DE19961826A1 - Verdampfer, Heiz- und/oder Klimaanlage und Fahrzeug mit einem solchen Verdampfer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, umfassend eine Vielzahl an Kältefluidströmungskanälen (19), die in Serie geschaltet sind, wobei jeder Kanal (19) dargestellt ist durch ein Paar an Platten (13), die eine durch einen Rand (5) begrenzte konkave Zone (3) umfassen, die mit einer Vielzahl an Höckern versehen ist, welche Verbindungsbereiche (9) bilden. Der Wärmetauscher zeichnet sich durch die Verwendung einer zufälligen oder regellosen Verteilung der Verbindungsbereiche (9) aus. Die vorliegende Erfindung ist prinzipiell auf die Klimatisierung von Kraftfahrzeugen anwendbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft generell einen Verdampfer für eine Heiz- und/oder Klima­ anlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, eine Heiz- und/oder Klimaanlage, die solch einen Verdampfer umfaßt und ein Kraftfahrzeug, welches eine solche Anlage enthält.

Es ist üblich, Verdampfer oder Wärmetauscher zwischen einem Kältemittel bzw. Kältefluid bzw. Kältemittelfluid und Luft durch einen Stapel an Platten darzustellen, welche vorteilhaf­ terweise im wesentlichen identisch und paarweise symmetrisch angeordnet sind. Ein Paar an einander gegenüberstehend angeordneten Platten bildet einen im wesentlichen U-förmigen Kanal, dessen Eintritt mit dem Austritt des U-förmigen Kanals des vorangegangenen Platten­ paares (insoweit vorhanden, d. h. wenn es sich nicht um das erste Plattenpaar handelt) verbun­ den ist, und dessen Austritt mit einem Eintritt des U-förmigen Kanals verbunden ist, welcher durch das anschließende Plattenpaar gebildet wird (insoweit vorhanden, d. h. wenn es sich nicht um das letzte Plattenpaar handelt). Kühlluft strömt zwischen den aufeinanderfolgenden Plattenpaaren. Es ist bekannt, getriebene bzw. tiefgezogene Verbindungsbereiche an zumin­ dest einem der den Kanal bildenden Plattenpaare auszubilden. Diese Verbindungsbereiche, welche bei entsprechender Form, Position und Ausrichtung vorliegen, werden generell in der englischen Terminologie "dimples" genannt. Sie springen nach innen in den durch die Plat­ tenpaare gebildeten Kanal vor und ermöglichen es somit, den thermischen Tausch bzw. ther­ mischen Übergang zu verbessern, indem die Strömung des Kältemittels gestört wird und in­ dem insbesondere der Übergang zu einer turbulenten Strömung veranlaßt wird. Diese Verbin­ dungsbereiche können durch Zusammenbau erzielt werden, insbesondere durch Verlötung von zwei einander gegenüberstehenden Höckern. In diesem Fall entsprechen die ein Platten­ paar bildenden Platten einander, wobei jeder Höcker eine Höhe aufweist, die der Hälfte der Tiefe der U-förmigen Leitung bzw. des U-förmigen Kanals entspricht, d. h. der Hälfte des Ab­ stands der sich einander gegenüberstehenden Platten.

Ferner können diese Verbindungsbereiche gebildet sein durch Löten bzw. Verschweißen von Höckern einer ersten Platte gegen die ebene Fläche einer zweiten Platte. In diesem Fall kön­ nen die zwei Platten eines Plattenpaares identisch oder auch unterschiedlich sein, wobei jeder Höcker eine Höhe gleich zu der Tiefe der U-förmigen Leitungen bzw. Kanäle aufweist.

Unvorteilhafterweise bewirkt die Strömung von Kältefluid in den Verdampfern des bekannten Typs ein Geräusch, insbesondere ein für die Insassen des Fahrzeugs extrem unangenehmes Pfeifen, wobei Vibrationen der Langlebigkeit des Verdampfers entgegenstehen. Die Amplitu­ de der ausgestrahlten Geräusche wird betont durch die Geometrie des Verdampfers, der eine Überlagerung der Plattenanordnungen umfaßt.

Es ist demzufolge eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdampfer anzugeben, insbesondere für eine Heiz- und/oder Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, welcher eine Kälte­ fluidströmung unter Minimierung der Bildung von Geräuschen und/oder Vibrationen bereit­ stellt, die die Kraftfahrzeuginsassen stören könnten.

Es ist ebenfalls eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdampfer anzugeben, wel­ cher über eine hohe Festigkeit verfügt und insbesondere über eine sehr hohe Widerstandsfä­ higkeit bezüglich des Kältefluidinnendrucks.

Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdampfer anzugeben, der einen außerordentlich hohen thermodynamischen Wirkungsgrad bereitstellt.

Es ist schließlich noch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdampfer anzuge­ ben, der langlebig ist.

Die Anmelderin hat festgestellt, daß das durch einen Verdampfer vom bekannten Typ veran­ laßte Pfeifen aus der gleichmäßigen Verteilung der Verbindungsbereiche bzw. Berührungsbe­ reiche bzw. Plots herrührt. Ein mit einer gegebenen Geschwindigkeit durch eine Öffnung von vorbestimmtem Schnitt tretendes Gas emittiert einen sehr hohen Ton nahe bei einer spezifi­ schen Frequenz (Strouhal Effekt). Somit erzeugt die Tatsache, daß die Verbindungsbereiche bei entsprechender Form, Ausrichtung und äquidistant vorliegen, eine Überlagerung von ein und derselben Frequenz, woraus die akustische Störung resultiert. Die Zielsetzung der vorlie­ genden Erfindung besteht darin, die Frequenzen zu diversifizieren, die während der Strömung des Fluids emmitiert werden, so daß die emmitierten Geräusche (die Überlagerung an Tönen bei unterschiedlichen Frequenzen) geringer bzw. weniger hörbar sind.

Somit werden die vorangenannten Aufgaben durch einen Plattenverdampfer gemäß der vor­ liegenden Erfindung gelöst, welcher in zufälliger Weise verteilte Verbindungsbereiche um­ faßt, d. h. Verbindungsbereiche, die in zufälliger bzw. willkürlicher bzw. regelloser Weise an der Fläche bzw. Oberfläche der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Platten eines Plattenpaa­ res gebildeten Kanalisation bzw. des Kanals verteilt sind und/oder durch die Form der Ver­ bindungsbereiche.

Vorteilhafterweise sind die Hindernisse symmetrisch angeordnet mit Bezug auf eine Achse, die auf halber Entfernung zwischen den zwei Zweigen des U verläuft. Somit kann eine U- förmige Kanalisation bzw. ein U-förmiger Kanal gebildet werden durch Anordnen von zwei identischen Platten, die mit Bezug zueinander umgedreht sind, wobei deren konkave Flächen einander gegenüberstehend angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einer Vielzahl an Kältefluidströmungskanali­ sationen bzw. -kanälen, die in Serie verbunden bzw. geschaltet sind, wobei jeder Kanal gebil­ det ist durch ein Paar an Platten mit einer konkaven Zone, die durch einen Rand begrenzt ist und die mit einer Vielzahl an Höckern versehen ist, die Verbindungsbereiche bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbereiche bei einer sich verändernden bzw. willkürlichen bzw. zufälligen Verteilung angeordnet sind.

Die Verbindungsbereiche können eine zylindrische Form oder eine im wesentlichen zylindri­ sche Form aufweisen. Die Verbindungsbereiche können jeweils eine unterschiedlich bzw. willkürlich bzw. zufällig gewählte Form unter einer Anzahl an unterschiedlichen Verbin­ dungsbereichsformen aufweisen.

Die Erfindung ist besser verständlich anhand der folgenden, lediglich beispielhaft und nicht einschränkend erfolgenden Beschreibung und der beiliegenden Figuren, in welchen gilt:

Fig. 1 ist eine Aufsicht einer Platte vom bekannten Typ.

Fig. 2 ist eine Aufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Platte eines Verdampfers gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine Aufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Platte eines erfindungsge­ mäßen Verdampfers.

Fig. 4 ist eine Aufsicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Verdampfers gemäß der vorliegenden Erfindung.

In den Fig. 1 bis 3 werden dieselben Bezugszeichen verwendet, um dieselben bzw. entspre­ chenden Elemente zu beziffern.

In Fig. 1 kann man eine Platte vom bekannten Typ erkennen, deren paarweise einander ge­ genüberstehende Anordnung es ermöglicht, einen Kanal bzw. eine Kanalisation in U-Form darzustellen, wobei die Anordnung bzw. der Zusammenbau der Kanalisationen bzw. Kanäle einen Verdampfer für eine Heiz- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges bildet. Die Platte 1 ist durch Treiben bzw. Tiefziehen bzw. Kümpeln bzw. Prägen dargestellt und umfaßt eine konkave U-förmige Zone 3, die dazu vorgesehen ist, einen Kanal und einen Rand 5 für ein Kältefluid zu bilden, eine mittlere Rippe 7, die zwei Zweige der U-Form trennt, und Ver­ bindungsbereiche 9, die mit Bezug auf die Zone 3 vorspringen. Die Platte 1 umfaßt ferner eine Öffnung 11 oder zwei Zonen 11, die in der Lage sind, nach Ausschnitt eine Öffnung 11 zu bilden, die es ermöglicht, einen Eintritt oder einen Austritt eines durch zwei zusammenge­ baute bzw. angeordnete Platten gebildeten U-förmigen Kanals zu bilden.

