DE10312780A1

DE10312780A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE10312780A1
Application number: DE2003112780
Authority: DE
Inventors: Gottfried Dipl.-Ing. Dürr; Wolfgang Seewald
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2003-03-21
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2004-11-25
Also published as: EP1460363A2; EP1460363A3; EP1460363B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Verdampfer, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit von einem Kältemittel mehrflutig und mindestens zweireihig in Strömungskanälen durchströmbaren Verdampferblock mit außerhalb der Strömungskanäle angeordneten, von Luft überströmbaren Rippen und mit mindestens einem Sammelkasten, der mit den Strömungskanälen kommuniziert, Längs- und Schmalseiten sowie Öffnungen für den Ein- und Austritt des Kältemittels aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, vorzugsweise einen Verdampfer, insbesondere für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Wärmetauscher, wie beispielsweise Verdampfer, insbesondere für Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen sind in verschiedenen Bauweisen bekannt, z. B. als Verdampfer als Rundrohr-Verdampfer, als Scheiben-Verdampfer oder als Flachrohr-Verdampfer. Dabei bilden die Rundrohre, Scheiben oder Flachrohre Strömungskanäle für ein Kältemittel, z. B. R 134a, welches bei der Durchströmung durch den Verdampfer verdampft wird. Auf der Außenseite der Strömungskanäle, d. h. zwischen den Scheiben oder Flachrohren sind Wärmeaustauschflächen in Form beispielsweise von Wellrippen angeordnet, welche von Luft überströmt werden. Die Luft führt dem Kältemittel die zur Verdampfung erforderliche Wärme zu. In einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage befindet sich kältemittelseitig vor dem Verdampfer ein Expansionsventil, welches den Kältemitteldruck auf den Verdampfungsdruck reduziert. Das Expansionsventil ist über eine Druck- und eine Saugleitung mit dem Verdampfer verbunden.
Durch die DE 198 14 050 wurde ein Scheiben-Verdampfer bekannt, bei welchem das Expansionsventil über eine Saug- und eine Druckleitung sowie eine Kupplungsplatte direkt mit dem Verdampfer verbunden und an dessen Schmalseite angeordnet ist. Eine solche seitliche Anordnung ist für die Käl temittelführung im Verdampfer günstig, allerdings benötigt diese Lösung seitlich des Verdampfers erheblichen Bauraum, der im Kraftfahrzeug bzw. in der Klimaanlage nicht immer vorhanden ist.
Eine ähnliche Lösung, allerdings für einen Flachrohr-Verdampfer wurde durch die DE 198 26 881 bekannt. Dieser Flachrohr-Verdampfer weist zwei Reihen von Flachrohren auf, die mit in Längskammern unterteilten Sammelkästen kommunizieren. Saug- und Druckleitung sind seitlich, d. h. an die Schmalseiten der Sammelkästen angeschlossen. Der Flachrohr-Verdampfer wird 6-flutig durchströmt, d. h. er weist sowohl auf der Lee- als auch auf der Luvseite (die der Luftströmung zugewandte Seite) zwei Umlenkungen in der Breite und zusätzlich eine Umlenkung in der Tiefe, d. h. von Lee nach Luv auf. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Luftaustrittsseite. Allerdings weist auch dieser Flachrohr-Verdampfer die bereits erwähnten Nachteile eines seitlichen Anschlusses auf.
Es wurde daher von der Anmelderin in der DE-A 100 56 074 ein so genannter Längsanschluss vorgeschlagen, d. h. Saugrohr und Druckrohr sind an der Längsseite eines Sammelkasten eines Flachrohr-Verdampfers angeschlossen. Diese Lösung hat den Vorteil, dass seitlich des Verdampfers kein Bauraum beansprucht wird, und das Expansionsventil kann direkt in Luftströmungsrichtung vor dem Verdampfer angeordnet werden, gegebenenfalls auch direkt über einen Anschlussflansch mit dem Sammelkasten verbunden werden. Auch dieser Flachrohr-Verdampfer ist 6-flutig durchströmbar, d. h. er hat jeweils drei Durchgänge oder Passagen auf der Lee- und auf der Luvseite. Dabei erfolgt eine zweifache Umlenkung in der Tiefe, d. h. einerseits eine Umlenkung von Luv nach Lee und andererseits von Lee nach Luv.
