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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Wärmetauscher,
bestehend aus mehreren Platten, die innere Fluidkanäle bilden,
durch welche ein inneres Fluid strömt, und anwendbar auf einen
Kältemittelverdampfapparat
für ein
Fahrzeugklimagerät.
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Die US-A-3,258,832 offenbart einen
Wärmetauscher
zum Ausführen
eines Wärmeaustauschs zwischen
einem inneren Fluid und einem äußeren Fluid
und weist wärmeleitende
Platten mit mehreren vorstehenden Rippen auf. Die wärmeleitende
Platten sind einander zugewandt und die vorstehenden Rippen stehen
von einer wärmeleitenden
Platte nach außen
vor, um einen inneren Fluidkanal zu bilden, durch welchen das innere
Fluid strömt,
wobei das äußere Fluid
außerhalb
der wärmeleitenden
Platten strömt. An
der einen Stirnseite der Platte ist eine durchgehende Basisnut in
dem inneren Fluidkanal an einem Ende der Platte vorgesehen, wobei
die vorstehende Rippe in einer seitlichen Richtung verläuft. Durch
die Basisnut wird ein Wendekanal in dem inneren Fluidkanal gebildet.
An dem anderen Ende der Platten ist ein Rohr vorgesehen.
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Die EP-A-0 415 584 bezieht sich auf
einen weiteren Wärmetauscher,
bei welchem Kühlrippen
in einem äußeren Fluidkanal
vorgesehen sind und jede Rippe eine breitere Seitenausdehnung zum
Kontaktieren der Kühlrippen
besitzt. Deshalb wird jede Ausnehmung zwischen benachbarten Rippen
in dem äußeren Fluidkanal
zu einem Blindraum. Deshalb wird die Strömung des durch den äußeren Fluidkanal
strömenden äußeren Fluids
aufgrund der Rippen nicht turbulent.
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Die WO-A-96/38700 zeigt einen Wärmetauscher,
bei dem Rippen nur in einer einzigen Linie angeordnet sind und bei
dem keine flache Oberfläche existiert.
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Die
DE 43 08 858 A bezieht sich auf einen Wärmetauscher,
bei dem jede der Rippen in einer Kreisform ausgebildet ist und ebenfalls
keine flache Oberfläche
vorgesehen ist.
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Herkömmlicherweise ist, wie in 28, 29A und 29B dargestellt,
ein Kältemittelverdampfapparat für ein Fahrzeugklimagerät durch
abwechselndes Schichten von mehreren ovalen flachen Rohren und gewellten
Kühlrippen
mit Luftklappen zum Vergrößern eines
wärmeleitenden
Bereichs auf der Luftseite aufgebaut. Jedes ovale flache Rohr ist
durch Verbinden eines Paares von einander zugewandten Platten an
deren Außenumfängen gebildet.
Ein Montagevorgang dieses Wärmetauschers
wird kompliziert, weil die gewellte Kühlrippe zwischen den angrenzenden
ovalen flachen Rohren angeordnet ist. D. h., da der herkömmliche
Wärmetauscher
eine gewellte Kühlrippe
benötigt,
ist es schwierig, die Herstellkosten und die Größe des Wärmetauschers zu reduzieren.
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In der Klimaeinheit ist der Verdampfapparat im
allgemeinen in einer rechteckigen Quaderform ausgebildet, wie in 28 dargestellt. Dies deshalb, weil
es schwierig ist, die Außenform
der gewellten Kühlrippe
in einer Form außer
der rechteckigen Quaderform auszubilden, weil die gewellte Kühlrippe durch
Pressformen eines dünnen
spulenartigen Materials in eine Wellenform gebildet wird, wie in 29A und 29B gezeigt. Als Ergebnis muss der Verdampfapparat
in die rechteckige Quaderform entlang der Außenform der gewellten Kühlrippe
geformt werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Wärmetauscher
vorzusehen, der durch nur eine einen inneren Fluidkanal bildende
wärmeleitende
Platten aufgebaut ist, während
auf Kühlrippenelemente,
wie beispielsweise eine gewellte Kühlrippe verzichtet wird und
eine ausreichende Wärmeübertragungsleistung
erzielt wird.
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Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch
1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
weist ein Paar einen Wärmetausch-Kernabschnitt
bildender wärmeleitender
Platten mehrere vorstehende Rippen auf. Die vorstehenden Rippen
stehen von dem Paar wärmeleitender
Platten zum Bilden innerer Fluidkanäle darin nach außen vor.
Ein äußeres Fluid
strömt außerhalb
der wärmeleitenden
Platten senkrecht zu einer Strömungsrichtung
eines inneren Fluids und wird durch die vorstehenden Rippen an einer
geradlinigen Strömung
gehindert.
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Somit macht das äußere Fluid eine turbulente
Strömung,
wodurch die Wärmeübertragungsleistung
des äußeren Fluids
weiter verbessert wird. Als Ergebnis kann eine gewünschte Wärmetauschleistung
ohne Vorsehen eines Kühlrippenelements
an der Seite des äußeren Fluids
erzielt werden. Das heißt,
der Wärmetauscher
kann durch nur die wärmeleitende
Platte mit den vorstehenden Rippen, welche die inneren Fluidkanäle bilden,
aufgebaut werden. Hierdurch werden die Gesamtkosten für die Herstellung
des Wärmetauschers
und die Größe desselben reduziert.
Ferner kann, weil die Steifheit des gesamten Wärmetauschers erhöht ist,
die wärmeleitende Platte
dünn gemacht
werden, und die Gesamtkosten und die Größe des Wärmetauschers werden weiter verringert.
