-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampfapparat zum Verdampfen
eines Kältemittels
in einem Kühlkreis,
insbesondere einen für
eine Klimaanlage für
ein Kraftfahrzeug zu benutzenden Verdampfapparat.
-
In
der Technik ist ein Wärmetauscher
bekannt, wie er zum Beispiel in der japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2003-314987 offenbart ist, bei dem ein Kältemittel mit Luft in Wärmeaustausch steht.
Der Wärmetauscher
weist einen Kernabschnitt mit mehreren Rohren und ein Paar an den
Rohren befestigter Behälter
(Verteilerbehälter)
auf, wobei die Rohre und die Behälter
aus separaten Einheiten gemacht sind und beide Endabschnitte der
Rohre in die Behälter
eingesetzt sind, sodass in den Rohren gebildete Kanäle mit dem
Innern der Behälter
in Verbindung stehen.
-
Eine
Breite des Behälters
(eine Breite in einer Luftströmungsrichtung)
muss größer als
eine Breite der Rohre gemacht sein, weil beide Enden der Rohre in
die Behälter
eingesetzt und daran befestigt werden.
-
Ein
Fluidkanalabschnitt ist in den Behältern ausgebildet, und eine
Breite des Fluidkanalabschnitts (in der Luftströmungsrichtung) ist kleiner
als die Breite der Rohre gemacht, um den Verdampfapparat in seiner
Größe kleiner
zu machen.
-
Falls
die mehreren Rohre vertikal verlaufend angeordnet sind, sind die
Behälter
jeweils horizontal an vertikalen Enden des Kernabschnitts (an einem oberen
und einem unteren Ende der Rohre) positioniert.
-
Wenn
ein Kältemittel
in dem Verdampfapparat durch Absorbieren von Wärme von durch Außenflächen der
Rohre des Kernabschnitts strömender Luft
verdampft wird, wird am Kernabschnitt Kondenswasser erzeugt, strömt entlang
der Rohre und erreicht eine Oberseite des unteren Behälters.
-
Bei
dem herkömmlichen
Verdampfapparat kann das Kondenswasser nicht einfach von dem Verdampfapparat
ablaufen, wenn der untere Behälter eine
größere Breite
in der Luftströmungsrichtung
als die Breite der Rohre hat. Und das Kondenswasser bleibt wahrscheinlich
an einem unteren Teil des Kernabschnitts.
-
Es
ist deshalb in Anbetracht der oben genannten Probleme eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, einen Verdampfapparat für eine Klimaanlage
vorzusehen, bei dem Kondenswasser einfach und sicher von dem Verdampfapparat
ablaufen kann, selbst wenn Rohre und Behälter aus separaten Teilen gemacht
sind und die Rohre vertikal verlaufend angeordnet sind.
-
Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung hat ein Verdampfapparat einen
oberen und einen unteren Behälter,
einen Kernabschnitt mit mehreren vertikal verlaufenden Rohren, deren
vertikale Enden jeweils an den Behältern befestigt sind, wobei eine
Breite des unteren Behälters
größer als
eine Breite der Rohre in einer Luftströmungsrichtung (einer Richtung
senkrecht zu einer durch den Kernabschnitt gebildeten Ebene) ist.
Ein Fluidkanalabschnitt ist in dem unteren Behälter ausgebildet, dessen Breite
kleiner als jene der Rohre in der Luftströmungsrichtung ist. Mehrere
Ablaufaussparungen oder Ablauflöcher
sind in dem unteren Behälter
an solchen Abschnitten ausgebildet, an denen die Ablaufaussparungen
oder -löcher
nicht den Fluidkanalabschnitt stören,
wobei durch die Aussparungen oder Löcher gebildete Ablaufkanäle vertikal
hindurch verlaufen.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung hat ein Verdampfapparat
einen oberen und einen unteren Behälter, einen Kernabschnitt mit
zwei Gruppen von mehreren vertikal verlaufenden Rohren, wobei die
mehreren Rohre in jeder Gruppe in einer Linie in beinahe gleichen
Abständen
angeordnet sind und die vertikalen Enden der Rohre jeweils an den
Behältern
befestigt sind. Mehrere Fluidkanalabschnitte sind in dem unteren
Behälter
ausgebildet, sodass Fluidkanäle
der Rohre einer Gruppe jeweils mit Fluidkanälen der Rohre der anderen Gruppe
in Verbindung stehen. Mehrere Ablaufaussparungen oder Ablauflöcher sind
in dem unteren Behälter
an solchen Abschnitten ausgebildet, an denen die Ablaufaussparungen
oder -löcher
nicht die Fluidkanalabschnitte stören, wobei durch die Aussparungen
oder Löcher
gebildete Ablaufkanäle
vertikal hindurch verlaufen.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung sind die Ablaufaussparungen
oder -löcher
in dem unteren Behälter
zwischen den benachbarten Rohren ausgebildet.
