DE60217057T2

DE60217057T2 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE60217057T2
Application number: DE60217057T
Authority: DE
Inventors: c/o Sanden Corporation Kenichi Isesaki-shi Wada; c/o Sanden Corporation Toru Isesaki-shi Yamaguchi
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2022-11-30
Also published as: ATE349661T1; DE60217057D1; CN1273785C; CN1425889A; EP1319908B1; EP1319908A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der für eine Klimaanlage für Fahrzeuge verwendet wird, und spezieller einen Wärmetauscher, bei dem ein Trockenmittelbehälter, der ein Trockenmittel enthält, in ein Kopfrohr eingesetzt ist, der für die Verwendung als ein Wärmetauscher wie z.B. ein mit einer Aufnahme ausgestatteter Kondensator geeignet ist. Ein Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus dem Dokument US-A-5 419 141 bekannt.
Bei einem Wärmetauscher, z.B. bei einem mit einer Aufnahme versehenen Kondensator, bei dem eine Aufnahme integral in einem Kondensator enthalten ist, ist ein Trockenmittelbehälter, der ein Trockenmittel enthält, in zumindest eines von einem Paar von Kopfrohren eingesetzt. Zum Beispiel ist, wie in den 13 und 14 gezeigt ist, eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren 101 in ein Kopfrohr 102 eingesetzt und Lamellen 112 sind auf beiden Seiten jedes Wärmeübertragungsrohres 101 angeordnet. Ein Trockenmittelbehälter 105, der ein Trockenmittel 104 enthält, das in Beutel 303 gefüllt ist, die eine Flüssigkeitsdurchlässigkeit haben, ist in das Kopfrohr 102 eingesetzt. Der Trockenmittelbehälter 105 wird durch Stützelemente 106 und 107 gestützt. Der untere Teil des Trockenmittelbehälters 105 ist in einen Abscheiderabschnitt 108 eingesetzt. Deckel 111 und 112 sind an den Enden des Kopfrohres 102 vorgesehen und der Abscheiderabschnitt 108 wird durch den Deckel 111 gehalten.
Bei solch einem Wärmetauscher fließt ein Kühlmittel, das von den oberhalb des Stützelementes 107 angeordneten Wärmeübertra gungsrohren 101 in das Kopfrohr 102 fließt, durch Öffnungen 113, die an dem Trockenmittelbehälter 105 vorgesehen sind, in den Trockenmittelbehälter 105 und, nachdem durch das Trockenmittel 104 Feuchtigkeit von dem Kühlmittel entfernt wurde, wird das Kühlmittel vorübergehend in einem Flüssigkeitsspeicherabschnitt 114 gespeichert, der an einem Abschnitt unter dem Stützelement 107 in dem Kopfrohr 102 gebildet ist, und fließt dann in die Wärmeübertragungsrohre 101, die einen mit dem Flüssigkeitsspeicherabschnitt 114 verbindenen Unterkühlungskern bilden.
Da der Trockenmittelbehälter 105, der das Trockenmittel 104 enthält, als ein rohrförmiger Körper gebildet ist, der mit einer Mehrzahl von Öffnungen 113 an der Außenoberfläche gebildet und aus einem Harz oder einem Metall (z.B. einem reinen Aluminium oder einer Aluminiumlegierung) gefertigt ist, kann es bei dem oben beschriebenen Wärmetauscher jedoch die folgenden Probleme geben. In einem Fall, in dem der Trockenmittelbehälter 105 durch Gießen wie z.B. Spritzgießen gebildet ist, kann es z.B. notwendig sein, einen Steigungsabschnitt für eine Form bereitzustellen, wie z.B. einen verjüngten Abschnitt 115, der in 15 gezeigt ist. Deshalb ist die Innenoberfläche des Trockenmittelbehälters 105 derart gebildet, daß der Innendurchmesser graduell in Richtung des Mittenabschnitts in der Längsrichtung abnimmt. Als ein Ergebnis kann die Verarbeitbarkeit zum Einsetzen von das Trockenmittel 104 einschließenden Beuteln 103 in den Trockenmittelbehälter 105 merklich verschlechtert sein. Ferner wird, um den rohrförmigen Trockenmittelbehälter 105, der an der Außenoberfläche Öffnungen 113 hat, durch Spritzgießen zu bilden, weil es notwendig ist komplizierte Einsatzform-Strukturen und Gleitstrukturen zu verwenden, nicht nur die Form teuer, sondern es ist auch wahrscheinlich, daß häufig Probleme bei dem Gießen auftreten.
Um das Bilden des oben beschriebenen verjüngten Steigungsabschnitts zu vermeiden und die Verarbeitbarkeit zum Einsetzen der Beutel 103 in den Trockenmittelbehälter 105 zu verbessern, kann ein Verfahren zum Bilden eines geraden Rohres aus Harz oder Metall und das Einarbeiten von Öffnungen 113 in dieses erwägt werden. Bei solch einem Verfahren können jedoch die Kosten zum Herstellen des Trockenmittelbehälters 105 und letztlich die Gesamtkosten zum Herstellen des Wärmetauschers durch die Zunahme der Verfahrensschritte merklich ansteigen.
Um die Verarbeitbarkeit zum Einsetzen des Trockenmittelbehälters 105 in das Kopfrohr 102 zu verbessern, sind ferner bei dem oben beschriebenen Wärmetauscher die Durchmesser der Einsetzlöcher 116 und 117 der Stützelemente 106 und 107 etwas größer als der Außendurchmesser des Trockenmittelbehälters 105 gesetzt. Es existieren nämlich unvermeidlich Zwischenräume zwischen der Außenoberfläche des Trockenmittelbehälters 105 und den Innenoberflächen der Einsetzlöcher 116 und 117. Wenn der Wärmetauscher an einem Fahrzeug zur Verwendung für eine Klimaanlage montiert ist, kann durch diese Struktur zum Beispiel durch Vibration des Trockenmittelbehälters 105 Geräusch auftreten oder Fremdmaterialien, die durch Abrieb erzeugt werden, der auf den Kontakt zwischen dem Trockenmittelbehälter 105 und den Stützelementen 106 und 107 zurückzuführen ist, kann in dem zirkulierenden Fluid eingefangen werden.