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Ferner ist der Wärmetauscher nur durch die wärmeleitende
Platte aufgebaut, der Wärmetausch-Kernabschnitt
kann in eine rechteckige Quaderform mit einem dreieckigen Vorsprung
gebildet werden. Das Volumen des Wärmetausch-Kernabschnitts wird
durch Hinzufügen
des Vorsprungs erhöht,
wodurch die Wärmetauschleistung
des Wärmetauschers
verbessert wird. Wenn der Wärmetauscher als
ein in einem Klimagehäuse
eingebauter Kältemittelverdampfapparat
benutzt wird, kann der Vorsprung durch Ausnutzen eines möglichen
Raumes in dem Klimagehäuse
ausgebildet werden.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Eigenschaften
der vorliegenden Erfindung sowie Verfahrensabläufe und die Funktion der zugehörigen Bauteile
werden aus einem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung,
der anhängenden
Ansprüche und
der Zeichnungen, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden, offensichtlich.
In den Zeichnungen sind:
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1 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines Kältemittelverdampfapparats gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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2 eine
Draufsicht einer wärmeleitenden Platte
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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3 eine
Draufsicht eines Paares miteinander verbundener wärmeleitender
Platten in dem ersten Ausführungsbeispiel;
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4 eine
Querschnittsansicht entlang Linie IV-IV in 3;
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5 eine
Querschnittsansicht entlang Linie V-V in 3;
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6 eine
schematische Perspektivdarstellung einer Anordnung von Kältemittelkanälen in dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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7 eine
Draufsicht einer wärmeleitenden Platte
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
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8 eine
Draufsicht eines Paares miteinander verbundener wärmeleitender
Platten in dem zweiten Ausführungsbeispiel;
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9 eine
Draufsicht einer wärmeleitenden Platte
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel;
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10 eine
Draufsicht eines Paares miteinander verbundener wärmeleitender
Platten in dem dritten Ausführungsbeispiel;
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11 eine
Draufsicht einer wärmeleitenden Platte
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel;
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12 eine
Draufsicht eines Paares miteinander verbundener wärmeleitender
Platten in dem vierten Ausführungsbeispiel;
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13 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines Kältemittelverdampfapparats gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel;
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14 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines Kältemittelverdampfapparats gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel;
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15 eine
Draufsicht einer wärmeleitenden
Platte gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel;
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16 eine
Draufsicht eines Paares miteinander verbundener wärmeleitender
Platten in dem sechsten Ausführungsbeispiel;
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17 eine
schematische Perspektivdarstellung einer Anordnung von Kältemittelkanälen in dem
sechsten Ausführungsbeispiel;
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18 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines Kältemittelverdampfapparats gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel;
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19 eine
perspektivische Prinzipdarstellung einer detaillierten Konstruktion
eines Verdampfapparat-Kernabschnitts in dem siebten Ausführungsbeispiel;
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20 eine
vergrößerte schematische
Darstellung eines Phänomens,
dass Ablaufwasser an Schnittstellen von Kreuzrippen gespeichert
wird;
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21 eine
vergrößerte schematische
Darstellung eines Phänomens,
dass Ablaufwasser entlang vorstehender Rippen in dem siebten Ausführungsbeispiel
gerade nach unten strömt;
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22 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines Kältemittelverdampfapparats gemäß einem
achten Ausführungsbeispiel;
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23 eine
Draufsicht einer wärmeleitenden
Platte gemäß dem achten
Ausführungsbeispiel;
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24 eine
Draufsicht eines Paares miteinander verbundener wärmeleitender
Platten in dem achten Ausführungsbeispiel;
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25 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines Kältemittelverdampfapparats gemäß einem
neunten Ausführungsbeispiel;
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26 eine
perspektivische Prinzipdarstellung gemäß einer detaillierten Konstruktion
eines Verdampfapparat-Kernabschnitts in dem neunten Ausführungsbeispiel;
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27 eine
Querschnittdarstellung einer Fahrzeugklimaeinheit gemäß einem
zehnten Ausführungsbeispiel;
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28 eine
perspektivische Darstellung eines herkömmlichen Kältemittelverdampfapparats;
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29A eine
Vorderansicht einer in dem herkömmlichen
Verdampfapparat eingebauten gewellten Kühlrippe; und
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29B eine
Seitenansicht einer in dem herkömmlichen
Verdampfapparat eingebauten gewellten Kühlrippe.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Ein erstes Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme
auf 1 bis 6 beschrieben. Ein Wärmetauscher
der vorliegenden Erfindung ist auf einen Kältemittelverdampfapparat 10 für ein Fahrzeugklimagerät angewendet.
In dem Verdampfapparat 10 kreuzt eine Luftströmungsrichtung
A von zu klimatisierender Luft eine Kältemittelströmungsrichtung
B senkrecht. Der Verdampfapparat 10 enthält einen
einen Wärmeaustausch
zwischen der zu klimatisierender Luft (äußeres Fluid) und dem Kältemittel
(inneres Fluid) ausführenden
Kernabschnitt 11, welcher durch Stapeln mehrerer wärmeleitender
Platten 12 aufgebaut ist.
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Für
jede wärmeleitende
Platte 12 wird ein Lötblech
(Dicke etwa 0,25 mm) verwendet, welches man durch Plattieren eines
Aluminiumlötmaterials (zum
Beispiel A4000) auf die zwei Oberflächen eines Aluminiumkernmaterials
(zum Beispiel A3000) erhält. Das
Lötblech
wird in eine rechteckige Form pressgeformt. Die Länge beträgt etwa
245 mm, und die Breite beträgt
etwa 45 mm.
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Wie in 2 dargestellt,
weist die wärmeleitende
Platte 12 mehrere rechteckförmige, vorstehende Rippen 14 auf,
die von der flachen Platte 13 der wärmeleitenden Platte 12 vorstehen.
Jede vorstehende Rippe 14 bildet einen Kältemittelkanal
(inneren Fluidkanal), durch welchen das Niederdruck-Kältemittel
nach Durchlaufen eines Druckverminderungsgeräts wie beispielsweise eines
Expansionsventils eines Kühlkreislaufs
strömt.
Die vorstehende Rippe 14 ist bezüglich der Luftströmungsrichtung
A um einen vorgegebenen Winkel θ (zum
Beispiel 45°) geneigt
und ist lang und schmal ausgebildet.