Die Verbindungs- bzw. Anschlußbereiche liegen bei identischer Form, Fläche bzw. Größe und Ausrichtung vor. In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel verfügen die Verbindungsbe­ reiche 9 der Platte 1 über eine im wesentlichen zylindrische Form und sind gleichmäßig in drei Spalten an jedem der zwei Zweige des U angeordnet. Jede Spalte umfaßt 14 Zeilen, wo­ bei die Verbindungsbereiche 9 gleichmäßig an der Basis des U verteilt sind, welche die zwei Zweige miteinander verbindet.

Die gleichmäßige zeilen- und spaltenmäßige Verteilung der Verbindungsbereiche 9 an der Platte 1, und somit bezüglich der U-förmigen Kanalisation bzw. des U-förmigen Kanals des Verdampfers, unterstützt die Bildung von Geräuschen und von Vibrationen während der Strömung des Kältefluids in dem Verdampfer.

In Fig. 2 kann man ein erstes Ausführungsbeispiel einer Platte 13 für einen erfindungsgemä­ ßen Verdampfer erkennen, wobei sich diese von der Platte 1 von Fig. 1 lediglich durch eine zufällige bzw. sich verändernde bzw. regellose bzw. willkürliche Verteilung von ähnlichen bzw. sich ähnelnden Verbindungsbereichen 9, von zylindrischer oder im wesentlichen zylin­ drischer Form, an der Fläche bzw. Oberfläche des U-förmigen Kanals 3 unterscheidet. Vor­ teillhafterweise umfassen die Platten 1 und 13 im Durchschnitt dieselbe Dichte an Verbin­ dungsbereichen 9 je Flächeneinheit der konkaven Zone 3. Vorteilhafterweise sind die Verbin­ dungsbereiche 9 in symmetrischer Weise mit Bezug auf eine Symmetrieebene 15 der Platte 13 verteilt, die durch die Mitte des Grats bzw. der Rippe 7 verläuft und durch die Basis des U tritt. Somit kann man zur Darstellung von jeder U-förmigen Kanalisation bzw. jedem U- förmigen Kanal des Verdampfers zwei identische Platten 13 verwenden, vorteilhafterweise dargestellt durch Kümpeln bzw. Prägen bzw. Treiben bzw. Tiefziehen, und zwar bei einer einander gegenüber stehenden Anordnung der Flächen, die die konkave Ausbildung 3 aufwei­ sen, um den U-förmigen Kanal zu bilden. Die vorspringenden Elemente, wie z. B. die Ränder 5, die Rippe 7 und die Anschlußbereiche 9, sind mit einem thermisch schmelzbaren Überzug bedeckt, wonach die Anordnung in einem Ofen angeordnet wird, so daß die Anordnung mit­ tels Schmelzung bzw. Verlötung fertiggestellt werden kann.

Die willkürliche bzw. zufällige Anordnung der Verbindungsbereiche 9 verändert nicht das thermodynamische Verhalten des erfindungsgemäßen Tauschers, da die Verbindungsbereiche 9 den Fluß des Kältefluides stören. Im Gegenzug hierzu ermöglicht es das Fehlen einer Gleichmäßigkeit in der Verteilung der Verbindungsbereiche 9, die akustische Energie, die aus der Strömung resultiert, auf ein großes Spektrum zu verteilen, wodurch die Erscheinung von Geräuschen und Vibrationen bei beachtlicher Amplitude und bei Frequenzreinheit vermieden wird. Ferner ermöglicht es die willkürliche bzw. sich verändernde Verteilung der Anschlußbe­ reiche besser, die Beaufschlagung bzw. Krafteinflüsse zu verteilen, die durch das Kältefluid auf die Innenwandung des U-förmigen Kanales ausgeübt wird, so daß eine höhere Festigkeit und demzufolge eine höhere Lebensdauer des erfindungsgemäßen Verdampfers erzielt wird.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung von identischen Verbindungsbereichen 9 beschränkt, sondern erstreckt sich ebenfalls auf den Einsatz von Verbindungsbereichen mit sich verändernden bzw. variablen bzw. unterschiedlichen Formen. Es werden Verbindungsbereiche mit variablen Formen verwendet, gleichmäßig verteilt, z. B. in einer analogen Weise zu der Verteilung der Verbindungsbereiche 9 von Fig. 1. Man kann z. B. Verbindungsbereiche mit kreisförmiger Basis (zylindrische Verbindungsbereiche) bei unterschiedlichen Durchmessern, Anschlußbereiche mit einer oval-elliptischen, polygonalen (regelmäßige Polygone oder unregelmäßige Polygone) oder anders ausgebildeter Basis ver­ wenden. Die Verwendung von Anschlußbereichen 9 mit unterschiedlichen Formen ermöglicht es ebenfalls, die akustische Energie auf ein breites Frequenzband zu verteilen, wobei die Er­ scheinung von akkustischen Peaks bei hoher Amplitude vermieden wird.