Ein Problem bei derartigen Verdampfern ist die gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Luftaustrittsseite – dies ist insbesondere auf eine Überhitzung des Kältemitteldampfes am Ende des Strömungsweges durch den Verdampfer zurückzuführen. Grundsätzlich behält das Kältemittel vom Eintritt in den Verdampfer über den größten Teil des Strömungsweges die Verdampfungstemperatur bei, d. h. eine annähernd konstante Temperatur. Aus prozesstechnischen Gründen muss das Kältemittel jedoch bei Austritt aus dem Verdampfer eine vorgegebene Überhitzung aufweisen, die über das Expansionsventil gesteuert wird. Diese Überhitzung kann jedoch bereits im vorletzten Durchgang (der vorletzten Passage) auftreten. Eine solche Überhitzung, d. h. eine über der Verdampfungstemperatur liegende Temperatur des Kältemittels wirkt sich ungünstig auf eine gleichmäßige Temperaturverteilung aus, insbesondere bei kleineren Verdampfern, die nur eine 4-flutige Durchströmung bzw. Blockverschaltung aufweisen. In einem solchen Falle würde die Überhitzungszone auf den Luftaustrittsbereich „durchschlagen" und die Temperaturverteilung besonders ungünstig beeinflussen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher, insbesondere einen Verdampfer, der eingangs genannten Art bezüglich seiner Anschlussmöglichkeiten zu verbessern und bezüglich seiner Blockverschaltung flexibler zu gestalten, insbesondere im Hinblick auf eine Expansionsventillage vor dem Verdampfer.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist die Eintrittsöffnung für den Verdampfer seitlich, d. h. auf der Schmalseite und die Austrittsöffnung auf der Längsseite des Verdampfers angeordnet. Vorteilhaft ist zunächst ein geringer Bauraumbedarf in seitlicher Richtung, da das Expansionsventil vor dem Verdampfer angeordnet werden kann. Darüber hinaus ergeben sich vorteilhafte Verschaltungsmöglichkeiten, d. h. sowohl eine 6-flutige Durchströmung für größere und eine 4-flutige Durchströmung für kleinere Verdampfer. Auch bei einer 4-flutigen Durchströmung wird sich eine Überhitzung nicht ungünstig auf die Temperaturverteilung auf der Luftaustrittsseite auswirken, weil die beiden letzten Passagen der Kältemittelströmung auf der Lufteintrittsseite (Luvseite) angeordnet sind und somit nicht die Gefahr besteht, dass die Überhitzung auf die Leeseite „durchschlägt".
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Der erfindungsgemäße Anschluss von Saug- und Druckleitung auf der Längs- und Schmalseite des Verdampfers ist auf die verschiedenen Verdampfer-Bauarten wie Scheiben-Verdampfer oder Flachrohr-Verdampfer anwendbar. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Lösung jedoch für einen zweireihigen Flachrohr-Verdampfer, der Sammelkästen mit Längskammern aufweist. Dabei kann die Eintrittsöffnung in der Stirnseite der leeseitigen Längskammer und die Austrittsöffnung auf der Längsseite der luvseitigen Längskammer angeordnet und mit der Druck- bzw. Saugleitung verbunden werden. Wie bereits erwähnt, ist nicht nur eine 6-flutige, sondern auch eine 4-flutige Durchströmung des Verdampfers möglich, was insbesondere für kleine Verdampfer vorteilhaft ist. 6- oder 4-flutig heißt, dass der Verdampfer in sechs bzw. vier Passagen (Gruppe von Strömungskanälen mit gleicher Strömungsrichtung) durchströmt wird, wobei zwischen den einzelnen Passagen Umlenkungen in der Breite bzw. in der Tiefe liegen. Zweireihig heißt, dass der Verdampfer einerseits auf der Leeseite und andererseits auf der Luvseite durchströmt wird, wobei zwei Reihen auch durch ein durchgehendes Flachrohr gebildet werden können. Vorzugsweise wird der Verdampfer zunächst auf der Leeseite durchströmt, also in drei bzw. zwei Passagen und danach auf der Luv- bzw. Lufteintrittsseite, von wo aus die Absaugung des Kältemitteldampfes erfolgt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist – in Luftströmungsrichtung gesehen – vor dem Verdampfer ein Expansionsventil angeordnet und über eine Druck- und eine Saugleitung mit der Einlass- bzw. Auslassöffnung verbunden ist. Das Saugrohr ist vorteilhafterweise weitestgehend gerade, d. h. ohne starke Krümmungen und kurz ausgebildet und verursacht daher nur minimale Druckverluste. Dies kommt der Kälteleistung des Verdampfers zugute.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 einen Flachrohr-Verdampfer mit seitlichem und Längsanschluss in perspektivischer Ansicht,
2 Darstellung einer 6-flutigen Kältemitteldurchströmung des Verdampfers gemäß 1,
3 Darstellung einer 4-flutigen Durchströmung eines Verdampfers mit einem seitlichen und einem Längsanschluss,
4 Darstellung einer 5-flutigen Durchströmung eines Verdampfers mit einem seitlichen und einem Längsanschluss,
5 Darstellung einer 5-flutigen Durchströmung eines Verdampfers mit einem seitlichen und einem Längsanschluss,
6 Darstellung einer 5-flutigen Durchströmung eines Verdampfers mit einem seitlichen und einem Längsanschluss,
7 Darstellung einer 7-flutigen Durchströmung eines Verdampfers mit einem seitlichen und einem Längsanschluss und
8 schematische Darstellung einer Wärmetauschers.