-
Obige
sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Dabei zeigen:
-
1 eine
schematische Vorderansicht des Verdampfapparats gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine
Seitenansicht des in 1 dargestellten Verdampfapparats;
-
3 eine
schematische Darstellung eines Kältemittelstroms
in dem in 1 dargestellten Verdampfapparat;
-
4 eine
vergrößerte Querschnittsansicht entlang
einer Linie IV-IV in 1;
-
5 eine
vergrößerte Querschnittsansicht entlang
einer Linie V-V in 4;
-
6 eine
vergrößerte Querschnittsansicht entlang
einer Linie VI-VI in 4;
-
7 eine
vergrößerte Vorderansicht
eines Teils des in 1 dargestellten Verdampfapparats;
-
8A eine
vergrößerte Querschnittsansicht
eines Verdampfapparats gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
entsprechend 6;
-
8B eine
Querschnittsansicht entsprechend 4 des in 8A dargestellten
Verdampfapparats;
-
9A eine
vergrößerte Querschnittsansicht
entsprechend 6 eines Verdampfapparats gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel;
-
9B eine
Querschnittsansicht entsprechend 4 des in 9A dargestellten
Verdampfapparats;
-
10 eine
Querschnittsansicht entsprechend 4 eines
Verdampfapparats gemäß einem vierten
Ausführungsbeispiel;
-
11 eine
vergrößerte Querschnittsansicht entsprechend 5 eines
Verdampfapparats gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel;
-
12 eine
vergrößerte Querschnittsansicht entsprechend 6 des
Verdampfapparats gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel;
-
13 eine
Querschnittsansicht entsprechend 4 eines
Verdampfapparats gemäß einem sechsten
Ausführungsbeispiel;
-
14 eine
vergrößerte Querschnittsansicht entsprechend 5 eines
Verdampfapparats gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel;
-
15 eine
vergrößerte Querschnittsansicht entsprechend 6 des
Verdampfapparats gemäß dem siebten
Ausführungsbeispiel;
-
16 eine
Draufsicht von unten des in 14 und 15 gezeigten
Verdampfapparats;
-
17 eine
schematische Darstellung eines Kältemittelstroms
in dem in 14 und 15 dargestellten
Verdampfapparat; und
-
18-23 jeweils
weitere Modifikationen der vorliegenden Erfindung.
-
(Erstes Ausführungsbeispiel)
-
Die
vorliegende Erfindung wird Bezug nehmend auf in den Zeichnungen
dargestellte Ausführungsbeispiele
erläutert.
-
1 ist
eine Frontansicht eines Verdampfapparats gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, wobei der Verdampfapparat in einem überkritischen
Kühlkreis
benutzt wird, der mit einem Kohlendioxid-Kältemittel betrieben wird. 2 ist
eine Seitenansicht von links. 3 ist eine
schematische Ansicht eines Kältemittelstroms
in einem Verdampfapparat. 4 ist eine
vergrößerte Querschnittsansicht
entlang einer Linie IV-IV in 1, wobei
Rohre teilweise gezeigt sind. 5 ist eine
vergrößerte Querschnittsansicht
entlang einer Linie V-V in 4. 6 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
entlang einer Linie VI-VI
in 4.
-
Der überkritische
Kühlkreis
bedeutet einen Kühlkreis,
in dem ein Druck eines Kältemittels
auf einer Hochdruckseite höher
als ein kritischer Druck wird.
-
Ein
Verdampfapparat 1 ist in einem Einheitengehäuse (nicht
dargestellt) einer Klimaanlage für ein
Kraftfahrzeug vertikal angeordnet, wie durch einen Pfeil angedeutet.
Luft wird von einem Gebläselüfter (nicht
dargestellt) in einer Richtung eines Pfeils in 2 geblasen,
und ein Kältemittel
steht mit der durch den Verdampfapparat 1 strömenden Luft
in Wärmeaustausch.
-
Wie
in 1 dargestellt, weist der Verdampfapparat 1 einen
Kernabschnitt 10 und ein Paar eines oberen und eines unteren
Behälters 20 und 30 auf, wobei
diese Elemente aus einer Legierung auf Aluminiumbasis gemacht sind,
durch Zusammenfügen, Verstemmen,
usw. zusammengebaut sind und miteinander durch Löten integral befestigt sind.
Das Lötmaterial
ist im Voraus an notwendigen Abschnitten dieser Elemente ausgebildet.
-
Der
Kernabschnitt 10 weist mehrere vertikal verlaufende Rohre,
durch welche das Kältemittel strömt, und
mehrere Wellrippen 12 auf, und der Kernabschnitt 10 ist
durch abwechselndes Anordnen der Rohre und der Rippen aufgebaut.
Ein Paar Seitenplatten 13 ist an beiden Seiten des Kernabschnitts 10 durch
Löten an
die äußersten
Rippen 12 befestigt. Die Seitenplatten 13 sind
als Verstärkungselement ausgebildet.
-
Das
Rohr 11 ist aus einem Rohr mit mehreren Fluidkanäle bildenden
Löchern
ausgebildet, und die Rippe 12 ist von dem gewellten Typ
gebildet, wie in den Zeichnungen dargestellt. Die Erfindung sollte jedoch
nicht auf einen solchen Typ des Rohrs mit mehreren Löchern oder
auf die Wellrippen begrenzt sein. Irgendwelche anderen Arten von
Rohren und Rippen, zum Beispiel Rohre mit Innenrippen oder Plattenrippen,
können
alternativ für
den Zweck der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
-
Das
Paar des oberen und des unteren Behälters 20 und 30 ist
an Rohrenden 11a der Rohre 11 befestigt. Die Behälter 20 und 30 verlaufen
in einer Rohrschichtrichtung horizontal.
-
Die
Rohrenden 11a sind an den Behältern 20 und 30 durch
Löten befestigt,
sodass die in den Rohren 11 gebildeten Fluidkanäle mit Innenräumen der Behälter 20 und 30 in
Verbindung stehen, insbesondere mit Fluidkanalabschnitten 41 in
Verbindung stehen, die in den Behältern gebildet sind und in
der Rohrschichtrichtung verlaufen. Die detaillierte Konstruktion
wird später
weiter erläutert.
-
Ein
Paar von Endkappen 21 und 31 ist jeweils durch
Löten an
beiden Längsenden
der Behälter 20 und 30 befestigt,
um die Enden der Fluidkanalabschnitte 41 zu schließen (siehe 2).
