DE60104730T2

DE60104730T2 - Platte für Stapelplatten-Wärmetauscher und Wärmetauscher mit solchen Platten

Info

Publication number: DE60104730T2
Application number: DE60104730T
Authority: DE
Inventors: Seung Hark Shin; Yong Ho Kim
Original assignee: Halla Climate Control Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2000-01-08
Filing date: 2001-01-08
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2021-01-09
Also published as: US6520251B2; US6786277B2; EP1114974A3; US20010018969A1; US20030145981A1; JP2001221589A; EP1114974B1; JP3911574B2; EP1114974A2; DE60104730D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft hauptsächlich eine Platte für Stapel-Wärmeübertrager und einen Wärmeübertrager, in dem derartige Platten verwendet werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Platte für Stapel-Wärmeübertrager und einen Wärmeübertrager, in dem derartige Platten verwendet werden, wobei die Platte geeignet ist ihre Wärmeübertragungsleistung durch Verhindern der ungleichförmigen Strömungsverteilung des Kältemittels und Verstärken der Wirkung einer turbulenten Kältemittelströmung zu verbessern, ihre Miniaturisierung und ihre optimale Wärmeübertragungsleistung durch Gestalten der Breite der Platte und der Anordnung von Vorsprüngen entsprechend einer verbesserten Gleichmäßigkeit zu erreichen, und ihre Lebensdauer durch Verbessern der Festigkeit der Befestigung ihres Umlenkabschnitts zu verbessern.
Hintergrund der Erfindung
Im Allgemeinen ist ein Wärmeübertrager eine Vorrichtung, in der eine innere Kältemittelpassage ausgebildet ist, so dass Kältemittel Wärme mit externer Luft austauscht, während das Kältemittel durch die Kältemittelpassage zirkuliert. Der Wärmeübertrager wird in einer Vielzahl von Luftaufbereitungsapparaten angewendet. Insbesondere wird in Luftaufbereitungsapparaten für Automobile hauptsächlich ein Stapel-Wärmeübertrager angewendet.
EP 0 650 024 offenbart ein Rohrelement für einen Mehrschichtwärmeübertrager, in dem Rohrelemente und Rippen abwechselnd über eine Mehrzahl von Reihen geschichtet sind, wobei die Fluidpassage für das Wärmeübertragungsmedium durch aneinander Fügen von zwei geformten Platten mit Bördelungen ausgebildet wird, die in dem vorhergenannten Rohrelement als Vorsprünge innerhalb der vorhergenannten Fluidpassage derart geformt sind, dass die Breite der Bördelungen A bzw. der Abstand der Bördelungen B bei 2,0 mm ≤ A ≤ 3,0 mm bzw. 3,5 mm ≤ B ≤ 6,3 mm liegt.
Wie in 15 bis 17 gezeigt ist, weist ein herkömmlicher Stapel-Wärmeübertrager eine Mehrzahl von Flachrohren 90, eine Mehrzahl von Rippen 94 und zwei Endplatten 95L, 95R auf.
Die Flachrohre 90 sind nebeneinander gestapelt. Jedes Flachrohr 90 ist dadurch ausgebildet, dass zwei Ein-Behälter-Platten 91 aneinander befestigt sind. Jede Ein-Behälter-Platte 91 weist zwei Napfabschnitte 911A, 911B auf, die nebeneinander an dem oberen Abschnitt der Ein-Behälter-Platte 91 ausgebildet sind, und die Napfabschnitte haben jeweils einen Schlitz 912A bzw. 912B. Ein Wärmeübertragungsabschnitt 913 ist unterhalb den Napfabschnitten ausgebildet, um mit den Napfabschnitten in Verbindung zu stehen, ist mit einer Mehrzahl von kleinen, runden Vorsprüngen 915 versehen, die infolge eines Formstanz-Verfahrens innen vorstehen, und ist durch einen zentralen Längsaufteilungsvorsprung 917 in zwei Unterabschnitte geteilt. Ein Umlenkabschnitt 919 ist unterhalb des zentralen Längsaufteilungsvorsprungs 917 ausgebildet, um die beiden Unterabschnitte des Wärmeübertragungsabschnitts 913 miteinander zu verbinden, und ist auch mit einer Mehrzahl von kleinen Vorsprüngen 915 versehen. Ein Flansch 916 ist entlang des Rands der Platte ausgebildet, um dieselbe Höhe wie die der kleinen, runden Vorsprünge 915 zu erhalten. Wenn zwei Ein-Behälter-Platten 91 aneinander befestigt sind, sind zwei Taschen 93A, 93B und eine U-förmige Kältemittelpassage ausgebildet. Die Rippen 94 sind jeweils zwischen zwei benachbarten Flachrohren 90 positioniert. Die Endplatten 95L, 95R sind jeweils an den seitlichen Enden des Wärmeübertragers angeordnet, um die Struktur des Wärmeübertragers zu verstärken. Zwei zylindrische Verteilerabschnitte 96L, 96R springen von der Vordertasche 93A des Verteilerrohrs 90L, 90R vor, um jeweils mit einem Kältemitteleintrittsrohr (nicht gezeigt) bzw. einem Kältemittelaustrittsrohr (nicht gezeigt) verbunden zu sein.
In einem herkömmlichen Luftaufbereitungsapparat, in dem als sein Verdampfer ein herkömmlicher Wärmeübertrager verwendet wird, tritt Kältemittel in eine Tasche (vordere Tasche) 93A des Verteilerrohrs 90L ein und fließt in die beiden benachbarten seitlichen vorderen Taschen 93A der benachbarten Flachrohre 90 durch die Schlitze 912A der vorderen Taschen 93A des eintrittsseitigen Rohrs 90. Danach strömt das Kältemittel zu den hinteren Taschen 93B des eintrittsseitigen Rohrs 90 durch eine erste Gruppe von U-förmigen Kältemittelpassagen des Flachrohrs 90. Während das Kältemittel durch die U-förmigen Kältemittelpassagen passiert, überträgt das Kältemittel Wärme an die äußere Luft. Darauf folgend strömt das Kältemittel in die hintere Tasche 93B, die zweite Gruppe von Umlenkpassagen und die vorderen Taschen 93A des austrittsseitigen Rohrs 90 durch einen Prozeß, der ähnlich dem vorhergehend beschriebenen eintrittsseitigen Prozesses ist. Als nächstes tritt das Kältemittel in den Taschen 93A des austrittsseitigen Rohrs 90 zu einem Verdichter aus durch den zylindrischen Verteilerabschnitt 96R und des Kältemittelausflußrohrs. Das Kältemittel wird im Wärmeübertragungsprozess verdampft und wird entsprechend im gasförmigen Zustand dem Verdichter zugeführt. Eine Zwei-Behälter-Platte ist hinsichtlich Konstruktion und Betrieb der Ein-Behälter-Platte ähnlich, außer, dass zwei Paare von Napfabschnitten jeweils auf dem oberen und dem unteren Endabschnitt der Platte ausgebildet sind. Dementsprechend ist hier der Einfachheit halber nur die Ein-Behälter-Platte beschrieben.
Die Leistung eines Verdampfers, der gekühlte Luft in das Innere eines Automobils zuführt, hängt von dem Wert der Wärmeleitfähigkeit pro Fläche ab. Die Leistung wird in einem Prozeß realisiert, in dem das relativ kalte Kältemittel, das durch das Flachrohr 90 strömt, Wärme mit der relativ warmen Außenluft durch die Rippen 94 austauscht, die zwischen den Flachrohren 90 gestapelt sind. Eine Wärmequelle, die eine relativ hohe Temperatur hat, ist zum Verdampfen des Kältemittels erforderlich, und die Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche in Kontakt mit den Rippen 94 und die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit sind zum Verbessern der Wirkung der Verdampfung des Kältemittels erforderlich. In dem Fall, in dem ein Wärmeübertrager in einem Luftaufbereitungsapparat für Automobile verwendet wird, sind eine hohe Wärmeübertragungsleistung und die Miniaturisierung des Wärmeübertragers erforderlich, um den Erfordernissen von Gewichts- und Lärmreduktion, der Erhöhung der Windmenge und der Bequemlichkeit bei der Montage zu genügen, demzufolge die Wärmeübertragungsfläche einer Wärmeübertragerplatte nicht exzessiv vergrößert werden kann.
Obwohl eine Reduktion der Höhe der Rippen 94 und eine Vergrößerung der Dichte der Rippen 94 vorgeschlagen werden, um das vorhergehend genannte Problem zu lösen, führen diese Vorschläge eher zu einer Verminderung der Wärmeübertragungsleistung aufgrund der Schwierigkeit in der Drainage von Kondenswasser, dem Druckabfall der Außenluft und einer Reduktion in der Windmenge.