1 zeigt einen Flachrohr-Verdampfer 1 in perspektivischer Darstellung mit zwei Kältemittelanschlussrohren 2, 3, die vom Verdampfer 1 zu einem Expansionsventil 4 führen, welches nur schematisch und in unterbrochenen Linien dargestellt ist. Der Verdampfer 1 ist aus einem Verdampferblock 5 aus Rohren und Rippen und zwei auf diesen Block aufgesetzten Sammelkästen 6, 7 aufgebaut. Beide Sammelkästen 6, 7 weisen jeweils zwei Längskammern 6a, 6b sowie 7a, 7b auf. Der Verdampferblock 5 besteht aus einer Vielzahl von Strömungskanälen, wie beispielsweise Flachrohren 8, zwischen denen nicht dargestellte Rippen, wie Wellrippen, angeordnet sind, welche von Luft in der durch Pfeile L dargestellten Strömungsrichtung überströmt werden. Der Verdampferblock 5 ist seitlich durch Seitenteile 9 abgeschlossen, welche die einen Seiten, wie beispielsweise die Schmalseiten, bilden. Die anderen Seiten, beispielsweise die Längsseite ist mit 10 bezeichnet und entspricht der Lufteintrittsseite. Die Teile des Verdampferblockes 5 sowie die Sammelkästen 6, 7 sind vorzugsweise aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierungen hergestellt und werden vorzugsweise miteinander verlötet, wobei die Enden der Flachrohre 8 dicht oder abgedichtet in Öffnungen in den Sammelkästen 6, 7 aufgenommen sind.
Der Verdampfer 1 wird von einem Kältemittel, z. B. R 134 a durchströmt, welches der hinteren, d. h. leeseitigen Längskammer 6a durch die Druckleitung 2 zugeführt wird. Auch kann das Kältemittel der Luvseite dem Wärmetauscher zugeführt werden. Zuvor wird das Kältemittel im Expansionsventil 4 auf den Verdampferdruck reduziert, d. h. das Kältemittel tritt als Kältemitttelnassdampf in die Längskammer 6a ein. Nach Durchströmung des Verdampfers – was im Folgenden genauer erläutert wird – wird das Kältemittel über die Saugleitung 3 abgesaugt. Das Expansionsventil 4 befindet sich also in Luftströmungsrichtung L vor dem Verdampfer 1 bzw. dem Verdampferblock 5. Dieses Expansionsventil kann bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung jedoch auch anderweitig angeordnet sein. Das Saugrohr 3 ist kurz und relativ gerade, d. h. ohne starke Krümmungen ausgebildet, so dass in diesem Saugrohr 3 minimale Druckverluste auftreten. Das verdampferseitige Ende des Saugrohres 3 ist in eine Austrittsöffnung 3a der vorderen Längskammer 6b eingelötet. Das eingangsseitige Druckrohr 2 dagegen ist mit seinem verdampferseitigen Ende in eine Eintrittsöffnung in der Stirnseite der Längskammer 6a eingelötet und führt über zwei bis drei Rohrkrümmungen zum Expansionsventil 4. Der Anschluss des Saugrohres 3 an der Längsseite der Längskammer 6b wird als so genannter Längsanschluss bezeichnet und der Anschluss des Druckrohres 2 an der Schmal- oder Stirnseite der Längskammer 6a wird als seitlicher Anschluss bezeichnet.
