DE19515527A1 - Verdampfer in Flachrohr- oder Plattenbauweise für den Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage - Google Patents
Verdampfer in Flachrohr- oder Plattenbauweise für den Kältemittelkreislauf einer KraftfahrzeugklimaanlageInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdampfer in
Flachrohr- oder Plattenbauweise für den Kältemittelkreis einer
Kraftfahrzeugklimaanlage mit den weiteren Merkmalen gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein solcher Verdampfer ist aus der EP-0 634 615 A1 bekannt.
Bei Verdampfern, bei denen das innere Wärmetausch
fluid auf mehrere Strömungswege aufgeteilt wird, ergibt sich
allgemein das Problem einer unterschiedlichen Entmischung im
Eintrittsbereich der verschiedenen Strömungskanäle. Für die
Entmischung gibt es verschiedene Gründe, insbesondere die Ein
wirkung der Gravitation und von Zentrifugalkräften. Dabei be
steht häufig die Tendenz, daß sich nach längeren zuleitungssei
tigen Strömungswegen im Bereich der strömungsabwärts gelegenen
Eintrittsöffnungen der Strömungskanäle ein größerer Flüssig
keitsanteil ergibt als in Strömungsrichtung weiter vorne.
Es ist schon bei Verdampfern der Bauart als Rundrohr-
Wärmetauscher seit Jahrzehnten üblich, zur Vermeidung eines zu
hohen Druckverlustes mehrere Rohrschlangen parallel zu schalten
und dabei das zugeführte innere Wärmetauschfluid über einzelne
Kanäle, zum Beispiel einzelne Rohre, den genannten parallelge
schalteten Rohrschlangen des Verdampfers zuzuteilen. Bei dieser
üblichen Anordnung, bei der die einzelnen Zuteilungskanäle di
rekt hinter einem Kältemittelverteiler, meist in Venturibauart
bzw. als Lavaldüse, verlaufen, ergibt sich von vorneherein
keine Entmischung der genannten Art.
Diese Entmischung ist jedoch besonders kritisch bei
Verdampfern in Flachrohr- oder Plattenbauweise, wo bisher in
der Praxis die Zuführung des inneren Wärmetauschfluids über ge
meinsame Kanäle erfolgt mit der genannten Entmischungswirkung.
Bei Verdampfern der Plattenbauweise sind dabei die gemeinsamen
Kanäle im allgemeinen in der Plattenstruktur mit eingeformt,
während bei Verdampfern der Flachrohrbauweise im allgemeinen
ein gesonderter Sammler, zum Beispiel in Rohrform vorgeschaltet
ist.
Bei Plattenwärmetauschern bestand für die Fachwelt
schon von der Bauart her eine Hemmung, die genannte Konstrukti
onsweise, wie sie bei Rundrohrverdampfern üblich ist, einfach
zu übernehmen. Bei Flachrohrverdampfern - und bei vielen Bauar
ten auch von Verdampfern in Plattenbauweise, ergibt sich das
zusätzliche Problem einer Vielzahl von Strömungskanälen in je
dem einzelnen Flachrohr bzw. in jeder einzelnen Platte.
Die EP-0 634 615 A1, von der die Erfindung ausgeht,
zeigt speziell einen Verdampfer in Flachrohrbauweise, bei dem
das innere Wärmetauschfluid den Eintrittsöffnungen jedes einzel
nen Flachrohres einzeln oder gruppenweise über eine Kanalver
zweigung zugeführt wird, welche in etlichen aufeinander ge
schichteten und miteinander verlöteten Platten vorgeformt ist.
Dabei wird das innere Wärmetauschfluid in einer gemeinsamen Zu
leitung einer Düse zugeführt, welche durch eine einzige dünne
Durchtrittsöffnung einer ersten Platte und eine einzige weite
Durchtrittsöffnung einer zweiten Platte auf eine zentrale
Prallfläche einer dritten Platte spritzt, in der sternförmig
abgehende weiterführende Kanäle als durchgehende Schlitze ge
formt sind, welche durch die zweite Platte und eine vierte
Platte beidseitig abgeschlossen sind. Eine fünfte und eine
sechste Platte bilden dann zusammen mit der vierten Platte Zwi
schenkammern zur Zuführung an die eingangsseitigen Eintritts
öffnungen jedes einzelnen Flachrohres. Diese bekannte Anordnung
erfordert jedoch erheblichen Fertigungsaufwand mit dem Risiko,
daß die vielen einzelnen Kanäle der Strömungsverzweigung durch
das Lot ganz oder teilweise verschlossen werden. Außerdem sind
zur Vermeidung leistungsmindernder Druckverluste teilweise sehr
dicke Plattenbemessungen notwendig, insbesondere an der fünften
Platte.