-
In
dem Verdampfapparat 1 des ersten Ausführungsbeispiels sind, wie in 2 dargestellt,
zwei Reihen der Rohre 11 in einer Luftströmungsrichtung angeordnet,
d.h. eine Reihe ist an einer stromaufwärtigen Seite angeordnet und
die andere Reihe ist an einer stromabwärtigen Seite angeordnet. Die
Luftströmungsrichtung
ist senkrecht zu einer durch den Kernabschnitt 10 gebildeten
Ebene. Zwei Reihen der Fluidkanalabschnitte 41 sind an
den Behältern 20 und 30 entsprechend
den zwei Reihen der Rohre 11 ausgebildet.
-
Wie
in 1 und 2 dargestellt, ist ein Anschlussblock 7 an
einem oberen und linken Abschnitt ausgebildet, an dem eine Einlassöffnung 8 und
eine Auslassöffnung 9 für das Kältemittel
ausgebildet sind. Die Einlassöffnung 8 steht
mit dem am oberen Behälter 20 und
an der stromabwärtigen
Luftströmungsseite
gebildeten Fluidkanal abschnitt 41 in Verbindung. Die Auslassöffnung 9 steht
mit dem am oberen Behälter 20 und
an der luftstromaufwärtigen Seite
gebildeten Fluidkanalabschnitt in Verbindung.
-
Ein
Trennelement (nicht dargestellt) ist in den jeweiligen Fluidkanalabschnitten 41 des
oberen Behälters 20 an
einem etwa mittleren Abschnitt davon vorgesehen. Demgemäß strömt, wie
in 3 dargestellt, das Kältemittel von der Einlassöffnung 8 in
den Verdampfapparat 1 durch den Fluidkanalabschnitt 41a der
oberen und stromabwärtigen
Seite, einen ersten Kernabschnitt 10a der stromabwärtigen und
linken Seite, den Fluidkanalabschnitt 41b des unteren Behälters 30 der
stromabwärtigen
Seite, einen zweiten Kernabschnitt 10b der stromabwärtigen und
rechten Seite, den Fluidkanalabschnitt 41c des oberen Behälters 20 der
stromabwärtigen
und rechten Seite, den Fluidkanalabschnitt 41d des oberen Behälters 20 der
stromaufwärtigen
und rechten Seite, einen dritten Kernabschnitt 10c der
stromaufwärtigen
und rechten Seite, den Fluidkanalabschnitt 41e des unteren
Behälters 30 der
stromaufwärtigen
Seite, einen vierten Kernabschnitt 10d der stromaufwärtigen und
linken Seite, den Fluidkanalabschnitt 41f des oberen Behälters 20 der
stromaufwärtigen
und linken Seite und zu der Auslassöffnung 9.
-
Obwohl
in den Zeichnungen nicht dargestellt, stehen die Fluidkanalabschnitte 41c und 41d miteinander
durch irgendeine geeignete Einrichtung, wie beispielsweise ein Rohr,
in Verbindung.
-
Wie
in 5 dargestellt, ist eine Außenform des unteren Behälters 30 größer als
eine Breite des Rohrs 11 in der Luftströmungsrichtung (einer Richtung
senkrecht zu der durch den Kernabschnitt 10 gebildeten
Ebene) gemacht. Die Rohrenden 11a sind vertikal in den
unteren Behälter 30 eingesetzt
und daran befestigt.
-
Der
untere Behälter 30 ist
aus einem Behälterelement 40 und
einer Behälterplatte 50 ausgebildet.
Vorstehende Abschnitte sind an dem Behälterelement 40 ausgebildet,
um die Fluidkanalabschnitte 41 zu bilden. Eine Breite „W1" des Fluidkanalabschnitts 41 ist
kleiner als eine Breite „W2" des Rohrs 11 gemacht.
-
Die
Behälterplatte 50,
die ein oberer Teil des unteren Behälters 30 ist, hat
rundhaubenförmige
verlängerte
Abschnitte 51, die in Abständen gleich dem Abstand der
geschichteten Rohre 11 in Längsrichtung ausgebildet sind,
wobei die Rohrenden 11a an den verlängerten Abschnitten 51 befestigt
sind. Der Innenraum der verlängerten
Abschnitte 51 bildet einen Fluidströmungsraum 52 zur Verbindung
der Fluidkanalabschnitte 41 mit den in den Rohren 11 gebildeten
Fluidkanälen.
Die Rohre 11 haben eine größere Breite (W2) als jene (W1)
der Fluidkanalabschnitte 41.
-
Die
Fluidströmungsräume 52 sind
an solchen Abschnitten ausgebildet, die jeweils den Rohrenden 11a gegenüber liegen,
aber sind nicht an solchen Abschnitten zwischen den angrenzenden
Rohren 11 ausgebildet. 6 ist eine
Querschnittsansicht entlang einer Linie VI-VI von 4,
und es sind, wie aus 6 ersichtlich, keine Fluidströmungsräume 52 an
diesem Abschnitt ausgebildet.
-
Die
Rohrenden 11a ragen in die Fluidströmungsräume 52. Eine Länge des
vorstehenden Abschnitts ist kleiner als eine Höhe des durch die verlängerten
Abschnitte 51 gebildeten Fluidströmungsraums 52 gemacht,
sodass ein ausreichender Strömungskanal
für das
Kältemittel
in dem Fluidströmungsraum 52 sichergestellt
ist. Eine Erhöhung
des Druckverlusts für
das durch den unteren Behälter 30 strömende Kältemittel
wird unterdrückt.
-
Wie
weiter in 4 und 6 gezeigt,
sind mehrere Ablaufaussparungen 60 an einer vorderen (stromaufwärtigen)
Seite und einer hinteren (stromabwärtigen) Seite des Behälters ausgebildet.
