DE102006018681A1

DE102006018681A1 - Wärmetauscher für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102006018681A1
Application number: DE102006018681A
Authority: DE
Inventors: Erik L. Berkley Lundberg
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2006-10-26
Also published as: CN1851362A; US20060236718A1; US7275394B2

Abstract

Es wird für ein Fahrzeug ein Wärmetauscher bereitgestellt, der ein oberes und ein unteres Hauptrohr und einen sich zwischen beiden Hauptrohren erstreckenden Wärmetauscherblock umfasst. Das obere Hauptrohr enthält eine Verteilerplatte, die sich entlang der Längsachse des oberen Hauptrohrs erstreckt, sodass das obere Hauptrohr in eine erste und eine zweite Kammer getrennt wird. Die Verteilerplatte enthält mindestens eine Öffnung, sodass eine wirksame Verteilung der Flüssigkeit zwischen den jeweiligen Kammern ermöglicht wird. Eine Art der wirksamen Verteilung bewirkt die allgemein gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auf jedes der Vielzahl von Strömungsrohren.

Description

Hintergrund
Fachgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere bezieht sie sich auf einen Wärmetauscher, wie z. B. einen Verdampfer, mit einer Verteilerplatte zur Verbesserung der Strömung des Kältemittels durch die Wärmetauscherströmungsrohre.

Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge haben typischerweise einen Kältemittelkreislauf der das Kältemittel umwälzt, um die Temperatur innerhalb des Fahrgastinnenraums des Kraftfahrzeugs zu steuern. Im Kältemittelkreislauf strömt das Kältemittel in einen Verdichter hinein, sodass ein Anstieg sowohl des Drucks als auch der Temperatur des Fluids bewirkt wird. Das den Verdichter in einem gasförmigen Phasenzustand verlassende Kältemittel wird danach durch einen Kondensator in eine Niedertemperaturflüssigphase kondensiert. Anschließend strömt das Kältemittel durch ein Expansionsventil, das ein Ausdehnen des Kältemittels in ein Niederdruck/Niedertemperatur-Gemisch aus Gas und Flüssigkeit bewirkt. Dann strömt das Gemisch aus Gas und Flüssigkeit in den Verdampfer und kühlt den Fahrgastinnenraum auf eine gewünschte Temperatur.

Genauer gesagt strömt das Kältemittel, nachdem es in den Verdampfer eingetreten ist, durch eine Reihe von dünnen Wärmeübertragungsrohren, die sich durch den Verdampfer erstrecken. Die Rohre werden einem Zustrom warmer Umgebungsluft ausgesetzt, die über die Reihe von Rohren strömt und die Wärme aus ihnen absorbiert, wodurch der gesamte flüssige Anteil des Kältemittels oder der größte Teil davon in einen gasförmigen Zustand verdampft. Der nunmehr ausreichend gekühlte Luftzustrom tritt anschließend mit der gewünschten Temperatur in den Fahrgastinnenraum ein.

Aufgrund der natürlichen Eigenschaften von Fluiden können verdampfende Flüssigkeiten eine bestimmte Wärmemenge absorbieren, bevor die Temperatur des resultierenden Gases ansteigt. Um den Kühleffekt der Klimaanlage und damit ihren Wirkungsgrad zu maximieren, ist es deshalb von Vorteil, dass der in den Verdampfer eintretende flüssige Anteil des Kältemittels durch die Umgebungsluft vollständig in einen gasförmigen Zustand umgewandelt wird. Eine bekannte Technik zur Unterstützung von Phasenänderungen des Kältemittels besteht in der Verlängerung der Zeitdauer, die das Kältemittel dem Luftzustrom ausgesetzt ist, wie z. B. durch Erhöhen der Anzahl der Male, die das Kältemittel durch die Reihe von Wärmeübertragungsrohren strömt. Diese Bauform erhöht jedoch den zur Unterbringung des Verdampfers innerhalb des Kraftfahrzeugs erforderlichen Platzbedarf.

Als eine alternative oder zusätzliche Lösung zur voranstehend beschriebenen Bauform kann der Verdampfer Wärmeübertragungsrohre mit relativ kleinen Querschnittsflächen haben. Jedoch bewirken kleinere Rohre typischerweise eine ungleichmäßige Verteilung des gasförmig-flüssigen Gemischs innerhalb der verschiedenen Rohre. Insbesondere besteht in einigen Rohren die Tendenz zu einem unverhältnismäßig hohen Gasanteil, während durch andere Rohre ein unverhältnismäßig hoher Flüssigkeitsanteil hindurchströmt. Die ungleichmäßige Verteilung des zweiphasigen Kältemittels kann bewirken, dass ein geringer oder der größte Anteil des flüssigen Kältemittels die Rohre verlässt, ohne zu verdampfen, wodurch sich der Wirkungsgrad der Anlage verschlechtert.