Die Technik ist daher sonst andere Wege gegangen.
Bei Verdampfern in Plattenbauweise ebenso wie bei
Verdampfern in Flachrohrbauweise (vergleiche die DE 43 05 060 A1)
hat man daher in den letzten Jahren die Anzahl der paralle
len Strömungskanäle kleiner gehalten, als dies von der grund
sätzlichen Bauweise her an sich möglich ist. Wenn speziell meh
rere Flachrohre oder mehrere Platten parallel zueinander ange
ordnet sind, hat man in den tatsächlich bisher verwirklichten
Fällen zu diesem Zweck nicht alle parallel zueinander verlau
fenden Flachrohre oder Platten gleichzeitig eingangsseitig mit
dem inneren Wärmetauschfluid beaufschlagt, sondern nur die
Hälfte und dann zunächst in Querrichtung die Strömung zurückge
führt, ehe gegebenenfalls eine weitere Durchströmung von in
Strömungsrichtung weiter hinten liegenden Strömungskanälen im
entsprechenden Takt vorgenommen wurde. Diese Art der Reduzie
rung der Entmischung des inneren Wärmetauschfluids kann jedoch
nur einen beschränkten Effekt erzielen, da gegenüber der an
sich möglichen Zuteilung des eingangsseitigen anstehenden inne
ren Wärmetauschfluids auf alle parallelen Flachrohre oder alle
parallelen Platten nur eine Streckenhalbierung vorgenommen ist.
Eine weitere Verfeinerung dieses bekannten Gedankens führt dann
zu unsinnig langen und daher mit übermäßig hohen Druckverlusten
behafteten Längen der Strömungskanäle, die man bei der aus der
genannten DE 43 05 060 A1 genannten Weghalbierung noch durch
entsprechende Umdimensionierung der einzelnen Flachrohrquer
schnitte kompensieren kann.
Es hat sich gezeigt, daß bei den auch schon jahrzehn
telang bekannten Verdampfern in Plattenbauweise, die ebenso
jahrzehntelang schon in großem Umfang gefertigt werden, eine
weitere Erhöhung des Wirkungsgrades unter Verminderung der an
gesprochenen Entmischung nicht mehr gelungen ist. Entsprechen
des gilt auch für die Verdampfer in Flachrohrbauweise, welche
auch schon jahrzehntelang bekannt sind.
Bei den derzeit besten Verdampfern in Plattenbauweise
hat man sechsflutige Durchströmung gewählt. Der schon erwähnte
Verdampfer gemäß der DE 43 05 060 A1 beschreibt dabei einen
entsprechenden modernsten Verdampfer in Flachrohrbauweise. Be
sonders bemerkenswert ist dabei, daß gerade in der Anwendungs
technik für Kraftfahrzeugklimaanlagen ein harter Konkurrenz
kampf auf dem einschlägigen Massenartikelmarkt tobt, ohne daß
bisher für das Entmischungsproblem eine voll befriedigende Lö
sung gefunden wurde. Obwohl gerade Verdampfer in Flachrohrbau
weise in der letzten Zeit besonders verstärkt auf den Markt der
Kraftfahrzeugklimaanlagen drängen, ist es bisher nicht gelun
gen, die Leistungsreserven von Flachrohrverdampfern im Ver
gleich zu Rundrohrverdampfern voll nutzbar zu machen.
