(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスク構造の熱交換機であって、第１の媒体のための入り口を有し、複数のディスクペア（１３）を形成する複数のディスク（１２、１４）の間に、第１の媒体のための少なくとも１つの流れ通路（１６）が設けられていて、複数のディスクペア（１３）の間に、第２の媒体のための複数の第２の流れ通路（１８）が並列に設けられていて、それらの第２の流れ通路（１８）が、隣接する複数のディスクペア（１３）のそれぞれのディスク（１４、１２）によって形成されており、第２の流れ通路（１８）がカーブ形状を有し、第２の媒体の流れ方向が、熱交換機（１０）を通過するときに変更される構成とし、しかも、第２の媒体のための第２の流れ通路（１８）は、第１の媒体のための入口からの距離が大きくなるにつれて長くなっていることを特徴とする熱交換機。
【請求項２】
複数の第２の流れ通路（１８）は、円弧状であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換機。
【請求項３】
第２の媒体のための流入面（５０）と第２の媒体のための流出面（５２）は、互いに対して角度（α）で配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換機。
【請求項４】
１つのディスクペア（１３）によって複数の第１の流れ通路（１６）が形成され、複数の第１の流れ通路（１６）はほぼ等しい長さであって、かつ複数の第１の流れ通路（１６）の少なくとも幾つかは、少なくともある領域で蛇行して延びていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換機。
【請求項５】
複数のディスク（１２、１４）は、第１の側（３４、３６）に複数の溝状の凹部（３０、３２）を有しており、かつディスクペア（１３）を形成していて、隣接する複数のディスク（１２，１４）はその第１の側（３４、３６）により互いに結合されて、複数の凹部（３０、３２）により形成される複数の第１の流れ通路（１６）を形成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換機。
【請求項６】
凹部（３０、３２）に沿って延びるように、少なくとも１つの細い突起状のウェブ（３８）と少なくとも１つの凹状の溝（４０）が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の熱交換機。
【請求項７】
複数のディスク（１２、１４）は、それらの第２の側（４２、４４）から突出する複数のウェブ（４６、４８）を有しており、かつ隣接する複数のディスク（１４、１２）が複数のウェブ（４６、４８）を介して互いに結合されて、複数の第２の流れ通路（１８）を形成することを特徴とする請求項５又は６に記載の熱交換機。
【請求項８】
複数のディスクが刻印によって成形されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換機。
【請求項９】
それぞれ隣接する複数のディスク（１２、１４）は、本質的に鏡対称であって、かつその結合領域が相補形状に形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の熱交換機。
【請求項１０】
複数のディスク（１２、１４）が、複数の第２の流れ通路（１８）の下流側の端部に、復水を流出させるための複数の切欠き（６０）を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の熱交換機。
【請求項１１】
複数の隣接するディスクが、互いに半田付けされ、あるいは接着されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の熱交換機。
【請求項１２】
複数のディスクがアルミニウムからなることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の熱交換機。
【請求項１３】
複数のディスク（１２、１４）の外側形状が、ほぼ四分円に相当することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の熱交換機。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の少なくとも１つの熱交換機（１０）を有する、自動車のための暖房または空調設備。