Es ist folglich erstrebenswert, eine Klimaanlage bereitzustellen, die einen gewünschten Wirkungsgrad durch gleichmäßige Verteilung des Flüssigphasenkältemittels über die entsprechenden Wärmeübertragungsrohre im Verdampfer beibehält.

Zusammenfassung

Zur Überwindung der Einschränkungen und Nachteile des Standes der Technik stellt die Erfindung einen Wärmetauscher bereit, der mit einem oberen und einem unteren Hauptrohr sowie einem sich zwischen den beiden Hauptrohren erstreckenden Wärmetauscherblock ausgestattet ist. Der Wärmetauscherblock enthält einen Satz Strömungsrohre, von denen jedes das Hindurchströmen einer Flüssigkeit zulässt. Außerdem enthält das obere Hauptrohr eine sich derart entlang der Längsachse des oberen Hauptrohrs erstreckende Verteilerplatte, so dass eine erste und eine zweite Kammer gebildet wird. Die Verteilerplatte enthält mindestens eine Öffnung, sodass eine gewünschte Verteilung der Flüssigkeit zwischen den jeweiligen Kammern ermöglicht wird. Eine Art der gewünschten Verteilung bewirkt zum Beispiel die allgemein gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auf jedes der Vielzahl von Strömungsrohren.

In einer Ausgestaltung der Erfindung bildet die Verteilerplatte einen Sammelbereich zum Sammeln der Flüssigkeit. Die Öffnungen bilden eine solche Begrenzung des Sammelbereichs, so dass die Flüssigkeit bis zum Erreichen der Begrenzung im Wesentlichen am Strömen durch die Öffnung gehindert wird. Die Verteilerplatte ist deshalb für das im Wesentlichen gleichmäßige Verteilen der Flüssigkeit über die Länge der Verteilerplatte konfiguriert. Die Flüssigkeit wird vorzugsweise gleichmäßig verteilt, wenn sie einen relativ geringen Massestrom, wie z. B. 1,5 Pfund pro Minute (680,4 g/min) oder weniger, aufweist.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Verteilerplatte in Bezug auf die Vertikale schräg ausgerichtet. In der beschriebenen anderen Art und Weise erstreckt sich die Verteilerplatte entlang einer Ebene, die einen Winkel zur Achse der Strömungsrohre bildet, der größer oder gleich 0° oder kleiner 90° ist. Der Winkel liegt zum Beispiel zwischen 35° und 85° oder stärker bevorzugt zwischen 60° und 70°.