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Die vorstehende Rippe 14 ist,
wie in 4 und 5 gezeigt, in eine im wesentlichen
Trapezform geformt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt zum Beispiel
die Vorsprunghöhe
h 1,5 mm, die Grundlänge
L1 28,4 mm, die obere Länge
L2 26,1 mm, der Abstand P zwischen den benachbarten vorstehenden
Rippen 14 7 mm, und die Breite W der vorstehenden Rippen 14 3,6
mm.
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Wieder zurück zu 1 und 2 sind
die mehreren vorstehenden Rippen 14 in zwei Reihen angeordnet
und bilden zwei Gruppen vorstehender Rippen, die in der Luftströmungsrichtung
parallel angeordnet sind.
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Die wärmeleitende Platte 12 enthält zwei obere
Behälterabschnitte 16, 18 und
zwei untere Behälterabschnitte 15, 17 an
beiden Enden in deren Längsrichtung.
Diese Behälterabschnitte 15, 16, 17, 18 sind
entsprechend den zwei Gruppen vorstehender Rippen angeordnet. Die
Behälterabschnitte 15–18 sind
in einer Kreisform ausgebildet, wie in 2 und 3 dargestellt,
oder in einer ovalen Form ausgebildet, wie in 1 dargestellt, und sie stehen in die
gleiche Richtung wie die vorstehende Rippe 14 vor. Die
Behälterabschnitte 15–18 enthalten
Verbindungslöcher 15a–18a in
deren jeweiligen Mittelbereichen. Die Verbindungslöcher 15a, 16a, 17a, 18a lassen
später
beschriebene Kältemittelkanäle miteinander
in Verbindung stehen.
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Unter den mehreren vorstehenden Rippen 14 sind
die vorstehenden Rippen 14 angrenzend an die Behälterabschnitte 15–18 in
einer solchen Weise ausgebildet, dass die konkaven Räume darin
mit den konkaven Räumen
der Behälterabschnitte 15–18 in Verbindung
stehen.
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Wie in 1, 4 und 5 dargestellt, sind die mehreren wärmeleitenden
Platten 12 in einer solchen Weise gestapelt, dass die konkaven
Abschnitte und die konvexen Abschnitte der Behälterabschnitte 15–18 jeweils
einander zugewandt sind. Hierbei sind in einem Paar wärmeleitender
Platten 12, in dem die konkaven Abschnitte davon einander
zugewandt sind, wie in 3 dargestellt,
die rechteckförmigen vorstehenden
Rippen 14 jeder Platte 12 in die entgegengesetzte
Richtung geneigt, um einander zu schneiden.
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Die Innenräume der mehreren vorstehenden Rippen 14 stehen
miteinander an den Schnittstellen zwischen dem Paar vorstehender
Rippen 14 in Verbindung und bilden einen Kältemittelkanal 19 an
der stromabwärtigen
Seite und einen Kältemittelkanal 20 an
der stromaufwärtigen
Seite (4 und 5). Hierbei steht der Kältemittelkanal 19 an
der stromabwärtigen Seite
mit den Behälterabschnitten 15, 16 an
der stromabwärtigen
Seite in Verbindung. Der Kältemittelkanal 20 an
der stromaufwärtigen
Seite. steht mit dem Behälterabschnitt 17, 18 an
der stromaufwärtigen
Seite in Verbindung.
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Auf diese Weise sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Kältemittelkanäle 19, 20, durch
welche das Kältemittel
in der Längsrichtung
B der wärmeleitenden
Platte 12 strömt,
durch die zwei Gruppen vorstehender Rippen gebildet.
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Die zwei Gruppen vorstehender Rippen
sind durch einen Verbindungsabschnitt zwischen den flachen Platten 13 getrennt,
der in den Mittelbereichen C des Paares wärmeleitender Platten 12 in
deren Breitenrichtung positioniert ist. Hierbei bezeichnen Pfeile
B1, B2 in 3 die Kältemittelströme in den Kältemittelkanälen 19, 20 und
ein Pfeil A1 bezeichnet den durch Spalte zwischen den vorstehenden
Rippen 14 an der Außenseite
der wärmeleitenden
Platten 12 strömenden
Luftstrom.
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Der Kernabschnitt 11 ist
durch Stapeln der mehreren Paare wärmeleitender Platten 12,
welche die Kältemittelkanäle 19, 20 bilden,
aufgebaut.
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Wie in 1 dargestellt,
sind an beiden Enden der gestapelten wärmeleitenden Platten 12 Endplatten 21, 22 mit
den gleichen Größen wie
die wärmeleitende
Platte 12 vorgesehen. Die Endplatte 21, 22 ist
ebenfalls aus einem Lötblech
gemacht, das man durch Plattieren eines Aluminiumlötmaterials (zum
Beispiel A4000) auf den zwei Oberflächen eines Aluminiumkernmaterials
(zum Beispiel A3000) erhält.
Die Dicke der Endplatten 21, 22 ist zum Erhöhen der
Steifigkeit dicker als diejenige der wärmeleitenden Platte 12 (zum
Beispiel Dicke: 1,0 mm).
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Die Endplatten 21, 22 sind
in flache Platten geformt und sind mit den äußersten wärmeleitenden Platten 12 verbunden,
wobei sie die konvexen Oberflächen
der wärmeleitenden
Platten 12 kontaktieren. Wie in 1 dargestellt, sind ein Kältemitteleinlassrohr 23 und
ein Kältemittelauslassrohr 24 mit
der linken Endplatte 21 verbunden. Das Kältemitteleinlassrohr 23 steht
mit dem unteren Behälterabschnitt 15 an
der stromabwärtigen
Seite in Verbindung. Das Kältemittelauslassrohr 24 steht
mit dem oberen Behälterabschnitt 18 an
der stromaufwärtigen
Seite in Verbindung. Ein Gas/Flüssigkeit-Kältemittel,
welches in der (nicht dargestellten) Druckverminderungsvorrichtung
druckvermindert wird, strömt
in das Kältemitteleinlassrohr 23.
