, das in den 6 und 7 gezeigt ist. Mit anderen Worten sind die oberen Tankabschnitte 26a und 26b des vierten Rohrelements 24 nicht miteinander verbunden, und der Abschnitt, der dem Wendeabschnitt T entspricht, bildet eine Unterbrechungspassage 44.
Bei dieser Ausführungsform sind, wie in den 2 und 5 gezeigt ist, auf der rechten Halbseite des Kerns 10 die oben erwähnten, zweiten Rohrelemente bis vierten Rohrelemente 22 bis 24 über Außenrippen 11 derart als eine Einheit geschichtet, dass das dritte Rohrelement 23 von der rechten Seite aus an erster Position, das vierte Rohrelement 24 an zweiter Position, das dritte Rohrelement 23 an dritter Position, die zweiten Rohrelemente 22 an vierter bis siebter Position, und das dritte Rohrelement 23 an achter Position angeordnet ist. Daher sind auf gleiche Weise wie auf der linken Halbseite des Kerns 10 die einander benachbarten Tankabschnitte 26a und 26b über die Verbindungsöffnung 27 miteinander verbunden, und die rückseitigen Kühlmittelpassagen 25a bilden die zweite Passage P2, und die vorderseitigen Kühlmittelpassagen 25b bilden die dritte Passage P3. In dem Wendeabschnitt T zwischen der zweiten Passage P2 und der dritten Passage P3 sind die von dem zweiten Rohrelement 22 und dem dritten Rohrelement 23 gebildeten Abschnitte durch die Freipassage 42 bzw. die Halb-Beschränkungspassage 43 miteinander verbunden, und der von dem vierten Rohrelement 24 gebildete Abschnitt ist nicht verbunden, so dass die Unterbrechungspassage 44 ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform bilden die Unterbrechungspassage 44 und die Halb-Beschränkungspassage 43 eine Beschränkungspassage, welche den Kühlmittelstrom-Beschränkungsabschnitt bildet.
Auf der linken Seite der zweiten Passage und der dritten Passage P2 und P3 ist das eine Halb-Beschränkungspassage 43 aufweisende, dritte Rohrelement 23 angeordnet. Jedoch ist diese Halb-Beschränkungspassage 43 nicht dafür bestimmt, das Kühlmittel zu verteilen, und unterscheidet sich daher von dem Kühlmittelstrom-Beschränkungsabschnitt in der vorliegenden Erfindung. Mit anderen Worten kann bei der vorliegenden Erfindung an dem linken Seitenende der zweiten Passage und der dritten Passage P2 und P3 als ein Teil des Wendeabschnitts T das die Freipassage 42 aufweisende, zweite Rohrelement 22 vorgesehen sein.
Wie in 12A gezeigt ist, weist unter den plattenförmig ausgebildeten Platten 31, welche die erste Passage und die vierte Passage P1 und P4 in der linken Hälfte des Kerns 10 bilden, die plattenförmig ausgebildete Platte 31, die an dem am weitesten rechten Ende angeordnet ist, obere Tankbildungs-Ausbuchtungsabschnitte 26a und 26b auf, die jeweils eine Bodenwand ohne Verbindungsöffnung als einen geschlossenen Abschnitt 28 aufweisen. Überdies weist unter den plattenförmig ausgebildeten Platten 31 und 32, welche die zweite Passage und die dritte Passage P2 und P3 in der rechten Hälfte des Kerns 10 bilden, die plattenförmig ausgebildete Platte 31, die an dem am weitesten linken Ende angeordnet ist, obere Tankbildungs-Ausbuchtungsabschnitte 26a und 26b auf, die jeweils eine Bodenwand ohne Verbindungsöffnung als einen geschlossenen Abschnitt 28 aufweisen. Daher sind die oberen Tankabschnitte 26a und 26b zwischen der ersten Passage und der zweiten Passage P1 und P2 sowie zwischen der dritten Passage und der vierten Passage P3 und P4 nicht miteinander verbunden.