Die Anmelderin hat selbst in einer älteren nicht vor
veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
P 44 46 817.2 bei einem Verdampfer für Klimaanlagen in Kraft
fahrzeugen mit Mehrkammerflachrohren den verschiedenen parallel
geschalteten Mehrkammerflachrohren das innere Wärmetauschfluid
über einen gemeinsamen Sammler zugeführt, der bei mehrflutiger
Schaltung der Flachrohre jeweils der ersten Flut das innere
Wärmetauschfluid über eine in Querrichtung ebenfalls durchge
hende Zwischenkammer zuführt, welche mit dem genannten Sammler
über Düsen kommuniziert. Hier besteht die Zielsetzung, dem ge
nannten Entmischungseffekt durch Direkteinspritzung entgegen zu
wirken. Hier besteht aber auch die Möglichkeit, daß es in der
durchgehenden Zwischenkammer zu einer entmischenden Querströ
mung kommt.
Die Erfindung betrifft allgemein einen Verdampfer in
Flachrohr- oder Plattenbauweise für den Kältemittelkreislauf
einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit einer Zuleitung des inneren
Wärmetauschfluids zu einer Verteileinrichtung, die über eine
ausgangsseitige Strömungsverbindung das innere Wärmetauschfluid
auf die Eintrittsöffnungen von Strömungskanälen einer Mehrzahl
parallelgeschalteter Flachrohre oder Platten der Flachrohr-
oder Plattenanordnung aufteilt, wie dies bei allen vorher erör
terten Anordnungen der Fall ist.
In Abkehr von den erörterten tatsächlich gebauten
Bauformen von Verdampfern knüpft dabei die Erfindung an die im
Oberbegriff von Anspruch 1 weiterhin aufgeführten Merkmale der
EP-0 634 615 A1 an, ohne jedoch an einer sternförmigen Vertei
lung eines Aufprallstrahls oder die erwähnten baulich und funk
tionell schwierigen und auch gewichtsmäßig nachteiligen Merkma
le dieser bekannten Anordnung gebunden zu sein.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde,
einen Verdampfer der erörterten Bauart zu schaffen, der bei re
lativ geringem Materialaufwand und damit relativ geringem Ge
wicht in einfacher Bauweise, die für die Massenfertigung geeig
net ist, eine optimale Leistungsausbeute ohne gravierende
Druckverluste anstrebt.
Diese Aufgabe wird bei einem Verdampfer mit den Merk
malen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch dessen kennzeich
nenden Merkmale gelöst.
Soweit ersichtlich wird nach der Erfindung erstmals
jedenfalls bei Verdampfern in Plattenbauweise für den Kältemit
telkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage eine solche verein
zelte Zuteilung des eingangsseitig anstehenden inneren Wärme
tauschfluids auf einzelne oder Gruppen von Eingangsöffnungen
jedes einzelnen Flachrohres bzw. jedes einzelnen Strömungska
nals in einer Platte vorgenommen, daß durch die Individuali
sierte Zuteilung die genannten Entmischungseffekte ganz oder
weitgehend behoben werden und somit ein bei Massenartikeln der
vorliegenden Art völlig unerwarteter drastischer Anstieg des
Wirkungsgrades in die Nähe des Optimums erreicht werden kann.
Bei Verdampfern in Flachrohrbauweise wird der aus der EP-0 634 615 A1
diesbezüglich an sich schon vorbekannte Grundgedanke
praxisgerecht weitergebildet.
Die Optimierung erhält man bei einzelner Zuteilung
des Wärmetauschfluids jeder einzelnen Eintrittsöffnung jedes
Flachrohres oder jeder Platte, was jedoch noch mit einem rela
tiv großen, jedoch bei der erfindungsgemäßen Bauweise durchaus
hinnehmbaren Bauaufwand, versehen ist. Noch deutlich geringeren
Bauaufwand erhält man bei gruppenweiser Zuteilung, wobei auch
bereits der Gewinn an Wirkungsgrad gegenüber den bekannten ver
gleichbaren Verdampfern eklatant ist.
Wie in der EP-0 634 615 A1 wird eine grundsätzliche
Abkehr von der Bauweise der genannten DE-43 05 060 A1 vorgenom
men. Bei Minimierung der Längen der anfallenden Strömungs
strecken durch die Flachrohre oder Platten wird eine optimale
Wahl der lichten Querschnitte der betreffenden Strömungskanäle
möglich.