Dementsprechend wäre es wünschenswert, eine verbesserte Struktur für einen Wärmetauscher bereitzustellen, die die Verarbeitbarkeit zum Einsetzen von Trockenmittel in einen Trockenmittelbehälter verbessern kann, die die Kosten zum Herstellen des Trockenmittelbehälters reduzieren kann und die die Verarbeitbarkeit für die Montage des Wärmetauschers als Ganzes ver bessern kann und dabei Kostensenkung des Wärmetauschers erzielen kann.
Ferner wäre es wünschenswert, einen verbesserten Wärmetauscher bereitzustellen, der eine hohe Wärmeaustauschfähigkeit zeigen kann, was die Verarbeitbarkeit für die Montage des Wärmetauschers als Ganzes erhöht.
Ferner wäre es wünschenswert, eine verbesserte Struktur für einen Wärmetauscher bereitzustellen, die das Auftreten von Geräusch oder das Eintreten von Fremdmaterialien in das zirkulierende Fluid verhindern kann, selbst wenn der Wärmetauscher für eine Klimaanlage für Fahrzeuge verwendet wird.
Die Struktur eines Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung ist hierbei bereitgestellt. Der Wärmetauscher beinhaltet ein Paar von Kopfrohren, eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren, die das Paar von Kopfrohren miteinander verbinden und sich parallel zueinander erstrecken, und einen ein Trockenmittel enthaltenden Trockenmittelbehälter, der in zumindest eines von dem Paar von Kopfrohren eingesetzt ist. Der Trockenmittelbehälter weist einen rohrförmigen Körper auf, der eine Öffnung hat, die sich in der Längsrichtung des rohrförmigen Körpers über die gesamte Länge des rohrförmigen Körpers durchgehend erstreckt.
Der den Trockenmittelbehälter bildende rohrförmige Körper kann im Querschnitt in einer C-Form gebildet sein. Der oben beschriebene Trockenmittelbehälter kann leicht hergestellt werden, z.B. durch Walzformen einer flachen Platte, so daß eine sich in der Längsrichtung erstreckende Öffnung gebildet wird, oder durch Vorsehen einer sich kontinuierlich in der Längsrichtung erstreckenden Nut an einem geraden Rohr, das einen kreisförmigen, ovalen, schienenartigen oder polygonalen Querschnitt aufweist.
Die Öffnung des Trockenmittelbehälters hat in dem Querschnitt des Trockenmittelbehälters vorzugsweise einen Umfangswinkel in einem Bereich von 10° bis 90°. Im Fall von weniger als 10° wird die Größe der Öffnung zu klein und der Strömungswiderstand in das Innere des Trockenmittelbehälters kann merklich erhöht werden. Andererseits wird bei mehr als 90° die Größe der Öffnung zu groß und die Festigkeit zum Zurückhalten des Trockenmittels durch den Trockenmittelbehälter kann abnehmen.
Die Richtung der Öffnung des Trockenmittelbehälters kann abhängig von der Verwendung des Wärmetauschers und konkreter abhängig von dem Fließzustand des in das Kopfrohr fließenden Fluids festgelegt werden. Zum Beispiel kann eine Struktur verwendet werden, bei der die Öffnung derart angeordnet ist, daß ein von den Wärmeübertragungsrohren in ein Kopfrohr abgeführtes Fluid durch die Öffnung in den Trockenmittelbehälter fließt, nachdem das Fluid zwischen einer Außenoberfläche des Trockenmittelbehälters und einer Innenoberfläche des Kopfrohres hindurchfließt. Diese Struktur ist für einen Fall wünschenswert, bei dem, falls die Öffnung an der Einsetzseite von Wärmeübertragungsrohren angeordnet ist, der Fluß des Kühlmittels in den Kühlmittelbehälter gestört sein kann, weil Kühlmittel von den Wärmeübertragungsrohren direkt durch die Öffnung in den Kühlmittelbehälter fließt, oder Blasen erzeugt werden können und Gas/Flüssigkeits-Trennung ungenügend werden kann und deshalb wahrscheinlich ist, daß Kühlmittel in der Gasphase in den Unterkühlungskern eintritt, wodurch verursacht wird, daß die Kühleffizienz abnimmt, weil das der an einem Flüssigkeitsspeicherabschnitt angeordneten Öffnung abgeführte flüssige Kühlmittel direkt in die Wärmeübertragungsrohre fließt, die einen Unterkühlungskern bilden. In diesem Fall ist die Öffnung vorzugsweise in einem Bereich angeordnet, der einen Umfangswinkel von 270° an einer Seite hat, die einer Seite gegenüberliegt, an der die Wärmeübertragungsrohre in das Kopfrohr eingesetzt sind.
Alternativ kann auch eine Struktur verwendet werden, bei der die Öffnung an einer Seite angeordnet ist, an der die Wärmeübertragungsrohre in das Kopfrohr eingesetzt sind. Diese Struktur ist für einen Fall wünschenswert, bei dem, falls die Öffnung auf der der Rohreinsatzseite gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, während dieses Flusses ein relativ großer Druckverlust auftreten kann, weil Kühlmittel von den Wärmeübertragungsrohren einmal auf die Außenoberfläche des Trockenmittelbehälters stößt und danach in einen Raum zwischen der Außenoberfläche des Trockenmittelbehälters und der Innenoberfläche des Kopfrohres fließt, oder sogar in dem Flüssigkeitsspeicherabschnitt in ähnlicher Weise ein relativ großer Druckverlust auftreten kann, weil das Kühlmittel in die Rohre fließt, die den Unterkühlungskern bilden, nachdem das durch die Öffnung ausgestoßene flüssige Kühlmittel in einen Raum zwischen der Außenoberfläche des Trockenmittelbehälters und der Innenoberfläche des Kopfrohres fließt. In diesem Fall ist die Öffnung vorzugsweise in einem Bereich angeordnet, der einen Umfangswinkel von 180° an der Seite hat, an der die Wärmeübertragungsrohre in das Kopfrohr eingesetzt sind.
Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung die folgende Struktur verwendet werden, um zu verhindern, daß Geräusch erzeugt wird, oder zu verhindern, daß Fremdmaterialien in das Wärmetauschfluid eintreten. Es kann nämlich eine Struktur verwendet werden, bei der ein ringförmiges Stützelement, das ein Einsetzloch aufweist, in das der Trockenmittelbehälter eingesetzt ist, in dem Kopfrohr vorgesehen ist und der Trockenmittelbehälter an einer Innenumfangsoberfläche des Einsetzloches des Stützelementes befestigt ist.
Bei dieser Struktur kann der Trockenmittelbehälter durch Löten an dem Stützelement befestigt werden. Der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung wird üblicherweise durch Erzeugen eines vorübergehenden Montagezustands jeweiliger Teile und gleichzeitiges Verlöten all der Teile in einem Ofen hergestellt. Deshalb kann das Verlöten zwischen dem Trockenmittelbehälter und dem Stützelement zusammen mit dem Verlöten anderer Teile auch in dem Ofen durchgeführt werden. Nachdem der Trockenmittelbehälter in das Kopfrohr eingesetzt wird, kann der Trockenmittelbehälter ferner durch Vergrößern des Durchmessers des Trockenmittelbehälters an dem Stützelement befestigt werden.
Eine Aussparung kann an dem ringförmigen Stützelement an dessen Randbereich vorgesehen sein. Die Aussparung ist z.B. als ein Kreisausschnitt gebildet. Der Druckverlust des Fluids in dem Kopfrohr kann durch Vorsehen solch einer Aussparung reduziert werden.
Ferner kann zum Einsetzen des Stützelements in das Kopfrohr ein sich in der Umfangsrichtung erstreckender Schlitz an dem Kopfrohr vorgesehen sein. Durch das Vorsehen solch eines Schlitzes kann das Stützelement leicht und mit hoher Lagegenauigkeit in das Kopfrohr eingesetzt werden.
Der den Trockenmittelbehälter bildende rohrförmige Körper kann aus einem Harz oder einem Metall wie z.B. reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt sein.
Der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem weiten Bereich auf einen beliebigen Typ von Wärmetauscher angewandt werden, bei dem ein ein Trockenmittel enthaltender Trockenmittelbehälter in ein Kopfrohr eingesetzt ist. Die Struktur des Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung ist speziell für einen Kondensator vom Unterkühlungstyp geeignet, bei dem ein Flüssigkeitsspeicherabschnitt in einem unteren Abschnitt eines Kopfrohres gebildet ist und der Kondensator einen Kühlmittelkondensationskern zum Kondensieren des Kühlmittels und einen Unterkühlungskern zum Unterkühlen des durch den Kühlmittelkondensationskern kondensierten Kühlmittels hat.
Bei dem Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Trockenmittelbehälter einen rohrförmigen Körper auf, der eine Öffnung hat, die sich in der Längsrichtung des rohrförmigen Körpers über die gesamte Länge des rohrförmigen Körpers kontinuierlich erstreckt. Solch ein rohrförmiger Körper kann in einem einzigen Prozeß leicht hergestellt werden, z.B. durch Walzformung einer einzelnen flachen Platte, um einen Spalt zwischen beiden den Enden von dieser zu bilden, oder durch Bereitstellen einer sich kontinuierlich in der Längsrichtung erstreckenden Aussparung an einem auf dem Markt befindlichen geraden Rohr oder durch Spritzgießen oder Strangpressen. Da die Öffnung durch elastische Verformung des rohrförmigen Körpers zu beiden Seiten aufgeweitet werden kann, wenn das Trockenmittel in den rohrförmigen Körper eingesetzt wird, kann ferner die Verarbeitbarkeit des Einsetzens des Trockenmittels verbessert werden. Nach dem Einsetzen des Trockenmittels kann das Trockenmittel ferner durch die elastische Rückformung des rohrförmigen Körpers sicher in dem rohrförmigen Körper zurückgehalten werden.
Da der Durchmesser der Trockenmittelbehälters durch die elastische Verformung des Trockenmittelbehälters verglichen mit dem Durchmesser in seinem freien Zustand verringert werden kann, wenn der Trockenmittelbehälter in das Kopfrohr eingesetzt wird, kann der Trockenmittelbehälter ferner durch Vorsehen der oben beschriebenen Öffnung sehr leicht in das Stützelement und durch dieses hindurch eingesetzt werden. Weil der Trockenmittelbehälter vor dem Einsetzen durch seine elastische Rückformungskraft wieder in den freien Anfangszustand des Durchmessers zurückgeführt wird, kann, falls der Durchmesser des Trockenmittelbehälters in seinem freien Zustand auf einen Durchmesser gleich dem oder etwas größer als dem Durchmesser des Einsetzloches des Stützelementes gesetzt ist, die Außenoberfläche des Trockenmittelbehälters naturgemäß in Kontakt mit der Innenumfangsoberfläche des Einsetzloches des Stützelements gebracht werden, nachdem der Trockenmittelbehälter in das Kopfrohr eingesetzt wird, und der Trockenmittelbehälter kann leicht und sicher an einer angemessenen Stelle in dem Kopfrohr befestigt werden. Wenn der Trockenmittelbehälter in diesem Zustand z.B. durch Verlöten mit dem Stützelement verbunden wird, kann der Trockenmittelbehälter ferner an einer angemessenen Stelle mit hoher Genauigkeit relativ zu dem Stützelement befestigt werden.