Ferner sind bei dieser Ausführungsform die unteren Tankabschnitte 26a und 26a zwischen der ersten Passage und der zweiten Passage P1 und P2 über die Verbindungsöffnung 27 miteinander verbunden. Die Verbindungsöffnung 27 bildet einen Kühlmittel-Einlassabschnitt zum Einleiten eines Kühlmittels in die zweite Passage P2, d.h. eine vorgegebene Passage, hinein.
Wie in 3A gezeigt ist, ist die an dem am weitesten linken Ende des Kerns 10 aufgeschichtete Endplatte 60 mit einem Kühlmitteleinlass 61a und einem Kühlmittelauslass 61b, die mit der Verbindungsöffnung 27 und 27 der oberen Tankabschnitte 26a und 26b des Rohrelements 20 in Verbindung stehen, und einem Schließabschnitt 62 und 62 zum Schließen der Verbindungsöffnungen 27 und 27 der unteren Tankabschnitte 26a und 26b des Rohrelements 20 versehen.
Wie in 3B gezeigt ist, ist die an dem am weitesten rechten Ende des Kerns 10 aufgeschichtete Seitenplatte 50 mit Schließabschnitten 52 zum Schließen der Verbindungsöffnungen 27 und 27 des oberen Tankabschnitts und des unteren Tankabschnitts 26a und 26b des Rohrelements 20 versehen. Bei dem oben erwähnten Verdampfer wird ein Kühlmittel, das durch den Kühlmitteleinlass 61a der Endplatte 60 hindurchgeströmt ist, in die oberen Tankabschnitte 26a der ersten Passage P1 hineingeleitet und strömt dann nach unten durch die Kühlmittelpassagen 25a der ersten Passage P1 hindurch, so dass es die unteren Tankabschnitte 26a erreicht. Dann wird das Kühlmittel in die unteren Tankabschnitte 26a der zweiten Passage P2 hineingeleitet und strömt dann nach oben durch die Kühlmittelpassagen 25a der zweiten Passage P2 hindurch, so dass es die oberen Tankabschnitte 26a erreicht.
Danach wird das Kühlmittel über die Freipassagen 42 und die Halb-Beschränkungspassagen 43 des Wendeabschnitts T in den oberen Tankabschnitt 26b der dritten Passage P3 hineingeleitet. Nachfolgend strömt das Kühlmittel nach unten durch die Kühlmittelpassagen 25b der dritten Passage P3 hindurch, so dass es den unteren Tankabschnitt 26b der dritten Passage P3 erreicht, und wird dann in den unteren Tankabschnitt 26b der vierten Passage P4 hineingeleitet. Dann strömt das Kühlmittel nach oben durch die Kühlmittelpassagen 25b der vierten Passage P4 hindurch, so dass es den oberen Tankabschnitt 26b erreicht, und strömt aus dem Kühlmittelauslass 61b der Endplatte 60 heraus.
Wenn das Kühlmittel durch den Verdampfer hindurch strömt, tendiert das durch den Wendeabschnitt T zwischen der zweiten Passage P2 und der dritten Passage P3 hindurch passierende Kühlmittel dazu, infolge der Fließfähigkeit und/oder der Trägheit des Kühlmittels zur rechten Seite des Wendeabschnitts T zu strömen. Jedoch wird bei dieser Ausführungsform, da die Unterbrechungspassage 44 und die Halb-Beschränkungspassage 43 auf der rechten Seite des Wendeabschnitts T angeordnet sind, der Kühlmittelstrom auf der rechten Seite des Wendeabschnitts T beschränkt. Daher wird das Kühlmittel zu der linken Seite des Wendeabschnitts T hin verteilt. Folglich passiert das Kühlmittel durch den Wendeabschnitt T in einer gleichmäßig verteilten Weise hindurch und wird dann in die dritte Passage P3 hineingeleitet. Daher passiert das Kühlmittel durch die Kühlmittelpassagen 25b der dritten Passage P3 in einer gleichmäßig verteilten Weise hindurch. Daraus ergeben sich ein erhöhter Wärmeaustausch und eine verbesserte Kühlleistung.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, den Verdampfer in einer Lage zu benutzen, in der die Rohrelemente vertikal angeordnet sind. Der Verdampfer kann in jeder gewünschten Position benutzt werden. Zum Beispiel kann der Verdampfer in einer Lage benutzt werden, in der die Rohrelemente schräg gestellt sind.
