DE102006062698A1

DE102006062698A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102006062698A1
Application number: DE102006062698A
Authority: DE
Inventors: Shigeharu Oyama Ichiyanagi; Koichiro Oyama Take
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2007-08-16
Also published as: US20070131398A1; US7448440B2

Abstract

Ein oberer Sammelbehälter-Tank eines Verdampfers wird von drei Platten gebildet. Die Außenplatte weist einen einströmseitigen, als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal auf, dessen einer Endbereich mit einem Kältemitteleinlass kommuniziert. Die Innenplatte weist Rohreinsetzöffnungen auf, die Zwischenplatte weist Kommunikationsöffnungen zum Etablieren von Kommunikation zwischen den Rohreinsetzöffnungen der Innenplatte und dem nach außen gewölbten Bereich der Außenplatte auf. Die Kommunikationsöffnungen der Zwischenplatte sind mit Kommunikationsbereichen verbunden, um einen Kältemittelkanal zu bilden, welcher mit dem nach außen gewölbten Bereich kommuniziert. Von allen Kommunikationsbereichen des Kältemittelkanals ist eine Mehrzahl von stromaufwärtigen Kommunikationsbereichen kleiner in der Breite als die übrigen Kommunikationsbereiche. Die Beziehung 0,25 <= A/B <= 0,35 wird erfüllt, wobei A die Anzahl der engen Kommunikationsbereiche darstellt und B die Gesamtanzahl der Kommunikationsöffnungen, welche den Kältemittelkanal bilden, darstellt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher und genauer einen Wärmetauscher der vorzugsweise als ein Verdampfer eines überkritischen Kältekreislaufes verwendet wird, in dem ein überkritisches Kältemittel wie z.B. CO₂ (Kohlendioxid) eingesetzt wird.
Hier und in den angefügten Ansprüchen bedeutet der Begriff „überkritischer Kältekreislauf" einen Kältekreislauf, in welchem sich das Kältemittel auf der Hochdruckseite in einem überkritischen Zustand befindet, d.h. es einen Druck oberhalb eines kritischen Druckes annimmt. Weiter bedeutet der Begriff „überkritisches Kältemittel" ein Kältemittel, welches in einem überkritischem Kältekreislauf verwendet wird. Weiterhin werden hier und in den angefügten Ansprüchen jeweils die oberen, die unteren, die linken und die rechten Seiten der 1 und 2 als „oben", „unten", „links" und „rechts" bezeichnet und die stromabwärtige Seite der Strömung (dargestellt durch den Pfeil X in den 1 und 10) von Luft durch Luftdurchlassspalte zwischen benachbarten Wärmetauscherrohren als die „Vorderseite" und die gegenüberliegende Seite als die „Rückseite" bezeichnet ist.

Der vorliegende Anmelder hat einen Wärmetauscher vorgeschlagen, der zur Verwendung in einem überkritischen Kältekreislauf eingesetzt wird (die offengelegte japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 2005-326135). Der vorgeschlagene Wärmetauscher beinhaltet obere und untere Sammelbehälter-Tanks, welche beabstandet voneinander angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Wärmetauscherrohren, welche parallel zwischen den zwei Sammelbehälter-Tanks angeordnet sind und gegenüberliegende Endbereiche aufweisen, die mit den jeweiligen Sammelbehälter-Tanks verbunden sind. Jeder der Sammelbehälter-Tanks ist derart konfiguriert, dass eine Außenplatte, eine Innenplatte und eine Zwischenplatte, welche zwischen der Außen- und der Innenplatte angeordnet ist, miteinander in Lagen verlötet sind. Jede der Außenplatten des oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks weist zumindest einen nach außen gewölbten Bereich auf, der sich in dessen Längsrichtung erstreckt und eine Öffnung aufweist, welche von der Zwischenplatte verschlossen ist. Die Innenplatte weist eine Mehrzahl von Rohreinsetzöffnungen in der Form von Durchgangsöffnungen auf, welche in Bereichen, die mit dem nach außen gewölbten Bereich der Außenplatte korrespondieren, und beabstandet voneinander in dessen Längsrichtung ausgebildet sind. Die Zwischenplatte weist eine Mehrzahl von Kommunikationsöffnungen in der Form von Durchgangsöffnungen auf, um so den jeweiligen Rohreinsetzöffnungen der Innenplatte zu ermöglichen, mit dem Inneren des nach außen gewölbten Bereichs der Außenplatte zu kommunizieren. Gegenüberliegende Endbereiche der Wärmetauschrohre sind durch die jeweiligen Rohreinsetzöffnungen der Innenplatten der zwei Sammelbehälter-Tanks eingesetzt und mit den Innenplatten verlötet. Zumindest ein nach außen gewölbter Bereich von jedem der oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks dient als ein als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeter Kältemittelkanal, in welchem das Kältemittel in der Längsrichtung fließt. Die Kommunikationsöffnungen der Zwischenplatte, welche mit dem als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal kommunizieren, sind mit Hilfe von Kommunikationsbereichen verbunden, die jeweils zwischen benachbarten Kommunikationsöffnungen der Zwischenplatte ausgebildet sind. Die Kommunikationsöffnungen, welche mit dem als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal kommunizieren, und die Kommunikationsbereiche, welche diese Kommunikationsöffnungen verbinden, kooperieren dabei, um einen Kältemittelkanal zu bilden, welcher mit dem Inneren des als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanals kommuniziert und der das Kältemittel veranlasst entlang der Längsrichtung des als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal zu strömen. Die Breiten der Kommunikationsbereiche sind so angepasst, dass die Querschnittsfläche des Kältemittelkanals entlang der Längsrichtung verändert wird.

Bei dem in der Publikation beschriebenen Wärmetauscher kann die Menge an Kältemittel, welche durch die jeweilige Bereiche des Kältemittelkanals strömt, zufällig verändert werden, da die Querschnittsfläche des Kältemittelkanals, welcher mit dem Inneren des als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanals kommuniziert und der das Kältemittel veranlasst entlang der Längsrichtung des als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanals zu strömen, entlang der Längsrichtung verändert wird. Daher können die Kältemittelströmungsmengen aller Wärmetauschrohre passend eingestellt werden, um die Wärmetauschleistung zu erhöhen. Zusätzlich kann die Verteilung des Kältemittels an jedes Wärmetauschrohr in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeitsverteilung der Luft, welche durch die Luftdruchlassspalte zwischen benachbarten Wärmetauschrohren gelangt, angepasst werden.

Da sich allerdings der Grad der Strömung des Kältemittels zum Zeitpunkt der Verteilung an jedes Wärmetauschrohr in Abhängigkeit von der Größe des Wärmetauscherkernbereiches des Wärmetauschers, insbesondere in Abhängigkeit von der Anzahl der Wärmetauschrohre ändert, müssen die Breiten der Kommunikationsbereiche, welche den Kältemittelkanal bilden, in optimaler Weise in Übereinstimmung mit der Anzahl der Wärmetauschrohre, welche mit dem Inneren des als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanals kommunizieren, eingestellt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das oben genannte Problem zu lösen und einen Wärmetauscher bereit zu stellen, der eine Struktur aufweist, die identisch mit der des in der Publikation offenbarten Wärmetauschers ist, und in dem die Kältemittelströmungsmengen der Wärmetauschrohre in Übereinstimmung mit der Anzahl der Wärmetauschrohre, welche mit dem als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal kommunizieren, optimal eingestellt sind, um die Wärmetauscherleistung zu verbessern.

Um die oben gestellte Aufgabe zu lösen, umfasst die vorliegende Erfindung die folgenden Modi.