2 zeigt die kältemittelseitige und luftseitige Durchströmung des Flachrohr-Verdampfers 1 gemäß 1. Es werden dieselben Bezugszeichen wie in 1 verwendet. Diese Darstellung des Verdampfers 1 lässt in der hinteren Längskammer 6a eine erste Reihe 11 von Rohröffnungen bzw. Rohrenden und in der vorderen Längskammer 6b eine zweite Reihe 12 von Rohröffnungen erkennen. Entsprechende Rohröffnungen sind in den beiden unteren Längskammern 7a, 7b vorgesehen. In diese Öffnungen 11, 12 münden die Flachrohre 8, welche entweder als zwei Reihen von Flachrohren 8 oder als eine Reihe von durchgehenden Flachrohren mit zwei Durchströmungsrichtungen ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die Flachrohre 8 als Mehrkammerrohre mit einer Vielzahl von parallelen Strömungskanälen ausgebildet. Der Flachrohrverdampfer 1 wird vom Kältemittel entsprechend den dar gestellten Pfeilen von A bis D 6-flutig durchströmt, d. h. es ergeben sich in der hinteren Reihe 11 drei Passagen A, B, C, jeweils mit zwei Umlenkungen zwischen A und B sowie B und C in der Breite und drei Passagen von D über E bis F in der vorderen Reihe 12, wobei die Passage C über eine Umlenkung in der Tiefe C/D entgegen der Strömungsrichtung L der Luft mit der Passage D verbunden ist. Die Umlenkungen in der Breite werden durch zwei quer angeordnete Trennwände 13, 14 in der hinteren Längskammer 6a und in der vorderen Längskammer 6b sowie weitere Trennwände 15, 16 in den unteren Längskammern 7a, 7b bewirkt. Der Eintritt des Kältemittels erfolgt – wie bereits zuvor für 1 ausgeführt – über die Eintrittsöffnung 2a an der Schmalseite 9 des Verdampfer 1, während der Austritt des Kältemittels über die Öffnung 3a an der Längsseite 10 des Verdampfers erfolgt. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, sind die Längskammern 6a, 6b sowie 7a, 7b durch Längstrennwände 6c, 7c voneinander getrennt, wobei die Trennwand 7c im Bereich der Umlenkung C/D in der Tiefe Bypassöffnungen 7d aufweist.
Diese Kältemittelführung, auch Blockverschaltung genannt, führt zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung auf der Luftaustrittsseite 17. Da der Eintritt des Kältemittels in die leeseitige Rohrreihe 11 erfolgt, befindet sich das Kältemittel in den Passagen A, B, C noch im Nassdampfbereich, d. h. das Kältemittel weist in der leeseitigen Rohrreihe 11 durchgehend eine annähernd konstante Temperatur, nämlich die Verdampfungstemperatur auf. Erst in den letzten Passagen E oder F in der luvseitigen Rohrreihe 12 tritt eine Überhitzung des Kältemittels und damit ein Temperaturanstieg auf. Dieser Temperaturanstieg des Kältemittels verursacht eine Unsymmetrie in der Temperaturverteilung, die jedoch insofern annähernd ausgeglichen wird, als sie auf der Lufteintrittsseite 10 auftritt und nicht auf die Luftaustrittsseite 17 durchschlägt.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar einen Flachrohr-Verdampfer 18 mit einem seitlichen Kältemitteleinlass 19 und einem Längsanschluss 20 für den Austritt bzw. die Absaugung des Kältemittels. Der seitliche Eintritt ist an einer Leeseite bzw. an einem leeseitigen Sammelkasten des Verdampfers angeordnet, der Austritt ist auf der Luvseite des Verdampfers bzw. an einem luvseitigen Sammelkasten angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Sammelkastenbereiche 21a' und 21b' mit den Anschlüssen 19, 20 benachbart auf einer Seite des Verdampfers angeordnet sind.
Dieser Verdampfer 18 ist prinzipiell gleich wie der zuvor beschriebene Verdampfer 1 aufgebaut, er ist jedoch kleiner in der Längserstreckung und wird (nur) 4-flutig durchströmt, d. h. in vier Passagen I, II, III, IV, wobei nach der Passage II eine Umlenkung in der Tiefe II/III entgegen der Luftströmungsrichtung L erfolgt.
Der Verdampfer 18 weist einen oberen Sammelkasten 21 mit zwei Längskammern 21a, 21b und zwei quer angeordneten Trennwänden 22, 23 auf. Diese trennen die Sammelkammern in vier Bereiche 21a', 21a'', 21b' und 21b''.
Die Trennwände 22 und 23 sind in den Kammern 21a und 21b auf gleicher Höhe, in der Breite des Verdampfers senkrecht zur Luftströmungsrichtung betrachtet, angeordnet. Durch die mittige Anordnung der Trennwände ergibt sich, daß die Fluten I bis IV gleich groß sind. Es kann jedoch auch zweckmässig sein, daß die Trennwände nicht auf gleicher Höhe und/oder nicht mittig angeordnet sind und dadurch die Fluten unterschiedlich sind, d.h. unterschiedliche Anzahlen von Flachrohren oder Strömungswege aufweisen.