【請求項１５】
熱交換機（１０）が蒸発器（１０２）であって、複数の第１の流れ通路を流れる冷媒が高い圧力の元で働くＣＯ２または他の冷媒であることを特徴とする請求項１４に記載の空調設備。
【請求項１６】
熱交換機（１０）が蒸発器（１０２）及び／又は発熱体（１１０）であり、空気が複数の第２の流れ通路を流れることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の熱交換機。
【請求項１７】
熱交換機（１０、１０２、１１０）が、空気を約９０°方向変換させることを特徴とする請求項１４、１５または１６に記載の暖房または空調設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の、ディスク構造の熱交換機と、それを搭載した自動車用暖房または空調設備、すなわち、ディスクペアを形成するそれぞれ２つのディスクの間に、第１の媒体のための少なくとも１つの第１の流れ通路が、そしてそれぞれ２つのディスクペアの間に、第２の媒体のための、多数の並列に接続された第２の流れ通路が配置されている、ディスク構造の熱交換機と、それを搭載した自動車用暖房または空調設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばＤＥ１９８０４３８９から知られているような空調設備は、いわゆるディスク構造の蒸発器を有している。蒸発器は、それぞれ１対のディスクから形成された、空調設備の冷媒のための第１の流れ通路と、それぞれ隣接するディスクペアの間に配置され、冷却すべき空気が回りを流れる波形フィンとを有している。この種の既知の、いわゆるディスク蒸発器は、方形に構成されており、空調設備内で送風機と発熱体との間において客室内へ給送すべき空気を冷却するために用いられる。
【０００３】
今日の自動車は、できるだけコンパクトな外側寸法を有するようにされ、その場合に内部空間はできるだけ大きくしようとされる。従って空調設備を常によりコンパクトに形成しようとする志向があるので、空調設備はできるだけわずかな組込み空間しか要求できない。従って、たとえばＤＥ１９７１９２５２が示しているように、空調設備の個々の要素をより小さく、かつより高性能に形成することが試みられ、前記公報において記載されている蒸発器は、その組込み深さが最大で５０ｍｍであるように形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、特に空調のための、新しいコンパクトな熱交換機と、それを搭載した、より小さい組込み空間を有する暖房または空調設備を提供することである。熱交換機は、既知のディスク蒸発器よりも簡単に形成可能であるようにする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１の特徴を有する、ディスク構造の熱交換機と、それを搭載した自動車用暖房または空調設備、すなわち、第２の並列に接続されている流れ通路が、隣接するディスクペアのそれぞれ１つのディスクによって形成されている熱交換機と、それを搭載した暖房または空調設備によって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に基づく熱交換機は、ディスク構造に構成されており、その場合にそれぞれ２つのディスク間に第１の媒体のための少なくとも１つの第１の流れ通路が配置され、それぞれ２つのディスクペアの間に第２の媒体のための、多数の並列に接続された第２の流れ通路が配置されており、その場合に本発明によれば、第２の並列に接続された流れ通路は、隣接するディスクペアのそれぞれ１つのディスクによって形成されている。それによって従来第２の流れ通路を形成していた、既知の波形フィンを省くことができる。そのためにディスクはそれに応じて成形されている。
【０００７】
製造は、簡略化される。というのは、ディスクを単純に積み重ねることによって、熱交換機全体が構成されているからである。もはや透かし網状の波形フィンをディスクペアの間に設ける必要はなく、それによって製造コストも削減することができる。他の利点は、ディスクと波形フィンとの間の半田個所が省かれることである。それによって、半田個所の外れによる、良好な熱伝達のための問題もなくなり、それによって熱伝達が改良される。
【０００８】