1) Ein Wärmetauscher mit oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks, welche beabstandet voneinander angeordnet sind, und einer Mehrzahl von Wärmetauschrohren, welche parallel zwischen den Sammelbehälter-Tanks angeordnet sind und gegenüber liegende Endbereiche aufweisen, die mit den jeweiligen Sammelbehälter-Tanks verbunden sind, worin jeder der Sammelbehälter-Tanks so konfiguriert ist, dass eine Außenplatte, eine Innenplatte und eine Zwischenplatte, welche zwischen der Außen- und der Innenplatte liegt, in Lagen miteinander verlötet sind; jede der Außenplatten der oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks eine Mehrzahl von nach außen gewölbten Bereichen aufweist, die sich jeweils in der Links-Rechts-Richtung erstrecken und eine Öffnung aufweisen, die von der Zwischenplatte verschlossen ist; die Innenplatte eine Mehrzahl von Rohreinsetzöffnungen in der Form von Durchgangsöffnungen aufweist, welche in Bereichen, die mit den nach außen gewölbten Bereichen der Außenplatte kommunizieren, und beabstandet voneinander in der Links-Rechts-Richtung ausgebildet sind; die Zwischenplatte eine Mehrzahl von Kommunikationsöffnungen in der Form von Durchgangsöffnungen aufweist, um den jeweiligen Rohreinsetzöffnungen der Innenplatte zu erlauben, mit dem Inneren der korrespondierenden nach außen gewölbten Bereiche der Außenplatte zu kommunizieren; gegenüber liegende Endbereiche der Wärmetauschrohre durch die jeweiligen Rohreinsetzöffnungen der Innenplatten der zwei Sammelbehälter-Tanks eingesetzt und mit den Innenplatten verlötet sind; zumindest ein nach außen gewölbter Bereich von jedem oberen und unteren Sammelbehälter-Tank als ein als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeter Kältemittelkanal dient, in welchem Kältemittel in der Längsrichtung strömt; der als nach außen gewölbter Bereich ausgebildete Kältemittelkanal des oberen Sammelbehälter-Tanks als ein als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeter einströmseitige Kältemittelkanal dient, dessen einer Endbereich mit einem Kältemittel-Einlass kommuniziert, der in dem oberen Sammelbehälter-Tank ausgebildet ist; die Kommunikationsöffnungen der Zwischenplatte, welche mit den als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanälen der oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks kommunizieren, mit Hilfe von Kommunikationsbereichen, welche jeweils zwischen benachbarten Kommunikationsöffnungen der Zwischenplatte ausgebildet sind, verbunden sind; und die Kommunikationsöffnungen, welche mit den als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanälen kommunizieren, und die Kommunikationsbereiche, welche diese Kommunikati onsöffnungen verbinden, zusammenwirken, um Kältemittelkanäle in den Zwischenplatten der oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks auszubilden, wobei die Kanäle mit dem Inneren der korrespondierenden als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanäle kommunizieren und das Kältemittel veranlassen, in der Links-Rechts-Richtung zu strömen, worin von allen Kommunikationsbereichen, welche den Kältemittelkanal der Zwischenplatte bilden, der mit dem einströmseitgen als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des oberen Sammelbehälter-Tanks kommuniziert, eine Mehrzahl der Kommunikationsbereiche auf der stromaufwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels eine Breite gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung haben, die kleiner als die der übrigen Kommunikationsbereiche ist; und die Beziehung 0,25 ≤ A/B ≤ 0,35 erfüllt ist, worin A die Anzahl der engen Kommunikationsbereiche darstellt und B die Gesamtanzahl der Kommunikationsöffnungen, welche den Kältekanal bilden, darstellt.
2) Ein Wärmetauscher gemäß Abschnitt 1), worin die Beziehung 0,6 ≤ WA/WB ≤ 0,8 erfüllt ist, wobei WA die Breite gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung der engen Kommunikationsbereiche aller Kommunikationsbereiche darstellt, welche den Kältemittelkanal der Zwischenplatte bilden, der mit dem einströmseitigen als nach außen gewölbter Be reich ausgebildeten Kältemittelkanal des oberen Sammelbehälter-Tanks kommuniziert, und wobei WB die Breite der übrigen breiten Kommunikationsbereiche gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung darstellt.
3) Ein Wärmetauscher gemäß Abschnitt 2), worin die Breite WB der breiten Kommunikationsbereiche in dem Bereich zwischen 5 bis 9 mm fällt.
4) Ein Wärmetauscher mit oberen und unteren Sammelbehältertanks, welche beabstandet voneinander angeordnet sind, und einer Mehrzahl von Wärmetauschrohren, welche parallel zwischen den zwei Sammelbehälter-Tanks angeordnet sind und gegenüber liegende Endbereiche aufweisen, die mit jeweiligen Sammelbehälter-Tanks verbunden sind, worin jeder der Sammelbehälter-Tanks so konfiguriert ist, dass eine Außenplatte, eine Innenplatte und eine Zwischenplatte, welche zwischen der Außen- und der Innenplatte liegt, in Lagen miteinander verlötet sind; jede der Außenplatten der oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks eine Mehrzahl von nach außen gewölbten Bereichen aufweist, die sich jeweils in der Links-Rechts-Richtung erstrecken und eine Öffnung aufweisen, die von der Zwischenplatte verschlossen ist; die Innenplatte eine Mehrzahl von Rohreinsetzöffnungen in der Form von Durchgangsöffnungen aufweist, welche in einem Bereich, der mit den nach außen gewölbten Bereichen der Außenplatte korrespondiert, und beabstandet voneinander entlang der Links-Rechts-Richtung angeordnet sind; die Zwischenplatte eine Mehrzahl von Kommunikationsöffnungen in der Form von Durchgangsöffnungen aufweist, um den jeweiligen Rohreinsetzöffnungen der Innenplatte zu erlauben, mit dem Inneren der korrespondierenden nach außen gewölbten Bereiche der Außenplatte zu kommunizieren; gegenüber liegende Endbereiche der Wärmetauschrohre durch die jeweiligen Rohreinsetzöffnungen der Innenplatten der zwei Sammelbehälter-Tanks eingesetzt und mit den Innenplatten verlötet sind; zumindest ein nach außen gewölbter Bereich von jedem der oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks als ein als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeter Kältemittelkanal dient, in welchem Kältemittel in der Längsrichtung strömt; der als nach außen gewölbter Bereich ausgebildete Kältemittelkanal des oberen Sammelbehälter-Tanks als ein einströmseitiger als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeter Kältemittelkanal dient, dessen einer Endbereich mit einem Kältemittel-Einlass kommuniziert, welcher in dem oberen Sammelbehälter-Tank ausgebildet ist; die Kommunikationsöffnungen der Zwischenplatten, welche mit den als nach außen gewölbte Bereich ausgebildeten Kältemittelkanälen der oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks kommunizieren, durch Kommunikationsbereiche verbunden sind, welche jeweils zwischen benachbarten Kommunikationsöffnungen der Zwischenplatten ausgebildet sind; und die Kommunikationsöffnungen, welche mit den als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanälen kommunizieren, und die Kommunikationsbereiche, welche diese Kommunikationsöffnungen verbinden, dabei zusammenwirken Kältemittelkanäle in den Zwischenplatten der obe ren und unteren Sammelbehälter-Tanks auszubilden, wobei die Kanäle mit dem Inneren der korrespondierenden als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanäle kommunizieren und das Kältemittel veranlassen, in der Links-Rechts-Richtung zu strömen, worin von allen Kommunikationsbereichen, welche den Kältemittelkanal der Zwischenplatte bilden, der mit dem als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des unteren Sammelbehälter-Tanks kommuniziert, eine Mehrzahl der Kommunikationsbereiche auf der stromabwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels eine Breite gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung haben, welche kleiner als die der übrigen Kommunikationsbereiche ist; und die Beziehung 0,25 ≤ C/D ≤ 0,35 erfüllt ist, wobei C die Anzahl der engen Kommunikationsbereiche darstellt und D die Gesamtanzahl der Kommunikationsöffnungen darstellt, welche den Kältemittelkanal bilden.
5) Ein Wärmetauscher gemäß Abschnitt 4), worin die Beziehung 0,6 ≤ WC/WD ≤ 0,8 erfüllt ist, wobei WC die Breite gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung der engen Kommunikationsbereiche aller Kommunikationsbereiche darstellt, welche den Kältemittelkanal der Zwischenplatte bilden, der mit dem als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des unteren Sammelbehälter-Tanks kommuniziert, und WD die Breite der übrigen breiten Kom munikationsbereiche gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung darstellt.
6) Ein Wärmetauscher gemäß Abschnitt 5), worin die Breite WD der breiten Kommunikationsbereiche in den Bereich zwischen 5 bis 9 mm fällt.
7) Ein Wärmetauscher gemäß Abschnitt 1) oder 4), worin die Außenplatte des oberen Sammelbehälter-Tanks vier nach außen gewölbte Bereiche aufweist, welche beabstandet voneinander in der Vorne-Hinten- und Links-Rechts-Richtung angeordnet sind, und die Außenplatte des unteren Sammelbehälter-Tanks zwei nach außen gewölbte Bereiche aufweist, welche beabstandet voneinander in der Vorne-Hinten-Richtung so angeordnet sind, dass jeder nach außen gewölbte Bereich zwei korrespondierenden nach außen gewölbten Bereichen des oberen Sammelbehälter-Tanks, welche benachbart zueinander in der Links-Rechts-Richtung angeordnet sind, gegenüber liegt; eine Mehrzahl von Rohreinsetzöffnungen in jedem vorderen und hinteren Bereich der Innenplatten der zwei Sammelbehälter-Tanks ausgebildet ist, und eine Mehrzahl von Kommunikationsöffnungen in jedem der vorderen und hinteren Bereiche der zwischenplatten der zwei Sammelbehälter-Tanks ausgebildet ist; zwei Paare, welche jeweils vordere und hintere nach außen gewölbte Bereiche beinhalten, auf dem oberen Sammelbehäl ter-Tank in der Links-Rechts-Richtung angeordnet sind, worin die nach außen gewölbten Bereiche eines der Paare als die als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanäle dienen, einer der zwei als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanäle als der einströmseitige als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeter Kältemittelkanal dient, der andere als nach außen gewölbter Bereich ausgebildete Kältemittelkanal als ein ausströmseitiger als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeter Kältemittelkanal dient, dessen eines Ende mit einem Kältemittel-Auslass kommuniziert, der in dem oberen Sammelbehälter-Tank ausgebildet ist, und die Kommunikationsöffnungen der Zwischenplatte, welche mit einem der zwei nach außen gewölbten Bereiche des anderen Paares kommunizieren, mit den Kommunikationsöffnungen der Zwischenplatte, welche mit dem anderen nach außen gewölbten Bereich des anderen Paars kommunizieren, durch Kältemittel-Richtungswechsel-Kommunikationsbereichen verbunden sind, welche in der Zwischenplatte ausgebildet sind, wodurch Kommunikation zwischen den zwei nach außen gewölbten Bereichen des anderen Paares hergestellt wird; und die zwei nach außen gewölbten Bereiche des unteren Sammelbehälter-Tanks jeweils als ein Kältemittelkanal nach außen gewölbter Bereich dienen.

Gemäß dem Wärmetauscher des Abschnitts 1) haben von allen Kommunikationsbereichen, welche den Kältemittelkanal der Zwischenplatte bilden, der mit dem einströmseitigen als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des oberen Sammelbehälter-Tanks kommuniziert, die Mehrzahl von Kommunikationsbereichen auf der stromaufwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels eine Vorne-nach-Hinten-Breite, welche kleiner als die der übrigen Kommunikationsbereiche ist. Daher kann die Menge an Kältemittel, welches in Richtung der stromabwärtigen Seite des Kältemittelkanals fließt, selbst dann erhöht werden, wenn Kältemittel in dem Kältemittelkanal der Zwischenplatte, welcher mit dem einströmseitigen als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des oberen Sammelbehälter-Tanks kommuniziert, dazu neigt auf Grund der Gravitationskraft in die Wärmetauschrohre auf der stromaufwärtigen Seite zu fließen. Demzufolge können die Kältemittel-Strömungsmengen aller Wärmetauschrohre, welche mit dem als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeter Kältemittelkanal des oberen Sammelbehälter-Tanks kommunizieren, auf optimale Werte eingestellt werden, um die Wärmetauscherleistung zu verbessern. Zusätzlich wird die Beziehung 0,25 ≤ A/B ≤ 0,35 erfüllt, wobei A die Anzahl der engen Kommunikationsbereiche darstellt und B die Gesamtanzahl der Kommunikationsöffnungen darstellt, welche den Kältemittelkanal bilden. Da die Gesamtanzahl B der Kommunikationsöffnungen natürlicherweise gleich der Anzahl der Wärmetauschrohre ist, welche mit dem einströmseitigen als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des oberen Sammelbehälter-Tanks kommunizieren, können die Kältemittel-Strömungsmengen dieser Wärmetauschrohre auf optimale Werte in Übereinstimmung mit der Anzahl der Wärmetauschrohre, welche mit dem Inneren des einströmseitigen als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanals kommunizieren, zur Verbesserung der Wärmetauscherleistung eingestellt werden. Weiterhin kann die Menge an Kältemittel, welche jedem Wärmetauschrohr zugeführt wird, in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeitsverteilung von Luft, welche durch Luftdurchlassspalten zwischen benachbarten Wärmetauschrohren gelangt, eingestellt werden.

Gemäß dem Wärmetauscher des Abschnitts 2) ist die Beziehung 0,6 ≤ WA/WB ≤ 0,8 erfüllt, wobei WA die Breite gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung der engen Kommunikationsbereiche von allen Kommunikationsbereichen, welche den Kältemittelkanal der Zwischenplatte bilden, der mit dem als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des oberen Sammelbehälter-Tanks kommuniziert, darstellt, und wobei WB die Breite der übrigen Kommunikationsbereiche gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung darstellt. Daher wird der oben in Abschnitt 1) beschriebene Effekt in einem größeren Maße erzielt.

Gemäß dem Wärmetauscher des Abschnitts 3) wird der oben in Abschnitt 1) beschriebene Effekt in einem größeren Maße erzielt, da die Breite WB der breiten Kommunikationsbereiche in den Bereich von 5 bis 9 mm fällt.