Nach den grundsätzlichen Faktoren, die die Wärmeübertragungsleistung beeinträchtigen, ist die Fläche einer Kältemittelpassage durch die Anzahl, die Größe, die Form und die Anordnung der Vorsprünge 915 und den Intervallen zwischen den Vorsprüngen beeinflußt. Im Falle eines Wärmeübertragers mit einer relativ großen Kapazität kann die Anordnung der Vorsprünge 915 eher bedeutungslos sein, jedoch im Falle eines kompakten Wärmeübertragers mit flachen Platten, die jeweils eine relativ kleine Breite haben, ist der Einfluß der Vorsprünge 915 beträchtlich. Wenn die Größe der Vorsprünge größer ist als die Breite der Platte bei einem bestimmten Verhältnis und die Dichte der Vorsprünge relativ klein ist, ist der Strömungswiderstand für das Kältemittel klein, jedoch die ist Wärmeübertragungsleistung vermindert aufgrund der ungleichförmigen Strömungsverteilung des Kältemittels, der Reduktion der Wirkung einer turbulenten Kältemittelströmung und der Reduktion der Menge des thermischen Kontakts mit den Rippen 94. Wenn die Größe der Vorsprünge groß ist verglichen mit der Breite der Platte und die Dichte der Vorsprünge 915 groß ist, ist die Wirkung der Verdampfung des Kältemittels vermindert aufgrund einer Erhöhung des Strömungswiderstands für das Kältemittel. Obwohl eine Verminderung der Größe der Vorsprünge in Betracht gezogen werden kann, ist in diesen Fällen eine Verminderung der Größe der Vorsprünge schwierig zu bewerkstelligen aufgrund der Schwierigkeit einen Vorsprung zu formen, der kleiner ist als ein bestimmtes Minimum, und der Schwäche zweier aneinander befestigter Platten.
Die Platte 91 ist im Allgemeinen als ein lötplattiertes Blech ausgebildet. Die Platte 91 weist ein Paar Napfabschnitte 911A, 911B, einen Wärmeübertragungsabschnitt 913 mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen 915, einen Längsaufteilungsvorsprung 917 und einen Umlenkabschnitt 919 auf. Jedes Flachrohr 90 ist durch aneinander Befestigen von zwei Platten 91 ausgebildet. Das Flachrohr 90 hat ein Paar Taschen 93A, 93B, die nebeneinander ausgebildet sind durch Befestigen eines Paars Napfabschnitte 911A, 911B mit einem anderen Napfabschnitt 911A, 911B. Während das Kältemittel von den vorderen Taschen 93A zu den hinteren Taschen 93B strömt, passiert das Kältemittel durch den Umlenkabschnitt 919 und die Strömungsrichtung des Kältemittels wird umgekehrt. Folglich wird im Vergleich mit den anderen Abschnitten ein relativ großer Fließdruck des Kältemittels auf den Umlenkabschnitt 919 ausgeübt. Jedoch sind der Umlenkabschnitt der einen Platte 91 und der Umlenkabschnitt der anderen Platte 91 nur durch kleine, runde Vorsprünge 915 der beiden Platten 91 aneinander befestigt, da der Längsaufteilungsvorsprung 917 zu dem unteren Ende der Platte 91 sich nicht erstreckt, was zu der Schwäche der Befestigung führt. Dementsprechend bestehen Bedenken dahingehend, dass die befestigten kleinen, runden Vorsprünge 915 leicht voneinander getrennt werden können. Wenn die kleinen, runden Vorsprünge 915 voneinander getrennt werden, wird der hohe Fließdruck des Kältemittels nicht von den kleinen, runden Vorsprüngen 915 aufgenommen, sondern ist konzentriert auf den Flanschen 916 der Platten 91, die aneinander befestigt sind und entlang der Ränder der Platten 91 ausgebildet sind. Folglich kann der hohe Fließdruck des Kältemittels nicht durch die Flansche 915 in ausreichendem Maße aufgenommen werden, so dass die Flansche 916 getrennt werden, wodurch eine Leckage des Kältemittels verursacht wird.
Das vorgehend beschriebene Phänomen, das in den Umlenkabschnitten 919 erzeugt wird, ist einfach mit 22 bis 25 zu verstehen. 22 bis 25 sind Ansichten, die die Strömungsverteilungen von dem Kältemittel in einem herkömmlichen Verdampfer zeigen, der aus herkömmlichen Wärmeübertragerplatten ausgebildet und in einer Boden-Montage-Form montiert ist, die 1997 unter Verwendung des CFD-Programms „Fluent" bestimmt wurden.
Ein Problem der Strömungsverteilung des Kältemittels ist, dass die Strömung des Kältemittels auf den Außenbereichen der Platten 91 konzentriert ist. Wenn die Strömung des Kältemittels nicht gleichmäßig über die Platten verteilt ist, jedoch auf den Außenbereichen der Platten konzentriert ist, wird die Wärmeübertragungsleistung des Wärmeübertragers beträchtlich abgesenkt. Insbesondere wird ein relativ hoher Fließdruck des Kältemittels auf die Umlenkabschnitte 919 ausgeübt und die Längsaufteilungsvorsprünge 917 erstrecken sich nicht auf den unteren Enden der Platten 91, so dass die Flansche 916 neben den Umlenkabschnitten 919 der Platten 91 folglich erhöhtem Strömungsdruck ausgesetzt sind. Wie in 22 bis 25 gezeigt ist, wird folglich das Kältemittel zu dem eintrittsseitigen Abschnitt des Längsaufteilungsvorsprungs 917 und des Flansches 916 gedrückt, so dass die Strömungsverteilung des Kältemittels über die gesamte Platte 91 nicht gleichförmig ist.
Der zylindrische Verteilungsabschnitt 96L oder 96R, der von einer der beiden Taschen 93A des Flachrohrs 90 vorsteht, die mit dem Kältemitteleintrittsrohr oder dem Kältemittelaustrittsrohr verbunden ist, ist ausgebildet, wenn zwei Verteilerplatten aneinander befestigt sind, die jeweils einen halbzylindrischen Verteilerabschnitt haben.
Wenn ein Wärmeübertrager in einem Automobil-Luftaufbereitungsapparat montiert ist, kann entweder eine Kopf-Montage-Form, in der der Wärmeübertrager derart montiert ist, dass die Taschen 93A, 93B des Wärmeübertragers auf dem Oberteil des Wärmeübertragers angeordnet sind, oder eine Boden-Montage-Form angewendet werden, in der der Wärmeübertrager derart montiert ist, dass die Taschen 93A, 93B des Wärmeübertragers an dem Boden des Wärmeübertragers angeordnet sind. Die Charakteristiken des Verdampfers, beispielsweise Wärmeübertragungskapazität, sind unterschiedlich, abhängig von der Montageform, der Anzahl an Rohren, der Position des Kältemitteleintrittsrohrs und des Kältemittelaustrittsrohrs. In der Praxis können diese Unterschiede die Leistung eines Automobil-Luftaufbereitungsapparats beeinträchtigen.
Ein 24-reihiger Verdampfer bedeutet ein Verdampfer, der durch Stapel von vierundzwanzig Paaren von Platten 91 ausgebildet ist, d.h., vierundzwanzig Rohre 90. Ein 24-reihiger 4/7 bis 7/4-Pass-Verdampfer bedeutet ein Verdampfer, in dem vierundzwanzig Rohre 90 zusammengestapelt sind und vierundzwanzig Rohre sind in der Ordnung von vier Paaren von Platten 91, ein Paar von Verteilerplatten 91 (d.h. ein Verteilerrohr 90L), mit dem das Kältemitteleintrittsrohr verbunden ist, sieben Paare von Platten 91, sieben Paare von Platten 91, ein Paar von Verteilerplatten 91 (d.h. ein Verteilerrohr 90R), mit dem das Kältemittelaustrittsrohr verbunden ist, und vier Paare von Platten 91 angeordnet. Jeweils eine Verstärkungs-Endplatte 95L bzw. 95R ist an dem jeweiligen Ende des Verdampfers angeordnet. Eine Zwischenraumplatte 91C mit einem geschlossenen Napfabschnitt 912A ist in dem Zentrum des Verdampfers angeordnet und dient als Baffle zum Verhindern, dass Kältemittel in eine Nachbarplatte strömt. Deshalb teilt diese Zwischenraumplatte 91C die Fluidpassage in eine erste Gruppe von Umlenkpassagen (eintrittsseitige Gruppe) und eine zweite Gruppe von Umlenkpassagen (austrittsseitige Gruppe).
Die folgende Tabelle 1 zeigt die Leistung eines kompakten Verdampfers hinsichtlich einer Kopf- und Boden-Montage-Form. Im Falle eines 13-13-Pass-Wärmeübertragers beträgt der Leistungsunterschied zwischen der Kopf- und Boden-Montage-Form 9%. Die Leistungsdaten, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden unter Verwendung eines Kalorimeters für Verdampfer gemessen.
Tabelle 1
In der vorhergehenden Tabelle bedeutet nun das griechische ΔPa den Wert des Luftdruckabfalls und ΔPr den Wert des Kältemitteldruckabfalls.