Die Verteilerplatte und das obere Hauptrohr können als eine einzige ganzheitliche Komponente ausgebildet sein. Die Komponente kann außerdem eine Trennplatte enthalten, die das obere Hauptrohr in ein Paar Kanäle aufteilt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält die Verteilerplatte eine Vielzahl von Öffnungen, von denen jede die erste und die zweite Kammer fluidtechnisch miteinander verbindet. Die Öffnungen sind so entlang der Verteilerplatte angeordnet, dass sie zur Bildung einer Begrenzung des Sammelbereichs miteinander kooperieren.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind nach Prüfung der nachfolgenden Beschreibung unter Berücksichtigung der Zeichnungen und beigefügten und ein Teil dieser Spezifikation bildenden Patentansprüche für Fachleute leicht erkennbar.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine isometrische Darstellung eines die Prinzipien der Erfindung verkörpernden Wärmetauschers für den Klimaanlagenkreislauf eines Kraftfahrzeugs, wobei der Wärmetauscher ein oberes und ein unteres Hauptrohr sowie einen sich zwischen den beiden Hauptrohren erstreckenden Wärmetauscherblock umfasst.
2 ist eine entlang der Linie 2-2 in 1 aufgenommene vergrößerte isometrische Darstellung eines Abschnitts des in 1 dargestellten oberen Hauptrohrs, wobei das obere Hauptrohr eine Verteilerplatte enthält.
3 ist eine Schnittdarstellung, die an der Linie 3-3 in 2 allgemein aufgenommen worden ist und außerdem Strömungsrohre des Wärmetauscherblocks enthält.
4 ist eine der in 3 gezeigten analoge Schnittdarstellung einer anderen alternativen Ausgestaltung der Erfindung.
Die 5a bis 5g sind Draufsichten von verschiedenen alternativen Bauformen der Verteilerplatte.
6 ist eine der in 4 gezeigten analoge Schnittdarstellung einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung.
7 ist eine Schnittdarstellung einer anderen alternativen Ausgestaltung eines die Prinzipien der Erfindung verkörpernden Wärmetauschers.
8 ist eine Schnittdarstellung eines unteren Hauptrohrs einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
1 stellt einen Wärmetauscher, wie z. B. einen Verdampfer 10, zur Verwendung in einer Klimaanlage dar. Der Verdampfer 10 umfasst ein oberes und ein unteres Hauptrohr 12, 14 sowie einen Wärmetauscherblock 16, der sich so zwischen den beiden Hauptrohren 12, 14 erstreckt, dass diese fluidtechnisch miteinander verbunden sind. Insbesondere enthält der Wärmetauscherblock 16 eine Vielzahl von Strömungsrohren 18, die sich längs einer Achse 20 erstrecken und für das Ermöglichen des Wärmeaustauschs zwischen einem durch die Strömungsrohre 18 strömenden Kältemittel und einem über den Wärmetauscherblock 16 strömenden Luftstrom 22 konfiguriert sind. Die Strömungsrohre 18 sind vorzugsweise aus einem wärmeleitenden Material, wie z. B. Aluminium, gefertigt und haben relativ dünne Wände, sodass der Wärmeaustausch mit dem Luftstrom 22 begünstigt wird. Zur weiteren Unterstützung des Wärmeaustauschs erstrecken sich eine oder mehrere Lamellen 24 in einer serpentinenförmigen Weise zwischen jedem der Paare benachbarter Strömungsrohre 18.
Das in 1 dargestellte obere Hauptrohr 12 enthält einen Einlassbehälter 26 und einen Auslassbehälter 28, die sich parallel zueinander in eine Längsrichtung 29 erstrecken und durch eine sich im Wesentlichen vollständig über die Länge 32 des oberen Hauptrohrs 12 erstreckende Trennplatte 30 voneinander getrennt sind. Die Trennplatte 30 bildet eine im Wesentlichen fluidfeste Dichtung, die eine direkte Fluidkommunikation zwischen den entsprechenden Behältern 26, 28 verhindert.
Der Einlassbehälter 26 empfängt das Kältemittel von einem Einlass 34, der sich so durch ein Ende oder eine Seitenwand des Einlassbehälters 26 erstreckt, dass dem Kältemittel das Strömen entlang eines durch das obere Hauptrohr 12 gebildeten Kanals 35 ermöglicht wird. Anschließend tritt das Fluid in einen ersten Satz 36 der Strömungsrohre 18 ein und strömt in eine Abwärtsrichtung 38 zum unteren Hauptrohr 14. Analog dem oberen Hauptrohr 12 erstreckt sich das untere Hauptrohr 14 in die Längsrichtung 29 und bildet einen zweiten Kanal 40 für das Fluid. Anders als das obere Hauptrohr 12 enthält das in den Figuren dargestellte untere Hauptrohr 14 keine (nachfolgend weiter beschriebene) Trennplatte, die die jeweiligen Seiten 42, 44 des unteren Hauptrohrs 14 fluidtechnisch voneinander trennt. Genauer gesagt ist das untere Hauptrohr 14 vorzugsweise entweder ein einziges offenes Rohr ohne Strömungsbegrenzung zwischen den jeweiligen Seiten 42, 44 oder ein teilweise getrenntes Rohr mit einer (nicht dargestellten) Begrenzungsplatte mit Öffnungen zum Leiten des Flüssigkeitsstroms wie erwünscht.