Gattungsgemäß wird dabei der Gedanke der Zwischenkam
mer der genannten älteren Anmeldung aufgenommen, wobei jedoch
jetzt im Rahmen der Erfindung nicht eine gemeinsame Zwischen
kammer, sondern pro einzelner Eingangsöffnung bzw. Gruppe von
Eingangsöffnungen je eine gesonderte Zwischenkammer angeordnet
wird. Damit wird die angesprochene Querströmungsmöglichkeit in
eine durchgehende Zwischenkammer bei individueller Zuteilung zu
der gewünschten Zahl von Strömungskanälen vermieden.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Gehäuse bedarf nur
der Ausbildung einer Außenwand mit Unterteilung in die Zwi
schenkammer durch Einsätze. Das läßt sich mit geringem Mate
rialaufwand und daher auch mit geringem Gewicht einfach in Mas
senfertigung realisieren. Die Schaffung hinreichend großer Vo
lumina für die Zwischenkammer ist dabei nicht mehr von Wand
stärken von Bauteilen abhängig, und die Konstruktion kann pro
blemlos so ausgeführt werden, daß weiterhin beim-Zusammenbau
eingesetzte Verlötungsvorgänge nicht mehr zu ganzer oder teil
weiser Sperrung des betreffenden Leitungsquerschnitts führen.
Durch die Bauweise ist ferner von vornherein ein durch die Bau
art bedingter überhöhter Druckverlust vermieden.
Anspruch 2 betrifft eine bevorzugte besonders einfa
che Bauform. Man kann dabei durchaus auch zylindrische, ovale
oder elliptische oder auch flache Rohre oder sonstige Rohre mit
gleichem Querschnitt längs der Rohrachse verwenden, ohne daß
dies jedoch bindend ist. Vielmehr können rohrartige Strukturen
durchaus in Achsrichtung unterschiedliche Querschnittsform ha
ben, insbesondere bei Sammlern mit wechselndem Querschnitt
(vergleiche nur beispielsweise die Ansprüche 14 bis 16). Wenn
auch die Erfindung nicht ausschließt, daß im Strömungsweg eine
Strahlzuführung mit Verteilung über eine Prallplatte erfolgt,
so ist doch die Anwendbarkeit der Erfindung keineswegs auf
diese Fluidzuführung beschränkt, sondern im Gegenteil wird man
in den meisten Fällen ohne eine derartige Prallverteilung aus
kommen können. Das schließt nicht aus, wie im Falle der Ansprü
che 14 bis 16 für die Fluidverteilung Anstauflächen mit einzu
beziehen.
Der Verdampfer nach Anspruch 3 stellt dabei eine
funktionell günstige Bauform dar, wobei die Zielsetzung darin
besteht, bei mehreren zugleich eingangsseitig beaufschlagten
Eintrittsöffnungen einer Gruppe nicht eine dieser Eintrittsöff
nungen gegenüber den anderen auszuzeichnen und so wieder die
allgemein unerwünschten unterschiedlichen Beaufschlagungen zu
erhalten, die nicht nur bezüglich der Entmischung, sondern bei
spielsweise auch bezüglich der Massenzuteilung unterschiedlich
ausfallen könnten.
Die Ausführungsart nach den Ansprüchen 4 bis 6 knüpft
zum Teil an Baugedanken an, die schon bei den Rundrohrverdamp
fern jahrzehntelang bekannt sind, wobei die Ansprüche 8 und 9
Weiterbildungen dieses Gedankens im Sinne einer kompakten bau
lichen Lösung des Erfindungsgedankens darstellen.
Die weitere Ausführungsart nach den Ansprüchen 10 bis
18 knüpft demgegenüber an Gedanken der genannten älteren unver
öffentlichten deutschen Patentanmeldung der Anmelderin an und
bildet diese in Richtung der Erfindung weiter.
Die Ansprüche 19 und 20 schließlich beschreiben zwei
alternative Gestaltungen der zuleitungsseitigen Einspeisung des
inneren Wärmetauschfluids einmal als ganz oder im wesentlichen
ungedrosselte Flüssigkeit und einmal als schon vorab auf das
Verdampfungsdruckniveau druckreduzierten Flüssigkeit.