Der Leistungsunterschied wird durch die Strömungsverteilungen des Kältemittels bestätigt. Die Strömungsverteilungen werden durch die Temperaturverteilungen abgeschätzt. Die Temperaturverteilungen, wie in 18 bis 21 gezeigt ist, können durch Photographien gemessen werden, die in einer Position 1 m weg von der Vorderseite des Verdampfers unter Verwendung eines Experimental-Apparats „Air Conditioner Test Stand" gemacht wurden, der die gleiche Struktur hat wie ein wirklicher Automobil-Luftaufbereitungsapparat und der verwendet wird, bei der Entwicklung von Teilen eines Luftaufbereitungsapparats und eines Wärmeübertragers zu helfen.
Im Falle eines 4/7 bis 7/4-Pass-Verdampfers, wie aus 19 ersichtlich ist, fließt eine relativ größere Menge von Kältemittelströmung gegen die Zwischenraumplatte als gegen die Endplatte, so dass die Strömungsverteilung des Kältemittels nicht gleichförmig über den gesamten Verdampfer ist, wodurch die Kühlleistung reduziert ist.
Außerdem sind die Strömungsverteilungen des Kältemittels beträchtlich unterschiedlich bei den Kopf- und Boden-Montage-Formen.
Wie aus 20 und 21 ersichtlich ist, sind im Falle eines 3/8 bis 7/4-Pass-Verdampfers die Strömungsverteilungen des Kältemittels beträchtlich unterschiedlich bei der Kopf- und der Boden-Montage-Form.
Wenn die Strömungsverteilung des Kältemittels nicht gleichförmig ist und die Strömungsverteilungen des Kältemittels beträchtlich unterschiedlich bei der Kopf- und der Boden-Montage-Form sind, kann ein einzelner Verdampfer nicht selektiv in Kopf- und der Boden-Montage-Form montiert werden. Dementsprechend sollten Verdampfer separat hergestellt werden gemäß der Montageform, so dass die Produktivität des Verdampfers erniedrigt ist und die Herstellungskosten des Verdampfers erhöht sind.
Wenn die Wärmeübertragungsleistung aufgrund der nicht gleichförmigen Strömungsverteilung des Kältemittels reduziert ist, ist der Kühleffekt im Inneren des Automobils beeinträchtigt, wodurch der Fahrer und die Passagiere sich erhitzt fühlen.
Der Grund, warum der Durchsatz des Kältemittels, das gegen die Zwischenraumplatte strömt, größer ist als der Durchsatz des Kältemittels, das gegen die Endplatte 95L strömt, ist, dass ein Gradabschnitt um den Schlitz 912A des Napfabschnitts 911A der endplattenseitigen Platte 91 der beiden Verteilerplatten 91, 91 nicht ausgebildet ist, während ein Gradabschnitt um den Schlitz 912A des Napfabschnitts 911A der zwischenraumplattenseitigen Verteilerplatte 91 ausgebildet ist.
Der Gradabschnitt dient dazu, dass die Platten 91 wie gewünscht aneinander befestigt sind und dass ein Herunterfallen der Platten 91 unterbunden wird, während gestapelte Platten für den Lötprozeß bewegt werden. Einerseits, da der Gradabschnitt der zwischenraumplattenseitigen Verteilerplatte 91 in den Schlitz 912A der benachbarten zwischenraumplattenseitigen Platte 91 in Strömungsrichtung des Kältemittels eingesetzt ist, während das Kältemittel gegen die Zwischenraumplatte 95 strömt, strömt das Kältemittel gleichmäßig. Andererseits, da der Gradabschnitt der benachbarten endplattenseitigen Platte 91 in den Schlitz 912A der endplattenseitigen Verteilerplatte 91 entgegengesetzt der Strömungsrichtung des Kältemittels eingesetzt ist, während das Kältemittel gegen die Endplatte 95L strömt, wird durch den Gradabschnitt ein Strömungswiderstand auf das Kältemittel ausgeübt. Dementsprechend fließt eine relativ kleine Menge von Kältemittel gegen die Endplatte 95L.
Folglich ist der Durchsatz des Kältemittels, das gegen die Endplatte 95L strömt, kleiner als der Durchsatz des Kältemittels, das gegen die Zwischenraumplatte strömt, so dass eine gleichmäßige Strömungsverteilung über den gesamten Verdampfer nicht erreicht ist. Aufgrund des Unterschieds in der Strömungsverteilung über den gesamten Verdampfer ist die Kühlleistung vermindert und Unterschiede in der Strömungsverteilung sind zwischen der Kopf- und der Boden-Montage-Form groß.
Während, da die halbzylindrischen Verteilerplatten durch Tiefziehen von dünnen Platten geformt sind, sind die ausgeweiteten Abschnitte verletzlich, insbesondere die Verteilerabschnitte 96 gegenüber äußeren Kräften, und dadurch geeignet aufgrund eines Biegemoments von dem Eintrittsrohr oder dem Austrittsrohr deformiert zu werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend werden bei der vorliegenden Erfindung die vorhergenannten Probleme bedacht und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Platte für einen Stapel-Wärmeübertrager und unter Verwendung derartiger Platten einen Wärmeübertrager bereitzustellen, der eine verbesserte Wärmeübertragungsleistung durch Erhöhen der Strömungsfähigkeit des Kältemittels aufweist.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Platte für einen Stapel-Wärmeübertrager und unter Verwendung derartiger Platten einen Wärmeübertrager bereitzustellen, der derart eingerichtet ist, dass eine im wesentlichen konstante Lufttemperatur produziert wird, unabhängig von der Windmenge, durch Erreichen einer gleichmäßigen Strömungsverteilung des Kältemittels, wodurch der Fahrer und die Passagiere sich kühl und angenehm fühlen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Platte für einen Stapel-Wärmeübertrager und unter Verwendung derartiger Platten einen Wärmeübertrager zu schaffen, der derart eingerichtet ist, dass seine Miniaturisierung und seine optimale Wärmeübertragungsleistung durch Gestalten der Breite der Platte und der Anordnung von kleinen, runden Vorsprüngen gemäß einer verbesserten Gleichmäßigkeit erreicht wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmeübertrager bereitzustellen, dessen Lebensdauer gesteigert werden kann durch Verbessern der Festigkeit der Verbindungsabschnitte zwischen den Verteilern und dem Kältemitteleintrittsrohr und dem Kältemittelaustrittsrohr.
Um das vorhergehende Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung eine Platte für Stapel-Wärmeübertrager bereit, mit: zwei Napfabschnitten, die jeweils einen Schlitz haben, wobei die Napfabschnitte an dem oberen Abschnitt der Platte nebeneinander ausgebildet sind; einem Wärmeübertragungsabschnitt mit einer Mehrzahl von kleinen Vorsprüngen, der mit den Napfabschnitten in Verbindung steht, wobei der Wärmeübertragungsabschnitt in zwei Unterabschnitte durch einen zentralen Längsaufteilungsvorsprung unterteilt ist; einem Umlenkabschnitt mit einer Mehrzahl von kleinen Vorsprüngen, wobei der Umlenkabschnitt unterhalb des zentralen Längsaufteilungsvorsprungs angeordnet ist und die beiden Unterabschnitte des Wärmeübertragungsabschnitts miteinander verbindet; einem Flansch mit der gleichen Höhe wie die der kleinen Vorsprünge, wobei der Flansch entlang des Rands der Platte ausgebildet ist; wobei die kleinen Vorsprünge gleichmäßig in Form eines diagonalen Gittermusters angeordnet sind, so dass das Verhältnis der Fläche S des Rechtecks (das durch den Längsaufteilungsvorsprung, den Flansch und zwei Mittellinien definiert ist, die durch zwei Reihen benachbarter runder Vorsprünge verlaufen) und der Länge L der Platte innerhalb des Bereichs von 0,89 mm ≤ S/L ≤ 1,5 mm fällt.
Mindestens drei runde verstärkende Vorsprünge unter den runden Vorsprüngen sind bevorzugt entlang der unteren gedachten Verlängerungslinie des Längsaufteilungsvorsprungs angeordnet, wobei die runden verstärkenden Vorsprünge zusammen mit den anderen runden Vorsprüngen in der Form eines diagonalen Gittermusters angeordnet sind, wobei obere zwei verstärkende Vorsprünge eine größere Größe haben als die Größe der anderen runden verstärkenden Vorsprünge, und wobei zwei diagonale Vorsprünge jeweils an den beiden Ecken des Umlenkabschnitts angeordnet sind.
Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung eine Platte für Stapel-Wärmeübertrager bereit, mit: zwei Napfabschnitten mit jeweils einem Schlitz, wobei die Napfabschnitte an dem oberen Abschnitt der Platte nebeneinander ausgebildet sind; einem Wärmeübertragungsabschnitt mit einer Mehrzahl von kleinen Vorsprüngen, der mit den Napfabschnitten in Verbindung steht, wobei der Wärmeübertragungsabschnitt in zwei Unterabschnitte durch einen zentralen Längsaufteilungsvorsprung aufgeteilt ist; ein Umlenkabschnitt mit einer Mehrzahl von kleinen Vorsprüngen, wobei der Umlenkabschnitt unterhalb des zentralen Längsaufteilungsvorsprungs angeordnet ist und die beiden Unterabschnitte des Wärmeübertragungsabschnitts miteinander verbindet; und einem Flansch mit der gleichen Höhe wie die Höhe der Vorsprünge, wobei der Flansch entlang des Rands der Platte ausgebildet ist; wobei der Flanschabschnitt und ein dem austrittsseitigen Flanschabschnitt nächstliegender runder Vorsprung so angeordnet ist, dass die Breite Gs der Passage zwischen dem austrittsseitigen Flanschabschnitt und dem nächstliegenden runden Vorsprung innerhalb des Bereichs von 0,15 bis 1,6 mm fällt.
Zusätzlich stellt die Erfindung einen Stapel-Wärmeübertrager bereit mit: einer Mehrzahl von Flachrohren, wobei die Flachrohre nebeneinander gestapelt sind, wobei jedes der Flachrohre durch aneinander Befestigen von zwei Platten ausgebildet ist, wobei jede Platte aufweist zwei Napfabschnitte, die jeweils einen Schlitz haben, wobei die Napfabschnitte an dem oberen Abschnitt der Platte nebeneinander ausgebildet sind, ein Wärmeübertragungsabschnitt mit einer Mehrzahl von kleinen Vorsprüngen, der mit den Napfabschnitten in Verbindung steht, wobei der Wärmeübertragungsabschnitt in zwei Unterabschnitte durch einen zentralen Längsaufteilungsvorsprung unterteilt ist, ein Umlenkabschnitt mit einer Mehrzahl von kleinen Vorsprüngen, wobei der Umlenkabschnitt unterhalb des zentralen Längsaufteilungsvorsprungs angeordnet ist und die beiden Unterabschnitte des Wärmeübertragungsabschnitts miteinander verbindet, und ein Flansch mit der gleichen Höhe wie die der kleinen Vorsprünge, wobei der Flansch entlang des Rands der Platte ausgebildet ist; einer Mehrzahl von Rippen, die zwischen jedem Paar benachbarter Flachrohre gestapelt sind; und zwei Endplatten, die jeweils an den Seitenenden des Wärmeübertragers angeordnet sind, um die Struktur des Wärmeübertragers zu verstärken, wobei die kleinen Vorsprünge gleichmäßig in Form eines diagonalen Gittermusters angeordnet sind, so dass das Verhältnis der Fläche S des Rechtecks (das durch den Längsaufteilungsvorsprung, den Flansch und zwei Mittellinien definiert ist, die durch zwei Reihen benachbarter runder Vorsprünge verlaufen) und der Länge L der Platte innerhalb des Bereichs von 0,89 bis 1,5 mm fällt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorhergehenden und andere Ziele, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mittels der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen besser verstanden, in denen:
1 eine Vorderansicht ist, die einen Stapel-Wärmeübertrager gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Wärmeübertrager gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine Vorderansicht ist, die eine Wärmeübertragerplatte gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine detaillierte Schnittdarstellung des Wärmeübertragerflachrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
5 eine Detail-Vorderansicht ist, die den eintrittsseitigen Wärmeübertragungsabschnitt der Wärmeübertragerplatte zeigt;
6 eine Detail-Vorderansicht ist, die den austrittsseitigen Wärmeübertragerabschnitt der Wärmeübertragerplatte zeigt;
7 ein Graph ist, in dem die Wärmeübertragungsleistungen bezüglich des Verhältnisses der Fläche des Rechtecks (das durch den Längsaufteilungsvorsprung, den Flansch und zwei Mittellinien definiert ist, die durch zwei benachbarte Reihen kleiner, runder Vorsprünge verlaufen) und der Breite der Wärmeübertragerplatte aufgetragen ist;
8 eine perspektivische Explosionsdarstellung ist, die die Befestigung der Wärmeübertragerplatten zeigt;
9 eine perspektivische Zusammenbau-Ansicht ist, die die Befestigung der Wärmeübertragerplatten zeigt;
10 eine horizontale Querschnittsansicht gemäß der Linie X-X in 9 ist;
11 eine vertikale Querschnittsansicht gemäß der Linie XI-XI in 10 ist;
12 eine Photographie ist, die die Strömungsverteilung des Kältemittels in dem 24-Reihen-Typ 3/8 bis 7/4-Pass-Verdampfer der Erfindung ist, der in Boden-Montage-Form installiert ist, wobei die Photographie unter Verwendung einer Infrarot-Kamera gemacht wurde;
13 eine Photographie ist, die die Strömungsverteilung des Kältemittels in dem 24-Reihen-Typ 3/8 bis 7/4-Pass-Verdampfer der Erfindung ist, der in Kopf-Montage-Form installiert ist, wobei die Photographie unter Verwendung einer Infrarot-Kamera gemacht wurde;
14 eine Vorderansicht ist, die eine andere Verteilerplatte zeigt;
15 eine Vorderansicht ist, die einen herkömmlichen Stapel-Wärmeübertrager zeigt;
16 eine Vorderansicht ist, die eine herkömmliche Wärmeübertragerplatte zeigt;
17 eine perspektivische Explosionsdarstellung ist, die ein herkömmliches Wärmeübertragerflachrohr zeigt;
18 eine Photographie ist, die die Strömungsverteilung des Kältemittels in dem 24-Reihen-Typ 4/7 bis 7/4-Pass-Verdampfer gemäß der herkömmlichen Technik zeigt, der in Boden-Montage-Form installiert ist, wobei die Photographie unter Verwendung einer Infrarot-Kamera gemacht wurde;
19 eine Photographie ist, die die Strömungsverteilung des Kältemittels in dem 24-Reihen-Typ 4/7 bis 7/4-Pass-Verdampfers der herkömmlichen Technik ist, der in Kopf-Montage-Form installiert ist, wobei die Photographie unter Verwendung einer Infrarot-Kamera gemacht wurde;
20 eine Photographie ist, die die Strömungsverteilung des Kältemittels in dem 24-Reihen-Typ 3/8 bis 7/4-Pass-Verdampfers der herkömmlichen Technik ist, der in Boden-Montage-Form installiert ist, wobei die Photographie unter Verwendung einer Infrarot-Kamera gemacht wurde;
21 eine Photographie ist, die die Strömungsverteilung des Kältemittels in dem 24-Reihen-Typ 3/8 bis 7/4-Pass-Verdampfers der herkömmlichen Technik ist, der in Kopf-Montage-Form installiert ist, wobei die Photographie unter Verwendung einer Infrarot-Kamera gemacht wurde;
22 eine vergrößerte Ansicht ist, die die Strömungsverteilung des Kältemittels in der Wärmeübertragerplatte der herkömmlichen Technik zeigt, der in Boden-Montage-Form installiert ist, wobei die Photographie unter Verwendung einer Infrarot-Kamera gemacht wurde;
23 eine weitere vergrößerte Ansicht ist, die den oberen Abschnitt des Wärmeübertragungsabschnitts der Wärmeübertragungs-Platte aus 22 zeigt;
24 eine weitere vergrößerte Ansicht ist, die den Zentral-Abschnitt des Wärmeübertragungsabschnitts aus 22 zeigt; und
25 eine weitere vergrößerte Ansicht ist, die den Wende-Abschnitt aus 22 zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bezug wird nun auf die Zeichnungen genommen, in denen in den verschiedenen Figuren im Allgemeinen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Komponenten verwendet werden.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, weist ein Wärmeübertrager gemäß der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Flachrohren 1 aus einer Aluminiumlegierung auf. Jedes Flachrohr 1 ist durch Löten eines Paars von Platten 2 (Bezugnahme auf 3) zu einem einzigen Körper geformt. Obwohl das Flachrohr 1 ein Paar von Taschen 11A, 11B an seinem oberen oder unteren Endabschnitt haben kann oder zwei Paare von Taschen jeweils an seinem oberen und unteren Ende haben kann, ist nur das Flachrohr 1 mit einem Paar von Taschen 11A, 11B auf seinem oberen Endabschnitt in dieser Spezifikation gezeigt und beschrieben, da die übrige Konstruktion außer der Anzahl der Taschen 11 die gleiche ist.