Die erste Seite 42 des unteren Hauptrohrs 14 ist mit dem ersten Satz 36 der Strömungsrohre 18 und die zweite Seite 44 ist mit einem zweiten Satz 46 der Strömungsrohre 18 verbunden. Damit kann das Fluid durch Strömen in eine Aufwärtsrichtung 46 über den zweiten Satz 46 der Strömungsrohre 18 das untere Hauptrohr 14 in Richtung Auslassbehälter 28 des oberen Hauptrohrs 12 verlassen. Anschließend strömt das Fluid über einen dritten Kanal 45 durch den Auslassbehälter 28 und verlässt den Verdampfer 10 über einen sich durch das Ende oder die Seitenwand des Auslassbehälters 28 erstreckenden Auslass 48.
Bezug nehmend auf 2 ist innerhalb des oberen Hauptrohrs 12 eine Verteilerplatte 50 zur Begünstigung einer gleichmäßigen Verteilung des Kältemittels auf die Vielzahl der Strömungsrohre 18 angeordnet. Insbesondere das in den Verdampfer 10 eintretende Kältemittel umfasst einen flüssigen Anteil und einen gasförmigen Anteil, und die Verteilerplatte 50 ist für das Lenken einer annähernd gleichen Menge des flüssigen Anteils in jedes der Strömungsrohre 18 konfiguriert. Für die Ziele dieser Erfindung ist der Begriff „Flüssigkeit" als der flüssige Anteil des Kältemittels sowie einen etwaigen im flüssigen Anteil eingebundenen gasförmigen Anteil definiert.
Wie in den 2 und 3 dargestellt, erstreckt sich die Verteilerplatte 50 in die Längsrichtung 29, sodass der Einlassbehälter 26 in eine mit dem Einlass 34 fluidtechnisch verbundene erste Kammer 52 und eine mit dem ersten Satz 36 der Strömungsrohre 18 fluidtechnisch verbundene zweite Kammer 54 aufgeteilt ist. Innerhalb der ersten Kammer 52 bildet die Verteilerplatte 50 einen Sammelbereich 56, der sich über die Länge der Verteilerplatte 50 erstreckt und den flüssigen Anteil 58 des Kältemittels sammelt. Der in 2 dargestellte Sammelbereich 56 ist durch die Verteilerplatte 50 und das obere Hauptrohr 12 definiert. Genauer gesagt ist die Verteilerplatte 50 so in eine Querrichtung 60 orientiert, dass sie einen Winkel 62 zur Achse 20 der Strömungsrohre 18 bildet und mit dem oberen Hauptrohr 12 kooperiert, um einen V-förmigen Sammelbereich 56 zu bilden. Der von der Achse 20 entweder im Uhrzeigersinn oder in entgegengesetzte Richtung gemessene Winkel 62 liegt vorzugsweise zwischen 0° und 85°. Insbesondere liegt der Winkel zwischen 45° und 85°, jedoch stärker bevorzugt zwischen 60° und 70°.
Die relative Orientierung zwischen den Strömungsrohren 18 und der Verteilerplatte 50 kann in Abhängigkeit vom Winkel 62 von der in den Figuren dargestellten Orientierung abweichen. Wenn zum Beispiel der Winkel 62 ein relativ kleiner Winkel ist, wie z. B. 0°, ist die Verteilerplatte 50 vorzugsweise so zu den Strömungsrohren 18 querversetzt, dass nur eine der zwei Kammern 52, 54 in direkter Fluidkommunikation mit den Strömungsrohren 18 steht. Ist der flüssige Anteil 58 des Kältemittels in ausreichender Menge im Sammelbereich 56 gesammelt worden, ermöglichen eine Vielzahl von sich durch die Verteilerplatte 50 erstreckenden Öffnungen 57 einer kontrollierten Menge des flüssigen Anteils 58 das Strömen aus der ersten Kammer 52 in die zweite Kammer 54. Genauer gesagt sind die Öffnungen 57 in einer vom tiefsten Punkt des Sammelbereichs 56 aus entlang der Achse 20 gemessenen Höhe 80 angeordnet, sodass der Pegel des flüssigen Anteils 58 mindestens so hoch wie die Höhe 80 sein muss, bevor der flüssige Anteil 58 durch die Öffnungen 57 strömen kann. Deshalb wirken die Öffnungen 57 zwecks Bildung einer Begrenzung 82 des Sammelbereichs 56 zusammen, und der flüssige Anteil 58 wird im Wesentlichen solange am Strömen durch die Öffnungen 57 gehindert, bis diese Begrenzung 82 erreicht ist.
Die in 2 dargestellte Begrenzung 82 liegt allgemein in einer konstanten Höhe, um eine relativ gleichmäßige Verteilung des flüssigen Anteils 58 auf jedes der Strömungsrohre 18 zu bewirken. Der flüssige Anteil 58 kann über die Länge 32 des oberen Hauptrohrs 12 besonders gleichmäßig gesammelt werden, wenn der Massestrom des Kältemittels relativ gering ist. Insbesondere bei relativ geringen Masseströmen, wie z, B. 1,5 Pfund pro Minute (680,4 g/min) oder weniger, ist die Flüssigkeitsströmung relativ gleichmäßig, sodass eine turbulente Strömung, durch die der flüssige Anteil 58 in unerwünschter Weise auf den oberen Teil der Verteilerplatte 50 spritzt, vermieden wird.