本発明に基づく熱交換機の第２の流れ通路は、既知の波形フィンとは異なり、カーブ形状の推移を有しているので、空気を所望の方向へ方向変換させることができ、それによって、特に本発明に基づく熱交換機を含む空調設備の、コンパクトな構造が可能となる。熱交換機は、貫流する空気を冷却または加熱する機能も、空気を案内する機能も引き受ける。それによって少なくともある程度、熱交換機の前および／または後ろの空気側の空気の方向変換を省くことができる。暖房または空調設備ないしはこの設備の空気案内ハウジングを、よりコンパクトに形成することができる。
【０００９】
他の利点は、熱交換機が好ましくは蒸発器として使用される場合に空調設備の冷媒である、第１の媒体を案内する第１の流れ通路が、比較的小さい直径を有する場合に、隣接するディスクを結合するために提供される面積が比較的大きいことである。それによって第１の流れ通路の高い圧力安定性がもたらされ、そのことが熱交換機を、冷媒としてＣＯ２または高い圧力の元で働く他の冷媒を有する 空調設備内で使用することを可能にする。
【００１０】
その場合に、冷媒としてＣＯ２を有する空調設備内で使用するための、コンパ クトで圧力に安定であって、かつ安価に形成することのできる熱交換機が得られる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態が、従属形式の請求項の対象である。
【００１２】
流れやすいように第２の流れ通路は好ましくはアーチ形状、特に円弧状に延びている。それによって方向変換にもかかわらず、空気についてわずかな圧力損失しか生じない。その場合に空気の流入面と流出面は、好ましくは互いに対して角度αで配置することができる。好ましくは角度αは、約９０°である。この種の熱交換機によって、コンパクトな空調設備が構成される。ディスクの大きさは、所望の出力と予め定められた組込み空間に従って任意に定めることができる。
【００１３】
好ましくは１つのディスクペアによって多数の並列に延びる第１の流れ通路が形成され、それによって第１の通路を貫流する冷媒は、ディスクペアのその広がり全体をできる限り均一に温度調節する。その場合に通路は、各通路内でほぼ等しい圧力降下を得るために、ほぼ等しい長さである。第２の媒体との熱交換を最適にするために、第１の流れ通路は少なくともある領域で、好ましくは蛇行した延びを有する。
【００１４】
構造的に好ましい方法において、ディスクは第１の側に凹部を有しており、その凹部は隣接するディスクのその第１の側を結合してディスクペアとする場合に、第１の流れ通路を形成する。
【００１５】
隣接する、その第１の側で結合されたディスク間の結合を高めるために、特にＣＯ２を使用するための、第１の流れ通路の高い圧力強度を得るために、凹部に 沿って延びるように、少なくとも１つの凹状の溝と少なくとも１つの細い突起状のウェブが配置されている。第１の側を継ぎ合わせた場合に、一方のディスクのウェブが他方のディスクの溝内へ正確な嵌め合いで嵌りこみ、互いに結合、好ましくは半田付けまたは接着することができる。
【００１６】
第２の流れ通路を形成するために、ディスクにはその第２の側から突出するウェブが設けられている。隣接するディスクは、このウェブを介して互いに結合可能である。
【００１７】
部品の多様性を減少させるために、それぞれ隣接するディスクは、ほぼ鏡対称に形成されている。隣接するディスクは、ただその結合領域において、ディスクの最適な結合のために、相補形状に形成されている。その場合には熱交換機を形成するために、原理的にはただ２種類のディスクのみが必要とされる。
【００１８】
好ましくはディスクを刻印形成する際に、第２の流れ通路の下流側の端部に切欠きが刻印形成されて、熱交換機が蒸発器として使用される場合には、発生する復水がその凹部において流出することができる。復水排出のための特殊な手段は、省くことができる。
【００１９】
好ましくはディスクはアルミニウムからなり、それによって重量が小さく抑えられ、かつ良好な加工性が与えられる。また、ディスクを非鉄金属から形成することも考えられる。
【００２０】
好ましくは、本発明に基づく熱交換機は、冷媒としてのＣＯ２で働く空調設備 内で蒸発器として使用することができる。というのは、隣接するディスクの第１の側を面で半田付けしてＣＯ２のための第１の流れ通路を形成することによって 、そして特に選択的に設けられる互いに噛合する溝とウェブによって、蒸発器はＣＯ２−設備内の高いシステム圧に良好に耐えることができる。さらに、すでに説明した方法で、組込み空間を節約することができる。
【００２１】