Gemäß dem Wärmetauscher des Abschnitts 4) haben von allen Kommunikationsbereichen, welche den Kältemittelkanal der Zwischenplatte bilden, der mit dem als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des unteren Sammelbehälter-Tanks kommuniziert, die Mehrzahl der Kommunikationsbereiche auf der stromabwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels eine Vorne-nach-Hinten-Breite, welche kleiner als die der übrigen Kommunikationsbereiche ist. Daher kann eine lokale Zunahme in der Kältemittel-Strömungsrate auf der stromabwärtigen Seite des Kältemittelkanals selbst dann verhindert werden, wenn Kältemittel in dem Kältemittelkanal der Zwischenplatte, welcher mit dem als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des unteren Sammelbehälter-Tanks kommuniziert, dazu neigt, auf Grund der Trägheit in Richtung der stromabwärtigen Seite zu fließen. Demzufolge können die Kältemittelströmungsmengen aller Wärmetauschrohre, welche mit dem als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des unteren Sammelbehälter-Tanks kommunizieren, auf optimale Werte eingestellt werden, um die wärmetauscherleistung zu verbessern. Zusätzlich ist die Beziehung 0,25 ≤ C/D ≤ 0,35 erfüllt, wobei C die Anzahl der engen Kommunikationsbereiche darstellt und D die Anzahl der Kommunikationsöffnungen darstellt, welche den Kältemittelkanal bilden. Da die Gesamtanzahl D der Kommunikationsöffnungen natürlicherweise gleich zu der Anzahl der Wärmetauschrohre ist, welche mit dem als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des unteren Sammelbehälter-Tanks kommunizieren, können die Kältemittelströmungsraten dieser Wärmetauschrohre in Übereinstimmung mit der Anzahl der Wärmetauschrohre, welche mit dem Inneren des als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanals auf optimale Werte eingestellt werden, um die Wärmetauscherleistung zu verbessern. Weiterhin kann die Menge an Kältemittel, welches jedem Wärmetauschrohr zugeführt wird, in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeitsverteilung der Luft, welche durch die Luftdurchlassspalten zwischen benachbarten Wärmetauschrohren gelangt, angepasst werden.

Gemäß dem Wärmetauscher des Abschnitts 4) ist die Beziehung 0,6 ≤ WC/WD ≤ 0,8 erfüllt, wobei WC die Breite gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung der engen Kommunikationsbereiche aller Kommunikationsbereiche darstellt, welche den Kältemittelkanal der Zwischenplatte bilden, der mit dem als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des unteren Sammelbehälter-Tanks kommuniziert, und WD die Breite der übrigen breiten Kommunikationsbereiche gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung darstellt. Daher wird der oben in Abschnitt 4) beschriebene Effekt in einem größeren Maße erzielt.

Gemäß dem Wärmetauscher des Abschnitts 6) wird der oben in dem Abschnitt 4) beschriebene Effekt in einem größeren Maße erzielt, da die Breite WD der breiten Kommunikationsbereiche in den Bereich von 5 bis 9 mm fällt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Gesamtkonstruktion eines Verdampfers zeigt, bei dem ein Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

2 ist eine fragmentarische Ansicht im vertikalen Schnitt, die den Verdampfer 1 zeigt, wenn er von hinten nach vorne gesehen wird;

3 ist eine fragmentarische Schnittansicht entlang der Linie A-A der 2;

4 ist eine vergrößerte fragmentarische Schnittansicht entlang der Linie B-B der 2;

5 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie C-C der 2;

6 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche einen rechten Endbereich eines ersten Sammelbehälter-Tanks des Verdampfers der 1 zeigt;

7 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie D-D der 2;

8 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche den ersten Sammelbehälter-Tank des Verdampfers der 1 zeigt;

9 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche den zweiten Sammelbehälter-Tank des Verdampfers der 1 zeigt;

10 ist eine Ansicht, welche den Strom von Kältemittel in dem Verdampfer der 1 zeigt;

11 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse des Testbeispiels 1 zeigt; und

12 ist eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse des Testbeispiels 2 zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als nächstes im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Diese Ausführungsform wird umgesetzt, indem ein Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Verdampfer für einen überkritischen Kältekreislauf verwendet wird.

Die 1 bis 3 zeigen die Gesamtkonfiguration des Verdampfers, bei welchem die Erfindung verwendet wird. Die 4 bis 9 zeigen wesentliche Bereiche des Verdampfers der 1. Die 10 zeigt den Strom des Kältemittels in dem Verdampfer der 1.

In der folgenden Beschreibung beinhaltet der Begriff „Aluminium" Aluminiumlegierungen zusätzlich zu reinem Aluminium.

Mit Bezug auf die 1 bis 3 beinhaltet ein Verdampfer 30 zur Verwendung in überkritischen Kältekreisläufen, in denen ein überkritisches Kältemittel wie z.B. CO₂ verwendet wird, zwei Sammelbehälter-Tanks 31 und 32, welche sich in der Links-Rechts-Richtung erstrecken und beabstandet voneinander in der vertikalen Richtung angeordnet sind, eine Mehrzahl von flachen Wärmetauschrohren 33, welche zwischen den Sammelbehälter-Tanks 31 und 32 angeordnet sind, wobei sie parallel zueinander und beabstandet voneinander in der Links-Rechts-Richtung angeordnet sind, eine Mehrzahl von gewellten Rippen 34, welche in korrespondierenden Luftdurchlassspalten zwischen benachbarten Wärmetauschrohren 33 und außerhalb der am weitesten links und am weitesten rechts angeordneten Wärmetauschrohre 33 angeordnet und jeweils mit den benachbarten Wärmetauschrohren 33 oder den am weitesten links oder am weitesten rechts angeordneten Wärmetauschrohren 33 verlötet sind, und Seitenplatten 35 aus Aluminium, welche außerhalb der korrespondieren am weitesten links und am weitesten rechts angeordneten gewellten Rippen 34 angeordnet und mit diesen verlötet sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der obere Sammelbehälter-Tank 31 als ein „erster Sammelbehältertank" und der zweite Sammelbehälter-Tank 32 als ein „zweiter Sammelbehälter-Tank" bezeichnet.

Der erste Sammelbehältertank 31 beinhaltet eine Außenplatte 36, einen Innenplatte 37 und eine Zwischenplatte 38. Die Außenplatte 36 ist aus einem Lötblech, das eine Lötmaterialschicht auf jeder seiner gegenüber liegenden Oberflächen aufweist, in der vorliegenden Ausführungsform aus einem Aluminiumlötblech hergestellt. Die Innenplatte 37 ist aus einem Lötblech, das eine Lötmaterialschicht auf jeder seiner gegenüber liegenden Oberflächen aufweist, in der vorliegenden Ausführungsform aus einem Aluminiumlötblech hergestellt. Die Zwischenplatte 38 ist aus einem blanken Metallmaterial, in der vorliegenden Ausführungsform aus einem blanken Aluminiummaterial hergestellt, und liegt zwischen der Außenplatte 36 und der Innenplatte 37. Die Außenplatte 36, die Innenplatte 37 und die Zwischenplatte 38 sind in Lagen angeordnet und miteinander verlötet.

Die Außenplatte 36 des ersten Sammelbehältertanks 31 weist einen rechten und einen linken Bereich auf, welcher jeweils mit zwei nach außen gewölbten Bereichen 39A und 39B und zwei nach außen gewölbten Bereichen 39C und 39D versehen sind. Die nach außen gewölbten Bereiche 39A bis 39D erstrecken sich in der Links-Rechts-Richtung. Die nach außen gewölbten Bereiche 39A und 39C sind beabstandet von den gewölbten Bereichen 39B und 39D in der Vorne-Hinten-Richtung angeordnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden der nach außen gewölbte Bereiche 39A in dem rechten vorderen Bereich der Außenplatte 36 als der „erste nach außen gewölbte Bereich", der nach außen gewölbte Bereich 39B in dem rechten hinteren Bereich als der „zweite nach außen gewölbte Bereich", der nach außen gewölbte Bereich 39C in dem linken vorderen Bereich als der „dritte nach außen gewölbte Bereich" und der nach außen gewölbte Bereich 39D in dem linken hinteren Bereich als der „vierte nach außen gewölbte Bereich" bezeichnet. Die nach außen gewölbten Bereiche 39A bis 39D weisen jeweilige Öffnungen auf, welche nach unten gerichtet und von der Zwischenplatte 38a verschlossen sind. Die nach außen gewölbten Bereiche 39A bis 39D sind gleich in der Wölbungshöhe, -länge und -breite. Daher sind ein Paar, welches den ersten nach außen gewölbten Bereich 39A und den zweiten nach außen gewölbten Bereich 39B beinhaltet, und ein Paar, welches den dritten nach außen gewölbten Bereich 39C und den vierten nach außen gewölbten Bereich 39D beinhaltet, auf dem ersten Sammelbehältertank 31 in der Links-Rechts-Richtung angeordnet. Die ersten und zweiten gewölbten Bereiche 39A und 39B des ersten Paares dienen als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeter Kältemittelkanäle, in denen CO₂ in der Längsrichtung strömt. Die Außenplatte 36 wird durch Pressen aus einem Aluminiumlötblech hergestellt, das eine Lötmaterialschicht auf jeder seiner gegenüber liegenden Oberflächen aufweist.

Vordere und hintere Halbbereiche der Innenplatte 37 sind jeweils mit einer Mehrzahl von Rohreinsetzöffnungen 41 in der Form von Durchgangsöffnungen, welche in der vorne- Hinten-Richtung verlängert und beabstandet voneinander in der Links-Rechts-Richtung sind, versehen. Die Rohreinsetzöffnungen 41 in dem vorderen rechten Halbbereich sind innerhalb des Links-nach-Rechts-Bereiches des ersten nach außen gewölbten Bereiches 39A in der Außenplatte 36 ausgebildet; die Rohreinsetzöffnungen 41 in dem hinteren rechten Halbbereich sind innerhalb des Links-nach-Rechts-Bereiches des zweiten nach außen gewölbten Bereiches 39B ausgebildet; die Rohreinsetzöffnungen 41 in dem vorderen linken Halbbereich sind innerhalb des Links-nach-Rechts-Bereiches des dritten nach außen gewölbten Bereiches 39C ausgebildet, die Rohreinsetzöffnungen 41 in dem hinteren linken Halbbereich sind innerhalb des Links-nach-Rechts-Bereiches des vierten nach außen gewölbten Bereiches 39D ausgebildet. Die Rohreinsetzöffnungen 41 weisen eine Länge auf, die etwas länger als die Vorne-nach-Hinten-Breite der nach außen gewölbten Bereiche 39A bis 39D ist, und sie weisen vordere und hintere Endbereiche auf, welche jeweils über die vorderen und hinteren Enden der korrespondierenden nach außen gewölbten Bereiche 39A bis 39D hinausragen (siehe die 3 und 4).

Abdeckwände 42 sind integral an den vorderen und hinteren Seitenkantenbereichen der Innenplatte 37 ausgebildet. Jede der Abdeckwände 42 ragt nach oben so vor, dass ihr Ende die äußere Oberfläche der Außenplatte 36 erreicht und die Grenze zwischen der Außenplatte 36 und der Zwischenplatte 38 über die gesamte Länge bedeckt. Die Abdeckwände 42 sind mit den vorderen und hinteren Seitenoberflächen der Außenplatte 36 und der Zwischenplatte 38 verlötet. Eine Mehrzahl von Eingriffsbereichen 43 sind integral mit dem vorragenden Ende von jeder Abdeckwand 42 ausgebildet, während sie voneinander in der Links-Rechts-Richtung beabstandet angeordnet sind. Die Eingriffsbereiche 43 stehen in Eingriff mit der äußeren Oberfläche der Außenplatte 36 und sind mit der Außenplatte 36 verlötet. Die Innenplatte 37 wird durch einen Pressvorgang aus einem Aluminiumlötblech hergestellt, das eine Lötmaterialschicht auf jeder seiner gegenüber liegenden Oberflächen aufweist.