Das Kältemittelauslassrohr 24 ist mit
der Ansaugseite eines (nicht dargestellten) Kompressors verbunden
und leitet das in dem Verdampfapparat 10 verdampfte gasförmige Kältemittel
in den Kompressor ein.
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Ferner sind in der rechten Endplatte 22 in 1 ein unteres Verbindungsloch 22a und
ein oberes Verbindungsloch 22b ausgebildet. Das Verbindungsloch 22a steht
mit dem unteren Behälterabschnitt 15 an
der stromabwärtigen
Seite in Verbindung. Das Verbindungsloch 22b steht mit
dem oberen Behälterabschnitt 18 an
der stromaufwärtigen Seite
in Verbindung. Ferner ist eine Seitenplatte 25 mit der
Außenseite
der rechten Endplatte 22 verbunden. Die Seitenplatte 25 ist
konkavförmig
pressgeformt und aus einem Lötblech
gemacht, das man durch Plattieren eines Aluminiumlötmaterials (A4000)
auf den zwei Oberflächen
eines Aluminiumkernmaterials (A3000) erhält. Die Seitenplatte 25 ist zum
Erhöhen
deren Steifigkeit etwa 1,0 mm dick.
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Der konkave Abschnitt der Seitenplatte 25 und
die Endplatte 22 bilden einen Kältemittelkanal 26 (4 und 5) dazwischen durch Verbinden miteinander.
Der Kältemittelkanal 26 lässt den
unteren Behälterabschnitt 15 an
der stromabwärtigen
Seite 15 mit dem oberen Behälterabschnitt 18 an
der stromaufwärtigen
Seite durch die Verbindungslöcher 22a, 22b in
Verbindung stehen.
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6 zeigt
schematisch eine Kältemittelkanalanordnung
in dem Kältemittelverdampfapparat 10.
Wie in 6 dargestellt,
bilden die Behälterabschnitte 15, 16 an
der stromabwärtigen
Seite einen Behälterabschnitt
an der Kältemitteleinlassseite
und die Behälterabschnitte 17, 18 an
der stromaufwärtigen
Seite bilden einen Behälterabschnitt
an der Kältemittelauslassseite.
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Die Kältemittelkanäle 19 an
der stromabwärtigen
Seite, die mit den Behälterabschnitten 15, 16 an der
Kältemitteleinlassseite
in Verbindung stehen, bilden einen Wärmetauschabschnitt X an der
Kältemitteleinlassseite.
Die Kältemittelkanäle 20 an
der stromaufwärtigen
Seite, welche mit den Behälterabschnitten 17, 18 an
der Kältemittel auslassseite
in Verbindung stehen, bilden einen Wärmetauschabschnitt Y an der
Kältemittelauslassseite.
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Ein Trennelement 27 ist
in der Stapelrichtung der wärmeleitenden
Platten 12 in der Mitte des unteren Behälterabschnitts 15 an
der Kältemitteleinlassseite
vorgesehen. Das Trennelement 27 trennt den unteren Behälterabschnitt 15 an
der Kältemitteleinlassseite
in einen linken ersten Bereich 15A und einen rechten zweiten
Bereich 15B. In analoger Weise ist ein Trennelement 28 in
der Mitte des oberen Behälterabschnitts 18 an
der Kältemittelauslassseite vorgesehen.
Das Trennelement 28 trennt den oberen Behälterabschnitt 18 an
der Kältemittelauslassseite in
einen rechten ersten Bereich 18A und einen linken zweiten
Bereich 18B.
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Die Trennelemente 27, 28 sind
durch Schließen
der Verbindungslöcher 15a, 18a in
den Behälterabschnitten 15, 18 der
wärmeleitenden
Platte 12, die in der Mitte positioniert ist, vorgesehen.
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In diesem Kältemittelverdampfapparat 10 strömt das Gas/Flüssigkeit-Kältemittel
in den ersten Bereich 15A des unteren Behälterabschnitts 15 an der
Kältemitteleinlassseite
durch das Kältemitteleinlassrohr 23.
Das Kältemittel
strömt
aus dem ersten Bereich 15A und in dem Kältemittelkanal 19 an
der stromabwärtigen
Seite nach oben in den oberen Behälterabschnitt 16 an
der Kältemitteleinlassseite.
Das Kältemittel
strömt
in dem oberen Behälterabschnitt 16 an
der Kältemitteleinlassseite
nach rechts und strömt
in dem Kältemittelkanal 19 an
der stromabwärtigen
Seite nach unten in den zweiten Bereich 15B des unteren
Behälterabschnitts 15 an
der Kältemitteleinlassseite.
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Als nächstes strömt das Kältemittel aus dem zweiten Bereich 15B durch
den Kältemittelkanal 26 und
in den ersten Bereich 18A des oberen Behälterabschnitts 18 an
der Kältemittelauslassseite.
Das Kältemittel
strömt
aus dem ersten Bereich 18A und in den Kältemittelkanälen 20 an
der stromaufwärtigen Seite
nach unten in den unteren Behälterabschnitt 17 an
der Kältemittelauslassseite.
Das Kältemittel strömt in dem
unteren Behälterabschnitt 17 an
der Kältemittelauslassseite
nach links und strömt
in den Kältemittelkanälen 20 an
der stromaufwärtigen
Seite nach oben in den zweiten Bereich 18B des oberen Behälterabschnitts 18 an
der Kältemittelauslassseite. Schließlich strömt das Kältemittel
aus dem zweiten Bereich 18B und durch das Kältemittelauslassrohr 24 aus
dem Verdampfapparat 10.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind
alle in 1 dargestellten
Bauteile so gestapelt, dass sie miteinander verbunden sind. Die
gestapelte Anordnung wird in einen Lötofen gebracht, während sie
durch eine Setzvorrichtung gehalten wird, und wird auf den Schmelzpunkt
des Lötmaterials
erwärmt.
Auf diese Weise wird das gestapelte Material miteinander verlötet, und
der Zusammenbau des Verdampfapparats 10 wird abgeschlossen.