熱交換機が空気を約９０°方向変換する場合に、極めてコンパクトな暖房または空調設備が得られる。
【００２２】
【実施例】
以下、図面を参照し、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００２３】
図面に示す、本発明に基づく熱交換機１０は、第１と第２のディスク１２と１４を有し、それらが交互に積み重ねられ、ないしは互いに接するように列をなし、隣接するディスクが互いに半田付けまたは接着されていることによって、ほぼ熱交換機全体を構成しており、その場合に交互に第１と第２の流れ通路１６と１８が形成される。図示されている熱交換機１０は、冷媒回路の蒸発器として使用可能であって、従って流れ通路１６は冷媒を案内するため、そして流れ通路１８は空気を案内するために設けられている。ディスク１２と１４は、大体において鏡対称に形成されており、かつ実施例においてはほぼ四分円に相当する外側形状を有している（図３）。
【００２４】
ディスク１２と１４は、円の中心点側の端部２０に２つの透孔２２と２４を有しており、その場合に各透孔２２と２４はそれぞれカラー２６と２８を有しているので、熱交換機１０が組み立てられた状態において、隣接するディスクのカラーは互いに結合可能であり、特に半田付け可能であるので、互いに整合する透孔２２と２４はそれぞれ第１の媒体のための収集空間を形成する。図示されていない供給接続端ないしは流出接続端を介して、第１の媒体が熱交換機１０へ供給され、ないしは排出される。
【００２５】
第１の流れ通路１６は、第１および／または第２のディスク１２ないし１４の第１の側３４ないし３６の通路状の凹部３０ないし３２によって形成されている（図５）。隣接するディスク１２と１４の第１の側３４と３６を結合して第１のディスクペア１３にした場合に、通路状の凹部３０と３２が第１の流れ通路１６を形成する。
【００２６】
ディスク１２と１４の第１の側３４と３６における結合、特に半田結合を改良するために、凹部３０と３２に沿って延びるように、少なくとも１つの細い突起状のウェブ３８と少なくとも１つの凹状の溝４０が設けられており、その場合に第１の側３４と３６を継ぎ合わせた場合に一方のディスク１２ないし１４のウェブ３８が他方のディスク１４ないし１２の溝４０内へ正確な嵌め合いで入り組み、互いに結合され、特に半田付けされることができる（図５）。従って第１の側３４と３６の結合領域において、ディスク１２と１４は互いに対して相補形状に形成されている。
【００２７】
図３から明らかなように、１つのディスクペア１３によって第１の流れ通路１６の多数が形成され、その場合に１つのディスクペア１３内の流れ通路１６は並列に接続されており、かつ好ましくはほぼ等しい長さであって、そのためにずっと内側に延びている流れ通路１６は少なくともある領域で蛇行して延びている。
【００２８】
第１および／または第２のディスク１２ないし１４の第２の側４２ないし４４に、第２の側から突出するウェブ４６ないし４８が配置されている（図５）。隣接するディスク１２と１４は、ウェブ４６と４８を介して互いに結合され、たとえば半田付けされ、あるいは接着されており、その場合に結合はウェブ４６と４８の互いに対して相補形状で形成された前端縁４７と４９に沿って行われる。前端縁４７と４９の形状は、２つのディスク１４と１２を互いに突き合わせた場合に組み立てやすい自動センタリングが行われるように、選択されている。その第２の側４２と４４を介して互いに結合されたディスク１４と１２およびウェブ４６と４８によって、第２の流れ通路１８が形成されている（図５）。２つのディスクペア１３の間に形成される第２の流れ通路１８は、特に図２から明らかなように、並列に接続されており、かつその端部へ向かって開放している。
【００２９】
図示の実施例においては、第２の通路１８は、ディスク１２と１４の外側形状に従ってアーチ形、特に円弧状に形成されている（図４）。この配置においては、個々の第２の流れ通路１８は異なる長さであって、第１の媒体のための供給部からの、従って透孔２２からの距離が大きくなるにつれて長くなるので、２つの媒体間に比較的大きな温度差が存在する供給部の近傍においては、比較的短く、従って熱交換は比較的短い距離にわたってのみ行えば済む。２つの媒体間の温度差が小さくなる、供給部からの大きい距離においては、流れ通路１８は好ましいことに長くなるので、熱交換機内で第２の流れ通路１８の位置とは関係なく所定の流れ通路１８内で案内される空気は、常に等しい温度水準にされる。さらに、供給部の近傍に延びる、比較的短い流れ通路１８内には、短い流れ通路内の熱交換を改良するために、付加フィン６４を配置することができ、これは図５においては、ずっと左にある流れ通路１８内に示唆されている。