In einem beispielhaften Strom durch das obere Hauptrohr 12 strömt das zweiphasige Kältemittel durch den Einlass 34 und in die erste Kammer 52 des oberen Hauptrohrs 12 hinein. Der gasförmige Anteil des Kältemittels steigt typischerweise in den oberen Teil der ersten Kammer 52, während der flüssige Anteil in den Sammelbereich 56 über die gesamte Länge der Verteilerplatte 50 strömt. Ist der Sammelbereich 56 bis zum Niveau der Begrenzung 82 gefüllt worden, beginnt der flüssige Anteil 58, durch jede der entsprechenden Öffnungen 57 mit einem im Wesentlichen gleichen Massestrom zu strömen. Diese Art des gleichmäßig verteilten Stroms bewirkt, dass durch jedes der Strömungsrohre 18 eine im Wesentlichen gleiche Menge Flüssigkeit strömt, wodurch die Menge der den Verdampfer 10 verlassenden unverdampften Flüssigkeit verringert wird. Da der gasförmige Anteil frei durch die Öffnungen 57 strömen kann, wird er natürlich mit dem in die Strömungsrohre 18 hineinströmenden flüssigen Anteil 58 vermischt.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 1 bis 3 wird ein Verfahren für die Montage des oberen Hauptrohrs 12 ausführlicher beschrieben. Wie in den 1 bis 3 dargestellt, bilden das obere Hauptrohr 12, die Verteilerplatte 50 und die Trennplatte 30 zusammen eine ganzheitliche Konstruktion. Zum Beispiel ist das in den 1 bis 3 dargestellte obere Hauptrohr 12 aus einer Materialtafel mit einem ersten Ende 66, einem zweiten Ende 68 und einem Mittelteil 70 geformt. Zunächst wird die Materialtafel auf eine gewünschte Form und Größe vorzugsweise gewalzt und/oder zugeschnitten. Danach wird ein Wulst 72 entlang der Tafel geformt, und die zwei Enden 66, 68 der Tafel werden allgemein zueinander gebogen. Anschließend wird das erste Ende 66 der Tafel mit dem Wulst 72 des Hauptrohrs 12 verbunden, sodass eine verbesserte fluidfeste Dichtung zwischen den jeweiligen Abschnitten 66, 12 der Komponente 64 ausgebildet ist. Analog wird das zweite Ende 68 mit dem Mittelteil 70 verbunden, sodass eine weitere fluidfeste Dichtung zwischen den jeweiligen Abschnitten 68, 70 der Komponente 64 ausgebildet ist. Zusätzlich werden zwei Zwischenteile 76, 78 zur Bildung der Trennplatte 30 miteinander verbunden. Alle zuvor beschriebenen Verbindungen sind zwar vorzugsweise hartgelötet, jedoch kann jedes geeignete Fügeverfahren verwendet werden.
In 4 ist eine alternative Bauform der Verteilerplatte 150 dargestellt. Bei dieser Bauform ist die Verteilerplatte 150 allgemein nicht eben, und sie enthält einen Sammelbereich 156 zum Sammeln des flüssigen Anteils 58 des Kältemittels. Insbesondere bildet der Sammelbereich 156 einen Auffangabschnitt 84 mit einem allgemein bogenförmigen Profil 86. Anders als bei der in 3 dargestellten Bauform wirkt die in 4 dargestellte Verteilerplatte 150 nicht mit dem oberen Hauptrohr 12 zwecks Bildung des Sammelbereichs 156 zusammen.
In einer wiederum anderen Bauform, die nicht in den Figuren dargestellt ist, kann die Verteilerplatte ein Auffangabschnittspaar enthalten, wobei die beiden Auffangabschnitte durch eine eine Öffnung definierende hohe Stelle der Verteilerplatte voneinander getrennt sind. Bei einer solchen Bauart ist die Öffnung innerhalb der ersten Kammer 52 zentral angeordnet.
Die 5a bis 5g zeigen verschiedene Ausführungen für die durch die Verteilerplatte 50 definierten Öffnungen 57. Insbesondere haben die Öffnungen 57 variierende Querschnittsflächen und variierende Formen, um die Flüssigkeitsverteilung auf die Strömungsrohre 18 zu verbessern. Eine optimale Form und Größe für jede der Öffnungen 57 kann durch Testen von Verteilerplatten mit unterschiedlichen Öffnungsparametern ermittelt werden. Außerdem können die Öffnungen 57 so miteinander kooperieren, dass als Alternative zu der in 2 dargestellten eine abwechselnde Begrenzung 82 gebildet wird. Genauer gesagt kann die Begrenzung 82 ein Gefälle (5e) zur Längsrichtung 29, eine Steigung (5f) zur Längsrichtung 29 oder eine nicht lineare Form (5g) aufweisen. Die optimale Form und Anordnung der Begrenzung kann auf der Basis einer Anzahl von Faktoren, wie z. B. experimentelle Massestromparameter, der Winkel des Verdampfers 10 innerhalb des Kraftfahrzeugs oder andere den Fluidstrom beeinflussende Faktoren, ermittelt werden.