Eine Mehrzahl von Rippen 4 ist jeweils zwischen den benachbarten Flachrohren angeordnet. Zwei Endplatten 5L, 5R sind jeweils an beiden Seitenenden des Wärmeübertragers angeordnet und verstärken die Struktur des Wärmeübertragers. Wie vorhergehend beschrieben ist, ist jedes Flachrohr 1 durch Zusammenlöten von zwei Platten geformt. Unter den Flachrohren 1 sind zwei Flachrohre 1, die jeweils einen zylindrischen Verteilungsabschnitt 13L, 13R haben, der mit einem Kältemitteleintrittsrohr 6, das mit einem Expansionsventil (nicht gezeigt) verbindbar ist, oder mit einem Kältemittelaustrittsrohr 7 verbunden ist, das mit einem Verdichter (nicht gezeigt) verbindbar ist. Diese beiden Flachrohre sind durch die Bezugszeichen 1L, 1R bezeichnet, die unterschiedlich von den anderen allgemeinen Flachrohren 1 sind, und werden Verteilerrohre genannt. Die Platten, die die Verteilerrohre 1L, 1R bilden, sind durch die Bezugzeichen 2L, 2R bezeichnet, die unterschiedlich von den übrigen allgemeinen Platten 2 sind, und werden zylindrische Verteilerplatten genannt.
Die allgemeinen Platten 2, die die allgemeinen Flachrohre 1 bilden, wie in 3 gezeigt ist, haben jeweils ein Paar von Napfabschnitten 21A, 21B an ihren oberen Endabschnitten. Zwei Schlitze 22A, 22B sind jeweils in den Napfabschnitten 21A bzw. 21B ausgebildet. Dementsprechend, wenn zwei Platten 2 zusammengelötet sind, bilden zwei Paare der Napfabschnitte 21A, 21B ein Paar von Taschen 11A, 11B. Wenn mehrere Platten 2 nebeneinander gestapelt sind, stehen die Taschen in einer Reihe durch die Schlitze 22 in Verbindung.
Ein Längsaufteilungsvorsprung 24 ist entlang der Längsmittellinie der Platte 2 ausgebildet. Ein Wärmeübertragungsabschnitt 23, von dem eine Mehrzahl von kleinen, runden Vorsprüngen 25 vorsteht, ist neben dem Längsaufteilungsvorsprung 24 ausgebildet. Der Längsaufteilungsvorsprung 24 erstreckt sich nicht bis zu dem Bodenende der Platte 2, sondern endet in einer Position, die im Abstand von dem Bodenende der Platte 2 angeordnet ist. Beispielsweise endet der Längsaufteilungsvorsprung 24 in einer Position, die im Abstand von 1/8 der Länge der Platte 2 von dem Bodenende der Platte 2 angeordnet ist. Dementsprechend ist ein Umlenkabschnitt 27 in dem unteren Abschnitt der Platte 2 ausgebildet zum Umlenken des Kältemittels um das untere Ende des Längsaufteilungsvorsprungs 24. Eine Mehrzahl von kleinen, runden Vorsprüngen 25 ist auch an dem Umlenkabschnitt in der gleichen Anordnung als der der vorhergehend beschriebenen kleinen, runden Vorsprünge 25 ausgebildet.
Die kleinen, runden Vorsprünge 25 stehen von der Platte 2 nach innen vor in einer einfachen Art und Weist durch ein Formprägeverfahren. Die kleinen, runden Vorsprünge 25 haben jeweils eine zylindrische oder elyptische Form. Die kleinen, runden Vorsprünge 25 sind bevorzugt in einem diagonalen Gittermuster angeordnet, so dass die Strömungsfähigkeit des Kältemittels verbessert ist und eine turbulente Kältemittelströmung erzeugt wird. Ein Flansch 29, der die gleiche Höhe wie die der kleinen, runden Vorsprünge 25 hat, ist bevorzugt entlang des Rands der Platte 2 ausgebildet. Folglich, wenn ein Paar von Platten 2 zu einem einzigen Körper zusammengelötet sind, wird ein Flachrohr 1 ausgebildet, wobei der Flansch 29, die kleinen, runden Vorsprünge 25 und der Längsaufteilungsvorsprung 24 der einen Platte 2 jeweils mit dem Flansch 29, den kleinen, runden Vorsprüngen 25 bzw. dem Längsaufteilungsvorsprung 24 der anderen Platte 2 in Kontakt gebracht und zusammengelötet werden. Das Flachrohr 1 hat als Gesamtes eine U-förmige Kältemittelpassage, die von einer Tasche 11A, einer Hälfte des Wärmeübertragungsabschnitts 23 (einer vorderseitigen Passage), einen Umlenkabschnitt 27 und die andere Hälfte des Wärmeübertragungsabschnitts (eine hinterseitige Passage) und der anderen Tasche 11B gebildet wird. In einem derartigen Fall funktioniert der Längsaufteilungsvorsprung 24 wie eine Aufteilungswand, wodurch eine U-förmige Kältemittelpassage als Ganzes ausgebildet wird. Der Längsaufteilungsvorsprung 24 und die kleinen, runden Vorsprünge 25 dienen außerdem dazu, die mechanische Festigkeit der Platte 2 oder des Rohrs 1 zu verbessern.
Um mit jedem der kleinen, runden Vorsprünge 25 der einen Platte 2, die jeweils mit einem der kleinen, runden Vorsprünge 25 der anderen Platte 2 befestigt sind, zwei Platten 2 fest miteinander zu befestigen, sind die Endabschnitte der kleinen, runden Vorsprünge 25 bevorzugt flach, wie in 4 gezeigt ist. Obwohl es in der Zeichnung nicht gezeigt ist, können die kleinen, runden Vorsprünge 25 der einen Platte 2 ein Loch oder eine Vertiefung haben, die kleinen, runden Vorsprünge 25 der anderen Platte 2 können in das Loch oder die Vertiefung eingesetzt werden und jeder kleine, runde Vorsprung 25 der einen Platte 2 und der entsprechende kleine, runde Vorsprung 25 der anderen Platte 2 ist zusammengelötet. Kältemittel strömt durch die Kältemittelpassagen, die zwischen den kleinen, runden Vorsprüngen 25, die miteinander befestigt sind, definiert sind. Da die kleinen, runden Vorsprünge 25 in Form eines diagonalen Gittermusters angeordnet sind, stellt sich eine turbulente Kältemittelströmung ein, während das Kältemittel die kleinen, runden miteinander verbundenen Vorsprünge 25 passiert.
Um die Festigkeit der Befestigung der beiden Platten 2 in dem Umlenkabschnitt 27 zu verbessern, da der Strömungsdruck des Kältemittels in dem Umlenkabschnitt 27 aufgrund des Wechsels der Strömungsrichtung des Kältemittels erhöht ist, ist eine Mehrzahl von verstärkenden runden Vorsprüngen 25A, 25A, 25B (z. B. drei in dieser Ausführungsform) entlang der unteren, imaginären Verlängerungslinie des Längsaufteilungsvorsprungs 24 ausgebildet, während die verstärkenden runden Vorsprünge 25A, 25A, 25B zusammen mit den anderen kleinen, runden Vorsprüngen 25 in einem diagonalen Gittermuster angeordnet sind. Von den drei verstärkenden runden Vorsprüngen 25A, 25A, 25B sind zwei obere verstärkende runde Vorsprünge 25A, 25A in der Nähe des unteren Endes des Längsaufteilungsvorsprungs 24 bevorzugt größer als der andere 25B (25A > 25B), während die übrigen Vorsprünge 25B bevorzugt die gleiche Größe haben wie die vorhergehend beschriebenen kleinen runden gewöhnlichen Vorsprünge 25. Zwei diagonale Vorsprünge 28 sind jeweils auf den beiden Ecken des Umlenkabschnitts 27 ausgebildet, um den Strömungswiderstand auf das Kältemittel und den Druck des Kältemittels zu reduzieren, wobei die beiden diagonalen Vorsprünge 28 das Kältemittel effektiv in dem Umlenkabschnitt 27 führen und ferner die Festigkeit der Befestigung der beiden Platten 2 in dem Umlenkabschnitt 27 verbessern.
Der optimale Wirkungsgrad der Wärmeübertragung kann durch Optimierung des Verhältnisses S/L der Fläche S des Rechtecks (das durch den Längsaufteilungsvorsprung 24, den Flansch 29 und den beiden horizontalen Mittellinien C1 und C2 definiert ist, die durch zwei benachbarte Reihen der kleinen, runden Vorsprünge verläuft) und der Breite L der Platte 2 erreicht werden. Das Rechteck ist durch den Längsaufteilungsvorsprung 24, den Flansch 29, der Mittellinie C1 einer ersten Reihe kleiner, runder Vorsprünge und der Mittellinie C2 einer zweiten Reihe kleiner, runder Vorsprünge genau oberhalb oder genau unterhalb der ersten Reihe definiert. Die Tatsache, dass das Optimum des Wirkungsgrads der Wärmeübertragung durch Optimierung des Verhältnisses zwischen der Fläche S und der Breite L der Platte 2 zu erreichen ist, ist durch verschiedenste Experimente bewiesen. Wenn die Fläche S 76,2 mm² und die Breite L der Platte 2 60 mm ist, ist das Verhältnis S/L 1,27 mm. Experimente zeigen, dass dieses Verhältnis den optimalen Wirkungsgrad der Wärmeübertragung zur Folge hat. Wie in dem Graph in 7 gezeigt ist, wenn 0,89 mm ≤ S/L ≤ 1,5 mm ist, kann ein zufriedenstellender Wirkungsgrad des Wärmeübergangs über einem herkömmlichen Wärmeübertrager erreicht werden, der im wesentlichen die gleiche Struktur wie die der vorliegenden Erfindung im Lichte der Breite der Platte, die Anzahl der Rohrreihen, etc. hat. In diesem Graph bezeichnet Linie L1 die Wärmeübertragungsleistung der vorliegenden Erfindung und Linie L2 die eines herkömmlichen Wärmeübertragers. Das optimale Verhältnis wurde ohne Bezugnahme auf die externe Umgebungen oder Zustände bestimmt. Dementsprechend kann das optimale Verhältnis geändert werden, abhängig von der Temperatur der Luft, der Leistung des Kältekreislaufs und/oder dergleichen. Wenn diese Situation in Betracht gezogen wird, ist das optimale Verhältnis S/L bevorzugt in dem Bereich zwischen 0,89 und 1,5 nun gewählt.