Folglich kann der Trockenmittelbehälter bei dem Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung sehr leicht und bei niedrigen Kosten in einem einzelnen Prozeß hergestellt werden, das Einsetzen des Trockenmittels in den Trockenmittelbehälter und das Einsetzen des Trockenmittelbehälters in das Stützelement können beide erleichtert werden und deshalb kann die Verarbeitbarkeit für die Montage des gesamten Wärmetauschers verbessert werden und die Kosten für die Herstellung des Wärmetauschers können reduziert werden.
Wenn die Öffnung des Trockenmittelbehälters in einem Bereich an einer der Rohreinsetzseite gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, kann ferner die Störung des Flusses und des Flüssigkeitspegels in dem Trockenmittelbehälter verhindert werden, weil das aus den Rohren ausgestoßene Kühlmittel gleichgerichtet werden kann und das Kühlmittel in einem stabilen Fließzustand durch die Öffnung in den Trockenmittelbehälter fließen kann. Deshalb kann die Gas/Flüssigkeits-Trennung in dem Trockenmittelbehälter gut durchgeführt werden, das Eintreten von Kühlmittel in der Gasphase in den Unterkühlungskern kann verhindert werden und die Kühlfähigkeit kann erhöht werden.
Wenn die Öffnung des Trockenmittelbehälters in einem Bereich an der Rohreinsetzseite angeordnet ist, kann alternativ die Wärmetauschleistungsfähigkeit verbessert werden, weil der Druckverlust, der dem durch die Öffnung des Trockenmittelbehälters hindurchtretenden Fluid zuzurechnen ist, stark herabgesetzt werden kann und der Gesamtdruckverlust in dem Wärmetauscher stark herabgesetzt werden kann.
Wenn die Struktur zum Befestigen des Trockenmittelbehälters an der Innenumfangsoberfläche des Stützelementes verwendet wird, kann ferner das Auftreten der Vibration des Trockenmittelbehälters selbst dann verhindert werden, wenn eine Vibrationskraft auf den Wärmetauscher ausgeübt wird, weil der Trockenmittelbehälter sicher und leicht an einer angemessenen Stelle an dem Stützelement befestigt werden kann. Deshalb kann das Auftreten von Geräusch und das Erzeugen von Fremdmaterialien in angemessener Weise verhindert werden.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Figuren verständlich.
Nun werden mit Bezug auf die begleitenden Figuren und Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die nur als Beispiel dienen und nicht dazu gedacht sind, die vorliegende Erfindung zu beschränken.
1 ist eine Aufriss-Ansicht eines Wärmetauschers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte senkrechte Schnittansicht eines ersten Kopfrohres des in 1 dargestellten Wärmetauschers.
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des ersten Kopfrohres des in 1 dargestellten Wärmetauschers.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Trockenmittelbehälters des in 1 dargestellten Wärmetauschers.
5 ist eine Querschnittansicht eines Kopfrohres eines Wärmetauschers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Querschnittsansicht eines Kopfrohres eines Wärmetauschers gemäß einer Modifikation der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform.
7 ist eine Querschnittsansicht eines Kopfrohres eines Wärmetauschers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Querschnittsansicht eines Kopfrohres eines Wärmetauschers gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Draufsicht eines in 8 gezeigten Stützelementes.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Trockenmittelbehälters des in 8 dargestellten Wärmetauschers.
11 ist eine perspektivische Teilansicht eines Kopfrohres des in 8 dargestellten Wärmetauschers.
12 ist eine vertikale Teil-Schnittansicht des in 11 dargestellten Kopfrohres.
13 ist eine vertikale Schnittansicht eines Kopfrohres eines herkömmlichen Wärmetauschers, in das ein Trockenmittelbehälter eingesetzt ist.
14 ist eine Querschnittsansicht des in 13 dargestellten Kopfrohres.
15 ist eine schematische vertikale Schnittansicht des Trockenmittelbehälters des in 13 dargestellten Wärmetauschers.
16 ist eine Teil-Querschnittsansicht eines herkömmlichen Wärmetauschers, die einen Stützzustand eines Trockenmittelbehälters durch ein Stützelement zeigt.
Bezug nehmend auf die 1 bis 4 ist ein Wärmetauscher gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Diese Ausführungsform zeigt einen Fall, bei dem die vorliegende Erfindung auf einen mit einer Aufnahme ausgestatteten Kondensator angewendet ist, insbesondere auf einen Kondensator vom Unterkühlungstyp.
In 1 weist der Kondensator 1 vom Unterkühlungstyp ein zweites Kopfrohr 2 und ein erstes Kopfrohr 3 auf, die sich in einer vertikalen Richtung und parallel zueinander erstrecken, und eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren 4, die fluidmäßig das Paar von Kopfrohren 2 und 3 miteinander verbinden und sich parallel zueinander erstrecken. Gewellte Lamellen 5 sind zwischen den jeweiligen benachbarten Wärmeübertragungsrohren 4 sowie außerhalb der äußersten Wärmeübertragungsrohre 4 als äußerste Lamellen angeordnet. Ein Einlaßrohr 6 für Kühlmittel ist an dem oberen Abschnitt des zweiten Kopfrohres 2 vorgesehen und ein Auslaßrohr 7 für Kühlmittel ist an dem unteren Abschnitt des zweiten Kopfrohres 2 vorgesehen.