Die Zwischenplatte 38 weist eine Mehrzahl von Kommunikationsöffnungen 44 auf, die sich durch deren Dicke erstrecken und die in Bereichen korrespondierend mit den Rohreinsetzöffnungen 41 der Zwischenplatte 37 angeordnet und in der Anzahl gleich zu den Rohreinsetzöffnungen 41 sind. Die Kommunikationsöffnungen 44 ermöglichen es den Rohreinsetzöffnungen 41 der Innenplatte 37 mit dem Inneren der nach außen gewölbten Bereiche 39A bis 39D der Außenplatte 36 zu kommunizieren. Die Kommunikationsöffnungen 44 sind etwas größer als die Rohreinsetzöffnungen 41. Die Rohreinsetzöffnungen 41 in dem vorderen rechten Halbbereich der Innenplatte 37 kommunizieren mit dem Inneren des ersten nach außen gewölbten Bereiches 39A durch die Kommunikationsöffnungen 44 in dem vorderen rechten Halbbereich der Zwischenplatte 38. Die Rohreinsetzöffnungen 41 in dem hinteren rechten Halbbereich der Innenplatte 37 kommunizieren mit dem Inneren des zweiten nach außen ge wölbten Bereiches 39B durch die Kommunikationsöffnungen 44 in dem hinteren rechten Halbbereich der Zwischenplatte 38. Die Rohreinsetzöffnungen 41 in dem vorderen linken Halbbereich der Zwischenplatte 37 kommunizieren mit dem Inneren des dritten nach außen gewölbten Bereiches 39C durch die Kommunikationsöffnungen 44 in dem vorderen linken Halbbereich der Zwischenplatte 38. Die Rohreinsetzöffnungen 41 in dem hinteren linken Halbbereich der Innenplatte 37 kommunizieren mit dem Inneren des vierten nach außen gewölbten Bereiches 39D durch die Kommunikationsöffnungen 44 in dem hinteren linken Halbbereich der Zwischenplatte 38.

Wie dies in den 4 und 5 gezeigt ist, kommunizieren die Kommunikationsöffnungen 44 der Zwischenplatte 38, welche mit dem dritten nach außen gewölbten Bereich 39C des zweiten Paars der nach außen gewölbten Bereiche des ersten Sammelbehälter-Tanks 31 kommunizieren, mit den korrespondierenden Kommunikationsöffnungen 44, welche mit dem vierten nach außen gewölbten Bereich 39D des zweiten Paars über Kältemittel-Richtungswechsel-Kommunikationsbereiche 45 kommunizieren. Die Kältemittel-Richtungswechsel-Kommunikationsbereiche 45 werden durch Abschneiden von Bereichen zwischen benachbarten vorne und hinten Kommunikationsöffnungen 44 in der Zwischenplatte 38 ausgebildet. Auf diese Weise kommuniziert das Innere des dritten nach außen gewölbten Bereiches 39C und das Innere des vierten nach außen gewölbten Bereiches 39D miteinander. Sowohl alle Kommunikationsöffnungen 44, wel che mit dem Inneren des ersten nach außen gewölbten Bereiches 39A kommunizieren, als auch alle Kommunikationsöffnungen 44, welche mit dem Inneren des zweiten nach außen gewölbten Bereichs 39B kommunizieren, kommunizieren miteinander durch die Kommunikationsbereiche 46A, 46B und 46C. Die Kommunikationsbereiche 46A, 46B und 46C werden durch Abschneiden von vorne nach hinten zentralen Bereichen zwischen benachbarten links und rechts Kommunikationsöffnungen 44 der Zwischenplatte 38 ausgebildet (siehe 5). Alle Kommunikationsöffnungen 44, welche mit dem Inneren des ersten nach außen gewölbten Bereichs 39A kommunizieren, und die Kommunikationsbereiche 46A und 46b, welche eine Kommunikation zwischen den Kommunikationsöffnungen 44 etablieren, bilden in der Zwischenplatte 38 des ersten Sammelbehälter-Tanks 31 einen ersten Kältemittelkanal 1 aus, der mit dem Inneren des ersten nach außen gewölbten Bereiches 39A kommuniziert und durch den Kältemittel in der Links-Rechts-Richtung (die Längsrichtung des ersten nach außen gewölbten Bereiches 39A) strömt. In gleicher Weise bilden alle Kommunikationsöffnungen 44, welche mit dem Inneren des zweiten nach außen gewölbten Bereichs 39B kommunizieren, und der Kommunikationsbereich 46C, welcher eine Kommunikation zwischen den Kommunikationsöffnungen 44 etabliert, in der Zwischenplatte 38 des ersten Sammelbehältertanks 31 einen zweiten Kältemittelkanal 2 aus, der mit dem Inneren des zweiten nach außen gewölbten Bereichs 39B kommuniziert und durch den Kältemittel in der Links-Rechts-Richtung (die Längsrichtung des zweiten nach außen gewölbten Bereichs 39B) strömt. Die Zwischenplatte 38 wird aus einem blanken Aluminiummaterial durch einen Pressvorgang hergestellt.

Wie dies in den 5 und 6 gezeigt ist, sind die drei Platten 36, 37 und 38 jeweils an deren rechten Enden mit zwei nach rechts vorragenden Vorsprüngen 36a, 37a und 38a versehen, welche in der Vorne-Hinten-Richtung beabstandet sind. Die Zwischenplatte 38 weist Ausschnitte 47A und 47B auf, welche sich von den korrespondierenden rechten Enden der vorderen und hinteren nach rechts gerichteten Vorsprünge 38a zu den korrespondierenden am weitesten rechts angeordneten Kommunikationsöffnungen 44 erstrecken. Diese Ausschnitte 47A und 47B stellen in dem ersten Sammelbehältertank 31 einen Kältemittel-Einlass 48, welcher mit dem ersten Kältemittelkanal 1 und dem Inneren des ersten nach außen gewölbten Bereichs 39A kommuniziert, und einen Kältemittel-Auslass 49, welcher mit dem zweiten Kältemittelkanal 2 und dem Inneren des zweiten nach außen gewölbten Bereichs 39B kommuniziert, bereit. Der erste nach außen gewölbte Bereich 39A dient als ein einströmseitiger als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeter Kältemittelkanal, wobei eines seiner Enden mit dem Kältemittel-Einlass 48, der in dem ersten Sammelbehälter-Tank 31 ausgebildet ist, kommuniziert. Bemerkenswerterweise ist die Vorne-nach-Hinten-Breite des Vorderseitenausschnittes 47A gleich zu der Vorne-nach-Hinten-Breite des rechtsendigen Kommunikationsbereiches 46A, welcher teilweise den ersten Kältemittelkanal 1 bildet. Ein Kältemittel-Einlass/Aus-lass-Element 51 ist mit dem ersten Sammelbehälter-Tank 31 unter Verwendung eines Lötblechs, das eine Lötmaterialschicht auf jeder seiner gegenüber liegenden Seiten aufweist, in der vorliegenden Ausführungsform einem Aluminiumlötblech 57, verlötet, während es jeweils an den zwei nach rechts vorragenden Vorsprüngen 36a, 37a und 38a der drei Platten 36, 37 und 38 angebracht ist. Das Kältemittel-Einlass/Auslass-Element 51 weist einen Kältemittel-Einströmkanal 52, welcher mit dem Kältemittel-Einlass 48 kommuniziert, und einen Kältemittel-Ausströmkanal 53, welcher mit dem Kältemittel-Auslass 49 kommuniziert, auf. Das Kältemittel-Einlass/Auslass-Element 51 wird aus einem blanken Metallmaterial, bei der vorliegenden Ausführungsform einem blanken Aluminiummaterial hergestellt.

Von allen Kommunikationsbereichen 46A und 46B, welche den Kältemittelkanal 1 bilden, hat die Mehrzahl von Kommunikationsbereichen 46A auf der stromaufwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels, d.h. an rechten Endseiten des ersten Kältemittelkanals 1, eine Breite WA gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung, die kleiner als die Breite WB der übrigen Kommunikationsbereiche 46B ist. Daher muss, wenn die Anzahl der engen Kommunikationsbereiche 46A durch A dargestellt wird und die Gesamtzahl der Kommunikationsöffnungen 44, welche den ersten Kältmittelkanal 1 bilden, d.h. die Gesamtanzahl der wärmetauschrohre 33, welche mit dem ersten nach außen gewölbten Bereich 39A kommunizieren, durch B dargestellt wird, die Beziehung 0,25 ≤ A/B ≤ 0,35 erfüllt werden.

Weiterhin erfüllen vorteilhafterweise die Breite WA der engen Kommunikationsbereiche 46A und die Breite WB der übrigen breiten Kommunikationsbereiche 46B die Beziehung 0,6 ≤ WA/WB ≤ 0,8. Vorzugsweise liegt die Breite WB der breiten Kommunikationsbereiche 46B zwischen 5 bis 9 mm.

Der Grund, warum die Beziehung zwischen der Anzahl A der engen Kommunikationsbereiche 46A und der Gesamtanzahl B der Kommunikationsöffnungen 44, welche den ersten Kältemittelkanal 1 bilden, d.h. die Gesamtzahl der Wärmetauscherrohre 33, welche mit dem ersten nach außen gewölbten Bereich 39A kommunizieren, (das Verhältnis A zu B) auf 0,25 ≤ A/B ≤ 0,35 begrenzt ist, ist, dass wenn das Verhältnis A/B in den oben beschriebenen Bereich fällt, der Verdampfer 30 eine exzellente Kühlleistung aufweist.

Der Grund, warum die Breite WA der engen Kommunikationsbereiche 46A und die Breite WB der übrigen breiten Kommunikationsbereichen 46B vorzugsweise festgelegt wird, um die Beziehung 0,6 ≤ WA/WB ≤ 0,8 zu erfüllen, ist dass wenn WA/WB < 0,6 ist, der Kanalwiderstand zunehmen kann und wenn WA/WB > 0,8 ist, die Kühlleistung schlechter werden kann.

Weiterhin kann der Kanalwiderstand mit einer daraus resultierenden Zunahme der Verdampfungstemperatur und einem Absinken der Kühlleistung zunehmen, wenn die Breite WB der breiten Kommunikationsbereiche 46B weniger als 5 mm beträgt. Wenn die Breite WB der breiten Kommunikationsbe reiche 46B größer als 9 mm ist, nimmt die Kontaktfläche zwischen der Innenplatte 37 und der Zwischenplatte 38 ab, woraus eine Abnahme der Druckwiderstandsfähigkeit des ersten Sammelbehälter-Tank 31 resultiert.

Alle Kommunikationsöffnungen 46C des zweiten Kältemittelkanals 2 haben gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung die selbe Breite, und die Breite ist gleich zu der Breite WB der breiten Kommunikationsbereiche 46B des ersten Kältemittelkanals 1.