Wenn das Verhältnis S/L kleiner als 0,89 mm ist, wird der Strömungswiderstand gegen das Kältemittel größer und dementsprechend erhöht sich der interne Druck des Flachrohrs 1, wodurch die Strömungsfähigkeit des Kältemittels vermindert wird und dementsprechend der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung beeinträchtigt wird. Folglich ist das Kältemittel nicht vollständig verdampft, so dass flüssiges Kältemittel einem Verdichter zugeführt wird und den Verdichter beschädigt. Andererseits, wenn das Verhältnis S/L größer als 1,5 mm ist, wird die Strömungsfähigkeit des Kältemittels besser, jedoch ist der Wirkungsgrad des Wärmeübergangs aufgrund einer Reduktion des Effekts einer turbulenten Strömung vermindert.
Die folgende Tabelle 2 zeigt den Vergleich der Leistung zwischen dem Wärmeübertrager gemäß der vorliegenden Erfindung, indem die Platte 2 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und einem herkömmlichen Wärmeübertrager, wobei der Vergleich unter Verwendung eines Kalorimeters durchgeführt wurde.
Tabelle 2
In Tabelle 2 ist leicht verständlich, dass der Wärmeübertrager, der aus einer Platte mit einem Verhältnis S/L von 1,27 mm hergestellt ist, eine höhere Leistung hat als der Wärmeübertrager, der aus einer Platte mit einem Verhältnis von S/L von 1,66 mm hergestellt ist, unabhängig von der Position der Tasche. Die Strömungsfähigkeit des Kältemittels beeinträchtigt den Wirkungsgrad des Wärmeübergangs. Das heißt, die Strömungsfähigkeit des Kältemittels beeinträchtigt den Wirkungsgrad des Wärmeübergangs in dem Flachrohr 1, insbesondere und beträchtlich in dem Wärmeübertragungsabschnitt 23 und den Umlenkabschnitten 27. Dementsprechend sollten die Höhe jedes kleinen, runden Vorsprungs 25 und das Volumen des Flachrohrs 1 als Variable für die Optimierung des Wirkungsgrads des Wärmeübergangs in Betracht gezogen werden.
Zwischenzeitlich, obwohl die Breite L der Platte 2 mit 60 mm beschrieben wird, ergibt sich die Breite L durch zahlreiche Experimente dazu nicht beschränkt, jedoch kann sie von 46 mm bis 63 mm reichen. Das Ziel der Erfindung ist durch Reduzieren der Fläche S in dem Fall erreicht, dass die Platte eine relativ kleine Breite L hat, und durch Vergrößern der Fläche S in dem Falle, dass die Platte eine relativ große Breite L hat.
Wie in 6 gezeigt ist, da die Strömungsrichtung des Kältemittels geändert wird, während das Kältemittel durch den Umlenkabschnitt strömt, wird das Kältemittel gegen den austrittsseitigen Flanschabschnitt 29 aufgrund der Zentrifugalkraft gedrückt und deshalb ist das Kältemittel nicht gleichförmig über die Breite des Wärmeübertrager-Abschnitts 23 verteilt, was zu einer Reduktion des Wirkungsgrads der Wärmeübertragung führt. Das Phänomen der ungleichförmigen Strömungsverteilung des Kältemittels ist in den 23 bis 25 gezeigt, die die ungleichförmige Strömungsverteilung des Kältemittels in einem herkömmlichen Wärmeübertrager zeigen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, um das Phänomen der ungleichförmigen Verteilung des Kältemittels zu vermeiden, ist die Breite Gs der Passage zwischen dem austrittsseitigen Flanschabschnitt 29 und dem dem austrittsseitigen Flanschabschnitt 29 nächsten kleinen, runden Vorsprung 25 auf einen bestimmten Bereich beschränkt. Diese Beschränkung verhindert die ungleichförmige Strömungsverteilung des Kältemittels und verteilt das Kältemittel über die Breite des Wärmeübertragungsabschnitts 23 gleichförmig. Die Breite Gs der Passage ist bevorzugt im Bereich von 0,15 mm bis 1,6 mm.
In dem Wärmeübertrager, Kältemittel strömt in den Wärmeübertrager durch das Kältemitteleintrittsrohr 6, wohingegen das Kältemittel aus dem Wärmeübertrager durch Kältemittelaustrittsrohr 7 strömt. Wie in 8 bis 11 gezeigt ist, wenn Kältemittel in die eintrittsseitige vordere Tasche 11A des eintrittsseitigen Verteilerrohrs 1L durch das Kältemitteleintrittsrohr 6 strömt, strömt das Kältemittel etwas in die benachbarten Taschen 11A einer ersten Gruppe (zu der die eintrittsseitige vordere Tasche 11A des eintrittsseitigen Verteilerrohrs 1L gehört) durch beide Schlitze 22A der Tasche 11A des eintrittsseitigen Verteilerrohrs 1L und bewegt sich etwas in die Taschen 11B einer zweiten, entgegengesetzten Gruppe (zu der die eintrittsseitige hintere Tasche 11B des eintrittsseitigen Verteilerrohrs 1L gehört) durch die U-förmigen Kältemittelpassagen in dem Flachrohr 1. Wenn das Kältemittel etwas in die ersten Taschen 11B der zweiten Gruppe strömt, strömt das Kältemittel etwas in die Taschen 11B der dritten Gruppe (zu der die austrittsseitige hintere Tasche 11B des austrittsseitigen Verteilerrohrs 1R gehört) durch die Schlitze 22B und bewegt sich etwas in die Taschen 11A der vierten Gruppe (zu der die austrittsseitige vordere Tasche 11A des austrittsseitigen Verteilerrohrs 1R gehört) durch die U-förmigen Kältemittelpassagen in den Flachrohren 1. Schließlich strömt das Kältemittel in die austrittsseitige Tasche 11A des austrittsseitigen Verteilerrohrs 1R und tritt zu einem Verdichter aus durch den zylindrischen Verteilerabschnitt 13 und das Kältemittelaustrittsrohr 7.
In der Zirkulation des Kältemittels, im Falle des herkömmlichen Wärmeübertragers, tritt ein Phänomen auf, bei dem der Durchsatz des Kältemittels, das in Richtung zur Endplatte zugeführt wird, kleiner ist als der Durchsatz des Kältemittels, das in Richtung zur Zwischenraumplatte zugeführt wird, und dementsprechend ist die Strömungsverteilung des Kältemittels nicht gleichförmig. Der Grund dafür ist, das ein Gradabschnitt nicht auf dem Schlitz des eintrittsseitigen Napfabschnitts der endplattenseitigen Platte der beiden Platten 2 ausgebildet ist, die das eintrittsseitige Verteilerrohr 1L bilden, während ein Gradabschnitt auf dem Schlitz des eintrittsseitigen Napfabschnitts der zwischenraumplattenseitigen Platte der beiden Platten 2 ausgebildet ist, die das eintrittsseitige Verteilerrohr 1L bilden.
Die gleichförmige Strömungsverteilung des Kältemittels kann durch Verbessern der Struktur der Platte 2 erreicht werden, die einen Teil des Verteilerrohrs 1L bildet.
Wie in 1, 2 und 8 bis 11 gezeigt ist, hat das Verteilerrohr 1L, das mit dem Kältemitteleintrittsrohr 6 verbunden ist, den zylindrischen Verteilerabschnitt 13, der von seiner einen Tasche 11A bis zur Außenseite sich erstreckt und mit dem Inneren der Tasche 11A in Verbindung steht. Dieser zylindrische Verteilerabschnitt 13 ist mit dem Kältemitteleintrittsrohr 6 verbunden, wodurch es ermöglicht ist, dass das Kältemitteleintrittsrohr 6 mit dem Verteilerrohr 1 in Verbindung steht. Der zylindrische Verteilerabschnitt 13 wird ausgebildet, wenn eine erste Verteilerplatte 2L1 und eine zweite Verteilerplatte 2L2, die jeweils einen halbkreisförmigen Verteilerabschnitt 131 haben, aneinander befestigt werden.