Jeder der durch die Ablaufaussparungen 60 gebildeten Räume (Ablaufkanäle) verläuft vertikal
hindurch.
-
Die
Ablaufaussparungen 60 sind in den Abständen gleich dem Abstand der
geschichteten Rohre 11 ausgebildet und an solchen Abschnitten
zwischen in Längsrichtung
benachbarten Rohren 11 angeordnet. Die Aussparungen 60 sind
von den in dem unteren Behälter 30 gebildeten
Fluidströmungsräumen 52 getrennt.
Ferner sind die Ablaufaussparungen 60 zwischen den in Längsrichtung
benachbarten Rohren 11 an solchen Abschnitten angeordnet,
oder mit anderen Worten sind die Ablaufaussparungen 60 in
solche Abschnitte geschnitten, an denen die durch die Aussparungen
gebildeten vertikalen Räume
in der vertikalen Blickrichtung nicht mit den Fluidkanalabschnitten 41 überlappen
(stören).
Das heißt,
die Ablaufaussparungen 60 sind so angeordnet, dass sie von
den Fluidkanalabschnitten 41 und den Fluidströmungsräumen 52 getrennt,
aber in solche zwischen die benachbarten Rohre 11 gesetzten
Abschnitte eingebrochen sind.
-
Außenflächen 53 der
verlängerten
Abschnitte 51, die den Ablaufaussparungen 60 zugewandt sind,
sind mit schrägen
Ebenen ausgebildet, die von dem Befestigungsabschnitt zwischen dem
Rohr 11 und der Behälterplatte 50 zu
den Ablaufaussparungen 60 hinuntergehen.
-
Mehrere
gekerbte Abschnitte 42 sind analog an einer vorderen (stromaufwärtigen)
Seite und einer hinteren (stromabwärtigen) Seite des Behälterelements 40 ausgebildet,
sodass die Form der gekerbten Abschnitte 42 der Form der
Ablaufaussparungen 60 entspricht. Mehrere Klauenabschnitte 54 sind
an solchen Abschnitten der Behälterplatte 50 ausgebildet,
an denen die Klauenabschnitte 54 den gekerbten Abschnitten 42 gegenüber liegen,
sodass die Klauenabschnitte 54 (durch ein Verstemmungsverfahren) nach
unten gebogen werden können.
Das Behälterelement 40 und
die Behälterplatte 50 werden
so zusammengebaut.
-
In
den oben erläuterten
Zeichnungen sind die Wellrippen 12 nur teilweise in 1 gezeigt,
und die Rippen 12 sind in 4 bis 6 weggelassen.
-
Eine
Funktionsweise des Verdampfapparats 1 wird erläutert.
-
Die
Einlassöffnung 8 des
in 2 dargestellten Verdampfapparats 1 ist
mit einer Druckverminderungsvorrichtung (nicht dargestellt) des
Kühlkreises verbunden,
während
die Auslassöffnung 9 mit
einer Ansaugöffnung
eines Kompressors (nicht dargestellt) verbunden ist.
-
Ein
Gasphasen- und Flüssigphasen-Kältemittel
niedriger Temperatur und niedrigen Drucks, das durch die Druckverminderungsvorrichtung
im Druck vermindert worden ist, strömt durch die Einlassöffnung 8 in
den Verdampfapparat 1. Das Kältemittel wird durch Absorbieren
von Wärme
aus der durch den Kernabschnitt 10 strömenden Luft verdampft, und
ein Gasphasen-Kältemittel
wird in den Kompressor gesaugt.
-
Die
durch den Verdampfapparat strömende Luft
wird an Außenflächen des
Kernabschnitts 10 abgekühlt,
und in der Luft enthaltener Dampf wird kondensiert, um zu Kondenswasser
zu werden. Das Kondenswasser strömt
entlang der Rohre 11 des Kernabschnitts 11 nach
unten und erreicht eine Oberseite des unteren Behälters 30.
-
Das
meiste des die Oberseite des unteren Behälters 30 erreichenden
Kondenswassers strömt entlang
der schrägen
Ebenen 53 der verlängerten Abschnitte 51 und
wird zu den Ablaufaussparungen 60 geleitet. Das Kondenswasser
wird durch die Aussparungen 60 nach unten zu einem in dem
Einheitengehäuse
der Klimaanlage vorgesehenen Ablaufrohr (nicht dargestellt) abgeleitet
und schließlich
aus dem Fahrzeug abgeleitet.
-
Gemäß dem oben
beschriebenen Verdampfapparat sind die Ablaufaussparungen 60 in
dem unteren Behälter 30 in
einer solchen Weise ausgebildet, dass die Ablaufaussparungen 60 nicht
die Fluidkanalabschnitte 41 und die Fluidströmungsräume 52 stören, die
im Innern des unteren Behälters 30 ausgebildet
sind. Das am Kernabschnitt 10 erzeugte Kondenswasser wird
durch die Ablaufaussparungen 60 abgeleitet. Eine Ablaufleistung
kann im Vergleich zu einem solchen Verdampfapparat ohne solche Ablaufaussparungen
verbessert werden.
-
Die
Ablaufaussparungen 60 sind in dem Verdampfapparat des obigen
Ausführungsbeispiels
so ausgebildet, dass sie vertikal hindurch verlaufen. Andererseits
ist im Vergleich zu einem solchen herkömmlichen Verdampfapparat, in
dem Ablaufführungsnuten
mit schrägen
Ebenen (anstelle von Aussparungen wie bei der vorliegenden Erfindung)
angrenzend an die Oberseiten des unteren Behälters ausgebildet sind, die
Ablaufleistung der vorliegenden Erfindung viel mehr verbessert.