Wie dies in den 1 bis 3 und 7 gezeigt ist, hat der zweite Sammelbehälter-Tank 32 eine Struktur, die ähnlich zu der des ersten Sammelbehälter-Tanks 31 ist. Daher werden gleiche Elemente und Bereiche mit gleichem Bezugszeichen versehen. Die Sammelbehälter-Tanks 31 und 32 sind so angeordnet, dass ihre Innenplatten 37 einander gegenüberliegen. Der zweite Sammelbehälter-Tank 32 unterscheidet sich von dem ersten Sammelbehälter-Tank 31 in den folgenden Punkten. Die Außenplatte 36 weist zwei nach außen gewölbte Bereiche 54A und 54B auf, welche sich von einem ihrer rechten Endbereiche zu einem ihrer linken Endbereiche erstrecken und in der Vorne-Hinten-Richtung so beabstandet angeordnet sind, dass der nach außen gewölbte Bereich 54A sowohl dem ersten als auch dem dritten nach außen gewölbten Bereich 39A und 39C gegenüberliegt, und dass der nach außen gewölbte Bereich 54B sowohl dem zweiten als auch dem vierten gewölbten Bereich 39B und 39D gegenüberliegt. Sowohl alle Kommunikationsöffnungen 44, welche mit dem Inneren des vorderen nach außen gewölbten Bereich 54A kommunizieren, als auch alle Kommunikationsöffnungen 44, welche mit dem Inneren des hinteren nach außen gewölbten Bereichs 54B kommunizieren, kommunizieren miteinander durch die Kommunikationsbereiche 55A bis 55D. Die Kommunikationsbereiche 55A bis 55D werden jeweils durch Abschneiden von Bereichen zwischen benachbarten links und rechts Kommunikationsöffnungen 44 in der Zwischenplatte 38 ausgebildet. Die Kommunikationsöffnungen 44, welche mit dem Inneren des vorderen nach außen gewölbten Bereichs 54A kommunizieren, und die Kommunikationsbereiche 55A und 55B, welche die Kommunikation zwischen den Kommunikationsöffnungen 44 etablieren, bilden einen vorderen Kältemittelkanal 3 in der Zwischenplatte 38. Die Kommunikationsöffnungen 44, welche mit dem Inneren des hinteren nach außen gewölbten Bereichs 54B kommunizieren, und die Kommunikationsbereiche 55C und 55D, welche die Kommunikation zwischen den Kommunikationsöffnungen 44 etablieren, bilden einen hinteren Kältemittelkanal 4 in der Zwischenplatte 38. Keine Kommunikation wird zwischen den zwei nach außen gewölbten Bereichen 54A und 54B etabliert. Keine nach rechts vorragenden Vorsprünge werden an den rechten Endbereichen der drei Platten 36, 37 und 38 ausgebildet. Die nach außen gewölbte Bereiche 54A und 54B sind gleich in der Wölbungshöhe und -breite zu den nach außen gewölbten Bereichen 39A bis 39D des ersten Sammelbehälter-Tanks 31. Die vorderen und hinteren nach außen gewölbten Bereiche 54A und 54B dienen als als nach außen gewölbter Bereich ausgebildete Kälte mittelkanäle, in denen CO₂ in der Längsrichtung strömt. Das Kältemittel strömt innerhalb des nach außen gewölbten Bereichs 54A und des vorderen Kältemittelkanals 3 von rechts zu der links und strömt innerhalb des hinteren nach außen gewölbten Bereichs 54B und des hinteren Kältemittelkanals 4 von links nach rechts.

Von allen Kommunikationsbereichen 55A und 55B, welche den Kältemittelkanal 3 bilden, hat die Mehrzahl der Kommunikationsbereiche 55A auf der stromabwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels, d.h. auf der linken Endseite des vorderen Kältemittelkanals 3, eine Breite WC gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung, die kleiner als die Breite WD der übrigen Kommunikationsbereiche 55B ist. Hier muss, wenn die Anzahl der engen Kommunikationsbereiche 55A durch C dargestellt wird, und die Gesamtanzahl der Kommunikationsöffnungen 44, welche den vorderen Kältemittelkanal 3 bilden, d.h. die Gesamtanzahl der Wärmetauschrohre 33, welche mit dem vorderen nach außen gewölbten Bereich 54A kommunizieren, durch D dargestellt wird, die Beziehung 0,25 ≤ C/D ≤ 0,35 erfüllt sein. Weiter erfüllen die Breite WC der engen Kommunikationsbereiche 55A und die Breite WD der übrigen breiten Kommunikationsbereiche 55B vorzugsweise die Beziehung 0,6 ≤ WC/WD ≤ 0,8. Vorzugsweise liegt die Breite WD der breiten Kommunikationsbereiche 55B zwischen 5 bis 9 mm.

Der Grund, warum die Beziehung zwischen der Anzahl C der engen Kommunikationsbereiche 55A und der Gesamtanzahl D der Kommunikationsöffnungen 44, welche den vorderen Kältemittelkanal 3 bilden, d.h. die Gesamtanzahl der Wärmetauschrohre 33, die mit dem vorderen nach außen gewölbten Bereich 45A kommunizieren, (das Verhältnis von C zu D) auf 0,25 ≤ C/D ≤ 0,35 beschränkt ist dass, ist wenn das Verhältnis C/D in den oben beschriebenen Bereich fällt, der Verdampfer 30 eine exzellente Kühlleistung aufweist. Der Grund, warum die Breite WC der engen Kommunikationsbereiche 55A und die Breite WD der übrigen breiten Kommunikationsbereich 55B vorzugsweise festgelegt wird, um die Beziehung 0,6 ≤ WC/WD ≤ 0,8 zu erfüllen, ist dass wenn WC/WD < 0,6 ist, der Kanalwiderstand zunehmen kann und wenn WC/WD > 0,8 ist, die Kühlleistung schlechter werden kann.

Weiterhin kann der Kanalwiderstand mit einer daraus resultierenden Zunahme der Verdampfungstemperatur und einem Absinken der Kühlleistung zunehmen, wenn die Breite WD der breiten Kommunkationsbereiche 55B weniger als 5 mm beträgt. Wenn die Breite WD der breiten Kommunikationsbereiche 55B größer als 9 mm ist, nimmt die Kontaktfläche zwischen der Innenplatte 37 und der Zwischenplatte 38 ab, mit dem Ergebnis, dass die Druckwiderstandsfähigkeit des zweiten Sammelbehälter-Tanks 32 sinkt.

Von allen Kommunikationsbereichen 55C und 55D, welche den hinteren Kältemittelkanal 4 bilden, hat die Mehrzahl von Kommunikationsbereichen 55C auf der stromabwärtigen Seiten mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels, d.h. auf der rechten Endseite des hinteren Kältemittelkanals 4, eine Breite gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung die kleiner als die Breite der übrigen Kommunikationsbereiche 55D ist. Die Vorne-nach-Hinten-Breite und die Anzahl der engen Kommunikationsbereiche 55C ist gleich zu der der engen Kommunikationsbereiche 55A des vorderen Kältemittelkanals 3, und die Vorne-nach-Hinten-Breite der breiten Kommunikationsbereiche 55D ist gleich zu der der breiten Kommunikationsbereiche 55B des vorderen Kältemittelkanals 3. Demzufolge ist der Kältemittelkanal 4 mit Bezug auf die Beziehung zwischen der Anzahl der engen Kommunikationsbereiche 55C und der Gesamtanzahl der Kommunikationsöffnungen 44, welche den hinteren Kältemittelkanal 4 bilden, d.h. der Gesamtanzahl der Wärmetauscherrohre 33, die mit dem hinteren nach außen gewölbten Bereich 54B kommunizieren, und die Beziehung zwischen der Vorne-nach-Hinten-Breite der engen Kommunikationsbereiche 55C und der der übrigen breiten Kommunikationsbereiche 55D identisch.

Die Sammelbehälter-Tanks 31 und 32 werden wie in den 8 und 9 gezeigt hergestellt.

Zuerst wird ein Aluminiumlötblech, das ein Lötmaterial auf jeder seiner gegenüberliegenden Oberflächen aufweist, Pressen unterworfen, wodurch die Außenplatte 36 des ersten Sammelbehälter-Tanks 31 ausgebildet wird, wobei diese Platte die nach außen gewölbten Bereiche 39A, 39B, 39C und 39D aufweist, und wodurch die Außenplatte 36 des zweiten Sammelbehälter-Tanks 32 ausgebildet wird, wobei diese Platte die nach außen gewölbten Bereiche 54A und 54B aufweist. Außerdem wird ein Aluminiumlötblech, das ein Lötmaterial auf jeder seiner gegenüberliegenden Oberflächen aufweist, Pressen unterworfen, um hierdurch die Innenplatten 37 des ersten und zweiten Sammelbehälter-Tanks 31 und 32 auszubilden, wobei jede von diesen die Rohreinsetzöffnungen 41, die Abdeckwände 42 und die einen Eingrifbereich bildenden Nasen 43A, welche sich gerade von den Abdeckwänden 42 erstrecken, aufweist. Weiterhin wird ein blankes Aluminiummaterial einem Pressvorgang unterworfen, um hierdurch die Zwischenplatte 38 des ersten Sammelbehältertanks 31 auszubilden, wobei die Platte die Kommunikationsöffnungen 44 und die Kommunikationsbereiche 45 und 46A bis 46C aufweist, und um die Zwischenplatte 38 des zweiten Sammelbehälter-Tanks 32 auszubilden, wobei die Platte die Kommunikationsöffnungen 44 und die Kommunikationsbereiche 55A bis 55D aufweist. Die Außenplatte 36, die Zwischenplatte 38 und die Innenplatte 37 des ersten Sammelbehälter-Tanks 31 werden so ausgebildet, dass sie die jeweilige nach rechts vorragenden Bereiche 36a, 37a und 38a aufweisen. Die Zwischenplate 38 des ersten Sammelbehälter-Tanks 31 wird so ausgebildet, dass sie die Ausschnitte 47A und 47B aufweist.

Als nächstes werden die drei Platten 36, 37 und 38 gestapelt und die den eingreifenden Bereich bildenden Nasen 43A werden gebogen, um die eingreifenden Bereiche 43 zu bilden, welche mit der Außenplatte 36 in Eingriff kommen, wodurch eine provisorische Anordnung gebildet wird. Anschließend werden die drei Platten 36, 37 und 38 unter Verwendung der Lötmaterialschichten der Außenplatte 36 und er Innenplatte 37 verlötet, und die Abdeckwände 42 werden mit den vorderen und hinteren Seitenoberflächen der Zwischenplatte 38 und der Außenplatte 36 verlötet. Weiterhin werden die eingreifenden Bereiche 43 mit der Außenplatte 36 verlötet. Auf diese Weise werden die zwei Sammelbehälter-Tanks 31 und 32 hergestellt.