Ein unterer Sammelkasten 24 weist zwei Längskammern 24a, 24b auf – ohne quer angeordnete Trennwände. Aufgrund dieser Ausbildung der Sammelkästen 21, 24 mit Trennwänden 22, 23 sowie seitlichem Anschluss 19 und Längsanschluss 20 ergibt sich die dargestellte 4-flutige Durchströmung. Auch hier liegt das Kältemittel in den Passagen I, II auf der Leeseite des Verdampfers 18 als Nassdampf mit (konstanter) Verdampfungstemperatur vor, sodass sich auf der Luftaustrittsseite eine gleichmäßige Temperaturverteilung ergibt. Wie erwähnt soll das Kältemittel am Austritt 20 als überhitzter Dampf mit einer vorgegebenen Überhitzungstemperatur vorliegen; daher strömt in der letzten Passage IV Kältemittel mit Überhitzungstemperatur, möglicherweise bereits in der vorletzten Passage III – beide liegen jedoch auf der Lufteintrittsseite. Ein Durchschlagen der Überhitzung auf die Luftaustrittsseite ist nicht zu besorgen. Es ergibt sich somit – auch für einen kleinen, 4-flutig ausgelegten Verdampfer – eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Luftaustrittsseite.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar einen Flachrohr-Verdampfer 118 mit einem seitlichen Kältemitteleinlass 119 und einem Längsanschluss 120 für den Austritt bzw. die Absaugung des Kältemittels. Dieser Verdampfer 118 ist prinzipiell gleich wie der zuvor beschriebene Verdampfer 1 aufgebaut, er ist jedoch grösser in der Längserstreckung und wird 5-flutig durchströmt, d. h. in fünf Passagen I, II, III, IV, V, wobei nach der Passage III eine Umlenkung in der Tiefe III/IV entgegen der Luftströmungsrichtung L erfolgt. Die Umlenkung in der Tiefe kann jedoch auch in der Luftströmungsrichtung erfolgen. Dies gilt allgemein auch für die anderen Ausführungsbeispiele.
Der Verdampfer 118 weist einen oberen Sammelkasten 121 mit zwei Längskammern 121a, 121b und zwei quer angeordneten Trennwänden 122, 123 auf. Ein unterer Sammelkasten 124 weist zwei Längskammern 124a, 124b auf mit einer quer angeordneten Trennwand 150. Die Trennwände 122, 150 auf der Leeseite sind bezüglich der Längsausdehnung des Verdampfers versetzt angeordnet um die dreiflutige Ausbildung zu gewährleistet. Auf der Luvseite ist die Trennwand 123 mittig des Verdampfers angeordnet. Dadurch werden auf der Luvseite zwei gleichverteilte Fluten erzeugt.
Aufgrund dieser Ausbildung der Sammelkästen 121, 124 mit Trennwänden 122, 123, 150 sowie seitlichem Anschluss 119 und Längsanschluss 120 ergibt sich die dargestellte 5-flutige Durchströmung. Auch hier kann je nach Betriebsbedingungen des Verdampfers vorteilhaft das Kältemittel in den Passagen I, II und III auf der Leeseite des Verdampfers 118 als Nassdampf mit (konstanter) Verdampfungstemperatur vorliegen, so dass sich auf der Luftaustrittsseite eine gleichmäßige Temperaturverteilung ergeben könnte.
Wie erwähnt soll das Kältemittel am Austritt 120 als überhitzter Dampf mit einer vorgegebenen Überhitzungstemperatur vorliegen; daher strömt in der letzten Passage V Kältemittel mit Überhitzungstemperatur, möglicherweise bereits in der vorletzten Passage IV – beide liegen jedoch auf der Lufteintrittsseite. Es ergibt sich somit – auch für einen 5-flutig ausgelegten Verdampfer- eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Luftaustrittsseite.