-
Falls
das Kondenswasser um die Oberseitenabschnitte des unteren Behälters 30 oder
an einem unteren Teil des Kernabschnitts 10 verbleibt,
ist als Reaktion auf eine Vergrößerung der
Dicke des Wasserfilms eine effektive Wärmeübertragungsfläche reduziert
und ein thermischer Widerstand vergrößert. Als Ergebnis kann eine
Wärmetauschleistung des
Verdampfapparats 1 negativ beeinflusst werden.
-
Gemäß der oben
beschriebenen vorliegenden Erfindung wird jedoch der Abfall der
Wärmetauschleistung
verhindert, da die Ablaufleistung von den Oberseitenabschnitten
des unteren Behälters 30 verbessert
ist.
-
Außerdem kann
gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Wasserflug durch die blasende Luft (Wasserflug in
die Fahrgastzelle des Fahrzeugs) verhindert werden, weil das Rückhalten
des Kondenswassers am Verdampfapparat unterdrückt wird.
-
Selbst
in dem Fall, dass ein Temperatursensor an einer stromabwärtigen Seite
des Verdampfapparats 1 und angrenzend an den unteren Teil
des Kernabschnitts 10 zum Messen der Temperatur der in
die Fahrgastzelle zu blasenden Luft vorgesehen ist, kann eine genaue
Messung der Temperatur erzielt und ein Frost am Verdampfapparat 1 durch
eine fehlerhafte Temperaturerfassung vermieden werden, da das Rückhalten
des Kondenswassers am Verdampfapparat unterdrückt wird.
-
Die
Ablaufaussparungen 60 sind in dem unteren Behälter 30 in
einer solchen Weise ausgebildet, dass sie den unteren Behälter 30 an
solchen Abschnitten durchdringen, an denen die Aussparungen 60 nicht
mit den Fluidkanalabschnitten 41 und den Fluidströmungsräumen 52 in
der vertikalen Richtung überlappen.
Die Rohre 11 sind an den verlängerten Abschnitten 51 der
Behälterplatte 50 befestigt.
Gemäß den obigen
Konstruktionen kann das entlang der Rohre 11 nach unten
fließende
Kondenswasser durch die schrägen
Flächen 53 zu
den Ablaufaussparungen 60 geleitet werden.
-
Im
Vergleich zu einem solchen Verdampfapparat ohne schräge Flächen 53 kann
das Kondenswasser in der vorliegenden Erfindung (mit den schrägen Flächen 53)
effektiver abgeleitet werden, da eine Tropfenergie des entlang der
Rohre nach unten fließenden
Kondenswassers durch die schrägen
Flächen 53 nicht
stark vermindert wird.
-
Selbst
wenn der Wasserfilm des Kondenswassers auf den Oberflächen der
Aussparungen 60 gebildet wird, wird der Wasserfilm durch
die Tropfenergie des entlang der Rohre 11 nach unten strömenden Kondenswassers
aufgebrochen, und diese Wasser können
zusammen ablaufen. Wie oben erläutert, kann
das Kondenswasser durch die Ablaufaussparungen 60 und die
schrägen
Flächen 53 sicher
abgeleitet werden.
-
Gemäß den Versuchsergebnissen
der Erfinder ist eine in 6 gezeigte Länge (eine Tiefe einer Aussparung) „L" bevorzugt größer als
2,0 mm, wobei die Länge
(Tiefe) „L" ein Abstand von
einem Ende des Rohrs 11 in der Luftströmungsrichtung zu einem inneren
Ende der Ablaufaussparung 60 ist. Eine Höhe „H1" des verlängerten
Abschnitts 51 ist, wie in 6 dargestellt,
bevorzugt größer als
1,0 mm, sodass die schräge
Fläche 53 einfach
gebildet werden kann.
-
Eine
Dicke der die verlängerten
Abschnitte 51 bildenden Behälterplatte 50 ist
bevorzugt größer als
0,5 mm. Die verlängerten
Abschnitte 51 werden durch einen Stanzprozess oder dergleichen
gebildet, und die Dicke der verlängerten
Abschnitte 51 ist wahrscheinlich dünner als die ursprüngliche
Dicke der anderen Abschnitte. Wenn Kohlendioxid als Kältemittel
verwendet wird, liegt der Kältemitteldruck
auf einer Niederdruckseite allgemein zwischen 3,5 und 4,5 MPa. Wenn
die Dicke der verlängerten
Abschnitte 51 größer als
0,5 mm gemacht wird, kann der Verdampfapparat mit solchen verlängerten
Abschnitten ausreichend einem solch hohen Druck widerstehen.
-
Ein
in 7 gezeigter Abstand „H2" ist bevorzugt kleiner als 5,0 mm, wobei
der Abstand „H2" ein Abstand von
der Oberseite der verlängerten
Abschnitte 51 zu einem unteren Ende der Wellrippen 12 ist.
-
Falls
der Abstand „H2" größer als
5,0 mm gemacht ist, wird, um das Rückhalten des Kondenswassers
auf den Oberseitenabschnitt des Behälters 30 zu unterdrücken, eine
Menge der durch solche Abschnitte des Verdampfapparats 1,
an denen die Wellrippen 12 nicht zwischen den benachbarten
Rohren 11 existieren, strömenden Luft vergrößert. Und
dadurch wird die Wärmetauschleistung
verringert.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann das Kondenswasser, selbst wenn der Abstand „H2" kleiner als 5,0
mm gemacht ist, effektiv abgeleitet werden, sodass die Wärmetauschleistung
verbessert werden kann.