Das Wärmetauschrohr 33 wird aus einem blanken Metallmaterial, bei der vorliegenden Ausführungsform einem Aluminiumextrudat, hergestellt und hat die Form eines flachen Rohres, das eine verlängerte Vorne-nach-Hinten-Breite aufweist. Das Wärmetauschrohr 33 weist in seinem Inneren eine Mehrzahl von Kältemittelkanälen 33a auf, welche sich dessen Längsrichtung erstrecken und parallel zueinander angeordnet sind. Die Wärmetauschrohre 33 sind mit den Innenplatten 37 der Sammelbehälter-Tanks 31 und 32 unter Verwendung der Lötmaterialschichten der Innenplatten 37 verlötet, wobei deren gegenüberliegende Enden in die korrespondierenden Einsetzöffnungen 41 der Sammelbehälter-Tanks 31 und 32 eingesetzt sind. Gegenüberliegenden Enden der Wärmetauschrohre 33 sind in die korrespondierenden Kommunikationsöffnungen 44 der Zwischenplatten 38 bis zu einer mittleren Tiefe von diesen eingesetzt und innerhalb der korrespondierenden Kältemittelkanäle 1 bis 4 positioniert (siehe 3). zwischen den Sammelbehälter-Tanks 31 und 32 ist eine Mehrzahl von, bei der vorliegenden Ausführungsform zwei Wärmetauschrohrgruppen 56 in Reihen angeordnet, welche beabstandet in der Vorne-Hinten-Richtung sind. Jede Wärmetauschrohrgruppe 56 besteht aus einer Mehrzahl von Wärmetauschrohren 33, welche parallel beabstandet voneinander in der Links-Rechts-Richtung angeordnet sind. Die Wärmetauschrohre 33, welche in der rechten Hälfte der vorderen Wärmetauschrohrgruppe 56 angeordnet sind, sind an deren oberen und unteren Enden mit den korrespondierenden Sammelbehälter-Tanks 31 und 32 verbunden, um mit dem Inneren des ersten nach außen gewölbten Bereichs 39A und dem Inneren des vorderen nach außen gewölbten Bereichs 54A zu kommunizieren. Die Wärmetauschrohre 33, welche in der linken Hälfte der vorderen Wärmetauschrohrgruppe 56 angeordnet sind, sind mit deren oberen und unteren Enden mit den korrespondierenden Sammelbehälter-Tanks 31 und 32 verbunden, um mit dem Inneren des dritten nach außen gewölbten Bereichs 39C und dem Inneren des vorderen nach außen gewölbten Bereichs 54A zu kommunizieren. Die Wärmetauschrohre 33, welche in der rechten Hälfte der hinteren Wärmetauschrohrgruppe 56 angeordnet sind, sind mit den korrespondierenden Sammelbehälter-Tanks 31 und 32 verbunden, um mit dem inneren des zweiten nach außen gewölbten Bereichs 39B und dem inneren des hinteren nach außen gewölbten Bereichs 54B zu kommunizieren. Die Wärmetauschrohre 33, welche in der linken Hälfte der hinteren Wärmetauschrohrgruppe 56 angeordnet sind, sind an deren oberen und unteren Enden mit den jeweiligen Sammelbehälter-Tanks 31 und 32 verbunden, um mit dem inneren des vierten nach außen gewölbten Bereichs 39D und dem Inneren des hinteren nach außen gewölbten Bereichs 54B zu kommunizieren.

Anstatt ein Aluminiumextrudat zu verwenden, kann das Wärmetauschrohr 33 durch Walzen eines Aluminiumlötbleches, dass eine Lötmaterialschicht auf jeder seiner gegenüberliegenden Seiten aufweist, hergestellt werden. D.h. eine Platte, welche zwei flache Wand bildende Bereiche, aufweist die von einem Verbindungsbereich verbunden sind, wird zuerst gebildet. Die Platte weist Seitenwand bildende Bereiche auf, welche von Seitenkanten der dem Verbindungsbereich gegenüberliegenden flache Wand bildenden Bereiche vorragen. Eine Mehrzahl von Trennwand bildenden Bereichen ragt von den flache Wand bildenden Bereich in festgelegten Abständen in der Breitenrichtung der flache Wand bildenden Bereiche vor. Die gebildete Platte wird so in dem Verbindungsbereich in die Form einer Haarnadel gebogen, dass die Seitenwand bildenden Bereiche in gegenseitigen Eingriff kommen, und die Seitenwand bildenden Bereiche werden miteinander verlötet, wodurch die Trennwände von den Trennwand bildenden Bereichen gebildet werden.

Die gewellte Rippe 34 wird in einer Wellenform aus einem Aluminiumlötblech, dass eine Lötmaterialschicht auf jeder seiner gegenüberliegenden Oberfläche aufweist, hergestellt. Verbindungsbereiche, welche Gipfel- und Talbereiche der gewellten Rippe 34 verbinden, werden mit einer Mehrzahl von Lüftungsspalten versehen, die parallel in der Vorne-Hinten-Richtung angeordnet sind. Die gewellte Rippe 34 wird gemeinsam zwischen den vorderen und hinteren Wärmetauschrohrgruppen 56 verwendet und hat eine Vorne-nach-Hinten-Breite, welche ungefähr gleich zu der Entfernung von dem vorderen Ende des Wärmetauschrohrs 33 der vorderen Wärmetauschrohrgruppe 56 zu dem hinteren Ende des korrespondierenden Wärmetauschrohrs 33 der hinteren Wärmetauschrohrgruppe 56 ist. Anstatt eine gewellte Rippe 34 gemeinsam zwischen den vorderen und hinteren Wärmetauschrohrgruppen 56 zu verwenden, kann eine gewellte Rippe zwischen den benachbarten Wärmetauschrohren 33 in jeder der Wärmetauschrohrgruppen 56 bereitgestellt werden.

Der Verdampfer 30 wird durch die folgenden Schritte hergestellt:
Es werden die zwei oben beschriebenen provisorischen Anordnungen zur Herstellung der Sammelbehälter-Tanks 31 und 32, die Mehrzahl der Wärmetauschrohre 33 und die Mehrzahl der gewellten Rippen 34 vorbereitet;
die zwei provisorischen Anordnungen werden mit einem Abstand zwischen ihnen so angeordnet, dass ihre Innenplatten 37 einander gegenüberliegen;
die Mehrzahl der Wärmetauschrohre 33 und die Mehrzahl der gewellten Rippen 34 werden alternierend angeordnet;
die gegenüberliegenden Endbereiche der Wärmetauschrohre 33 werden in die Rohreinsetzöffnungen 41 der Innenplatten 37 der zwei provisorischen Anordnungen eingesetzt;
die Seitenplatten 35 werden auf der Außenseite der gewellten Rippen 34 an den gegenüberliegenden Enden angeordnet;
das Kältemittel-Einlass/Auslass-Element 51 wird an der provisorischen Anordnung der drei Platten 36, 37 und 38 über das Lötblech 57 angebracht; und
die drei Platten 36, 37 und 38 von jeder provisorischen Anordnung werden miteinander verlötet, um die Sammelbehälter-Tanks 31 und 32 bilden, während die Wärmetauschrohre 33 mit den Sammelbehälter-Tanks 31 und 32, die Rippen 34 mit den Wärmetauschrohren 33, die Seitenplatten 35 mit den Rippen 34 und das Einlass/Auslass-Element 51 mit dem ersten Sammelbehälter-Tank 31 verlötet werden.

Der Verdampfer 30 bildet zusammen mit einem Kompressor, einem Gaskühler, einer Druckreduzierungseinrichtung und einem Zwischenwärmetauscher, um Wärmeaustausch zwischen einem Kältemittel aus dem Gaskühler und einem Kältemittel aus dem Verdampfer durchzuführen, einen überkritischen Kältekreislauf. Der überkritische Kältekreislauf ist in einem Fahrzeug, z.B. in einem Auto als eine Autoklimaanlage installiert.

Wie dies in der 10 gezeigt ist, strömt bei dem oben beschriebenen Verdampfer 30 CO₂, welches durch eine Druckreduzierungseinrichtung (Expansionsventil) gelangt ist und darin eine Druckreduzierung erfahren hat, durch den Kältemittel-Einström-Kanal 52 des Einlass/Auslass-Elementes 51, und strömt durch den Kältemittel-Einlass 48 in den ersten nach außen gewölbten Bereich 39A über den ersten Kältemittelkanal 1 des ersten Sammelbehälter-Tanks 31. Das Kältemittel strömt dann nach links in den ersten Kältemittelkanal 1 und den ersten nach außen gewölbten Bereich 39A, und strömt dann verteilt in die Kältemittelkanäle 33a aller Wärmetauschrohre 33, welche mit dem Inneren des ersten nach außen gewölbten Bereiches 39A kommunizieren.

Zu diesem Zeitpunkt neigt das CO₂ in der flüssigen Phase aufgrund der Schwerkraft dazu, in die Kältemittelkanäle 33a des Wärmetauschrohrs 33 auf der Seite in Richtung des Kältemittel-Einlasses 48 zu strömen. Allerdings strömt eine große Menge von CO₂ nach links in den ersten Kältemittelkanal 1 und den ersten nach außen gewölbten Bereich 39A aufgrund der oben beschriebenen Struktur, in welcher von allen Kommunikationsbereichen 46A und 46B, welche den ersten Kältemittelkanal 1 bilden, die Mehrzahl der Kommunikationsbereiche 46A auf der stromaufwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels, d.h. auf der rechten Endseite des ersten Kältemittelkanals 1, die Breite WA gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung hat, welche kleiner als die Breite WB der übrigen Kommunikati onsbereiche 46B ist. zusätzlich erfüllen die Anzahl A der engen Kommunikationsbereiche 46A und die Gesamtanzahl B der Kommunikationsöffnungen 44, welche den ersten Kältemittelkanal 1 bilden (die Gesamtanzahl der Wärmetauschrohre 33, welche mit dem ersten nach außen gewölbten Bereich 39A kommunizieren) die oben beschriebene Beziehung, und die Breite WA der engen Kommunikationsbereiche 46A und die Breite WB der breiten Kommunikationsbereiche 46B erfüllen die oben beschriebene Beziehung. Auf diese Weise werden die Strömungsraten des CO₂, welches durch die Kältemittelkanäle 33a von allen Wärmetauschrohren 33, die in Kommunikation mit dem Inneren des ersten nach außen gewölbten Bereichs 39A sind, strömt einheitlich in Übereinstimmung mit der Anzahl der Wärmetauschrohre 33, welche mit dem Inneren des ersten nach außen gewölbten Bereichs 39A kommunizieren, gemacht.

CO₂, das in die Kältemittelkanäle 33a von allen Wärmetauschrohren 33, welche mit dem Inneren des ersten nach außen gewölbten Bereichs 39A kommunizieren, eingetreten ist, strömt die Kältemittelkanäle 33a herunter und tritt in den vorderen nach außen gewölbten Bereich 54A des zweiten Sammelbehälter-Tanks 32 ein. Das CO₂ im vorderen nach außen gewölbten Bereich 54A strömt nach links durch den vorderen nach außen gewölbten Bereich 54A und den vorderen Kältemittelkanal 3 der Zwischenplatte 38 und strömt verteilt in die Kältemittelkanäle 33a aller Wärmetauschrohre 33, welche mit dem Inneren des dritten nach außen gewölbten Bereichs 39C kommunizieren.

Zu diesem Zeitpunkt ist die Menge an CO₂ in einem rechten Bereich des vorderen Kältemittelkanals 3 und einem rechten Bereich des vorderen nach außen gewölbten Bereichs 54A einheitlich, da die Strömungsraten des CO₂, welches durch die Kältemittelkanäle 33a aller Wärmetauschrohre 33, die mit dem Inneren des ersten nach außen gewölbten Bereichs 39A kommunizieren, strömt, einheitlich gemacht werden. Allerdings ist es wahrscheinlich, dass in einem linken Bereich des vorderen Kältemittelkanals 3 und einem linken Bereich des vorderen nach außen gewölbten Bereichs 54A CO₂ aufgrund der Schwerkraft nach links strömt. Daher ist es wahrscheinlich, dass CO₂ in die Kältemittelkanäle 33a der Wärmetauschrohre 33 nah zu dem linken Ende von allen Wärmetauschrohren 33, welche mit dem Inneren des dritten nach außen gewölbten Bereichs 39C kommunizieren, strömt. Allerdings haben von allen Kommunikationsbereichen 55A und 55B, welche den vorderen Kältemittelkanal 3 bilden, die Mehrzahl der Kommunikationsbereiche 55A auf der stromabwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels, d.h. an der linken Endseite des vorderen Kältemittelkanals 3, gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung die Breite WC, welche kleiner als die Breite WD der übrigen Kommunikationsbereiche 55B ist. Daher wird dem Strom des CO₂ Widerstand entgegengesetzt. zusätzlich erfüllen die Anzahl C der engen Kommunikationsbereiche 55A und die Gesamtanzahl D der Kommunikationsöffnungen 44, welche den vorderen Kältemittelkanal 3 bilden (die Gesamtanzahl der Wärmetauschrohre 33, welche mit dem vorderen nach außen gewölbten Bereich 54A kommunizieren), die oben beschriebene Beziehung, und die Breite WC der engen Kommunikationsbereiche 55A und die Breite WD der breiten Kommunikationsbereiche 55B erfüllen die oben beschriebene Beziehung. Daher werden die Strömungsraten des CO₂, welches durch die Kältemittelkanäle 33a aller wärmetauschrohre 33, welche mit dem Inneren des vorderen nach außen gewölbten Bereichs 45A, d.h. dem Inneren des dritten nach außen gewölbten Bereichs 39C kommunizieren, einheitlich in Übereinstimmung mit der Anzahl der wärmetauschrohre 33, welche mit dem Inneren des vorderen nach außen gewölbten Bereichs 45A kommunizieren, gemacht.