Die durch die Erfindung ermöglichte deutliche Wir
kungsgraderhöhung wird bei praktischen Verdampfern dann beson
ders auch in der Gesamtbilanz des Wirkungsgrades günstig, wenn
man auch alle anderen Möglichkeiten der vollen Ausnutzung der
Flachrohrbauart oder der Plattenbauart nutzbar macht. Dabei
kommt es nur beispielsweise darauf an, daß innerhalb des durch
strömten Querschnittes im Flachrohr oder in der Platte zusätz
liche Maßnahmen (vergleiche Ansprüche 21 und 22) ergriffen wer
den, um einen optimalen Wärmeübergang zwischen dem inneren Wär
metauschfluid und der Wand des Flachrohres oder der Platte zu
erreichen. Hierfür ist es an sich bekannt, innerhalb des Strö
mungsquerschnittes des Flachrohres oder der Platte zusätzliche
Turbulenz erzeugende Elemente vorzusehen, wie beispielsweise
bei Flachrohren durch äußere Einprägungen in der relativ dünnen
Wand eines Strangpreßrohres oder eines gefalteten Rohres, aus
Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, oder durch Ausformung
bestimmter Turbulenz erzeugender Profile in zwei Platten, die
sandwichartig zusammen ein Strömungskanalsystem eines Platten
wärmetauscher bilden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen noch näher erläu
tert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Verdampfer mit Ver
teileinrichtung in Richtung der durchströmenden Umgebungsluft;
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Verdampfer durch
die Mitte eines Flachrohres;
Fig. 3 eine Ansicht des Verdampfers in Durchströ
mungsrichtung der Flachrohre;
Fig. 4 und Fig. 5 einen Teilschnitt in vergrößerter
Darstellung durch das gemeinsame Gehäuse der Verteileinrich
tung;
Fig. 6 und Fig. 7 zwei alternative Ausführungsfor
men der Strömungsverzweigung in vergrößerter, teilweise ge
schnittener Darstellung.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Verdampfer
besitzt eine Vielzahl von Flachrohren oder Platten 10, zwischen
denen zickzackförmig gebogene Lamellen 12 sandwichartig einge
schachtelt sind.
Das innere Wärmeaustauschfluid wird über eine Zulei
tung 2 in einer Strömungsverzweigung 14 auf mehrere Ausgangska
näle 16 verteilt, deren ausgangsseitige Strömungsverbindung 6
jeweils in einer Zwischenkammer 18 münden. An die Zwischenkam
mer 18 sind ausgangsseitig Eintrittsöffnungen 8 aller Flachroh
re 10 bzw. aller Platten strömungsmäßig angeschlossen.
Alle Flachrohre 10 oder Platten besitzen jeweils eine
Eintrittsöffnung 8. Die Durchströmung des Verdampfers erfolgt
z. B. gem. Fig. 2 vierflutig. Es ist jedoch auch eine ein- bis
zehnflutige Durchströmung des Verdampfers mit Kältemittel, die
im Normalfall im Gegenstrom zur Umgebungsluft erfolgen sollte,
möglich. Die ausgangsseitige Flut 10a des Flachrohres 10 ist
mit einem Austrittssammelrohr 50 verbunden, in dem das Kälte
mittel von allen parallelen Flachrohren 10 oder Platten gesam
melt und über die Austrittsleitung 52 abgeführt wird.
Bei Verwendung von Flachrohren 10, die im Normalfall
als Mehrkammerextrusionsprofil ausgebildet sind, erfolgt die
Umlenkung des Kältemittels in Umlenktaschen 54.
Bei Verwendung von Platten 10 kann die Umlenkung als
integraler Bestandteil der Strömungsführung in der Platte 10
selbst ausgebildet werden. Ebenso wird bei Einsatz von Platten
10 das Austrittssammelrohr 50 und die Verteileinrichtung 4 als
integraler Bestandteil der Platten ausgebildet.
In Fig. 1 ist als Strömungsverzweigung 14 ein Kälte
mittelverteiler 24 vorgesehen, der das schon gedrosselte Kälte
mittel über die Zuleitung 2 von einem Expansionsventil 34 er
hält.
Die Ausgangskanäle 16 des Kältemittelverteilers 24
sind vorzugsweise einzelne Rohre 26 mit geringem Innenquer
schnitt.