-
Die
in der Behälterplatte 50 ausgebildeten Klauenabschnitte 54 werden
in den in dem Behälterelement 40 ausgebildeten
gekerbten Abschnitten 42 nach unten gebogen, sodass die
Ablaufaussparungen 60 einfach geformt werden. Ferner wird,
da die Klauenabschnitte 54 nach unten gebogen sind, der Strom
des Kondenswassers auf den Oberseiten nicht negativ beeinflusst.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein in 7 gezeigter Rippenabstand „FP" der Wellrippen 12 bevorzugt
kleiner als 4,0 mm, ein Abstand zwischen den benachbarten Rohren 11 (d.h.
eine Höhe „FH" der Wellrippen 12)
ist bevorzugt kleiner als 10,0 mm, und eine Breite „D" des Kernabschnitts 10 (gezeigt
in 4) ist bevorzugt kleiner als 65,0 mm.
-
Falls
ein Verdampfapparat irgendeines der obigen Maße („FP", „FH" und „D") erfüllt, aber
die Ablaufaussparungen nicht in dem Verdampfapparat ausgebildet
sind, bleibt das Kondenswasser wahrscheinlich an dem unteren Teil
des Kernabschnitts 10 stehen und die Dicke des Wasserfilms
wird wahrscheinlich größer.
-
Mit
anderen Worten kann, wenn der Verdampfapparat wenigstens eines der
obigen Maße („FP", „FH" und „D") erfüllt und
die Ablaufaussparungen in dem Verdampfapparat ausgebildet sind,
eine hohe Ablaufleistung erzielt werden.
-
(Zweites Ausführungsbeispiel)
-
Ein
zweites Ausführungsbeispiel
wird Bezug nehmend auf 8A und 8B erläutert, die 6 bzw. 4 entsprechen.
-
Wie
aus 8A und 8B offensichtlich, unterscheidet
sich das zweite Ausführungsbeispiel von
dem ersten Ausführungsbeispiel
in der Form der Ablaufeinrichtung.
-
Gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel sind
mehrere Ablauflöcher 61 in
dem unteren Behälter 30 in
einer solchen Weise ausgebildet, dass die Ablauflöcher 61 vertikal
durch das Behälterelement 40 und
die Behälterplatte 50 verlaufen,
ohne die Fluidkanalabschnitte 41 und die Fluidströmungsräume 52 zu
stören.
-
In
der gleichen Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel sind die gekerbten
Abschnitte 42 in dem Behälterelement 40 ausgebildet
und die in der Behälterplatte 50 ausgebildeten
Klauen 54 sind nach unten gebogen, um das Behälterelement 40 fest
an der Behälterplatte 50 zu
befestigen.
-
Mit
einer solchen Anordnung des zweiten Ausführungsbeispiels kann das Kondenswasser
sicher von den Oberseitenabschnitten des unteren Behälters 30 durch
die Ablauflöcher 61 abgeleitet
werden.
-
(Drittes Ausführungsbeispiel)
-
Ein
drittes Ausführungsbeispiel
wird Bezug nehmend auf 9A und 9B erläutert, die 6 bzw. 4 entsprechen.
-
Wie
aus 9A und 9B offensichtlich, unterscheidet
sich das dritte Ausführungsbeispiel von
dem ersten Ausführungsbeispiel
in den gekerbten Abschnitten und den Klauenabschnitten.
-
Gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel sind
mehrere gekerbte Abschnitte 55 in der Behälterplatte 50 ausgebildet
und mehrere Klauenabschnitte 43 in dem Behälterelement 40 ausgebildet,
wobei die Klauenabschnitte 43 nach oben gebogen sind, um das
Behälterelement 40 und
die Behälterplatte 50 fest
aneinander zu befestigen, sodass die Ablaufaussparungen 60 analog
zwischen den benachbarten Rohren 11 gebildet sind.
-
Das
zu den Oberseitenabschnitten des unteren Behälters 30 herunter
fließende
Kondenswasser fließt
durch Räume 60a zwischen
den vorderen Enden 43a der Klauenabschnitte 43 und
den Außenseitenflächen der
Rohre 11 zu den Ablaufaussparungen 60. Demgemäß kann mit
einer solchen Anordnung des dritten Ausführungsbeispiels das Kondenswasser
sicher von den Oberseitenabschnitten des unteren Behälters 30 durch
die Ablaufaussparungen 60 abgeleitet werden.
-
(Viertes Ausführungsbeispiel)
-
Ein
viertes Ausführungsbeispiel
wird unter Bezugnahme auf 10 erläutert, welche 4 entspricht.
-
Wie
aus 10 offensichtlich, unterscheidet sich das vierte
Ausführungsbeispiel
von dem ersten Ausführungsbeispiel
in der Form der Ablaufaussparungen. Eine Länge der Ablaufaussparungen 160 in der
Luftströmungsrichtung
ist kleiner gemacht als beim ersten Ausführungsbeispiel, sodass kein
Abschnitt der Ablaufaussparung 60 in zwischen den benachbarten
Rohren 11 gebildete Bereiche ragt.
-
Mit
einer solchen Anordnung des vierten Ausführungsbeispiels kann ein ähnlicher
Effekt für die
Ablaufleistung erzielt werden.
-
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
-
Ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
wird Bezug nehmend auf 11 und 12 erläutert, welche 5 bzw. 6 entsprechen.
-
Wie
aus 11 und 12 offensichtlich, unterscheidet
sich das fünfte
Ausführungsbeispiel von
dem ersten Ausführungsbeispiel
in der Form des unteren Behälters 30,
insbesondere der Form des Behälterelements 40 und
der Behälterplatte 50.
-
Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel sind
die Fluidkanalabschnitte 41 sowie die Fluidströmungsräume 45 durch
das Behälterelement 40 gebildet.