Das CO₂, welches in die Kältemittelkanäle 33a aller Wärmetauschrohre 33, die mit dem Inneren des dritten nach außen gewölbten Bereichs 39C kommunizieren, geflossen ist, ändert seine Richtung, um nach oben durch die Kältemittelkanäle 33a zu strömen, und tritt in den dritten nach außen gewölbten Bereich 39C des ersten Sammelbehälter-Tanks 31 ein. Das CO₂ in dem dritten nach außen gewölbten Bereich 39C strömt durch die Kältemittel-Richtungswechsel-Kommunikationsbereiche 45 der Zwischenplatte 38 des ersten Sammelbehälter-Tanks 31 in den vierten nach außen gewölbten Bereich 39D, strömt verteilt in die Kältemittelkanäle 33a her aller Wärmetauschrohre 33, welche mit dem vierten nach außen gewölbten Bereich 39D kommunizieren, ändert seine Richtung, um die Kältemittelkanäle 33a herunter zu strömen, und tritt in den hin teren nach außen gewölbten Bereich 54B des zweiten Sammelbehälter-Tanks 32 ein. Das CO₂ in dem hinteren nach außen gewölbten Bereich 4 strömt nach rechts durch den hinteren nach außen gewölbten Bereich 54B und den hinteren Kältemittelkanal 4 und strömt verteilt in die Kanäle 33a aller Wärmetauschrohre 33, welche mit dem zweiten nach außen gewölbten Bereichs 39B kommunizieren.

Zu diesem Zeitpunkt ist die Menge an CO₂ in einem linken Bereich des hinteren Kältemittelkanals 4 und einem linken Bereich des hinteren nach außen gewölbten Bereichs 54B einheitlich, da die Strömungsraten des CO₂, welches durch die Kältemittelkanäle 33a aller Wärmetauschrohre 33, welche mit dem Inneren des vierten nach außen gewölbten Bereichs 39D kommunizieren, strömt, einheitlich gemacht worden ist. Allerdings ist es wahrscheinlich, dass in einem rechten Bereich des hinteren Kältemittelkanals 4 und in einem rechten Bereich des hinteren nach außen gewölbten Bereichs 54B CO₂ aufgrund der Schwerkraft nach rechts strömt. Daher ist es wahrscheinlich, dass CO₂ in die Kältemittelkanäle 33a der Wärmetauschrohre 33 nahe zu dem rechten Ende neben allen Wärmetauschrohren 33, welche mit dem Inneren des zweiten nach außen gewölbten Bereichs 39B kommunizieren, strömt. Allerdings hat von allen Kommunikationsbereichen 55C und 55D, welche den hinteren Kältemittelkanal 4 bilden, die Mehrzahl der Kommunikationsbereiche 55C auf der stromabwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels, d.h. auf der rechten Endseite des Kältemittelkanals 4, eine Breite ge messen in der Vorne-Hinten-Richtung, welche kleiner als die Breite der übrigen Kommunikationsbereiche 55D ist. Daher wird dem Strom des CO₂ Widerstand entgegengesetzt. Zusätzlich erfüllen die Anzahl der engen Kommunikationsbereiche 55C und die Gesamtanzahl der Kommunikationsöffnungen 44, welche den hinteren Kältemittelkanal 4 bilden (die Gesamtanzahl der Wärmetauschrohre 33, welche mit dem hinteren nach außen gewölbten Bereich 54B kommunizieren) die oben beschriebene Beziehung, und die Breite der engen Kommunikationsbereiche 55C und die Breite der breiten Kommunikationsbereiche 55D erfüllen die oben beschriebene Beziehung. Daher werden die verteilten Ströme von CO₂ in alle Wärmetauschrohre 33, welche mit dem Inneren des hinteren nach außen gewölbten Bereichs 45B, d.h. dem Inneren des zweiten nach außen gewölbten Bereichs 39B kommunizieren, einheitlich in Übereinstimmung mit der Anzahl der Wärmetauschrohre 33, welche mit dem Inneren des hinteren nach außen gewölbten Bereichs 45B kommunizieren, gemacht.

CO₂, das in alle Wärmetauschrohre 33, welche mit dem zweiten nach außen gewölbten Bereich 39B kommunizieren, geflossen ist, ändert seine Richtung, um die Kanäle 33a hochzufließen, und tritt in den zweiten nach außen gewölbten Bereich 39B des ersten Sammelbehälter-Tanks 31 ein. Anschließend strömt das CO₂ aus dem zweiten nach außen gewölbten Bereich 39B über den zweiten Kältemittelkanal 2, den Kältemittel-Auslass 49 und den Kältemittel-Ausströmkanal 53 des Einlass/Auslass-Elementes 51 aus. Während es durch die Kältemittelkanäle 33a der Wärme tauschrohre 33 strömt, wird das CO₂Wärmeaustausch mit Luft unterworfen, welche durch die Luftdurchlassspalte der Richtung des Pfeils X, der in den 1 und 10 gezeigt ist, strömt und strömt aus dem Verdampfer 30 in einer Dampfphase aus.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Wärmetauscher gemäß er vorliegenden Erfindung bei einem Verdampfer zur Verwendung in einem überkritischen Kältekreislauf verwendet. Allerdings ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt. Der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei einem Gaskühler zur Verwendung in einem überkritischen Kältekreislauf eingesetzt werden.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird CO₂ als ein überkritisches Kältemittel für einen überkritischen Kältekreislauf verwendet. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Ethylen, Ethan, Stickstoffoxid oder ähnliches können verwendet werden.

Als nächstes werden Testbeispiele beschrieben, welche bei der Verwendung des Verdampfers gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform durchgeführt wurden.

Testbeispiel 1:

Ein in dem Test verwendeter Verdampfer 30 wurde so konfiguriert, dass der Verdampfer eine Höhe von 250 mm und ei ne Breite von 250 mm gemessen in der Links-Rechts-Richtung hat, die Anzahl der Wärmetauschrohre 33 48 ist, und die Gesamtanzahl B der Wärmetauschrohre 33, welche mit dem ersten nach außen gewölbten Bereich 39A des ersten Sammelbehälter-Tanks 31 kommunizieren, 12 ist. Die Kühlleistung des Verdampfers wurde unter den Bedingungen ermittelt, dass der Grad der Überhitzung des Kältemittels bei dem Austritt 0° betrug, während das Verhältnis (A/B) der Anzahl A der engen Kommunikationsbereiche 46A des ersten Kältemittelkanal 1 zu der Gesamtanzahl B der Wärmetauschrohre 33, welche mit dem ersten nach außen gewölbten Bereich 39A des ersten Sammelbehälter-Tanks 31 kommunizieren, durch Verändern der Anzahl A der engen Kommunikationsbereiche 46A verändert wurde.

Die 11 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis (A/B) und der Kühlleistung. Die in der 11 gezeigten Ergebnisse zeigen, dass der Verdampfer eine exzellente Kühlleistung aufweist, wenn das Verhältnis (A/B) in den Bereich von 0,25 bis 0,35 fällt.

Testbeispiel 2:

Ein in dem Test verwendeter Verdampfer 30 wurde so konfiguriert, dass der Verdampfer eine Höhe von 250 mm und einer Breite von 250 mm gemessen in der Links-Rechts-Richtung hat, die Anzahl der Wärmetauschrohre 33 48 ist, die Gesamtanzahl B der Wärmetauschrohre 33, welche mit dem ersten nach außen gewölbten Bereich 39A des ersten Sammelbehälter-Tanks 31 kommunizieren 12 ist, und die Breite WB der breiten Kommunikationsbereiche 46B des ersten Kältemittelkanals 1 7 mm beträgt. Die Kühlleistung und der Kanalwiderstand des Verdampfers wurden unter den Bedingungen, dass der Grad der Überhitzung des Kältemittels bei dem Austritt 0° beträgt, ermittelt, während das Verhältnis (WA/WB) der Breite WA der engen Kommunikationsbereiche 46A des ersten Kältemittelkanals 1 zu der Breite WB der breiten Kommunikationsbereiche 46B des ersten Kältemittelkanals 1, welcher mit dem ersten nach außen gewölbten Bereich 39A des ersten Sammelbehälter-Tanks 31 kommuniziert, durch Ändern der Breite WA der engen Kommunikationsbereiche 46A verändert wurde.

Die 12 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis (WA/WB) und der Kühlleistung und dem Kanalwiderstand. Die in der 12 gezeigten Ergebnisse zeigen, dass der Verdampfer eine exzellente Kühlleistung aufweist, während eine Zunahme des Kanalwiderstands unterdrückt wird, wenn das Verhältnis (WA/WB) in den Bereich von 0,6 bis 0,8 fällt.

Testbeispiel 3:

Derselbe Verdampfer wie der des Testbeispiels 1 wurde verwendet. Die Kühlleistung des Verdampfers 1 wurde unter denselben Bedingungen wie in dem Testbeispiel 1 ermittelt, während das Verhältnis (C/D) der Anzahl C der engen Kommunikationsbereiche 55A und 55C der vorderen und hin teren Kältemittelkanäle 3 und 4 zu der Gesamtanzahl D der Wärmetauschrohre 33, welche mit den vorderen und hinteren nach außen gewölbten Bereichen 54A und 54B des zweiten Sammelbehälter-Tanks 32 kommunizieren, verändert wurde. Obwohl dies nicht gezeigt ist, zeigen die Testergebnisse, dass die Beziehung zwischen dem Verhältnis (C/D) und der Kühlleistung ähnlich zu der in der 11 gezeigten ist.

Testbeispiel 4:

Derselbe Verdampfer wie in dem Testbeispiel 2 wurde verwendet. Die Kühlleistung und der Kanalwiderstand des Verdampfers wurden unter den selben Bedingungen wie in dem Testbeispiel 2 ermittelt, während das Verhältnis (WC/WD) der Breite WC der engen Kommunikationsbereiche 55A und 55C zu der Breite WD der breiten Kommunikationsbereiche 55B und 55D der vorderen und hinteren Kältemittelkanäle 3 und 4, welche mit den vorderen und hinteren nach außen gewölbten Bereichen 54A und 54B des zweiten Sammelbehälter-Tanks 32 kommunizieren, verändert wurde. Obwohl dies nicht gezeigt ist, zeigen die Testergebnisse, dass die Beziehung zwischen dem Verhältnis (WC/WD) und der Kühlkapazität und dem Kanalwiderstand ähnlich zu der in der 12 gezeigten ist.