Ferner kann die vorliegende Erfindung auch bei einem Verdampfer mit einem Wendeabschnitt verwendet werden, der an den unteren Enden von einander benachbarten Passagen vorgesehen ist, die vorn und hinten angeordnet sind.
Ferner sind die Anzahl der Passagen und/oder die Struktur der jeweiligen Passage nicht auf die oben erwähnte Ausführungsform beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auch bei einem Verdampfer mit Rohrelementen verwendet werden, die jeweils drei oder mehr Kühlmittelpassagen aufweisen, die vorn und hinten angeordnet sind, d.h. die drei oder mehr Passagen aufweisen, die vorn und hinten angeordnet sind.
Als nächstes werden Beispiele erläutert.
<Beispiel Nr. 1>
Wie in den 13 und 14 gezeigt ist, wurde ein Verdampfer hergestellt, der durch Schichtung von sechzehn (16) Rohrelementen gebildet ist. Bei diesem Verdampfer sind die erste Passage P1 und die vierte Passage P4 durch Schichtung von neun (9) Stück der oben erwähnten, ersten Rohrelemente 21 gebildet, und die zweite Passage P2 und die dritte Passage P3 sind durch Schichtung von sieben (7) Stück der oben erwähnten, zweiten Rohrelemente und dritten Rohrelemente 22 und 23 gebildet. Im Einzelnen sind an der von der rechten Seite ersten, vierten, fünften und siebten Position die oben erwähnten, dritten Rohrelemente 23 angeordnet, die jeweils eine Halb-Beschränkungspassage in dem Wendeabschnitt T aufweisen. An der von der rechten Seite zweiten, dritten und sechsten Position sind die oben erwähnten, zweiten Rohrelemente 22 angeordnet, die jeweils eine Freipassage in dem Wendeabschnitt T aufweisen.
In dem Beispiel wird, obwohl das eine Halb-Beschränkungspassage 43 in dem Wendeabschnitt T aufweisende Rohrelement 23 an dem linken Ende der zweiten Passage und der dritten Passage P2 und P3 angeordnet ist, die Halb-Beschränkungspassage 43 nicht zum Verteilen des Kühlmittels verwendet und unterscheidet sich daher von dem Kühlmittelstrom-Beschränkungsabschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung (dieselbe Interpretation wird auch sowohl auf die folgenden erfinderischen Beispiele Nr. 2 bis 4 als auch auf ein Vergleichsbeispiel angewendet).
<Beispiel Nr. 2>
Wie in den 15 und 16 gezeigt ist, wurde ein Verdampfer hergestellt, der durch Schichtung von sechzehn (16) Rohrelementen gebildet ist. Bei diesem Verdampfer sind die erste Passage P1 und die vierte Passage P4 durch Schichtung von neun (9) Stück der oben erwähnten, ersten Rohrelemente 21 gebildet, und die zweite Passage P2 und die dritte Passage P3 sind durch Schichtung von sieben (7) Stück der oben erwähnten, dritten Rohrelemente 23 gebildet, die jeweils eine Halb-Beschränkungspassage 43 aufweisen.
<Beispiel Nr. 3>
Wie in den 17 und 18 gezeigt ist, wurde ein Verdampfer hergestellt, der durch Schichtung von sechzehn (16) Rohrelementen gebildet ist. Bei diesem Verdampfer sind die erste Passage P1 und die vierte Passage P4 durch Schichtung von acht (8) Stück der oben erwähnten, ersten Rohrelemente 21 gebildet, und die zweite Passage P2 und die dritte Passage P3 sind durch Schichtung von acht (8) Stück der oben erwähnten, zweiten Rohrelemente und dritten Rohrelemente 22 und 23 gebildet. Im Einzelnen sind an der von der rechten Seite ersten und achten Position der zweiten Passage P2 und der dritten Passage P3 die oben erwähnten, dritten Rohrelemente 23 angeordnet, die jeweils eine Halb- Beschränkungspassage 43 in dem Wendeabschnitt T aufweisen. An den verbleibenden Positionen sind die oben erwähnten, zweiten Rohrelemente 22 angeordnet, die jeweils eine Freipassage 42 in dem Wendeabschnitt T aufweisen.