Das Behälterelement 40 ist
mit rundhaubenförmigen
und nach unten verlängerten
Abschnitten 44 ausgebildet, die in Längsrichtung in Abständen gleich dem
Abstand der geschichteten Rohre 11 ausgebildet sind, wobei
die Rohrenden an der flachen Behälterplatte 50 befestigt
sind. Der Innenraum der verlängerten
Abschnitte 44 bildet die Fluidströmungsräume 45 zur Verbindung
der Fluidkanalabschnitte 41 mit in den Rohren 11 gebildeten
Kanälen,
welche eine größere Breite
als jene der Fluidkanalabschnitte 41 haben.
-
Wie
in 12 dargestellt, sind die Ablaufaussparungen 60 an
solchen Abschnitten ausgebildet, dass sie von den Fluidströmungsräumen 45 und den
Fluidkanalabschnitten 41 getrennt sind.
-
Obwohl
die den schrägen
Flächen 53 des ersten
Ausführungsbeispiels
entsprechenden schrägen
Flächen
im fünften
Ausführungsbeispiel
nicht ausgebildet sind, kann das Kondenswasser sicher von den Oberseitenabschnitten
des unteren Behälters 30 durch
die Ablaufaussparung 60 abgeleitet werden.
-
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
-
Ein
sechstes Ausführungsbeispiel
wird Bezug nehmend auf 13 erläutert, welche 4 entspricht.
-
Wie
aus 13 offensichtlich, unterscheidet sich das sechste
Ausführungsbeispiel
von dem ersten Ausführungsbeispiel
in der Form des unteren Behälters 30.
Insbesondere sind Ablauflöcher 62 zusätzlich in
dem unteren Behälter 30 ausgebildet.
-
Die
Ablauflöcher 62 sind
an solchen Abschnitten zwischen zwei Reihen der Rohre 11 (zwischen
einer ersten (stromaufwärtigen)
Reihe geschichteter Rohre und einer zweiten (stromabwärtigen)
Reihe geschichteter Rohre) ausgebildet, an denen die Ablauflöcher nicht
die Fluidkanalabschnitte 41 und die Fluidströmungsräume 52 stören. Jedes Ende
der Ablauflöcher 62 verläuft in der
Luftströmungsrichtung
teilweise in jene Bereiche, die durch die benachbarten Rohre 11 abgedeckt
sind.
-
Gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel kann
das Kondenswasser durch die Ablaufaussparungen 60 und die
Ablauflöcher 62 abgeleitet
werden, und die Ablaufleistung wird weiter verbessert.
-
(Siebtes Ausführungsbeispiel)
-
Ein
siebtes Ausführungsbeispiel
wird unter Bezugnahme auf 14 bis 17 erläutert, wobei 14 und 15 5 bzw. 6 entsprechen.
-
Wie
aus 14 bis 17 offensichtlich, unterscheidet
sich das siebte Ausführungsbeispiel von
dem ersten oder dem sechsten Ausführungsbeispiel in der Form
des unteren Behälters.
-
Im
ersten Ausführungsbeispiel
sind jeweils zwei Fluidkanalabschnitte 41 in dem unteren
Behälter 30 entsprechend
den zwei Reihen der geschichteten Rohre 11 ausgebildet,
und die mehreren Fluidströmungsräume 52 sind
für die
jeweiligen Reihen der Rohre 11 ausgebildet. Gemäß dem siebten
Ausführungsbeispiel
sind jedoch Fluidströmungsräume 145 in
dem unteren Behälter 130 jeweils
zur Verbindung der Rohre 11 der ersten Reihe mit den Rohren 11 der
zweiten Reihe ausgebildet.
-
Das
Behälterelement 40 ist
mit rundhaubenförmigen
und nach unten verlängerten
Abschnitten 144 ausgebildet, die in Abständen gleich
dem Abstand der geschichteten Rohre 11 in Längsrichtung angeordnet
sind, wobei die Rohrenden an der flachen Behälterplatte 50 befestigt
sind.
-
Der
Innenraum der jeweiligen verlängerten Abschnitte 144 bildet
den Fluidströmungsraum 145 zur
Verbindung des in dem Rohr 11 der ersten (stromaufwärtigen)
Reihe gebildeten Fluidkanals mit dem in dem anderen Rohr 11 der
zweiten (stromabwärtigen)
Reihe gebildeten Fluidkanal.
-
Obwohl
in den Zeichnungen nicht dargestellt, sind die Trennelemente in
dem oberen Behälter 20 nicht
vorgesehen. Das Kältemittel
strömt
von der Einlassöffnung 8 zu
dem Verdampfapparat 1 und strömt aus der Auslassöffnung 9.
Insbesondere strömt
das Kältemittel,
wie in 17 dargestellt, von einem der
Fluidkanalabschnitte 41g des oberen Behälters 20 durch die
jeweiligen Rohre 11 der stromabwärtigen Seite des Verdampfapparats
zu den jeweiligen Fluidströmungsräumen 145 nach
unten, dann strömt
das Kältemittel
durch die jeweiligen Rohre 11 der stromaufwärtigen Seite
des Verdampfapparats zu dem anderen Fluidkanalabschnitt 41h des
oberen Behälters 20 nach
oben, und strömt
schließlich
aus der Auslassöffnung 9 aus.
-
Wie
in 16 dargestellt, sind die Ablaufaussparungen 60 und
die Ablauflöcher 62 an
solchen Abschnitten ausgebildet, an denen diese Aussparungen und
Löcher
nicht die Fluidströmungsräume 145 stören.
-
Gemäß dem obigen
siebten Ausführungsbeispiel
kann das Kondenswasser durch die Ablaufaussparungen 60 und
die Ablauflöcher 62 in
der gleichen Weise wie beim sechsten Ausführungsbeispiel abgeleitet werden,
und die Ablaufleistung ist weiter verbessert.