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Als nächstes wird eine Funktionsweise
des Kältemittelverdampfapparats 10 in
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
beschrieben. Das Gas/Flüssigkeit-Kältemittel
in der Niederdruckseite des Kühlkreislaufs
strömt
gemäß dem oben
beschriebenen Kältemittelweg,
wie in 6 dargestellt.
Die zu klimatisierende Luft bläst
und strömt,
wie durch einen Pfeil A2 in 5 angegeben,
in zwischen den vorstehenden Rippen 14, die von den Außenflächen der
wärmeleitenden
Platten 12 vorstehen, gebildeten Räumen. Das Kältemittel absorbiert eine latente
Wärme aus
der Luft und verdampft, wodurch die Luft gekühlt wird.
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Hierbei ist eine Kältemittelströmungsrichtung in
dem Wärmetauschabschnitt
X an der Kältemitteleinlassseite
die gleiche wie in dem Wärmetauschabschnitt
Y an der Kältemittelauslassseite.
Das heißt, das
Kältemittel
strömt
in beiden Wärmetauschabschnitten
X, Y auf der linken Seite der Trennelemente 27, 28 in 6 nach oben, und das Kältemittel
strömt in
beiden Wärmetauschabschnitten
X, Y auf der rechten Seite der Trennelemente 27, 28 nach
unten.
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Somit ist, selbst wenn das Gas/Flüssigkeit-Kältemittel
in die Kältemittelkanäle 19, 20 in
einem gewissen Maß ungleichmäßig verteilt
wird, die Temperatur der durch den Kernabschnitt 11 strömenden Luft
in dem gesamten Verdampfapparat 10 gleichmäßig gemacht.
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Wie in 3 dargestellt,
sind die Kältemittelkanäle 19, 20 durch
die rechteckförmigen
vorstehenden Rippen 14 des Paares wärmeleitender Platten 12,
deren konkave Oberflächen
einander zugewandt sind, gebildet. Somit windet sich, wie durch
Pfeile B1, B2 in 3 angegeben,
das Kältemittel
in der ebenen Richtung der wärmeleitenden
Platte 12 in den Kältemittelkanälen 19, 20 kompliziert.
Ferner windet sich, wie aus 5 verständlich,
das Kältemittel
in der Stapelrichtung der wärmeleitenden
Platte 12.
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Deshalb strömt das Kältemittel in den Kältemittelkanälen, während es
seine Strömungsrichtung in
drei Richtungen verändert.
Insbesondere macht das Kältemittel
eine turbulente Strömung,
wodurch die Wärmeübertragungsleistung
auf der Kältemittelseite
weiter verbessert wird.
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Die durch den Kernabschnitt 11 strömende Luft
strömt
senkrecht zu der Kältemittelströmungsrichtung
B in dem Kernabschnitt 11. Die rechteckförmigen vorstehenden
Rippen 14 mit Neigungswinkeln θ von 45° bilden Wärmeübertragungsflächen, in
denen die vorstehenden Rippen 14 einander schneiden. Somit
strömt
die Luft entlang dieser Wärmeübertragungsflächen und
wird an einer geradlinigen Strömung
gehindert. Deshalb windet sich, wie durch den Pfeil A1 in 3 angegeben, die Luft kompliziert und
strömt
in der ebenen Richtung der wärmeleitenden
Platte 12. Gleichzeitig windet sich die Luft, wie durch
den Pfeil A2 in 5 angegeben,
und strömt
in der Stapelrichtung der wärmeleitenden
Platte 12.
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Als Ergebnis strömt die Luft in den durch Spalte
zwischen den konvexen Oberflächen
der vorstehenden Rippen 14, die von der Außenfläche der wärmeleitenden
Platten 12 vorstehen, gebildeten Luftkanäle, während sie
ihre Strömungsrichtung
in drei Richtungen verändert.
Insbesondere macht auch die Luft eine turbulente Strömung, wodurch
die Wärmeübertragungsleistung
auf der Luftseite verbessert wird. Hierbei ist der Wärmeübertragungsbereich
auf der Luftseite viel kleiner als derjenige in einem herkömmlichen
Verdampfapparat mit Kühlrippenelementen,
weil der Kernabschnitt 11 nur durch die wärmeleitenden
Platten 12 aufgebaut ist. Da jedoch die Wärmeübertragungsleistung
auf der Luftseite durch die turbulente Luftströmung weiter verbessert ist, kann
die Verkleinerung des Wärmeübertragungsbereichs
auf der Luftseite durch die Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung auf der
Luftseite ausgeglichen werden. Als Ergebnis kann eine gewünschte Kühlleistung
erzielt werden.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel sind,
wie in 7 und 8 dargestellt, die an der
stromaufwärtigen
Seite angeordneten vorstehenden Rippen 14 und die an der
stromabwärtigen
Seite angeordneten vorstehenden Rippen 14 in einander entgegengesetzte
Richtungen geneigt.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel sind,
wie in 9 und 10 dargestellt, die vorstehenden
Rippen 14 in einer Richtung senkrecht zu der Luftströmungsrichtung
A angeordnet. Mit anderen Worten sind die vorstehenden Rippen 14 nicht
bezüglich
der Längsrichtung
der wärmeleitenden
Platte 12 geneigt und sind parallel zu der Längsrichtung (Kältemittelströmungsrichtung
B) angeordnet.
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Hierbei sind die vorstehenden Rippen 14 in dem
dritten Ausführungsbeispiel
gestuft angeordnet. Wie in 10 dargestellt, überlappen
die vorstehenden Rippen 14 des Paares wärmeleitender Platten 12 und
stehen miteinander an ihren Endabschnitten in Verbindung, und die überlappenden
Abschnitte bilden die Kältemittelkanäle 19, 20.
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Somit strömt das Kältemittel in dem dritten Ausführungsbeispiel
in den Kältemittelkanälen 19, 20 in
der Längsrichtung
der wärmeleitenden
Platten 12.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel sind,
wie in 11 und 12 dargestellt, von den in zwei
Reihen in der Luftströmungsrichtung
A angeordneten vorstehenden Rippen 14 die vorstehenden Rippen 14 auf
einer Seite senkrecht zu der Luftströmungsrichtung A angeordnet,
und die vorstehenden Rippen 14 auf der anderen Seite sind
parallel zu der Luftströmungsrichtung
A angeordnet.