In Fig. 3 kann man jedoch das bevorzugte Beispiel einer Platte 13 gemäß der vorliegenden Erfindung erkennen, die ähnlich zu der Platte 13 von Fig. 2 ist, wobei jedoch Verbindungs­ bereiche 9 von unterschiedlichen Formen in zufälliger bzw. willkürlicher bzw. variabler Wei­ se in der konkaven Zone 3 des U angeordnet sind. In dem dargestellten Beispiel werden zy­ lindrische Verbindungsbereiche 9 mit unterschiedlichen Durchmessern, Verbindungsbereiche in rechteckiger Parallelepipedform von unterschiedlichen Längen und unterschiedlichen Aus­ richtungen und Verbindungsbereiche mit elliptischen Basen verwendet. Es sollte verstanden werden, daß andere Formen der Anschluß- bzw. Verbindungsbereiche, wie z. B. Verbindungs­ bereiche mit einer dreieckigen, sternförmigen, unregelmäßig geformten oder anders gebilde­ ten Basis nicht aus dem Rahmen der vorliegenden Erfindung treten. Vorteilhafterweise sind die Verbindungsbereiche 9 symmetrisch angeordnet mit Bezug auf eine Längssymmetrieebe­ ne 15, die durch die Mitte der Rippe 7 und normal zu der Platte 13 verläuft.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf Verdampfer beschränkt, die U- förmige Kanäle bzw. Kanalisationen enthalten, sondern erstreckt sich ebenfalls auf Platten­ verdampfer mit Kanälen bzw. Kanalisationen, die über andere Geometrien verfügen, wie z. B. lineare Kanäle bzw. Kanalisationen.

Die Verbindungsbereiche 9 gemäß der vorliegenden Erfindung verfügen über eine Höhe, die kleiner als 3 mm ist, und ein beschränktes Ausmaß von weniger als 9 cm, vorteilhafterweise von weniger als 5 cm, und insbesondere bevorzugt von weniger als 3 cm, beispielhaft enthal­ ten zwischen 2 cm und 1 mm.

Die Platten 13 sind z. B. aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet.

Zumindest einige der Verbindungsbereiche können einen Schnitt mit willkürlicher bzw. zu­ fälliger Abmessung aufweisen oder auch einen Schnitt von unterschiedlicher Abmessung. Die Verbindungsbereiche können eine identische Form und eine zufällige Ausrichtung oder auch eine identische Form und eine unterschiedliche Ausrichtung aufweisen.

Die Fläche S₀, die durch die Summe der Flächen von jedem Schnitt der Verbindungsbereiche definiert ist, ist vorteilhafterweise geringer als 20% oder auch als 10% der Gesamtfläche S der Kanäle bzw. der Kanalisationen. Vorteilhafterweise ist S₀ enthalten zwischen 11,5% und 13% von S.

Der Verdampfer 17 umfaßt Mittel zum Anschluß mit einem Kältefluidkreislauf, einem Heiz­ gerät, insbesondere einer zusätzlichen thermodynamischen Heizung des Innenraumes eines Kraftfahrzeuges und/oder mit einem Klimagerät des Innenraumes. Der Verdampfer 17 umfaßt vorteilhafterweise ferner Mittel, insbesondere Lamellen, die thermischen Austausch bzw. thermischen Übergang mit Kühlluft unterstützen. Die Fig. 4 entspricht einer Platte 20 eines Verdampfers mit Doppelgehäuse in I-Zirkulation bzw. -Umwälzung, wobei die dargestellten Motive jedoch auch anwendbar sind auf Platten eines Verdampfers mit Einfach-Gehäuse und unter Verwendung einer U-Zirkulation bzw. -Umwälzung.