Um eine gleichmäßige Aufteilung von gasförmiger und
flüssiger Phase auf die einzelnen Eintrittsöffnungen 8 der
Flachrohre 10 zu erreichen, ist der Eingangsanschluß 22 jeweils
mittig in den Zwischenkammern 18 angebracht.
Im Expansionsventil 34 wird das Kältemittel vom Ver
flüssigungs- auf den Verdampfungsdruck gedrosselt, so daß eine
Zweiphasenströmung entsteht, die zu 60 bis 95 Volumen% aus Gas
besteht.
Um eine gleichmäßige Verteilung des flüssigen An
teils, der nahezu überwiegend für die Erzeugung der Kältelei
stung verantwortlich ist, auf die einzelnen Ausgangskanäle 16
zu erreichen, wird gem. Fig. 3 ein Kältemittelverteiler 24 in
Venturibauart vorgesehen, bei dem das Kältemittel vor der Ver
teilung auf die einzelnen Ausgangskanäle 16 in einer Strömungs
verengung nochmals beschleunigt und vermischt wird.
Während in Fig. 1 und Fig. 3 die gleichmäßige Auftei
lung von flüssigem Kältemittel auf die einzelnen Zwischenkam
mern 18 durch einen herkömmlichen Kältemittelverteiler 24 er
reicht wird, besteht in Fig. 2 die Verteileinrichtung 4 nur aus
einem Zuleitungskanal 34, aus dem das Kältemittel durch Dosier
einrichtungen 32 in ein gemeinsames Verbindungsrohr 20 ein
tritt, an das alle Eintrittsöffnungen 8 der Flachrohre 10 ange
schlossen sind. In Fig. 4 wird diese vereinfachte Art der Käl
temittelverteilung auf die einzelnen Zwischenkammern 18 in ver
größerter Darstellung gezeigt.
Das im Zuleitungskanal 34 einströmende Kältemittel
kann entweder durch ein Expansionsventil 44 schon auf einen
Druck nahe des Verdampfungsdruckes entspannt sein oder es kann
sich um eine Einphasenströmung von ungedrosseltem nahezu 100%
flüssigem Kältemittel handeln.
In jedem Fall tritt es gemäß Fig 4 durch die aus
gangsseitige Strömungsverbindung 6 über eine Dosiereinrichtung
32 in die Zwischenkammer 18 ein. Dabei ist auch in diesem Fall
der Eingangsanschluß 22 mittig in der Zwischenkammer 18 jeweils
zwischen zwei Eintrittsöffnungen 8 der Flachrohre 10 angeord
net.
Im Falle eines schon vorgedrosselten Kältemittels, d. h.
einer Zweiphasenströmung mit hohem Gasanteil, besteht nun
das Problem, daß in dem Zuleitungskanal 34 die beiden Phasen
durch die Gravitationskräfte bzw. durch die Zentrifugalkraft
getrennt werden.
So wird im Normalfall durch die Zentrifugalkraft die
flüssige Phase bei der Umlenkung in den Eingangsanschluß 22 der
Zwischenkammer 18 nach außen abgelenkt, so daß die am weitesten
strömungsabwärts gelegenen Eingangsanschlüsse 22 bei gleich
großer Ausbildung der Dosiereinrichtung 32 am meisten flüssiges
Kältemittel erhalten, während die in Strömungsrichtung ersten
Eingangsanschlüsse 22 fast ausschließlich gasförmiges Kältemit
tel bekommen. Dies kann man, wie in Fig. 4 schematisch darge
stellt, durch den unterschiedlichen Querschnitt der Dosierein
richtungen 32 kompensieren, nämlich dadurch, daß der in Strö
mungsrichtung erste Eingangsanschluß 22 einen erheblich größe
ren Querschnitt der Drosseleinrichtung 32 erhält als der in
Strömungsrichtung letzte Eingangsanschluß 22. Dadurch wird der
Flüssigkeitsanteil auf die einzelnen Zwischenkammern 18 nahezu
gleichmäßig verteilt. Dennoch erhalten die in Strömungsrichtung
ersten Zwischenkammern 18 einen erheblich größeren Kältemittel
volumenstrom, durch den dort vorwiegend eintretenden gasförmi
gen Anteil, während in den strömungsabwärts liegenden Zwischen
kammern 18 durch einen sehr geringen Drosselquerschnitt 32 zwar
der gleiche Flüssigkeitsanteil eintritt, aber der gesamte Käl
temittelmassenstrom durch den minimalen gasförmigen Anteil er
heblich geringer ist, so daß dort die Wärmeübergangszahlen auf
grund der geringen Strömungsgeschwindigkeiten in den Flachroh
ren 10 erheblich kleiner ausfallen.