Claims

Ein Wärmetauscher mit oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks, welche beabstandet voneinander angeordnet sind, und einer Mehrzahl von Wärmetauschrohren, welche parallel zwischen den Sammelbehälter-Tanks angeordnet sind und gegenüber liegende Endbereiche aufweisen, die mit den jeweiligen Sammelbehälter-Tanks verbunden sind, worin jeder der Sammelbehälter-Tanks so konfiguriert ist, dass eine Außenplatte, eine Innenplatte und eine Zwischenplatte, welche zwischen der Außen- und der Innenplatte liegt, in Lagen miteinander verlötet sind; jede der Außenplatten der oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks eine Mehrzahl von nach außen gewölbten Bereichen aufweist, die sich jeweils in der Links-Rechts-Richtung erstrecken und eine Öffnung aufweisen, die von der Zwischenplatte verschlossen ist; die Innenplatte eine Mehrzahl von Rohreinsetzöffnungen in der Form von Durchgangsöffnungen aufweist, welche in Bereichen, die mit den nach außen gewölbten Bereichen der Außenplatte kommunizieren, und beabstandet voneinander in der Links-Rechts-Richtung ausgebildet sind; die Zwischenplatte eine Mehrzahl von Kommunikationsöffnungen in der Form von Durchgangsöffnungen aufweist, um den jeweiligen Rohreinsetzöffnungen der Innenplatte zu erlauben, mit dem Inneren der korrespondierenden nach außen gewölbten Bereiche der Außenplatte zu kommunizieren; gegenüber liegende Endbereiche der wärmetauschrohre durch die jeweiligen Rohreinsetzöffnungen der Innenplatten der zwei Sammelbehälter-Tanks eingesetzt und mit den Innenplatten verlötet sind; zumindest ein nach außen gewölbter Bereich von jedem oberen und unteren Sammelbehälter-Tank als ein als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeter Kältemittelkanal dient, in welchem Kältemittel in der Längsrichtung strömt; der als nach außen gewölbter Bereich ausgebildete Kältemittelkanal des oberen Sammelbehälter-Tanks als ein als nach außen gewölbter Bereich gebildet einströmseitiger Kältemittelkanal dient, dessen einer Endbereich mit einem Kältemittel-Einlass kommuniziert, der in dem oberen Sammelbehälter-Tank ausgebildet ist; die Kommunikationsöffnungen der Zwischenplatte, welche mit den als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanälen der oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks kommunizieren, mit Hilfe von Kommunikationsbereichen, welche jeweils zwischen benachbarten Kommunikationsöffnungen der Zwischenplatte ausgebildet sind, verbunden sind; und die Kommunikationsöffnungen, welche mit den als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanälen kommunizieren, und die Kommunikationsbereiche, welche diese Kommunikationsöffnungen verbinden, zusammenwirken, um Kältemittelkanäle in den Zwischenplatten der oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks auszubilden, wobei die Kanäle mit dem Inneren der korrespondierenden als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanäle kommunizieren und das Kältemittel veranlassen, in der Links-Rechts-Richtung zu strömen, worin von allen Kommunikationsbereichen, welche den Kältemittelkanal der zwischenplatte bilden, der mit dem einströmseitigen als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des oberen Sammelbehälter-Tanks kommuniziert, eine Mehrzahl der Kommunikationsbereiche auf der stromaufwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels eine Breite gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung haben, die kleiner als die der übrigen Kommunikationsbereiche ist; und die Beziehung 0,25 ≤ A/B ≤ 0,35 erfüllt ist, worin A die Anzahl der engen Kommunikationsbereiche darstellt und B die Gesamtanzahl der Kommunikationsöffnungen, welche den Kältekanal bilden, darstellt.
Ein Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, worin die Beziehung 0,6 ≤ WA/WB ≤ 0,8 erfüllt ist, wobei WA die Breite gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung der engen Kommunikationsbereiche aller Kommunikationsbereiche darstellt, welche den Kältemittelkanal der Zwischenplatte bilden, der mit dem einströmseitigen, als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des oberen Sammelbehälter-Tanks kommuniziert, und wobei WB die Breite der übrigen breiten Kommunikationsbereiche gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung darstellt.
Ein Wärmetauscher gemäß Anspruch 2, worin die Breite WB der breiten Kommunikationsbereiche in dem Bereich zwischen 5 bis 9 mm fällt.
Ein Wärmetauscher mit oberen und unteren Sammelbehältertanks, welche beabstandet voneinander angeordnet sind, und einer Mehrzahl von Wärmetauschrohren, welche parallel zwischen den zwei Sammelbehälter-Tanks angeordnet sind und gegenüber liegende Endbereiche aufweisen, die mit jeweiligen Sammelbehälter-Tanks verbunden sind, worin jeder der Sammelbehälter-Tanks so konfiguriert ist, dass eine Außenplatte, eine Innenplatte und eine Zwischenplatte, welche zwischen der Außen- und der Innenplatte liegt, in Lagen miteinander verlötet sind; jede der Außenplatten der oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks eine Mehrzahl von nach außen gewölbten Bereichen aufweist, die sich jeweils in der Links-Rechts-Richtung erstrecken und eine Öffnung aufweisen, die von der Zwischenplatte verschlossen ist; die Innenplatte eine Mehrzahl von Rohreinsetzöffnungen in der Form von Durchgangsöffnungen aufweist, welche in einem Bereich, der mit den nach außen gewölbten Bereichen der Außenplatte korrespondiert, und beabstandet voneinander entlang der Links-Rechts-Richtung angeordnet sind; die Zwischenplatte eine Mehrzahl von Kommunikationsöffnungen in der Form von Durchgangsöffnungen aufweist, um den jeweiligen Rohreinsetzöffnungen der Innenplatte zu erlauben, mit dem Inneren der korrespondierenden nach außen gewölbten Bereiche der Außenplatte zu kommunizieren; gegenüber liegende Endbereiche der Wärmetauschrohre durch die jeweiligen Rohreinsetzöffnungen der Innenplatten der zwei Sammelbehälter-Tanks eingesetzt und mit den Innenplatten verlötet sind; zumindest ein nach außen gewölbter Bereich von jedem der oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks als ein als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeter Kältemittelkanal dient, in welchem Kältemittel in der Längsrichtung strömt; der als nach außen gewölbter Bereich ausgebildete Kältemittelkanal des oberen Sammelbehälter-Tanks als ein einströmseitiger als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeter Kältemittelkanal dient, dessen einer Endbereich mit einem Kältemittel-Einlass kommuniziert, welcher in dem oberen Sammelbehälter-Tank ausgebildet ist; die Kommunikationsöffnungen der Zwischenplatten, welche mit den als nach außen gewölbte Bereich ausgebildeten Kältemittelkanälen der oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks kommunizieren, durch Kommunikationsbereiche verbunden sind, welche jeweils zwischen benachbarten Kommunikationsöffnungen der Zwischenplatten ausgebildet sind; und die Kommunikationsöffnungen, welche mit den als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanälen kommunizieren, und die Kommunikationsbereiche, welche diese Kommunikationsöffnungen verbinden, dabei zusammenwirken Kältemittelkanäle in den Zwischenplatten der oberen und unteren Sammelbehälter-Tanks auszubilden, wobei die Kanäle mit dem Inneren der korrespondierenden als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanäle kommunizieren und das Kältemittel veranlassen, in der Links-Rechts-Richtung zu strömen, worin von allen Kommunikationsbereichen, welche den Kältemittelkanal der Zwischenplatte bilden, der mit dem als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des unteren Sammelbehälter-Tanks kommuniziert, eine Mehrzahl der Kommunikationsbereiche auf der stromabwärtigen Seite mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels eine Breite gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung haben, welche kleiner als die der übrigen Kommunikationsbereiche ist; und die Beziehung 0,25 ≤ C/D ≤ 0,35 erfüllt ist, wobei C die Anzahl der engen Kommunikationsbereiche darstellt und D die Gesamtanzahl der Kommunikationsöffnungen darstellt, welche den Kältemittelkanal bilden.
Ein Wärmetauscher gemäß Anspruch 4, worin die Beziehung 0,6 ≤ WC/WD ≤ 0,8 erfüllt ist, wobei WC die Breite gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung der engen Kommunikationsbereiche aller Kommunikationsbereiche darstellt, welche den Kältemittelkanal der Zwischenplatte bilden, der mit dem als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanal des unteren Sammelbehälter-Tanks kommuniziert, und WD die Breite der übrigen breiten Kommunikationsbereiche gemessen in der Vorne-Hinten-Richtung darstellt.
Ein Wärmetauscher gemäß Anspruch 5, worin die Breite WD der breiten Kommunikationsbereiche in den Bereich zwischen 5 bis 9 mm fällt.
Ein Wärmetauscher gemäß Anspruch 1 oder 4, worin die Außenplatte des oberen Sammelbehälter-Tanks vier nach außen gewölbte Bereiche aufweist, welche beabstandet voneinander in der Vorne-Hinten- und Links-Rechts-Richtung angeordnet sind, und die Außenplatte des unteren Sammelbehälter-Tanks zwei nach außen gewölbte Bereiche aufweist, welche beabstandet voneinander in der Vorne-Hinten-Richtung so angeordnet sind, dass jeder nach außen gewölbte Bereich zwei korrespondierenden nach außen gewölbten Bereichen des oberen Sammelbehälter-Tanks, welche benachbart zueinander in der Links-Rechts-Richtung angeordnet sind, gegenüber liegt; eine Mehrzahl von Rohreinsetzöffnungen in jedem vorderen und hinteren Bereich der Innenplatten der zwei Sammelbehälter-Tanks ausgebildet ist, und eine Mehrzahl von Kommunikationsöffnungen in jedem der vorderen und hinteren Bereiche der Zwischenplatten der zwei Sammelbehälter-Tanks ausgebildet ist; zwei Paare, welche jeweils vordere und hintere nach außen gewölbte Bereiche beinhalten, auf dem oberen Sammelbehälter-Tank in der Links-Rechts-Richtung angeordnet sind, worin die nach außen gewölbten Bereiche eines der Paare als die als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanäle dienen, einer der zwei als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeten Kältemittelkanäle als der einströmseitige als nach außen gewölbter Bereich ausgebildete Kältemittelkanal dient, der andere als nach außen gewölbter Bereich ausgebildete Kältemittelkanal als ein ausströmseitiger als nach außen gewölbter Bereich ausgebildeter Kältemittelkanal dient, dessen eines Ende mit einem Kältemittel-Auslass kommuniziert, der in dem oberen Sammelbehälter-Tank ausgebildet ist, und die Kommunikationsöffnungen der Zwischenplatte, welche mit einem der zwei nach außen gewölbten Bereiche des anderen Paares kommunizieren, mit den Kommunikationsöffnungen der Zwischenplatte, welche mit dem anderen nach außen gewölbten Bereich des anderen Paars kommunizieren, durch Kältemittel-Richtungswechsel-Kommunikationsbereichen verbunden sind, welche in der Zwischenplatte ausgebildet sind, wodurch Kommunikation zwischen den zwei nach außen gewölbten Bereichen des anderen Paares hergestellt wird; und die zwei nach außen gewölbten Bereiche des unteren Sammelbehälter-Tanks jeweils als ein Kältemittelkanal nach außen gewölbter Bereich dienen.