Wie in 10 gezeigt ist, ist die erste Verteilerplatte 2L1 als diejenige definiert, die der Zwischenraumplattenseite zugewandt ist, wohingegen die zweite Verteilerplatte 2L2 als diejenige definiert ist, die der Endplattenseite zugewandt ist.
Der Gradabschnitt 221 ist auf der ersten Verteilerplatte 2L1 ausgebildet, um von dem Rand des ersten Schlitzes 22A der ersten Verteilerplatte 2L1 zur Außenseite sich zu erstrecken. Der Gradabschnitt 221 ist in den Schlitz 22 der der Zwischenraumplattenseite benachbarten Platte 2 eingesetzt. Während der Gradabschnitt 221 nicht auf der zweiten Verteilerplatte 2L2 ausgebildet ist, ist diese verschieden von der ersten Verteilerplatte 2L1. Der Gradabschnitt 221, der sich von dem Rand des Schlitzes 22 der Platte 2 einer der Endplattenseite benachbarten Platte 2 sich erstreckt, ist in den zweiten Schlitz 22A' der zweiten Verteilerplatte 2L2 eingesetzt.
Die Länge L1 und die Breite W1 des ersten Schlitzes 22A und die entsprechende Länge und Breite des Schlitzes 22 der Zwischenraumplattenseite benachbarten Platte 2 sind jeweils kleiner als die Länge L2 und die Breite W2 des zweiten Schlitzes 22. Der zweite Schlitz 22 ist bevorzugt 16,6 mm lang und 10,8 mm breit, während der erste Schlitz 22A und der entsprechende Schlitz 22 der Zwischenraumplattenseite benachbarten Platte 2 jeweils bevorzugt 15 mm lang und 9 mm breit ist.
Wenn die Größe des ersten Schlitzes 22A kleiner als die Größe des zweiten Schlitzes 22A' ist, strömt Kältemittel, das in die Tasche 11A durch das Kältemitteleintrittsrohr 6 strömt, gegen die Endplattenseite durch den zweiten Schlitz 22A', der eine relativ große Größe hat, und strömt gleichzeitig gegen die Zwischenraumplattenseite durch den ersten Schlitz 22A, der eine relativ kleine Größe hat. Dementsprechend, wenn nur die Größe der Schlitze 22A, 22A' in Betracht gezogen wird, ist der Durchsatz des Kältemittels, das durch den zweiten Schlitz 22A' strömt, größer als der Durchsatz des Kältemittels, das durch den ersten Schlitz 22A strömt. In der Praxis wird jedoch die Kältemittelströmung, die durch den zweiten Schlitz 22A' passiert, mit Widerstand beaufschlagt durch den Gradabschnitt 221, der von dem Rand des Schlitzes 22 der Endplattenseite benachbarten Platte 2 sich erstreckt und in den zweiten Schlitz 22A' der zweiten Verteilerplatte 2L2 eingesetzt ist, wodurch der Durchsatz des Kältemittels, das durch den zweiten Schlitz 22A' passiert, reduziert wird. Folglich wird der Durchsatz des Kältemittels, das in Richtung zur Endplatte 5L strömt, durch den Durchsatz des Kältemittels, das in Richtung zur Zwischenraumplatte strömt, ausgeglichen, so dass die gesamte Strömungsverteilung des Kältemittels gleichförmig gemacht wird. Die Strömungsverteilungen des Kältemittels sind nicht unterschiedlich für die Kopf- und die Boden-Montage-Form. Wie in 12 und 13 gezeigt ist, sind diese Strömungsverteilungen des Kältemittels durch die Photographien der Temperaturverteilungen bestätigt, die in einer Position 1 Meter weg von der Vorderseite des 3/8 bis 7/4-Pass-Wärmeübertragers unter Verwendung einer Infrarot-Kamera gemacht wurden, während der Wärmeübertrager in der Kopf- und der Boden-Montage-Form montiert ist.
Wenn die gleichförmige Strömungsverteilung erreicht werden kann, ist es nicht notwendig, dass ein Gradabschnitt entlang des Rands der Eintrittsseite und des zwischenraumplattenseitigen Schlitzes 22A ausgebildet ist, und es ist unerheblich, dass die Länge und die Breite der Eintrittsseite und des zwischenraumplattenseitigen Schlitzes 22A kleiner ist als die Länge und die Breite des endplattenseitigen Schlitzes 22A'.
Hinsichtlich des Verteilerrohrs 1L, in dem die Verteilerplatten 2L1, 2L2 mit der vorhergehend beschriebenen Struktur verwendet werden, gibt es Bedenken dahingehend, dass die Strömungsverteilung des Kältemittels, das in die benachbarten Taschen 11A durch die Schlitze 22 strömt, unterschiedlich ist von der Strömungsverteilung des Kältemittels, das in den Wärmeübertragungsabschnitt 22 strömt. Das heißt, es gibt Bedenken dahingehend, dass eine größere Menge Kältemittel in den Wärmeübertragungsabschnitt 23 strömt.
Wie in 3 gezeigt ist, springen in den allgemeinen Platten 2 außer den Verteilerplatten 2L drei kurze vertikale Vorsprünge 26 von der Platte 2 nach innen vor in Positionen unterhalb des Napfabschnitts 21 nebeneinander vor zum Zwecke des Führens des Kältemittels von der Tasche 11A in den Wärmeübertragungsabschnitt 23, wodurch Kältemittelpassagen ausgebildet werden. Wie in 14 gezeigt ist, wird die gleichförmige Strömungsverteilung des Kältemittels durch Wechseln der Struktur von drei vertikalen Vorsprüngen 26 erreicht, die unterhalb des Napfabschnitts 21 ausgebildet sind, der mit dem halbkreisförmigen Verteilerabschnitt 131 verbunden ist. Das heißt, beide seitlichen vertikalen Vorsprünge 26A, 26A erstrecken sich jeweils horizontal zu dem Längsaufteilungsvorsprung 24 und zu dem benachbarten Abschnitt des Flansches 29, so dass die Strömungsverteilung des Kältemittels, das in die benachbarten Taschen 11A durch die Schlitze 22 strömt, und dass die Strömungsverteilung des Kältemittels gleichförmig gemacht sind, das in den Wärmeübertragungsabschnitt 23 durch die vertikalen Passagen strömt, die durch die Vorsprünge 26A, 26B, 26A ausgebildet sind. Daher ist die gleichförmige Strömungsverteilung des Kältemittels über den gesamten Wärmeübertrager erreicht, so dass die Wärmeübertragungsleistung weiter verbessert ist.
Um die schwache Struktur des Verbindungsabschnitts zwischen dem Verteilerabschnitt des Verteilerrohrs und des Kältemitteleintrittsrohrs oder des Kältemittelaustrittsrohrs Abhilfe zu schaffen, ist ein Distanzstück 133 um den Verteilerabschnitt 13 des Verteilerrohrs 1L, 1R eingesetzt. Das flache, ringförmige Distanzstück 133 kann die dünne Dicke des Verteilerabschnitts kompensieren und dadurch die Festigkeit des Verteilerabschnitts 13 verbessern, um Biegemomenten zu widerstehen, die von außen aufgebracht werden, wenn das Eintrittsrohr oder das Austrittsrohr während der Montage des Wärmeübertragers an die Fahrzeugkarosserie gebogen werden.
Die Wirkung der Platte und des Wärmeübertragers sind wie folgt.
Erstens, eine Mehrzahl von kleinen, runden Vorsprüngen 25 sind auf jeder Wärmeübertragerplatte 2 angeordnet, so dass das Verhältnis S/L der Fläche S des Rechtecks (das durch den Längsaufteilungsvorsprung 24, den Flansch 29 und zwei Mittellinien C1 und C2, die durch zwei benachbarte Reihen kleiner, runder Vorsprünge verlaufen, definiert ist) und der Breite L der Platte 2 innerhalb des Bereichs von 0,89 bis 1,5 mm fällt, so dass die Strömungsfähigkeit des Kältemittels, das zwischen den kleinen, runden Vorsprüngen 25 strömt, verbessert ist und turbulente Strömung des Kältemittels wird wie erwünscht erzeugt, wodurch das Optimum des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung erreicht wird.
Zweitens, die Breite Gs der Passage zwischen dem austrittsseitigen Flanschabschnitt 29 und dem zum austrittsseitigen Flanschabschnitt 29 nächsten kleinen, runden Vorsprung 25 ist so gestaltet, dass sie innerhalb des Bereichs von 0,15 bis 1,6 mm fällt, so dass die nicht gleichförmige Strömungsverteilung des Kältemittels verhindert wird, während Kältemittel durch den Umlenkabschnitt 27 strömt, wodurch die Strömungsfähigkeit des Kältemittels verbessert wird und dementsprechend der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung verbessert wird.