Eine Unterteilung 8 ist in dem zweiten Kopfrohr 2 vorgesehen und das Innere des zweiten Kopfrohres 2 ist durch die Unterteilung 8 in einen oberen Raum und einen unteren Raum unterteilt. Durch diese Unterteilung 8 ist der Wärmeaustauschbereich des Wärmetauschers, in dem die Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren 4 angeordnet ist, in einen Kühlmittelkondensationskern 9 zum Kondensieren des in den Kondensator 1 eingeführten Kühlmittels und einen Unterkühlungskern 10 zum Unterkühlen des durch den Kühlmittelkondensationskern 9 kondensier ten Kühlmittels geteilt. Der gesamte Kern des Kondensators 1 ist nämlich durch Vorsehen der Unterteilung 8 in dem zweiten Kopfrohr 2, die integral gebildet ist, in den Kühlmittelkondensationskern 9 und den Unterkühlungskern 10 geteilt. Bei dieser Ausführungsform ist der Kühlmittelpfad des Kühlmittelkondensationskerns 9, der durch eine Mehrzahl von parallelen Wärmeübertragungsrohren 4 in dem Bereich des Kühlmittelkondensationskerns 9 gebildet wird, als ein Einzelrichtungspfad gebildet. Deshalb tritt das von dem Einlaßrohr 6 in das zweite Kopfrohr 2 eingeführte Kühlmittel durch jeweilige Wärmeübertragungsrohre 4 des Kühlmittelkondensationskerns 9 in einem Zustand eines Einzelrichtungsdurchtritts hindurch und fließt dann in das erste Kopfrohr 3. Nachdem das Kühlmittel in dem ersten Kopfrohr 3 nach unten zu dem Eingangsabschnitt des Unterkühlungskerns 10 fließt, tritt das Kühlmittel in jeweilige Wärmeübertragungsrohre 4 des Unterkühlungskerns 10 ein, tritt durch die Wärmeübertragungsrohre hindurch und fließt dann aus dem Auslaßrohr 7 heraus. Der Abschnitt des Kühlmittelkondensationskerns 9 kann jedoch auch als eine Form gebildet sein, die zwei oder mehr Kühlmitteldurchtrittrichtungen hat.
Bei dieser Ausführungsform ist ferner eine Flächenbelegungsrate des Abschnitts des Unterkühlungskerns 10 relativ zu der Gesamtfläche des Kernabschnitts des Kondensators 1 vom Unterkühlungstyp auf etwa 10% gesetzt. Gemäß einem Experiment mit der vorliegenden Erfindung ist diese Belegungsrate vorzugsweise in einem Bereich von etwa 5% bis etwa 12%. Durch Setzen der Belegungsrate innerhalb dieses Bereichs kann ein optimales Maß an Unterkühlung realisiert werden, während Anstiege im Druck auf einer Hochdruckseite unterdrückt werden, die durch Raumbeschränkungen aufgrund der Installation des Kondensators in einem Motorraum eines Fahrzeugs verursacht sind. Speziell werden solche Druckanstiege durch eine Struktur zum Unterkühlen in nerhalb einer begrenzten Kondensatorgröße unterdrückt. Ferner kann ein optimales Maß an Unterkühlung realisiert werden, während Anstiege in dem Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs vermieden werden, die mit Anstiegen auf der Hochdruckseite einhergehen.
Ferner ist bei dieser Ausführungsform in dem ersten Kopfrohr 3 zumindest der dem Eingangsabschnitt des Unterkühlungskerns 10 entsprechende Kopfabschnitt als ein Flüssigkühlmittelspeicherabschnitt 11 (Flüssigkeitsspeicherabschnitt) gebildet. Nachdem Feuchtigkeit des von dem Kühlmittelkondensationskern 9 gelieferten Kühlmittels entfernt ist, wird das Kühlmittel vorübergehend in diesem Flüssigkühlmittelspeicherabschnitt 11 gespeichert und von diesem aus in die jeweiligen Wärmeübertragungsrohre 4 des Unterkühlungskerns 10 eingeleitet.
Eine Trocknungseinheit 13 ist in das erste Kopfrohr 3 eingesetzt, wie auch in den 2 bis 4 gezeigt ist. Die Trocknungseinheit 13 weist Beutel 17 auf, die mit Trockenmittel 12 befällt sind und eine Flüssigkeitsdurchlässigkeit aufweisen, sowie einen Trockenmittelbehälter 18, der diese Beutel enthält.
Bei dieser Ausführungsform ist der Trockenmittelbehälter 18 als ein rohrförmiger Körper gebildet, der eine Öffnung 19 hat, die sich durchgehend in der Längsrichtung über die gesamte Länge des Körpers erstreckt. Der Trockenmittelbehälter 18 mit der Öffnung 19 hat einen C-förmigen Querschnitt. Ferner ist die Öffnung 19 des Trockenmittelbehälters 18 bei dieser Ausführungsform in dem Querschnitt des Trockenmittelbehälters 18 an einer Umfangsposition angeordnet, an der das Kühlmittel, das von den den Kühlmittelkondensationskern 9 bildenden Wärmeübertragungsrohren 4 in das Kopfrohr 3 ausgestoßen wird, durch die Öffnung 19 in den Trockenmittelbehälter 18 fließt, nachdem das Kühlmittel zwischen der Außenoberfläche des Trockenmittelbehälters 18 und der Innenoberfläche des Kopfrohres 3 hindurchfließt. Mit anderen Worten ist die Öffnung 19 an einer Stelle angeordnet, an der das von den Wärmeübertragungsrohren 4 ausgestoßene Kühlmittel nicht direkt in das Innere des Trockenmittelbehälters 18 fließt. Weil das von den Wärmeübertragungsrohren 4 abgeführte Kühlmittel nicht direkt in den Trockenmittelbehälter 18 fließt, kann eine Störung der Strömung und des Flüssigkeitspegels in dem Trockenmittelbehälter 18 verhindert werden und eine stabile Gas/Flüssigkeits-Trennung kann sichergestellt werden. Wie in 3 gezeigt ist, ist die Größe Cr der Öffnung 19 in dem Querschnitt des Trockenmittelbehälters 18 in einen Bereich von 10° bis 90° des Umfangswinkels gesetzt.
Der Trockenmittelbehälter 18 kann aus einem Harz oder einem Metall gefertigt sein. Der Trockenmittelbehälter 18, der die sich kontinuierlich in der Längsrichtung erstreckende Öffnung 19 hat, kann leicht in einem einzelnen Prozeß hergestellt werden, z.B. durch Walzformung einer einzelnen flachen Platte, um einen Spalt (eine Öffnung) zwischen den beiden Enden von dieser zu bilden, oder durch Vorsehen einer sich durchgängig in der Längsrichtung erstreckenden Aussparung an einem auf dem Markt befindlichen geraden Rohr oder durch Spritzgießen oder Strangpressen.