Der Verdampfer ist auf der Leeseite und der Luvseite in verschiedene Bereiche geteilt, wie in verschiedene Fluten. Diese Bereiche sind auf der Leeseite und der Luvseite gemäß Darstellung nicht gleich groß. Dies führt dazu, daß die Blockverschaltung progressiv ist, das heißt, daß die erste Rohrreihe, in die das Kältemittel einströmt oder eingespritzt wird, sich in drei Bereiche oder Fluten aufteilt (I, II, III), während die zweite Rohrreihe aus welcher das Kältemittel abgesaugt wird, sich nur in zwei Bereiche oder Fluten (IV, V) aufteilt. Dies hat den Vorteil, daß das Gas sich mit zunehmender Verdampfung entsprechend expandieren kann und der dazu erforderliche Raum zur Verfügung gestellt wird.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Blockverschaltung bei einem 5-flutigen Verdampfer auch degressiv sein, das heißt, daß die erste Rohrreihe, in die das Kältemittel einströmt oder eingespritzt wird, sich in zwei Bereiche oder Fluten aufteilt (I, II), während die zweite Rohrreihe aus welcher das Kältemittel abgesaugt wird, sich in drei Bereiche oder Fluten (III, IV, V) aufteilt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 ist der Einlass für das Kältemittel an einer unteren Längskammer angeordnet und der Ausgang an einem oberen Anschluss. Vorteilhaft sind die Anschlüsse jedoch auf der gleichen Seite des Verdampfers angeordnet, in Längsrichtung betrachtet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die Anschlüsse jedoch auch an gegenüberliegenden Seiten des Verdampfers in Längsrichtung betrachtet angeordnet werden.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar einen Flachrohr-Verdampfer 218 mit einem seitlichen Kältemitteleinlass 219 und einem Längsanschluss 220 für den Austritt bzw. die Absaugung des Kältemittels. Dieser Verdampfer 218 ist prinzipiell gleich wie der zuvor beschrie bene Verdampfer 118 aufgebaut und wird 5-flutig durchströmt, d: h. in fünf Passagen I, II, III, IV, V, wobei nach der Passage II eine Umlenkung in der Tiefe II/III entgegen der Luftströmungsrichtung L erfolgt. Die Umlenkung in der Tiefe kann jedoch auch in der Luftströmungsrichtung erfolgen. Dies gilt allgemein auch für die anderen Ausführungsbeispiele. Der Verdampfer 218 weist einen oberen Sammelkasten 221 mit zwei Längskammern 221a, 221b und eine quer angeordneten Trennwand 222 auf. Ein unterer Sammelkasten 224 weist zwei Längskammern 224a, 224b auf mit zwei quer angeordneten Trennwänden 150, 151. Aufgrund dieser Ausbildung der Sammelkästen 221, 224 mit Trennwänden 222, 251, 250 sowie seitlichem Anschluss 219 und Längsanschluss 220 ergibt sich die dargestellte 5-flutige Durchströmung.
Die Trennwände 222, 251 auf der Luvseite sind bezüglich der Längsausdehnung des Verdampfers versetzt angeordnet um die dreiflutige Ausbildung zu gewährleistet. Auf der Leeseite ist die Trennwand 250 mittig des Verdampfers angeordnet. Dadurch werden auf der Leeseite zwei gleichverteilte Fluten erzeugt.
Auch hier kann vorteilhaft das Kältemittel in den Passagen I und II auf der Leeseite des Verdampfers 218 als Nassdampf mit (konstanter) Verdampfungstemperatur vorliegen, so dass sich auf der Luftaustrittsseite eine gleichmäßige Temperaturverteilung ergeben könnte. Wie erwähnt soll das Kältemittel am Austritt 220 als überhitzter Dampf mit einer vorgegebenen Überhitzungstemperatur vorliegen; daher strömt in der letzten Passage V Kältemittel mit Überhitzungstemperatur, möglicherweise bereits in der vorletzten Passage IV – beide liegen jedoch auf der Lufteintrittsseite. Es ergibt sich somit – auch für einen 5-flutig ausgelegten Verdampfer – eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Luftaustrittsseite.
Der Verdampfer ist auf der Leeseite und der Luvseite in verschiedene Bereiche geteilt, wie in verschiedene Fluten. Diese Bereiche sind auf der Leeseite und der Luvseite gemäß Darstellung nicht gleich groß. Dies führt dazu, daß die Blockverschaltung degressiv ist, das heißt, daß die erste Rohrreihe, in die das Kältemittel einströmt oder eingespritzt wird, sich in zwei Bereiche oder Fluten aufteilt (I, II), während die zweite Rohrreihe aus welcher das Kältemittel abgesaugt wird, sich in drei Bereiche oder Fluten (III, IV, V) aufteilt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 ist der Einlass für das Kältemittel an einer unteren Längskarnmer leeseitig angeordnet und der Ausgang an einem oberen Anschluss luvseitig. Vorteilhaft sind die Anschlüsse jedoch auf der gleichen Seite des Verdampfers angeordnet, in Längsrichtung betrachtet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die Anschlüsse jedoch auch an gegenüberliegenden Seiten des Verdampfers in Längsrichtung betrachtet angeordnet werden.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar einen Flachrohr-Verdampfer 318 mit einem seitlichen Kältemitteleinlass 319 und einem Längsanschluss 320 für den Austritt bzw. die Absaugung des Kältemittels. Dieser Verdampfer 318 ist prinzipiell gleich wie der zuvor beschriebene Verdampfer 118 aufgebaut und wird 5-flutig durchströmt, d. h. in fünf Passagen I, II, III, IV, V, wobei nach der Passage I eine Umlenkung in der Tiefe I/II in der Luftströmungsrichtung L erfolgt und nach der Passage III eine Umlenkung in der Tiefe III/IV entgegen der Luftströmungsrichtung erfolgt.