In einer in 6 dargestellten alternativen Bauform ist das obere Hauptrohr 212 durch Verbinden einer Verteilerplatte 250 mit dem separat geformten oberen Hauptrohr 212 zusammengefügt. Das obere Hauptrohr 212 ist im Allgemeinen in einer der mithilfe der 1 bis 3 zuvor beschriebenen analogen Weise geformt. Jedoch ist die Verteilerplatte 250 ein separates Teil, das in das obere Hauptrohr 212 hineingesteckt und über seine gegenüberliegenden Seitenkanten mit dem Hauptrohr verbunden ist. Ein erster Verbindungspunkt 90 für die Verteilerplatte 250 ist durch einen in einem Abschnitt des oberen Hauptrohrs 212 geformten Wulst 92 definiert. Ein zweiter Verbindungspunkt 94 ist durch einen in einem anderen Abschnitt des oberen Hauptrohrs 212 geformten Schlitz 96 definiert und nimmt einen Abschnitt 98 der Verteilerplatte 250 auf. Es kann jedoch jede geeignete Konfiguration für Verbindungspunkte der entsprechenden Komponenten 212, 250 verwendet werden.
In 7 ist eine alternative Ausgestaltung des Verdampfers dargestellt. Der in 7 dargestellte Verdampfer 310 umfasst ein oberes Hauptrohr 312 mit einer sich quer erstreckenden Trennplatte 330, die das obere Hauptrohr 312 in einen Einlassbehälter 326 und einen Auslassbehälter 328 unterteilt. Anders als bei der in 1 dargestellten Bauform sind die jeweiligen Behälter 326, 328 und damit die entsprechenden Strömungsrohrsätze 336, 346 Ende an Ende anstatt Seite an Seite angeordnet. Wie bei einer voranstehend beschriebenen Ausgestaltung ist eine Verteilerplatte 350 im Einlassbehälter 326 bereitgestellt. Bei dieser Bauform strömt das Kältemittel über den Einlass 334 in den Einlassbehälter 326 hinein, durch Öffnungen 357 in einer Verteilerplatte 350 hindurch und in einen ersten Strömungsrohrsatz 336 hinein. Anschließend strömt das Kältemittel über einen Strömungsweg 100 in das untere Hauptrohr 314 und nach oben in den zweiten Strömungsrohrsatz 346. Schließlich strömt das Kältemittel in den Auslassbehälter 328 und über den Auslass 348 aus dem oberen Hauptrohr 312 hinaus.
Die in 7 dargestellte Bauform kann mit der in 1 gezeigten Bauform kombiniert werden, sodass das obere Hauptrohr in drei Sektionen unterteilt wird. Außerdem kann die Erfindung in jedem geeigneten Wärmetauschertyp, wie z. B. einem Kondensator, einem Kühler oder einem Wärmetauscherblock, verwendet werden. Die Erfindung kann ebenfalls in jedem in geeigneter Weise konfigurierten Wärmetauscher, wie z. B. einem Wärmetauscher mit seitlich montierten Hauptrohren oder einem in einem Kraftfahrzeug unter einem Winkel zur Richtung der Schwerkraft montierten Wärmetauscher, verwendet werden.
Wie in 8 dargestellt, kann in einer anderen Bauformalternative eine zweite Verteilerplatte 91 im unteren Hauptrohr 14 des Verdampfers 10 platziert sein, um den Massestrom in das untere Hauptrohr hinein oder innerhalb des unteren Hauptrohrs zu steuern. Zum Beispiel wird die in 8 dargestellte zweite Verteilerplatte 91 im Wesentlichen zur Unterteilung des unteren Hauptrohrs 14 in zwei Kammern 42, 44 verwendet. Bei dieser Bauform kann der flüssige Anteil des Kältemittels so lange nicht von der ersten Kammer 42 zur zweiten Kammer 44 strömen, bis er die Höhe der in der zweiten Verteilerplatte 91 geformten Öffnung 93 erreicht hat. In einem anderen Beispiel kann die zweite Verteilerplatte zwischen den Strömungsrohren und der unteren Hauptrohrkammer positioniert sein, um den in die untere Kammer einströmenden Strom zu steuern. Die zweite Verteilerplatte kann innerhalb des unteren Hauptrohrs in einer Anzahl von Positionen, wie z. B. normal zur Achse 20, parallel zur Achse 20 oder in jedem beliebigen Winkel zur Achse 20, orientiert sein.
In einer weiteren Bauformalternative können der Einlass und der Auslass am selben Ende des oberen Hauptrohrs anstatt an den entgegengesetzten Enden des oberen Hauptrohrs, wie in den Figuren dargestellt, angeordnet sein. Außerdem bewirkt die in den Figuren dargestellte Bauform, dass das Fluid zweimal durch den Wärmetauscherblock 16 strömt (allgemein Wärmetauscher mit zweifachem Durchlauf genannt), auch kann die Erfindung bei einem Wärmetauscher mit einer beliebigen Anzahl von Durchläufen verwendet werden. In Wärmetauschern mit einer ungeraden Anzahl von Durchläufen, wie z. B. eins oder drei, ist der Einlass vorzugsweise am oberen Teil des Wärmetauschers und der Auslass am unteren Teil angeordnet.