Der Trockenmittelbehälter 18 wird durch ringförmige Stützelemente 15 und 16 gestützt. Der untere Abschnitt des Trockenmittelbehälters 18 ist in einen Abscheider 14 eingesetzt, der in das Kühlmittel eintretende Fremdmaterialien auffängt. Der Abscheider 14 ist durch einen Deckel 20 gehalten, der in ein En de des Kopfrohres 3 eingeschraubt ist. An dem anderen Ende des Kopfrohres 3 ist ein Deckel 21 angelötet.
Da der Trockenmittelbehälter 18 als ein rohrförmiger Körper gebildet ist, der die sich kontinuierlich in der Längsrichtung erstreckende Öffnung 19 hat, kann das Trockenmittel 12 bei dieser Ausführungsform, wenn das Trockenmittel 12 (oder das Trockenmittel 12 enthaltende Beutel 17) in den Trockenmittelbehälter 18 eingesetzt wird, durch Vergrößern der Öffnung 19 zu beiden Seiten und elastisches Verformen des Trockenmittelbehälters 18 einfach in den Trockenmittelbehälter 18 eingesetzt und in diesem aufgenommen werden, wodurch die Verarbeitbarkeit des Einsetzens verbessert wird. Ferner wird die Form des Trockenmittelbehälters 18 nach dem Einsetzen durch dessen elastische Rückformungseigenschaft zu dessen ursprünglicher Größe zurückgeführt und das Trockenmittel 12 kann sicher in dem in das Kopfrohr 3 eingesetzten Trockenmittelbehälter 18 zurückgehalten werden.
Weil die Öffnungsgröße Cr der Öffnung 19 in dem Querschnitt des Trockenmittelbehälters 18 in einen Bereichs von 10° bis 90° des Umfangswinkels gesetzt ist, kann ferner ein übermäßiger Anstieg des Strömungswiderstands des in den Trockenmittelbehälter 18 eingeführten Kühlmittels verhindert werden und dabei kann eine ausreichende Rückhaltestärke für das Trockenmittel 12 sichergestellt werden.
5 stellt den Querschnitt eines Kopfrohrabschnitts eines Wärmetauschers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Bei dieser Ausführungsform ist die Öffnung 19 des Trockenmittelbehälters 18 in die Richtung gerichtet, aus der das von den den Kühlmittelkondensationskern 9 bildenden Wärmeübertragungsrohren 4 in das Kopfrohr 3 ausge stoßene Kühlmittel durch die Öffnung 19 in den Trockenmittelbehälter 18 fließt, nachdem das Kühlmittel zwischen der Außenoberfläche des Trockenmittelbehälters 18 und der Innenoberfläche des Kopfrohres 3 hindurchfließt, und speziell ist die Öffnung 19 an einer der Einsetzseite der Wärmeübertragungsrohre 4 entgegengesetzten Seite angeordnet. Die Öffnung 19 kann jedoch auch an einer anderen Umfangsposition angeordnet sein, wie in einer Modifikation der oben beschriebenen Ausführungsform gezeigt ist, wie in 6 dargestellt ist. Die Öffnung 19 kann nämlich innerhalb eines Bereichs angeordnet sein, der einen Umfangswinkel von 270° an einer Seite hat, die einer Seite entgegengesetzt ist, an der die Wärmeübertragungsrohre 4 in das Kopfrohr 3 eingesetzt sind. Die in 6 gezeigte Ausführungsform ist im wesentlichen gleich der in 3 gezeigten Ausführungsform. Ferner ist auch bei diesen Ausführungsformen die Größe Cr der Öffnung 19 in dem Querschnitt des Trockenmittelbehälters 18 vorzugsweise in einen Bereich von 10° bis 90° in dem Umfangswinkel gesetzt.
Bei diesen Ausführungsformen trifft das von den Wärmeübertragungsrohren 4 zugeführte Kühlmittel auf die Außenoberfläche des Trockenmittelbehälters 18, strömt zwischen der Außenoberfläche des Trockenmittelbehälters 18 und der Innenoberfläche des Kopfrohres 3 hindurch und tritt dann durch die Öffnung 19 in den Trockenmittelbehälter 18 ein, wie durch die Pfeile in den 5 und 6 gezeigt ist. Das Kühlmittel strömt in einem stabilen Strömungszustand in den Trockenmittelbehälter 18 ein und wird dabei gleichgerichtet und deshalb kann eine Störung der Strömung und des Flüssigkeitspegels des Kühlmittels in dem Trockenmittelbehälter 18 verhindert werden, der Gas/Flüssigkeits-Trenneffekt in dem Trockenmittelbehälter 18 kann verbessert werden und es kann verhindert werden, daß Kühlmittel in der Gasphase in den Unterkühlungskern 10 eintritt. Weil durch die Öffnung 19 ausgestoßenes flüssiges Kühlmittel nicht direkt in die Wärmeübertragungsrohre 4 eintritt, die den Unterkühlungskern 10 bilden, kann in dem Flüssigkeitsspeicherabschnitt 11 ferner verhindert werden, daß Kühlmittel in der Gasphase in den Unterkühlungskern 10 eintritt. Als ein Ergebnis kann die Kühlfähigkeit des Kondensators 1 stark verbessert werden.
7 stellt den Querschnitt eines Kopfrohrabschnittes eines Wärmetauschers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Bei dieser Ausführungsform ist die Öffnung 19 des Trockenmittelbehälters 18 derart gerichtet, daß sie der Rohreinsetzseite zugewandt ist. Die Position der Öffnung 19 ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt und die Öffnung 19 kann innerhalb eines Bereichs angeordnet sein, der einen Umfangswinkel von 180° an der Rohreinsetzseite hat, wie in 7 gezeigt ist. Wenn die Öffnung 19 innerhalb dieses Bereichs angeordnet ist, kann der Druckverlust verringert werden, weil die Menge des nach dem Eintreten von den Wärmeübertragungsrohren 4 in das Kopfrohr 3 mit der Außenoberfläche des Trockenmittelbehälters 18 zusammentreffenden Kühlmittels sehr klein wird,.