Gemäß dieser Ausführungsform weist der Verdampfer erste Verbindungsbereiche bzw. -stellen mit einer identischen Form und einer zufälligen bzw. regellosen Ausrichtung auf, wobei benachbart von zumindest einem Fluideintritt zweite Verbindungsbereiche mit größerem Schnitt als die ersten Verbindungsbereiche vorgesehen sind. Eine Platte 20 umfaßt an ihren Enden Öffnungen 21 zur Versorgung mit Kältefluid, sowie Kanäle 23, um die Strömung des Fluids von einem Ende zu einem anderen der Platten 20 zu ermöglichen. Die Plots bzw. Verbindungsbereiche 29 von länglicher und im wesentlichen identischer Form sind in solch einer Weise verteilt, daß deren Ausrichtungen zufällig bzw. willkürlich bzw. regellos sind. Die Verbindungsbereiche 29 verfügen über einen Schnitt, der beispielhaft enthalten ist Verbindungsbereiche 29 verfügen über einen Schnitt, der beispielhaft enthalten ist zwischen 5 mm² und 15 mm², insbesondere bevorzugt von gleich zu 6 mm².

Benachbart den Öffnungen, d. h. in einem Strömungsrichtungsänderungsbereich, sind Verbin­ dungsbereiche 28, z. B. bei einer Anzahl von zwei, mit größeren Abmessungen als die Verbin­ dungsbereiche 29, und zwar beispielhaft enthalten zwischen 20 mm² und 35 mm², insbeson­ dere bevorzugt von gleich zu 21 mm², angeordnet.

Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf jegliche Art von Verdampferplatten und insbe­ sondere auf Platten mit geraden Kanälen oder auf Platten, die asymmetrische Öffnungen 11 umfassen (z. B. Platte mit einer schwächeren Öffnung 11 am Eintritt als am Austritt).

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere anwendbar auf die Darstellung von Wärmetau­ schern von Kanälen bzw. Kanalisationen und Verdampfern für eine Heiz- und/oder Klimaan­ lage, beispielhaft umfassend einen hermetischen Kreis zur Umwälzung bzw. Zirkulation eines Kältefluids mit einem Wärmetauscher, insbesondere einem Verdampfer.

Die Erfindung ist prinzipiell in der Automobilindustrie anwendbar.

Claims (13)

1. Wärmetauscher, umfassend eine Vielzahl an Kältefluidströmungskanälen (19), die in Serie geschaltet sind, wobei jeder Kanal (19) durch ein Paar an Platten (13) dargestellt ist, welche eine durch einen Rand (5) begrenzte konkave Zone (3) enthalten, die mit einer Vielzahl an Höckern versehen ist, welche Verbindungsbereiche (9) bilden, ge­ kennzeichnet durch die Verwendung einer zufälligen oder regellosen Verteilung der Verbindungsbereiche (9).

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsberei­ che (9) eine zylindrische oder im wesentlichen zylindrische Form aufweisen.

3. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er Verbindungsbereiche (9) mit jeweils in zufälliger oder regelloser Weise gewählter Form unter einer Gruppe an unterschiedlichen Verbindungsbereichsformen umfaßt.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ mindest einige der Verbindungsbereiche (9) einen Schnitt mit zufälliger oder regello­ ser Abmessung aufweisen.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ mindest einige der Verbindungsbereiche (9) einen Schnitt mit unterschiedlicher Ab­ messung aufweisen.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsberei­ che (9) eine identische Form und eine zufällige oder regellose Ausrichtung aufweisen.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsberei­ che (9) eine identische Form und eine unterschiedliche Ausrichtung aufweisen.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er erste Verbindungs­ bereiche (29) mit identischer Form und zufälliger oder regelloser Ausrichtung, sowie benachbart von zumindest einem Fluideintritt (21), zweite Verbindungsbereiche (28) von größerem Schnitt bezüglich der ersten Verbindungsbereiche (29) aufweist.

9. Wärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fläche (S₀), die durch die Summe der Flächen von jedem Schnitt der Ver­ bindungsbereiche (9) definiert ist, weniger als 20% der Gesamtfläche (S) der Kanä­ le (19) ausmacht.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe (S₀) der Flächen weniger als 10% der Gesamtfläche (S) der Kanäle (19) ausmacht.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe (S₀) der Flächen enthalten ist zwischen 11, 5% und 13% der Gesamtfläche (S) der Kanäle (19).

12. Klima- und/oder Heizgerät für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß es ei­ nen hermetischen Kältefluidzirkulationskreis mit einem Wärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche umfaßt.

13. Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Klimagerät nach Anspruch 12 um­ faßt.