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Demgemäß strömt das Kältemittel in dem vierten Ausführungsbeispiel
in den Kältemittelkanälen 19, 20,
während
es die Strömungsrichtung
abwechselnd zwischen der Längs-
und der Querrichtung der wärmeleitenden
Platte 12 verändert.
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(Fünftes Ausführungsbeispiel)
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Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel ist, wie in 13 dargestellt, die Luftströmungsrichtung
A entgegengesetzt zu derjenigen in dem ersten Ausführungsbeispiel.
In dem ersten Ausführungsbeispiel
sind das Kältemitteleinlassrohr 23 und
das Kältemittelauslassrohr 24 unabhängig voneinander
an der linken Endplatte 21 angeschlossen, wie in 1 dargestellt. In dem fünften Ausführungsbeispiel
sind jedoch das Kältemitteleinlassrohr 23 und
das Kältemittelauslassrohr 24 in
einem einzelnen Anschlussblock 30 integriert.
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Ferner ist eine Seitenplatte 31 mit
der linken Endplatte 21 verbunden. Die Seitenplatte 31 und
die Endplatte 21 bilden einen Kältemittelkanal dazwischen.
Dieser Kältemittelkanal
steht mit dem Kältemitteleinlass
und dem -auslass in dem Anschlussblock 30 in Verbindung.
Der Aufbau des Kältemittelkanals
wird in mehr Einzelheiten beschrieben.
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Die Endplatte 21 weist Verbindungslöcher 21a, 21b auf.
Das Verbindungsloch 21a steht mit dem Verbindungsloch 15a in
dem unteren Behälterabschnitt 15 an
der Kältemitteleinlassseite
in Verbindung. Das Verbindungsloch 21b steht mit dem Verbindungsloch 18a in
dem oberen Behälterabschnitt 18 an
der Kältemittelauslassseite
in Verbindung.
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Die Seitenplatte 31 ist
aus einem Aluminiumlötblech
gemacht, das man durch Plattieren eines Aluminiumlötmaterials
(A4000) auf den zwei Oberflächen
eines Aluminiumkernmaterials (A3000) erhält. Die Seitenplatte 31 ist
zum Erhöhen
ihrer Steifigkeit etwa 1,0 mm dick.
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Der Anschlussblock 30 ist
zum Beispiel aus einem blanken Aluminiummaterial (A6000) gemacht, und
das Kältemitteleinlassrohr 23 und
das Kältemittelauslassrohr 24 sind
darin integriert. Der Anschlussblock 30 ist in dem fünften Ausführungsbeispiel
an dem oberen Abschnitt der Seitenplatte 31 angeordnet
und angeschlossen.
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In der Seitenplatte 31 ist
ein erster Vorsprung 31a unter der Stelle, an welcher der
Anschlussblock 30 angeschlossen ist, pressgeformt. Der
erste Vorsprung 31a ist sowohl an seinem unteren als auch seinem
oberen Ende verbunden und ist zwischen beiden Endabschnitten zum
Erhöhen
der Steifheit der Seitenplatte 31 in drei Bereiche aufgeteilt.
Der innere konkave Abschnitt des ersten Vorsprungs 31a bildet
den Kältemittelkanal,
und das obere Ende des Kältemittelkanals
steht mit dem Kältemitteleinlassrohr 23 des
Anschlussblocks 30 in Verbindung. Das untere Ende des Kältemittelkanals
steht mit dem Verbindungsloch 21a der Endplatte 21 in
Verbindung.
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Ferner ist in der Seitenplatte 31 ein
zweiter Vorsprung 31b über
dem Anschlussblock 30 pressgeformt. Der innere konkave
Abschnitt des Vorsprungs 31b bildet den Kältemittelkanal,
und der untere Abschnitt des Kältemittelkanals
lässt das
Kältemittelauslassrohr 24 mit
dem Verbindungsloch 21b der Endplatte 21 in Verbindung
stehen.
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Weil in dem fünften Ausführungsbeispiel das Kältemitteleinlassrohr 23 und
das Kältemittelauslassrohr 24 in
dem einzelnen Anschlussblock 30, integriert sind, ist die
Gestaltung des Anschlusses des Verdampfapparats 10 und
des äußeren Kältemittelrohres
vereinfacht.
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(Sechstes Ausführungsbeispiel)
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In den oben beschriebenen ersten
bis fünften Ausführungsbeispielen
besitzt die wärmeleitende Platte 12 zwei
Behälterabschnitte 15–18 an
ihren jeweiligen beiden Längsenden.
Das heißt,
die wärmeleitende
Platte 12 weist insgesamt vier Behälterabschnitt 15–18 auf.
Die Behälterabschnitte 15–18 besitzen
begrenzte Flächen
für die
Wärmeübertragung zwischen
der Luft und dem Kältemittel.
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Deshalb sind gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel,
wie in 14 bis 17 dargestellt, nur obere
Behälterabschnitte 16, 18 an
den in Längsrichtung
oberen Enden der wärmeleitenden
Platte 12 ausgebildet, und die unteren Behälterabschnitte 15, 17 sind
weggelassen. Dadurch wird die Wärmeübertragungsfläche maximiert,
und der Verdampfapparat kann unter Beibehaltung seiner Kühlleistung
verkleinert werden.
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Das heißt, die vorstehenden Rippen 14 sind in
dem sechsten Ausführungsbeispiel
ebenfalls in der Nähe
des unteren Endes der wärmeleitenden
Platte 12 ausgebildet. Hierbei sind die vorstehenden Rippen 14 an
dem unteren Endbereich der wärmeleitenden
Platte 12 so ausgebildet, dass sie sich von dem Bereich
an der stromaufwärtigen
Luftseite zu dem Bereich an der stromabwärtigen Seite in der Luftströmungsrichtung
A fortlaufend erstrecken. Daher ist zwischen den Kältemittelkanälen 19, 20 ein
Wendeabschnitt D vorgesehen (17).