Da die Öffnung derart angeordnet ist, daß sie der Rohreinsetzseite zugewandt ist, strömt das von den Wärmeübertragungsrohren 4 ausgestoßene Kühlmittel bei dieser Ausführungsform folglich im wesentlichen direkt durch die Öffnung 19 in den Trockenmittelbehälter 18. Und zwar tritt das Kühlmittel in einem Zustand des kürzesten Durchtritts in den Trockenmittelbehälter 18 ein, wie durch Pfeile in 7 gezeigt ist, ohne Kollision mit der Außenoberfläche des Trockenmittelbehälters 18 und ohne einen Umgehungsstrom zwischen der Außenoberfläche des Trockenmittelbehälters 18 und der Innenoberfläche des Kopfrohres 3 zu bilden. Deshalb kann der Druckverlust stark herabgesetzt wer den. Ferner fließt auch in dem Flüssigkeitsspeicherabschnitt 11 das flüssige Kühlmittel in einem ähnlichen Zustand des kürzesten Durchtritts direkt in die Wärmeübertragungsrohre 4, die den Unterkühlungskern 10 bilden, und der Druckverlust an diesem Abschnitt kann ebenfalls stark verringert werden.
Die 8 bis 12 stellen eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Der Trockenmittelbehälter 18 ist durch die Einsetzlöcher 22 und 23 der ringförmigen Stützelemente 15 und 16 eingesetzt und die äußere Oberfläche des Trockenmittelbehälters 18 ist an die Innenoberflächen der Einsetzlöcher 22 und 23 der Stützelemente 15 und 16 gelötet. Die Durchmesser der Einsetzlöcher 22 und 23 sind auf eine Größe gleich dem oder etwas kleiner als dem äußeren Durchmesser des Trockenmittelbehälters 18 gesetzt, der in seinem freien Zustand ist. Die Stützelemente 15 und 16 sind an die Innenoberfläche des Kopfrohres 3 gelötet. Kreisabschnittförmige Aussparungen 24 und 25 sind an den Stützelementen 15 und 16 definiert. Bei dieser Ausführungsform ist die Öffnungsgröße der Aussparungen 24 und 25 etwa auf dieselbe Größe wie die Öffnungsgröße Cr der Öffnung 19 des Trockenmittelbehälters 18 gesetzt. Schlitze 26 und 27 zum Einsetzen der Stützelemente 15 und 16 in das Kopfrohr 3 sind an dem Kopfrohr 3 definiert, wie in den 11 und 12 dargestellt ist.
Weil der Trockenmittelbehälter 18 die sich in der Längsrichtung durchgehend erstreckende Öffnung 19 hat, kann bei dieser Ausführungsform, wenn der Trockenmittelbehälter 18 in das Kopfrohr 3 eingesetzt wird, der Durchmesser des Trockenmittelbehälters 18 durch dessen elastische Verformung verglichen mit dem Durchmesser in dessen freiem Zustand verringert werden. Deshalb kann der Trockenmittelbehälter 18 selbst in Einsetzlöcher 22 und 23, die einen Durchmesser gleich oder etwas klei ner als dem Durchmesser im freien Zustand des Trockenmittelbehälters 18 haben, leicht eingesetzt werden. Weil der Durchmesser des Trockenmittelbehälters 18 zu dem Anfangsdurchmesser zurückkehrt, der ein Durchmesser in dem freien Zustand ist, gelangt die Außenoberfläche des Trockenmittelbehälters 18, nachdem der Trockenmittelbehälter 18 durch die Einsetzlöcher 22 und 23 eingesetzt ist, in Kontakt mit der Innenoberfläche der Einsetzlöcher 22 und 23 und der Trockenmittelbehälter 18 kann über die Stützelemente 15 und 16 sicher an einer angemessenen Stelle in dem Kopfrohr 3 befestigt werden. Wenn in diesem Zustand alle Teile in einem Ofen verlötet werden, kann der Trockenmittelbehälter 18 ferner in einer angemessenen Position mit hoher Genauigkeit mit den Stützelementen 15 und 16 verlötet werden. Selbst in einem Fall, bei dem der Kondensator 1 für eine Klimaanlage für Fahrzeuge verwendet wird, kann bei solch einem Zustand das Auftreten der Vibration des Trockenmittelbehälters 18 in dem Kopfrohr 3 unterdrückt oder verhindert werden und das Erzeugen von Geräusch oder Fremdmaterialien durch die Vibration kann verhindert werden.
Obwohl der Trockenmittelbehälter 18 bei dieser Ausführungsform nach dem Einsetzen des Trockenmittelbehälters 18 in die Einsetzlöcher 22 und 23 der Stützelemente 15 und 16 an die Stützelemente 15 und 16 angelötet wird, kann der Trockenmittelbehälter 18 mit den Stützelementen 15 und 16 auch durch Vergrößern des Durchmessers des Trockenmittelbehälters 18 unter Verwendung einer Spannvorrichtung oder von ähnlichem verbunden werden.
Obwohl bei dieser Ausführungsform der aus einem Metall gefertigte Trockenmittelbehälter 18 an die Stützelemente 15 und 16 gelötet wird, ist es ferner auch möglich, den Trockenmittelbehälter 18 nur durch die elastische Rückformkraft des Trocken mittelbehälters 18 in der Richtung zum Vergrößern des Durchmessers des Trockenmittelbehälters 18 fest und sicher an den Stützelementen 15 und 16 zu befestigen, wie oben beschrieben ist. Deshalb ist es möglich, den Trockenmittelbehälter 18 aus einem Harz zu fertigen.