-
Außerdem sind
die Fluidkanalabschnitte entsprechend den Fluidkanalabschnitten 41 des
ersten Ausführungsbeispiels,
welche sich sonst in Längsrichtung
in dem unteren Behälter 130 erstrecken
würden,
im siebten Ausführungsbeispiel
nicht ausgebildet. Demgemäß kann man
größere Räume für die Ablaufaussparungen 60 und
die Ablauflöcher 62 erhalten.
-
(Weitere Ausführungsbeispiele)
-
Die
vorliegende Erfindung sollte nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele
beschränkt
sein. Irgendwelche weiteren Modifikationen können möglich sein.
-
18 zeigt
eine Modifikation, bei welcher die Rohre 11 in einer Reihe
angeordnet sind.
-
19 zeigt
eine weitere Modifikation, in welcher die Ablauflöcher 62 in
H-förmige
Löcher
ausgebildet sind.
-
20 zeigt
eine weitere Modifikation, bei welcher eine Zwischenplatte 50a zwischen
das Behälterelement 40 und
die Behälterplatte 50 gesetzt ist.
-
21 zeigt
eine weitere Modifikation, bei welcher die Klauenabschnitte entsprechend
den Klauenabschnitten 54 des in 6 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiels
weggelassen sind, wobei das Behälterelement 40 und
die Behälterplatte 50 aneinander
durch Löten
oder irgendwelche anderen Verfahren befestigt sind.
-
Die
Ablaufaussparungen und Ablauflöcher müssen nicht
in einer streng vertikalen Richtung ausgebildet und können geneigt
sein.
-
Es
ist bereits in Zusammenhang mit 7 erläutert, dass
der Abstand „H2" bevorzugt kleiner
als 5,0 mm ist. Falls jedoch der Abstand „H2" selbst in dem obigen Maß relativ
groß ist,
zum Beispiel zwischen 3,0 bis 5,0 mm, ist es bevorzugt, an einer stromaufwärtigen (oder
einer stromabwärtigen)
Seite des Kernabschnitts eine Windschutzplatte vorzusehen, sodass
der durch die Räume
zwischen der Oberseite des unteren Behälters 30 und den unteren Enden
der Wellrippen 12 strömende
Luftstrom unterdrückt
wird. Mit einer solchen Anordnung kann die Wärmetauschleistung weiter verbessert
werden.
-
Zum
Beispiel zeigt 22 eine Modifikation, bei welcher
eine Windschutzwand 70 an der stromabwärtigen Seite des Verdampfapparats
vorgesehen ist, wobei ein Teil des Einheitengehäuses zum Stützen des Verdampfapparats verlängert ist,
um die Wand 70 zu bilden, und die Höhe der Wand 70 ist
beinahe gleich dem Abstand „H2" (was der Abstand
zwischen der Oberseite des unteren Behälters 30 und den unteren
Enden der Wellrippen 12 ist) gemacht.
-
23 zeigt
eine weitere Modifikation des in 14 dargestellten
siebten Ausführungsbeispiels. Bei
dieser Modifikation ist die Behälterplatte 50 mit
einem nach oben verlängerten
Abschnitt 151 ausgebildet, und die Fluidkanalabschnitte 145 sind
durch die verlängerten
Abschnitte 144 und 151 gebildet.
-
In
den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
und Modifikationen sind die Ablaufaussparungen und -löcher in
dem unteren Behälter
ausgebildet. Jedoch können ähnliche
oder identische Konstruktionen der Aussparungen und Löcher auch
in dem oberen Behälter
ausgebildet sein, sodass Teile zum Bilden des oberen und des unteren
Behälters gemeinsam
vorbereitet werden können.
-
In
den obigen Ausführungsbeispielen
der Modifikationen sind die Ablaufaussparungen und -löcher in
dem unteren Behälter
an seiner stromaufwärtigen
Seite, seiner stromabwärtigen
Seite und/oder einem mittleren Abschnitt zwischen den zwei Reihen der
geschichteten Rohre ausgebildet. Diese Ablaufaussparungen und/oder
-löcher
können
jedoch auch an irgendwelchen anderen Abschnitten ausgebildet sein,
an denen die Aussparungen und -löcher
nicht die Fluidkanalabschnitte und die Fluidströmungsräume stören und an denen das Kondenswasser
einfach von dem Verdampfapparat abgeleitet werden kann.
-
Die
vorliegende Erfindung ist außerdem nicht
auf jene Verdampfapparate mit den Kältemittelströmen begrenzt,
wie sie in 3 und 17 gezeigt
sind. Die vorliegende Erfindung kann bevorzugt auf die Verdampfapparate
angewendet werden, die aus den Rohren und Behältern aufgebaut sind, wobei die
Rohre und die Behälter
separate Teile sind.
-
Das
für den
Verdampfapparat der vorliegenden Erfindung zu verwendende Kältemittel
soll nicht auf das Kohlendioxid beschränkt sein. Wie bereits beschrieben,
ist jedoch der Kältemitteldruck
des überkritischen
Kühlkreises
mit dem Kohlendioxid viel höher
als jener des Kühlkreises
mit Freon. Falls die Rohre und Behälter aus den verschiedenen
Teilen gebildet sind, kann eine höhere Konstruktionsflexibilität, einschließlich der
Konstruktion der Plattendicke, gewährleistet werden. Demgemäß kann die
vorliegende Erfindung in Anbetracht einer Gewichtseinsparung und
Kosteneinsparung bevorzugt auf die Verdampfapparate für den überkritischen
Kühlkreis, bei
dem die Verdampfapparate aus den verschiedenen Teilen gebildet sind,
angewendet werden.