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Auf diese Weise ist, wie in 15 und 16 dargestellt, der Wendeabschnitt D
in dem unteren Bereich F der wärmeleitenden
Platte 12 gebildet.
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In dem sechsten Ausführungsbeispiel
ist das Kältemitteleinlassrohr 23 mit
der rechten Endplatte 22 verbunden, während das Kältemittelauslassrohr 24 mit.
der linken Endplatte verbunden ist, wie in 14 dargestellt.
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Das Kältemitteleinlassrohr 23 steht
mit dem rechten Ende des oberen Behälterabschnitts 18 an der
stromaufwärtigen
Seite in Verbindung. Das Kältemittelauslassrohr 24 steht
mit dem linken Ende des oberen Behälterabschnitts 18 an
der stromaufwärtigen
Seite in Verbindung. Das heißt,
die rechte Endplatte 22 besitzt ein Verbindungsloch 22c,
um das Kältemitteleinlassrohr 23 mit
dem oberen Behälterabschnitt 18 an
der stromaufwärtigen
Seite in Verbindung stehen zu lassen. Analog besitzt die linke Endplatte 21 ein
Verbindungsloch (nicht dargestellt), um das Kältemittelauslassrohr 24 mit
dem oberen Behälterabschnitt 18 an
der stromaufwärtigen
Seite in Verbindung stehen zu lassen.
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Wie in 17 dargestellt,
ist in dem oberen Behälterabschnitt 18 an
der stromaufwärtigen
Seite in der Mitte ein Trennelement 27 zum Bilden der zwei Kätltemittelkanäle 19, 20 vorgesehen,
welche in der Luftströmungsrichtung
A wenden.
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Wie in 16 dargestellt,
ist der Wendeabschnitt D durch die vorstehenden Rippen 14 gebildet, die
in dem unteren Bereich F der wärmeleitenden Platte 12 ausgebildet
sind. Somit dient der untere Bereich F als Wärmetauschbereich, dessen Wärmeübertragungsleitung
aufgrund der turbulenten Luftströmung
hoch ist.
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(Siebtes Ausführungsbeispiel)
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Gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel sind,
wie in 18 und 19 dargestellt, die vorstehenden
Rippen 14 parallel zu der Längsrichtung der wärmeleitenden
Platte 12 angeordnet und verlaufen geradlinig. Das Paar
Platten 12 ist miteinander an deren flachen Platte 13 verbunden,
und die Innenseite der vorstehenden Rippe 14 und die Innenseite
der flachen Platte 13 bilden einen Kältemittelkanal 40.
Die vorstehenden Rippen 14 des Paares der Platte 12 sind
gestuft angeordnet oder überlappen
nicht und stehen miteinander in Verbindung. Das heißt, wie
in 19 dargestellt, die
vorstehenden Rippen 14 einer wärmeleitenden Platte 12 sind
zwischen den benachbarten vorstehenden Rippen 14 der nächsten wärmeleitenden
Platte 12 angrenzend an diese eine wärmeleitende Platte 12 angeordnet.
Hierbei sind die oberen Außenflächen der
vorstehenden Rippen 14 der einen wärmeleitenden Platte 12 nicht
mit der Außenfläche der
flachen Platte 13 der nächsten
wärmeleitenden
Platte 12 in Kontakt. Mit anderen Worten existiert zwischen
der oberen Außenfläche der
vorstehenden Rippen 14 und der Außenfläche der flachen Platte 13 der
nächsten
wärmeleitenden
Platte 12 ein Raum. Hier kontaktieren die angrenzenden Paare
Platten und sind aneinander nur an den Behälterabschnitten 15–18 verlötet.
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Das Kältemittel strömt in dem
Kältemittelkanal 40 nach
oben oder nach unten, während
sich die Luft zwischen dem angrenzenden Paar Platten 12 windet
und strömt,
wie durch einen Pfeil A2 in 19 angegeben.
Auf diese Weise macht die Luft eine turbulente Strömung, wodurch
die Wärmeübertragungsleistung
auf der Luftseite verbessert wird.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel
sind die vorstehenden Rippen 14 jeder Platte in die entgegengesetzte
Richtung geneigt, um einander zu schneiden. Deshalb wird, wie in 20 dargestellt, Ablaufwasser 41 an
den Schnittstellen der vorstehenden Rippen 14 gespeichert
und lässt
einen Luftströmungswiderstand
vergrößern, wodurch
die Kühlleistung
des Verdampfapparats 10 verkleinert wird. In dem siebten
Ausführungsbeispiel
kontaktieren jedoch die oberen Außenflächen der vorstehenden Rippen 14 die
Außenflächen der
flachen Platte 13 der nächsten
wärmeleitenden
Platte 12 nicht, zwischen den angrenzenden wärmeleitenden
Platten 12 sind keine Berührungsabschnitte gebildet.
Dadurch strömt
das Ablaufwasser 41, wie in 21 dargestellt,
entlang der oberen Außenfläche der
vorstehenden Rippen 14 nach unten und wird nicht in dem Kernabschnitt 11 gespeichert.
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(Achtes Ausführungsbeispiel)
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Gemäß einem achten Ausführungsbeispiel haben,
wie in 22 bis 24 dargestellt, die vorstehenden
Rippen 14 mehrere Kontaktabschnitte 42. Diese
Kontaktabschnitte 42 sind abwechselnd an der stromaufwärtigen und
der stromabwärtigen
Seite der vorstehenden Rippen 14 ausgebildet. Wie in 24 dargestellt, kontaktieren
die Kontaktabschnitte 42 des Paares der wärmeleitenden
Platten 12 einander, wenn das Paar Platten miteinander
verbunden ist. Somit stehen die in den vorstehenden Rippen 14 gebildeten
Kältemittelkanäle 40 miteinander
an den Kontaktpunkten zwischen diesen Kontaktabschnitten 42 in
Verbindung.