<Erfinderisches Beispiel>
Wie in den 19 und 20 gezeigt ist, wurde ein Verdampfer hergestellt, der durch Schichtung von sechzehn (16) Rohrelementen gebildet ist. Bei diesem Verdampfer sind die erste Passage P1 und die vierte Passage P4 durch Schichtung von neun (9) Stück der oben erwähnten, ersten Rohrelemente 21 gebildet, und die zweite Passage P2 und die dritte Passage P3 sind durch Schichtung von sieben (7) Stück der oben erwähnten, zweiten Rohrelemente bis vierten Rohrelemente 22 bis 24 gebildet. Im Einzelnen sind an der von der rechten Seite ersten, dritten und siebten Position der zweiten Passage P2 und der dritten Passage P3 die oben erwähnten, dritten Rohrelemente 23 angeordnet, die jeweils eine Halb-Beschränkungspassage 43 in dem Wendeabschnitt T aufweisen. An der zweiten Position ist das oben erwähnte, vierte Rohrelement 24 angeordnet, das eine Unterbrechungspassage in dem Wendeabschnitt T aufweist. An den verbleibenden Positionen sind die oben erwähnten, zweiten Rohrelemente 22 angeordnet, die jeweils eine Freipassage 42 in dem Wendeabschnitt T aufweisen.
<Vergleichsbeispiel>
Wie in den 21 und 22 gezeigt ist, wurde ein Verdampfer hergestellt, der durch Schichtung von sechzehn (16) Rohrelementen gebildet ist. Bei diesem Verdampfer sind die erste Passage P1 und die vierte Passage P4 durch Schichtung von neun (9) Stück der oben erwähnten, ersten Rohrelemente 21 gebildet, und die zweite Passage P2 und die dritte Passage P3 sind durch Schichtung von sieben (7) Stück der oben erwähnten, zweiten Rohrelemente und dritten Rohrelemente 22 und 23 gebildet.
Bei diesem Vergleichsbeispiel unterscheidet sich, obwohl das oben erwähnte, eine Halb-Beschränkungspassage 43 in dem Wendeabschnitt T aufweisende, dritte Rohrelement 23 an dem linken Ende der zweiten Passage und der dritten Passage P2 und P3 angeordnet ist, die Halb-Beschränkungspassage 43 von dem Kühlmittelstrom-Beschränkungsabschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben erwähnt.
<Auswertung>
Die Kühlleistung und der Passagenwiderstand von jedem der oben erwähnten Verdampfer, die vertikal angeordnet sind (in einem Windkanal), wurden gemäß JIS (Japanische Industrienorm) D 1618 ausgewertet. Die Ergebnisse der Auswertungen sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Va = 480 m³/h, Rr = 130 kg/h
Wie aus der obigen Tabelle 1 ersichtlich ist, kann im Vergleich zu dem Verdampfer gemäß dem Vergleichsbeispiel die Kühlleistung der Verdampfer gemäß den Beispielen Nr. 1, 3 und 4 verbessert werden, und deren Passagenwiderstand kann verringert werden. Insbesondere kann bei den Verdampfern gemäß dem Beispiel Nr. 3 und dem erfinderischen Beispiel im Vergleich zu dem Verdampfer gemäß dem Vergleichsbeispiel die Kühlleistung um 3 bis 4% verbessert werden, und der Passagenwiderstand kann um 6% oder mehr verringert werden.
Bei dem Verdampfer gemäß dem Beispiel Nr. 2 kann im Vergleich zu dem Verdampfer gemäß dem Vergleichsbeispiel der Passagenwiderstand um etwa 4% verringert werden.
Es sollte erkannt werden, dass die hier verwendeten Begriffe und Ausdrücke zur Erläuterung verwendet sind und nicht zur definitiven Trennung verwendet sind, wobei jegliche Äquivalente von Merkmalen, die hier gezeigt und beschrieben sind, nicht ausgeschlossen werden sollten und unterschiedliche Modifikationen innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung möglich sind.