Der Verdampfer 318 weist einen oberen Sammelkasten 321 mit zwei Längskammern 321a, 321b und drei quer angeordnete Trennwände 360, 361, 362 auf. Ein unterer Sammelkasten 324 weist zwei Längskammern 324a, 324b auf mit einer quer angeordneten Trennwand 350. Aufgrund dieser Ausbildung der Sammelkästen 321, 324 mit Trennwänden 350, 360,361,362 sowie seitlichem Anschluss 319 und Längsanschluss 320 ergibt sich die dargestellte 5-flutige Durchströmmung. Auch hier kann vorteilhaft das Kältemittel in den Passagen II und III auf der Leeseite des Verdampfers 218 als Nassdampf mit (konstanter) Verdampfungstemperatur vorliegen, so dass sich auf der Luftaustrittsseite eine gleichmäßige Temperaturverteilung ergeben könnte. Wie erwähnt soll das Kältemittel am Austritt 320 als überhitzter Dampf mit einer vorgegebenen Überhitzungstemperatur vorliegen; daher strömt in der letzten Passage V Kältemittel mit Überhitzungstemperatur, möglicherweise bereits in der vorletzten Passage IV – beide liegen jedoch auf der Lufteintrittsseite. Es ergibt sich somit – auch für einen 5-flutig ausgelegten Verdampfer – eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Luftaustrittsseite.
Die Anordnung der Trennwände 361 und 362 erlaubt einen Ausgang 320 in der mittleren Flut des Verdampfers auf der Luvseite. Dies bedarf jedoch den beiden Umlenkungen in der Tiefe (A → B, C → D).
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar einen Flachrohr-Verdampfer 418 mit einem seitlichen Kältemitteleinlass 419 und einem Längsanschluss 420 für den Austritt bzw. die Absaugung des Kältemittels. Dieser Verdampfer 418 ist prinzipiell gleich wie der zuvor beschriebene Verdampfer 1 aufgebaut, er ist jedoch grösser in der Längserstreckung und wird 7-flutig durchströmt, d. h. in sieben Passagen I, II, III, IV, V, VI, VII, wobei nach der Passage IV eine Umlenkung in der Tiefe IV/V entgegen der Luftströmungsrichtung L erfolgt. Die Umlenkung in der Tiefe kann jedoch auch in der Luftströmungsrichtung erfolgen. Dies gilt allgemein auch für die anderen Ausführungsbeispiele. Der Verdampfer 418 weist einen oberen Sammelkasten 421 mit zwei Längskammern 421a, 421b und zwei quer angeordneten Trennwänden 422, 423 auf. Ein unterer Sammelkasten 424 weist zwei Längskammern 424a, 424b auf mit drei quer angeordneten Trennwänden 450, 451, 452. Aufgrund dieser Ausbildung der Sammelkästen 421, 424 mit Trennwänden 422, 423, 450, 451, 452 sowie seitlichem Anschluss 419 und Längsanschluss 420 ergibt sich die dargestellte 7-flutige Durchströmung. Auch hier kann vorteilhaft das Kältemittel in den Passagen I, II, III und IV auf der Leeseite des Verdampfers 418 als Nassdampf mit (konstanter) Verdampfungstemperatur vorliegen, so dass sich auf der Luftaustrittsseite eine gleichmäßige Temperaturverteilung ergeben könnte. Wie erwähnt soll das Kältemittel am Austritt 420 als überhitzter Dampf mit einer vorgegebenen Überhitzungstemperatur vorliegen; daher strömt in der letzten Passage VII Kältemittel mit Überhitzungstemperatur, möglicherweise bereits in der vorletzten Passage VI – beide liegen jedoch auf der Lufteintrittsseite. Es ergibt sich somit – auch für einen 7-flutig ausgelegten Verdampfer – eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Luftaustrittsseite.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen können auch Verdampfer mit drei oder mehr als sieben Fluten geschaffen werden. Bei einem dreiflutigen Verdampfer kann die Einspritzung über die gesamte Lee- oder Luvseite erfolgen, wobei dann auf der Luv- oder Leeseite eine zweiflutige Verschaltung vorliegt.
Bei einer achtflutigen Ausführungsform kann eine Verschaltung ähnlich einer sechsflutigen Verschaltung realisiert werden, wobei dann pro Luv- und Leeseite vier Fluten realisiert werden.
Die in den 1 bis 7 dargestellten Wärmetauscher sind vorzugsweise Verdampfer für den Einsatz in Klimaanlagen eines Kraftfahrzeuges. Dabei können diese Verdampfer in einer Klimaanlage eingesetzt sein, die das gesamte Fahrzeug versorgen (Front-Klimaanlage) oder auch als Verdampfer für eine Fond-Klimaanlage, siehe beispielsweise auch. 8.