【００３０】
流れ通路１８の端部は、一方は空気流入側５０に、そして他方は空気流出側５２に配置されている（図１）。方向５４に流れる空気は、空気流入側５０において流れ通路１８へ流入して、熱交換機１０を貫流する際に方向変換を受けて、空気流出側５２では方向５６において熱交換機１０から流出する。図示の実施例においては、空気流出面５２は、空気流入面５０に対して約９０°の角度αで配置されている。他の角度も、容易に考えることができる。
【００３１】
第２の流れ通路１８の、空気流出側５２に対応づけられた端部において、この第２の流れ通路は、ディスク１２、１４内に一体化された、切欠き６０の形状の復水流出補助を有しており、その切欠きによって熱交換機１０内に溜まった復水は良好に流出し、ないしは滴ることができる（図６）。復水流出補助は、もちろん他の適当な形状を有することもできる。図６からさらに明らかなように、ウェブ４６、４８には渦発生器６２が配置されており、その渦発生器は流れ通路１８を通って流れる空気の旋回とそれに伴って改良された熱伝達をもたらす。
【００３２】
熱交換機１０のディスク１２と１４は、好ましくはアルミニウムからなり、互いに半田づけされており、これはたとえば１つの半田付けプロセスで行うことができる。ディスクは、互いに接着することもでき、かつ非鉄金属から形成することもできる。
【００３３】
従って熱交換機１０は、もっとも簡単な方法でただ２つの異なるディスク１２と１４から構成されている。さらに、熱交換機１０の端部に、平坦な終端プレート６２を設け、あるいはそれぞれ外側のディスクの片側を平坦に形成することも可能である。
【００３４】
本発明の好適な実施例に基づく熱交換機１０は、好ましくは暖房または空調設備内で、特に冷媒としてＣＯ２が使用される空調設備内で、使用可能である。図 ７には、熱交換機１０が蒸発器１０２として使用される実施例が図示されている。空調すべき空気は、詳しくは図示されていないラジアル送風機１０４から直接、蒸発器１０２の流入面１０６へ供給される。蒸発器１０２内で空気が冷却されて、同時に約９０°方向変換される。混合フラップ１１２を介して、蒸発器１０２から流出する冷風を発熱体１１０へ供給し、かつ発熱体１１０から空気混合室１０８へ温風として供給することができる。図示の実施例においては、発熱体１１０も本発明に基づくディスク構造で構成されている。バイパスフラップ１４４を介して冷風を発熱体１１０を迂回して案内し、空気混合室１０８へ供給することができる。
【００３５】
空気混合室１０８内では、所望の温度の空気を得るために、温風と冷風が混合される。空気混合室１０８はらは、デフロスト通路１１８、足元空間空気通路１２２および車両の中央の平面で流出させるための空気通路１４８が分岐している。空気混合室１０８から分岐している空気通路は、それぞれ空気フラップによって閉鎖可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に基づく熱交換機の斜視図である。
【図２】  ４つのディスクペアを有する熱交換機の部分領域を示す斜視図である。
【図３】  ディスクの第１の側を示す上面図である。
【図４】  図３に示すディスクの第２の側を示す斜視図である。
【図５】  ４枚の隣接するディスクの横断面図である。
【図６】  第２の流れ通路の下流側の端部を示している。
【図７】  蒸発器としての、本発明に基づく熱交換機を有する、本発明に基づく空調設備を示している。
【符号の説明】
１０  熱交換機
１２、１４  ディスク
１３  ディスクペア
１６、１８  流れ通路
２２、２４  透孔
３０、３２  凹部
３４、３６  第１の側
３８  ウェブ
４０、４６、４８  溝
４２、４４  第２の側
４７、４９  前端縁
５０  空気流入側
５２  空気流出側
６０  切欠き
６４  付加フィン
１０２  蒸発器
１０４  ラジアル送風機
１０８  空気混合室
１１０  発熱体
１１８  デフロスト通路
１４４  バイパスフラップ
１４８  空気通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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