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In dem siebten Ausführungsbeispiel
kontaktieren sich die angrenzenden Paare wärmeleitender Platten 12 und
sind aneinander nur an den Behälterabschnitten 15–18 verlötet. In
dem achten Ausführungsbeispiel
kontaktieren sich jedoch die angrenzenden Paare Platten 12 und
sind miteinander nicht nur an den Behälterabschnitten 15–18,
sondern auch an den mehreren Kontaktabschnitten 42 verlötet. Dadurch
wird die Verbindungssteifigkeit des gesamten Verdampfapparats 10 im
Vergleich zu derjenigen in dem siebten Ausführungsbeispiel mehr erhöht.
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(Neuntes Ausführungsbeispiel)
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Gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel sind,
wie in 25 und 26 dargestellt, die Kältemittelkanäle 40 durch
extrudierte Rohre 44 gebildet, die durch Extrudieren von
Plattenmaterialien mit konkaven und konvexen Abschnitten gebildet
sind. Der Verdampfapparat-Kernabschnitt 11 ist durch abwechselndes
Schichten der mehreren extrudierten Rohre 44 und von Abstandhaltern 43 mit
konkaven und konvexen Abschnitten ausgebildet. Das heißt, die
Abstandhalter 43 sind zwischen den angrenzenden extrudierten
Rohren 44 zum Bilden von Luftkanälen
angeordnet, wodurch sich die Luft zwischen den benachbarten extrudierten
Rohren 44 windet und strömt, wie durch einen Pfeil A2
in 26 angedeutet. Hierbei
sind in dem neunten Ausführungsbeispiel vier
Abdeckungen 15–18 an
beiden Enden der extrudierten Rohre 44 zum Bilden von Behälterabschniten 15–18 vorgesehen.
Jede Abdeckung 15–18 erstreckt sich
in der Schichtrichtung der extrudierten Rohre 44 und der
Abstandhalter 43.
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Auf diese Weise macht die Luft eine
turbulente Strömung,
wodurch die Wärmeübertragungsleistung
auf der Luftseite wie in dem siebten Ausführungsbeispiel verbessert wird.
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Ferner strömt das Ablaufwasser 41 wie
in dem siebten Ausführungsbeispiel,
weil die obere Außenfläche der
konvexen Abschnitte des extrudierten Rohres 43 die Außenfläche der
konkaven Abschnitte des nächsten
extrudierten Rohres 43 durch Anordnen des Abstandhalters 43 nicht
kontaktiert, entlang der oberen Außenfläche der konvexen Abschnitte des
extrudierten Rohres 43 geradlinig nach unten und wird nicht
in dem Kernabschnitt 11 gespeichert.
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(Zehntes Ausführungsbeispiel)
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Gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel ist,
wie in 27 dargestellt,
der Verdampfapparat 10 zur Verwendung des Merkmals der
vorliegenden Erfindung, bei der die Kühlrippenelemente auf der Luftseite
nicht vorgesehen werden müssen,
in einer anderen Form als dem rechteckigen Quader ausgebildet.
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Der Kältemittelverdampfapparat 10 und
ein Heizkern 102 sind in einem Klimagehäuse 101 vorgesehen.
Der Verdampfapparat 10 dient als kühlender Wärmetauscher, und der Heizkern 102 dient
als wärmender
Wärmetauscher.
Eine Luftmischfolienklappe 103 stellt ein Mischungsverhältnis einer
durch den Heizkern 102 gelaufenen warmen Luft G und einer
an dem Heizkern 102 vorbeigeströmten kühlen Luft H ein und steuert
die Temperatur einer aus einem Gesichtsluftauslass und einem Enteisungsluftauslass geblasenen
Luft.
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Eine Gebläsemoduswechsel-Folienklappe 107 ändert die
Luftströmung
zwischen der in einem Gesichtsluftauslass 104, einen Enteisungsluftauslass 105 und
einen Fußluftauslass 106.
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Weil in der vorliegenden Erfindung
das Kühlrippenelement
wie beispielsweise eine gewellte Kühlrippe nicht benötigt wird,
kann der Verdampfapparat 10 so geformt sein, dass er entlang
der Innenwand des Klimagehäuses 101 geformt
ist. Somit wird der Innenraum des Klimagehäuses 101 zum Verbessern der
Kühlleistung
des Verdampfapparats 10 effizient genutzt.
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Das obige Merkmal wird unter Bezugnahme auf 27 beschrieben. An der stromaufwärtigen Seite
der Luftmischfolienklappe 103 existiert ein großer Raum.
Zur effizienten Nutzung dieses Raumes ragt der Kernabschnitt 11 des
Verdampfapparats 10 dreieckförmig zu der stromabwärtigen Seite
(der Seite der Luftmischfolienklappe 103) vor. Hierbei
bezeichnet die Bezugsziffer 11' den dreieckigen Vorsprung.
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Wenn der in 28 dargestellte herkömmliche Verdampfapparat 10 eingebaut
wird, ist das Raumvolumen, in dem der Verdampfapparat 10 angeordnet
ist, klein, wie durch eine gestrichelte Linie I in 27 angedeutet. In dem zehnten Ausführungsbeispiel
ist jedoch das Volumen des Verdampfapparat-Kernabschnitts 11 um
den dreieckigen Vorsprung 11' vergrößert, wodurch
die Kühlleistung
des Verdampfapparats 10 verbessert wird.
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(Modifikationen)
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In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
ist der Wärmetauscher
der vorliegenden Erfindung auf den Kältemittelverdampfapparat 10 angewendet,
bei dem das Kältemittel
in den in der wärmeleitenden
Platte 12 gebildeten Kältemittelkanälen (inneren
Fluidkanälen) 19, 20 strömt. Jedoch
ist der Wärmetauscher
nicht auf die Anwendung auf den oben beschriebenen Verdampfapparat 10 beschränkt, und
er kann statt dessen auf andere Wärmetauscher wie beispielsweise
einen Kältemittelkondensator,
einen Fahrzeugölkühler und
dergleichen angewendet werden.