10, 310: Verdampfer
12, 212, 312: oberes Hauptrohr
14, 314: unteres Hauptrohr
16: Wärmetauscherblock
18: Strömungsrohre
20: Achse
22: Luftstrom
24: Lamellen
26, 326: Einlassbehälter
28, 328: Auslassbehälter
29: Längsrichtung
30, 330: Trennplatte
32: Länge
34, 334: Einlass
35: Kanal
36: erster Satz
38: Abwärtsrichtung
40: zweiter Kanal
42: erste Seite bzw. erste Kammer
44: zweite Seite bzw. zweite Kammer
45: dritter Kanal
46: zweiter Satz bzw. Aufwärtsrichtung
48, 348: Auslass
50, 150, 250, 350: Verteilerplatte
52: erste Kammer
54: zweite Kammer
56, 156: Sammelbereich
57, 357: Öffnungen
58: flüssiger Anteil
60: Querrichtung
62: Winkel
64: Komponente
66: erstes Ende
68: zweites Ende
70: Mittelteil
72: Wulst
76, 78: Zwischenteile
80: Höhe
82: Begrenzung
84: Auffangabschnitt
86: bogenförmiges Profil
90: erster Verbindungspunkt
91: zweite Verteilerplatte
92: Wulst
93: Öffnung
94: zweiter Verbindungspunkt
96: Schlitz
98: Abschnitt
100: Strömungsweg
336: erster Strömungsrohrsatz
346: zweiter Strömungsrohrsatz