Insbesondere für eine Fond-Klimaanlage, aber auch für andere Klimaanlagen, kann es gemäß eines weiteren Erfindungsgedankens auch unabhängig von der Anschlußpositon vorteilhaft sein, wenn der Verdampfer kleiner in den Abmessungen ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung in den Abmessungen Länge L·Breite B·Tiefe T im Bereich 60 mm <= L <= 180 mm; 60 mm <= B <= 180 mm; 20 mm <= T <= 80 mm .
Eine bevorzugte Ausführungsform ist derart ausgebildet, daß die Abmessungen des Rohr/Rippenblocks zwischen den Sammelkästen nahezu quadratische Abmessungen aufweist, wie beispielsweise ca. 130 mm·ca. 120 mm. Als nahezu quadratisch wird eine Geometrie verstanden, die eine Verhältnis der Seitenlängen von 0,7 bis 1,3, vorzugsweise von 0,8 bis 1,2 und besonders bevorzugt von 0,9 bis 1,1 hat.
Dabei kann es vorteilhaft sein, daß eine geradzahlige oder ungeradzahlige Anzahl von Rohren oder Strömungskanälen vorgesehen ist. Auch kann es zweckmäßig sein, wenn beispielsweise die Anzahl der Rohre pro Flut gleich ist oder ungleich ist. Beispielsweise kann es bei einem 5- oder 6-flutigen Verdampfer mit insgesamt 11 Rohren auf der Lee- bzw. Luvseite zweckmä ssig sein, wenn zwei Fluten auf der Luv- und/oder Leeseite 4 Rohre umfassen und eine Flut 3 Rohre umfasst, siehe 8. Dort sind zwei Fluten A, B mit jeweils vier Rohren ausgestattet und eine Flut mit drei Rohren. Vorzugsweise ist die Flut mit mehr oder weniger Rohren, hier mit drei Rohren zwischen oder neben den Fluten mit gleicher Rohranzahl, hier mit vier Rohren.

Claims

Wärmetauscher, wie Verdampfer, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit von einem Kältemittel mehrflutig und einreihig oder mindestens zweireihig in Strömungskanälen durchströmbaren Verdampferblock mit außerhalb der Strömungskanäle angeordneten, von Luft überströmbaren Rippen und mit mindestens einem Sammelkasten, der mit den Strömungskanälen kommuniziert, Längs- und Schmalseiten sowie Öffnungen für den Ein- und Austritt des Kältemittels aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung, vorzugsweise die Öffnung für den Eintritt des Kältemittels auf der Schmalseite und die andere Öffnung, vorzugsweise die Öffnung für den Austritt des Kältemittels auf der Längsseite angeordnet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle als Scheiben eines Scheiben-Verdampfers ausgebildet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle als Flachrohre eines Flachrohr-Verdampfers ausgebildet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Reihe von Flachrohren, die jeweils 2-flutig mit einer Umlenkung in der Tiefe durchströmbar sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei Reihen von Flachrohren, die jeweils 1-flutig durchströmbar sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen als Wellrippen ausgebildet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkasten (6) zwei Längskammern (6a, 6b) aufweist, die mit den Flachrohren (8) kommunizieren.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (2a) an der leeseitigen Längskammer (6a) und die Austrittsöffnung (3a) an der luvseitigen Längskammer (6b) angeordnet sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine 6-flutige Durchströmung (A, B, C, D, E, F) mit je zwei Umlenkungen in der Breite auf der Leeseite und der Luvseite sowie einer Umlenkung in der Tiefe von der Lee- zur Luvseite.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine 4-flutige Durchströmung (I, II, III, IV) mit je einer Umlenkung in der Breite auf der Leeseite und der Luvseite und einer Umlenkung in der Tiefe von der Lee- zur Luvseite.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine 5-flutige Durchströmung (I, II, III, IV, V) mit zumindest je einer Umlenkung in der Breite auf der Leeseite und der Luvseite und zumindest einer Umlenkung in der Tiefe von der Lee- zur Luvseite.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine 3-flutige Durchströmung (I, II, III) mit zumindest je einer Umlenkung in der Breite auf der Leeseite oder der Luvseite und zumindest einer Umlenkung in der Tiefe von der Lee- zur Luvseite.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine 7-flutige oder mehrflutige Durchströmung mit zumindest je einer Umlenkung in der Breite auf der Leeseite und der Luvseite und zumindest einer Umlenkung in der Tiefe von der Lee- zur Luvseite.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Luftströmungsrichtung (L) vor dem Verdampfer (1) ein Expansionsventil (4) angeordnet ist, welches über eine Druckleitung (2) mit der Einlassöffnung (2a) und über eine Saugleitung (3) mit der Auslassöffnung (3a) verbunden ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugleitung im Wesentlichen gerade ausgebildet ist.