Da bei dieser Ausführungsform die Aussparungen 24 und 25 an den Stützelementen 15 und 16 vorgesehen sind, kann das Kühlmittel in dem Kopfrohr 3 durch Hindurchtreten durch die Aussparungen 24 und 25 leicht in dem Kopfrohr 3 nach unten strömen. Deshalb kann der Druckverlust in dem Kopfrohr 3 klein gehalten werden. Die Stützstruktur ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Es ist möglich, eine Struktur zu verwenden, bei der keine Aussparungen an den Stützelementen 15 und 16 vorgesehen sind, die Stützelemente 15 und 16 als komplett ringförmige Elemente gebildet sind und der Trockenmittelbehälter 18 in die ringförmigen Stützelemente 15 und 16 eingesetzt und an diesen befestigt ist.
Da bei dieser Ausführungsform die sich in einer Umfangsrichtung erstreckenden Schlitze 26 und 27 zum Einsetzen der Stützelemente 15 und 16 an dem Kopfrohr 3 vorgesehen sind, wie in den 11 und 12 gezeigt ist, wird es ferner möglich, die Stützelemente 15 und 16 durch die Schlitze 26 und 27 in das Kopfrohr 3 einzusetzen, um einen vorläufigen Montagezustand zu vervollständigen, und danach die Stützelemente 15 und 16 zusammen mit anderen Teilen in einem Ofen zu verlöten. Deshalb kann bei dieser Ausführungsform die Verarbeitbarkeit für die Montage des Wärmetauschers 1 verbessert werden, die die Montage der Stützelemente 15 und 16 beinhaltet. Obwohl der Trockenmittelbehälter 18 bei dieser Ausführungsform an den Stützelementen 15 und 16 befestigt ist, kann eine andere Struktur verwendet werden. Zum Beispiel kann anstelle des Stützelementes 15 eine Halterungsausnehmung an dem Deckel 21 vorgesehen werden und der Endabschnitt des Trockenmittelbehälters 18 kann in diese Ausnehmung eingepaßt und daran befestigt werden.

Claims

Wärmetauscher, der beinhaltet: ein Paar von Kopfrohren (102, 103), eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren (4), die das Paar von Kopfrohren (102, 103) miteinander verbinden und sich parallel zueinander erstrecken, und einen ein Trockenmittel (12) enthaltenden Trockenmittelbehälter (18), der in zumindest eines von dem Paar von Kopfrohren eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockenmittelbehälter (18) einen rohrförmigen Körper aufweist, der eine Öffnung (19) hat, die sich durchgängig in der Längsrichtung des rohrförmigen Körpers über die gesamte Länge des rohrförmigen Körpers (18) erstreckt.
Der Wärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem der Trockenmittelbehälter (18) einen C-förmigen Querschnitt hat.
Der Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Öffnung (19) in dem Querschnitt des Trockenmittelbehälters (18) einen Umfangswinkel in einem Bereich von 10° bis 90° hat.
Der Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Öffnung (19) derart angeordnet ist, daß ein von den Wärmeübertragungsrohren (4) in das zumindest eine von dem Paar von Kopfrohren ausgestoßenes Fluid durch die Öffnung (19) in den Trockenmittelbehälter (18) strömt, nachdem das Fluid zwischen einer Außenoberfläche des Trockenmittelbehälters und einer Innenoberfläche des zumindest einen von dem Paar von Kopfrohren hindurchströmt.
Der Wärmetauscher nach Anspruch 4, bei dem die Öffnung (19) in einem Bereich angeordnet ist, der einen Umfangswinkel von 270° an einer Seite hat, die einer Seite gegenüberliegt, an der die Wärmeübertragungsrohre (4) in das zumindest eine von dem Paar von Kopfrohren (102, 103) eingesetzt sind.
Der Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Öffnung (19) an einer Seite angeordnet ist, an der die Wärmeübertragungsrohre (4) in das zumindest eine von dem Paar von Kopfrohren (102, 103) eingesetzt sind.
Der Wärmetauscher nach Anspruch 6, bei dem die Öffnung (19) in einem Bereich angeordnet ist, der einen Umfangswinkel von 180° an der Seite hat, an der die Wärmeübertragungsrohre (4) in das zumindest eine von dem Paar der Kopfrohre eingesetzt sind.
Der Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein ringförmiges Stützelement (15, 16), das ein Einsetzloch (22, 23) hat, in das der Trockenmittelbehälter (18) eingesetzt ist, in dem zumindest einen von dem Paar von Kopfrohren (102, 103) vorgesehen ist und der Trockenmittelbehälter (18) an einer Innenumfangsoberfläche des Einsetzloches (22, 23) des Stützelements (15, 16) befestigt ist.
Der Wärmetauscher nach Anspruch 8, bei dem der Trockenmittelbehälter (18) durch Verlöten an dem Stützelement (15, 16) befestigt ist.
Der Wärmetauscher nach Anspruch 8, bei dem der Trockenmittelbehälter (18) durch Vergrößern eines Durchmessers des Trockenmittelbehälters (18) an dem Stützelement (15, 16) befestigt ist.
Der Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem eine Aussparung (24, 25) in dem Stützelement (15, 16) vorgesehen ist.
Der Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem das zumindest eine von dem Paar von Kopfrohren (2, 3) einen Schlitz (26, 27) hat, der sich in der Umfangsrichtung des zumindest einen von dem Paar von Kopfrohren (2, 3) erstreckt, zum Einsetzen des Stützelements (15, 16) in das zumindest eine von dem Paar von Kopfrohren (2, 3).
Der Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Trockenmittelbehälter (18) aus einem Harz gefertigt ist.
Der Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der Trockenmittelbehälter (18) aus einem Metall gefertigt ist.
Der Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wärmetauscher (1) als ein Kondensator vom Unterkühlungs-Typ gebildet ist, der einen Kühlmittelkondensationskern (9) zum Kondensieren von Kühlmittel und einen Unterkühlungskern (10) zum Unterkühlen von durch den Kühlmittelkondensationskern (9) kondensiertem Kühlmittel aufweist.