Claims

Wärmetauscher für ein Fahrzeug, umfassend: – ein erstes Hauptrohr (12), das sich zwecks Bildung eines Kanals (35) in Längsrichtung (29) erstreckt; – ein einen zweiten Kanal(40) bildendes zweites Hauptrohr (14); – einen Wärmetauscherblock (16) mit einem Satz von sich zwischen dem ersten und dem zweiten Hauptrohr (12, 14) erstreckenden Strömungsrohren (18); und – eine sich innerhalb des ersten Hauptrohrs (12) in Längsrichtung (29) erstreckende Verteilerplatte (50) zur Unterteilung des Kanals (35) in erste und zweite Kammern (52, 54); – wobei die Verteilerplatte (50) einen Sammelbereich (56) zum Sammeln einer Flüssigkeit und eine die erste und die zweite Kammer (52, 54) fluidtechnisch miteinander verbindende Öffnung (57) bildet, wobei die Öffnung (57) eine Begrenzung (82) des Sammelbereichs (56) bildet, sodass die Flüssigkeit im Wesentlichen so lange am Durchströmen der Öffnung (57) gehindert wird, bis sie die Begrenzung (82) des Sammelbereichs (56) erreicht hat.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Verteilerplatte (50) eine sich durch den Kanal (35) erstreckende Länge (32) bildet und wobei die Verteilerplatte (50) derart konfiguriert ist, dass die im Sammelbereich (56) gesammelte Flüssigkeit über die Länge (32) der Verteilerplatte (50) im Wesentlichen gleichmäßig verteilt wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verteilerplatte (50) derart konfiguriert ist, dass die im Sammelbereich (56) gesammelte Flüssigkeit über die Länge (32) der Verteilerplatte (50) im Wesentlichen gleichmäßig verteilt wird, wenn die Flüssigkeit mit einem relativ geringen Massestrom strömt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verteilerplatte (50) eine Vielzahl von Öffnungen (57) bildet, von denen jede die erste und die zweite Kammer (52, 54) fluidtechnisch miteinander verbindet, und die Vielzahl von Öffnungen (57) zusammenwirken, um die Begrenzung (82) des Sammelbereichs (56) zu bilden.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Verteilerplatte (50) dafür konfiguriert ist, der Flüssigkeit das im Wesentlichen gleichmäßige Durchströmen durch jede der Vielzahl von Öffnungen (57) zu ermöglichen.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens zwei der Vielzahl von Öffnungen (57) ungleiche Querschnittsflächen aufweisen.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Wand des ersten Hauptrohrs (12) so mit der Verteilerplatte (50) zusammenwirkt, dass der Sammelbereich (56) gebildet wird.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Verteilerplatte (50) einen den Sammelbereich (56) bildenden Auffangabschnitt (84) enthält.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Auffangabschnitt (84) einen allgemein bogenförmigen Abschnitt bildet.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste Hauptrohr (12) eine Trennplatte (30) enthält, die das erste Hauptrohr (12) in den Kanal (35) und einen dritten Kanal(45) unterteilt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei sich die Trennplatte (30) in Längsrichtung (29) durch das erste Hauptrohr (12) erstreckt, sodass der Kanal (35) und der dritte Kanal (45) quer zueinander versetzt sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das erste Hauptrohr (12), die Verteilerplatte (50) und die Trennplatte (30) sämtlich aus einer einzigen, ganzheitlichen Komponente (64) gebildet sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei sich die Trennplatte (30) quer durch das erste Hauptrohr (12) erstreckt, sodass der Kanal (35) und der dritte Kanal (45) zueinander Ende an Ende ausgerichtet sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, außerdem eine zweite Verteilerplatte (91) umfassend, die sich in Längsrichtung (29) innerhalb des zweiten Hauptrohrs (14) erstreckt, sodass der zweite Kanal (40) in erste und zweite Kammern (42, 44) unterteilt wird.
Wärmetauscher für ein Fahrzeug, umfassend: – ein erstes Hauptrohr (12), das sich zwecks Bildung eines Kanals (35) in Längsrichtung (29) erstreckt; – ein einen zweiten Kanal(40) bildendes zweites Hauptrohr (14); – einen Wärmetauscherblock (16) mit einem Satz von sich zwischen dem ersten und dem zweiten Hauptrohr (12, 14) längs einer Achse (20) erstreckenden Strömungsrohren (18); und – eine sich innerhalb des ersten Hauptrohrs (12) in einer Ebene erstreckende Verteilerplatte (50) zur Unterteilung des Kanals (35) in erste und zweite Kammern (52, 54), wobei das erste Hauptrohr (12) eine die erste und die zweite Kammer (52, 54) fluidtechnisch miteinander verbindende Öffnung (57) bildet und wobei die Ebene und die Achse (20) einen Winkel (62) zueinander bilden, der gleich oder größer als 0° und kleiner als 90° ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 15, wobei die Verteilerplatte (50) eine Vielzahl von Öffnungen (57) bildet, die die erste und die zweite Kammer (52, 54) fluidtechnisch miteinander verbinden und so miteinander kooperieren, dass eine Begrenzung (82) eines Sammelbereichs (56) gebildet wird, sodass eine innerhalb der ersten Kammer (42) vorhandene Flüssigkeit im Wesentlichen so lange am Durchströmen durch die Öffnungen (57) gehindert wird, bis sie die Begrenzung (82) des Sammelbereichs (56) erreicht hat.
Wärmetauscher nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Flüssigkeit, wenn sie mit einem relativ geringen Massestrom strömt, im Wesentlichen so lange am Durchströmen der Öffnung (57) gehindert wird, bis sie die Begrenzung (82) des Sammelbereichs (56) erreicht hat.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der Winkel (62) einen festgelegten Wert hat, um Turbulenzen der Flüssigkeitsströmung durch das erste Hauptrohr (12) zu verringern.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Winkel (62) zwischen 35° und 85° liegt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der Winkel (62) größer als 45° ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei der Winkel (62) zwischen 50° und 70° liegt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei sich der Sammelbereich (56) in Längsrichtung (29) und allgemein senkrecht zur Achse (20) der Strömungsrohre (18) erstreckt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei das erste Hauptrohr (12), die Verteilerplatte (50) und die Trennplatte (30) eine ganzheitliche Konstruktion sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 15 bis 23, außerdem eine zweite Verteilerplatte (91) umfassend, die sich in Längsrichtung (29) innerhalb des zweiten Hauptrohrs (14) erstreckt, sodass der zweite Kanal (40) in erste und zweite Kammern (42, 44) unterteilt wird.
Wärmetauscher für ein Fahrzeug, umfassend: – ein erstes Hauptrohr (12), das sich zwecks Bildung eines Kanals (35) in Längsrichtung (29) erstreckt, wobei ein Abschnitt des ersten Hauptrohrs (12) eine sich innerhalb des ersten Hauptrohrs (12) in Längsrichtung (29) erstreckende Verteilerplatte (50) zur Unterteilung des Kanals (35) in erste und zweite Kammern (52, 54) bildet; – ein einen zweiten Kanal(40) bildendes zweites Hauptrohr (14); und – einen Wärmetauscherblock (16) mit einem Satz von sich zwischen dem ersten und dem zweiten Hauptrohr (12, 14) erstreckenden Strömungsrohren (18); – wobei die Verteilerplatte (50) und das erste Hauptrohr (12) eine einzige ganzheitliche Komponente (64) sind und wobei die Verteilerplatte (50) eine die erste und die zweite Kammer (52, 54) fluidtechnisch miteinander verbindende Öffnung (57) bildet.
Wärmetauscher nach Anspruch 25, wobei das erste Hauptrohr (12) eine Trennplatte (30) enthält, die das erste Hauptrohr (12) in den Kanal (35) und einen dritten Kanal (45) unterteilt.
Wärmetauscher nach Anspruch 25 oder 26, wobei sich die Trennplatte (30) in Längsrichtung (29) durch das erste Hauptrohr (12) erstreckt, sodass der Kanal (35) und der dritte Kanal(45) quer zueinander versetzt sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei das erste Hauptrohr (12), die Verteilerplatte (50) und die Trennplatte (30) sämtlich aus einer einzigen ganzheitlichen Komponente (64) gebildet sind.