Claims

Schichtenwärmetauscher, aufweisend: einen Kern (10), der von einer Mehrzahl von plattenförmigen Rohrelementen (20) gebildet ist, die in ihrer Dickenrichtung geschichtet sind, wobei eine Schichtungsrichtung der Mehrzahl von plattenförmigen Rohrelementen (20) als Breitenrichtung des Kerns (10) definiert ist, und wobei eine Seite des Kerns (10) in der Schichtungsrichtung als eine erste Seite definiert ist und die andere Seite davon als eine zweite Seite definiert ist, wobei jedes der Mehrzahl von plattenförmigen Rohrelementen (20) mit wenigstens zwei Kühlmittelpassagen versehen ist, die sich in Längsrichtung davon erstrecken, wobei die wenigstens zwei Kühlmittelpassagen in einer Vor-und-Rück-Richtung des Kerns (10) angeordnet sind, und wobei der Kern aufweist: eine Mehrzahl von Passagen (P1, P2, P3, P4), die jeweils von einer vorgegebenen Anzahl von in der Breitenrichtung des Kerns angeordneten Kühlmittelpassagen (25a, 25b) gebildet sind und die an beiden Längsendabschnitten der betreffenden, plattenförmigen Rohrelemente (20) miteinander in Verbindung stehen, wobei zwischen den Passagen (P1, P2, P3, P4), welche in Breitenrichtung zueinander benachbart sind, die entsprechend benachbarten Kühlmittelpassagen (25a, 25a; 25b, 25b) nur an dem einen Längsendabschnitt der entsprechend benachbarten, plattenförmigen Rohrelemente (21, 23) in Verbindung stehen, einen Wendeabschnitt (T), welcher von Längsendabschnitten der Mehrzahl von plattenförmigen Rohrelementen (23, 24) gebildet ist, die eine vorgegebene Passage (P2) und eine benachbarte Passage (P3), die der vorgegebenen Passage (P2) in der Vor-und-Rück-Richtung des Kerns (10) zugewandt ist, unter der Mehrzahl von Passagen (P1, P2, P3, P4) bilden, wobei der Wendeabschnitt (T) ein durch die vorgegebene Passage (P2) hindurchströmendes Kühlmittel in die benachbarte Passage (P3) einleitet, und einen Kühlmittel-Einlassabschnitt (27) zum Einleiten eines Kühlmittels in die vorgegebene Passage (P2) hinein, wobei der Kühlmittel-Einlassabschnitt (27) durch die eine Verbindung der benachbarten Kühlmittelpassagen (25a, 25a; 25b, 25b) zwischen der vorgegebenen Passage (P2) und der in Breitenrichtung benachbarten Passage (P1) bereitgestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrelement (22, 23) der vorgegebenen Passage (P2), an welcher der Kühlmittel-Einlassabschnitt (27) vorgesehen ist, keinen Bestandteil des Wendeabschnitts (T) bildet, wobei der Wendeabschnitt (T) einen Strömungsbeschränkungsabschnitt bildet, welcher einen Kühlmittelstrom beschränkt, und wobei der Beschränkungsabschnitt eine Halb-Beschränkungspassage (43), welche einen Kühlmittelstrom teilweise beschränkt, und eine Unterbrechungspassage (44) aufweist, welche einen Kühlmittelstrom unterbricht.
Schichtenwärmetauscher gemäß Anspruch 1, wobei die Halb-Beschränkungspassage (43) die Hälfte der guerschnittsfläche einer Freipassage aufweist, welche einen Kühlmittelstrom nicht beschränkt.
Schichtenwärmetauscher gemäß Anspruch 1, wobei die Kühlmittelpassagen (25a, 25b) der Rohrelemente (20), die die eine Hälfte des Kerns (10) auf der ersten Seite des Kerns (10) bilden, eine erste Passage (P1) und eine vierte Passage (P4) bilden, wobei die Kühlmittelpassagen (25a, 25b) der Rohrelemente (20), die die andere Hälfte des Kerns (10) auf der zweiten Seite des Kerns (20) bilden, eine zweite Passage (P2) und eine dritte Passage (P3) bilden, und wobei der Wendeabschnitt (T) zwischen der zweiten Passage (P2) und der dritten Passage (P3) angeordnet ist.