Drittens, zum Zwecke der Elimination des Phänomens, dass der Strömung des Kältemittels ein Widerstand durch den Gradabschnitt 22a entgegenwirkt, der in die zweite Verteilerplatte 2L2 eingesetzt ist, während das Kältemittel in Richtung zur Endplatte 51 strömt, ist die Größe des ersten Schlitzes 22A der ersten Verteilerplatte 2L1 so gestaltet, dass er kleiner ist als die Größe des zweiten Schlitzes 22A' der zweiten Verteilerplatte 2L2, wodurch der Durchsatz des Kältemittels, das in Richtung zur Endplatte 5 strömt, und der Durchsatz des Kältemittels gleichförmig gemacht wird, das in Richtung zur Zwischenraumplatte strömt. Dementsprechend, ob der Wärmeübertrager entweder in Kopf-Montage-Form oder Boden-Montage-Form montiert ist, ist die Strömungsverteilung des Kältemittels ausgeglichen. Daher kann der Wärmeübertrager in der Kopf- und der Boden-Montage-Formen ohne Unterschied in der Wärmeübertragungsleistung verwendet werden, wodurch die Produktivität der Herstellung eines Wärmeübertragers erhöht wird und die Herstellungskosten des Wärmeübertragers reduziert werden.
Viertens, drei kurze vertikale Vorsprünge 26A, 26B, 26A sind unterhalb eines Napfabschnitts 21 nebeneinander ausgebildet, und beide seitlichen vertikalen Vorsprünge 26A, 26A erstrecken sich jeweils horizontal zum Längsaufteilungsvorsprung 24 und die benachbarten Abschnitte des Flansches 29, so dass die Strömungsverteilung des Kältemittels, das in die benachbarten Taschen 11A durch die Schlitze 22 strömt, und die Strömungsverteilung des Kältemittels, das in den Wärmeübertragungsabschnitt 23 durch die vertikalen Passagen strömt, die durch die Vorsprünge 2GA, 26B, 26A ausgebildet sind, werden gleichförmig gemacht, wodurch eine gleichförmige Strömungsverteilung des Kältemittels über den gesamten Wärmeübertrager erreicht wird und dementsprechend die Wärmeübertragungsleistung weiter verbessert wird.
Fünftens, eine Mehrzahl von runden verstärkenden Vorsprüngen 25A, 25A, 25B sind entlang der unteren, gedachten Verlängerungslinie des Längsaufteilungsvorsprungs 24 ausgebildet, während die runden verstärkenden Vorsprünge 25A, 25A, 25B zusammen mit den anderen kleinen, runden Vorsprünge 25 in der Form eines diagonalen Gittermusters angeordnet sind, so dass die Festigkeit der Befestigung von zwei Platten 2 im Umlenkabschnitt 27 erhöht ist, wodurch die Lebensdauer des Flachrohrs 1 verbessert ist. Außerdem können die beiden Platten 2 nicht einfach voneinander getrennt werden, so dass eine Leckage des Kältemittels verhindert werden kann.
Sechstens, zwei diagonale Vorsprünge 28 sind jeweils auf beiden Ecken des Umlenkabschnitts 27 ausgebildet, so dass die Festigkeit der Befestigung der beiden Platten 2 in dem Umlenkabschnitt 27 weiter erhöht ist. Außerdem ist der Strömungswiderstand auf das Kältemittel und der Druck des Kältemittels reduziert, so dass die Strömungsfähigkeit des Kältemittels verbessert ist, wodurch die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird.
Siebtens, das Distanzstück 133, das um den Verteilerabschnitt 13 des Verteilerrohrs 1L, 1R eingesetzt ist, kann die Festigkeit des Verteilerabschnitts 13 erhöhen, um dem Biegemoment zu widerstehen, das darauf ausgeübt wird, wenn das Eintrittsrohr oder das Austrittsrohr während der Montage des Wärmeübertragers an die Fahrzeugkarosserie gebogen wird.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für illustrative Zwecke offenbart worden sind, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Additionen und Substitutionen möglich sind, ohne den Umfang der Erfindung wie in den anhängenden Ansprüchen offenbart zu verlassen.

Claims

Platte (2) für Stapel-Wärmeübertrager, mit: zwei Napfabschnitten (21A; 21B), die jeweils einen Schlitz (22) haben, wobei die Napfabschnitte an dem oberen Abschnitt der Platte nebeneinander ausgebildet sind; einem Wärmeübertragungsabschnitt (23) mit einer Mehrzahl von kleinen Vorsprüngen (25), der mit den Napfabschnitten in Verbindung steht, wobei der Wärmeübertragungsabschnitt (23) in zwei Unterabschnitte durch einen zentralen Längsaufteilungsvorsprung (24) unterteilt ist; einem Umlenkabschnitt (27) mit einer Mehrzahl von kleinen Vorsprüngen (25), wobei der Umlenkabschnitt unterhalb des zentralen Längsaufteilungsvorsprungs (24) angeordnet ist und die beiden Unterabschnitte des Wärmeübertragungsabschnitts (23) miteinander verbindet; und einem Flansch (29) mit der gleichen Höhe wie die der kleinen Vorsprünge (25), wobei der Flansch entlang des Rands der Platte (2) ausgebildet ist; wobei die kleinen Vorsprünge (25) gleichmäßig in Form eines diagonalen Gittermusters angeordnet sind, so dass das Verhältnis der Fläche S eines Rechtecks, das durch den Längsaufteilungsvorsprung (24), den Flansch (29) und zwei horizontale Mittellinien (C1; C2) definiert ist, die durch zwei Reihen benachbarter runder Vorsprünge verlaufen, und der Länge L der Platte innerhalb des Bereichs von 0,89 mm ≤ S/L ≤ 1,5 mm fällt.
Platte (2) gemäß Anspruch 1, wobei der austrittsseitige Flanschabschnitt (29) des Flansches und ein dem austrittsseitigen Flanschabschnitt (29) nächstliegender runder Vorsprung der runden Vorsprünge (25) so angeordnet sind, dass die Breite Gs der Passage zwischen dem austrittsseitigen Flanschabschnitt (29) und dem nächstliegenden runden Vorsprung innerhalb des Bereichs von 0,15 mm ≤ Gs ≤ 1,6 mm fällt.
Platte (2) gemäß Anspruch 1, wobei mehrere runde verstärkende Vorsprünge (25) entlang der unteren gedachten Verlängerungslinie des Längsaufteilungsvorsprungs (24) angeordnet sind, wobei die mehreren runden verstärkenden Vorsprünge (25) zusammen mit den anderen runden Vorsprüngen (25) in der Form eines diagonalen Gittermusters angeordnet sind, wobei wenigstens ein oberer verstärkender Vorsprung der mehreren runden verstärkenden Vorsprünge eine größere Größe hat als die Größe der anderen runden verstärkenden Vorsprünge, und wobei zwei diagonale Vorsprünge jeweils an den beiden Ecken des Umlenkabschnitts (27) angeordnet sind.
Platte (2) für Stapel-Wärmeübertrager, mit: zwei Napfabschnitten (21A; 21B), die jeweils einen Schlitz (22) haben, wobei die Napfabschnitte an dem oberen Abschnitt der Platte nebeneinander ausgebildet sind; einem Wärmeübertragungsabschnitt (23) mit einer Mehrzahl von kleinen Vorsprüngen (25), der mit den Napfabschnitten in Verbindung steht, wobei der Wärmeübertragungsabschnitt (23) in zwei Unterabschnitte durch einen zentralen Längsaufteilungsvorsprung (24) unterteilt ist; einem Umlenkabschnitt (27) mit einer Mehrzahl von kleinen Vorsprüngen (25), wobei der Umlenkabschnitt unterhalb des zentralen Längsaufteilungsvorsprungs (24) angeordnet ist und die beiden Unterabschnitte des Wärmeübertragungsabschnitts (23) miteinander verbindet, und einem Flansch (29) mit der gleichen Höhe wie die der kleinen Vorsprünge (25), wobei der Flansch entlang des Rands der Platte (2) ausgebildet ist; wobei der austrittsseitige Flanschabschnitt (29) des Flansches und ein dem austrittsseitigen Flanschabschnitt (29) nächstliegender runder Vorsprung der runden Vorsprünge (25) so angeordnet sind, dass die Breite Gs der Passage zwischen dem austrittsseitigen Flanschabschnitt (29) und dem nächstliegenden runden Vorsprung innerhalb des Bereichs von 0,15 mm ≤ Gs ≤ 1,6 mm fällt.
Stapel-Wärmeübertrager mit: einer Mehrzahl von Flachrohren (1), wobei die Flachrohre nebeneinander gestapelt sind, wobei jedes Flachrohr (1) durch aneinander Befestigen von zwei Platten (2) gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist; einer Mehrzahl von Rippen (4), die zwischen jedem Paar benachbarter Flachrohre (1) gestapelt sind; und zwei Endplatten (5L; 5R), die jeweils an den Seitenenden des Wärmeübertragers angeordnet sind, um die Struktur des Wärmeübertragers zu verstärken.