Die Ungleichmäßigkeit im Kältemittelmassenstrom kann
man, wie in Fig. 5 gezeigt, durch einen gemeinsamen Zuleitungs
kanal 34 erreichen, der längs seiner Durchströmungsrichtung an
stauende und drosselnde Einrichtungen 38 aufweist. Dadurch wird
schon in den in Strömungsrichtung ersten Dosiereinrichtungen 32
durch die anstauende Wirkung der Eintritt von flüssigem Kälte
mittel erreicht, ohne daß der Drosselquerschnitt der Dosierein
richtung 32 größer ausgebildet werden muß. Dabei können die an
stauenden und drosselnden Einrichtungen 38 entweder von der ge
meinsamen Wand 36 gebildet werden, wie dies bei den in Strö
mungsrichtung ersten drei Dosiereinrichtungen 32 der Fall ist,
oder auch von der der gemeinsamen Wand 36 gegenüberliegen
Außenwand des Zuleitungskanales 34.
Um einen höheren Flüssigkeitsanteil bei den in Strö
mungsrichtung ersten Dosiereinrichtungen 32 zu erhalten, sind
die Anstauflächen 40 jeweils mit einer Dosiereinrichtung 32
versehen. Nach Fig. 5 ist zur Vereinfachung der Bauweise der
gemeinsame Zuleitungskanal 34 und die Zwischenkammern 18 in ei
nen gemeinsamen Gehäuse 42 untergebracht.
Bei der Ausführungsform gem. Fig. 6 sind die Aus
gangskanäle 16 der Strömungsverzweigung 14 in einem gemeinsamen
rohrförmigen Gehäuse 28 in Parallelschaltung angeordnet, wobei
jeder Zwischenkammer 18 ein Eingangsanschluß 22, der als Do
siereinrichtung 32 das flüssige Kältemittel gleichmäßig auf
alle Eintrittsöffnungen 8 der Flachrohre 10 aufteilen soll, zu
geordnet ist.
Die einzelnen Ausgangskanäle 16 im rohrförmigen Ge
häuse 28 sind durch Zwischenwände 30 abgetrennt, die so ange
ordnet sein müssen, daß ein Eingangsanschluß 22 an jede Zwi
schenkammer 18 möglich ist.
Während in Fig. 6 das rohrförmige Gehäuse 28 eintei
lig dargestellt ist, das vorzugsweise als Strangpreßteil herge
stellt werden kann, ist in Fig. 7 eine zweiteilige Ausführung
des rohrförmigen Gehäuses 28 gezeigt, wobei die Strömungsver
teilung 4 aus einem Innenrohr 60 mit sektoral verlaufenden Zwi
schenwänden 30 besteht, die die einzelnen Ausgangskanäle 16
voneinander abtrennen. Damit jeder Zwischenkammer 18 eine als
Eingangsanschluß 22 dienende Dosiereinrichtung 32 zugeordnet
werden kann, verlaufen die Zwischenwände 30 zumindest im Be
reich des Verdampfers helical. Bei der Ausführungsform nach
Fig. 7 wird das gemeinsame Verbindungsrohr 20 durch die gemein
same Wand 36 des Innenrohres 60, das äußere Blechteil 62 sowie
den Rohrboden gebildet, wobei die Zwischenkammern 18 durch
Trennwände 56 und Abschlußwände 58 im Verbindungsrohr 20 abge
trennt werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 wird vor
teilhafterweise das Innenrohr 60 bis zum Expansionsventil ge
führt, so daß die direkt nach dem Expansionsventil 44 noch vor
handene gleichmäßige Aufteilung von Gas- und Flüssigkeitsphase
ausgenützt werden kann.
Durch die konstruktiv vereinfachte Ausführung der
Verteileinrichtung 4 gem. Fig. 4 bis Fig. 7 ist es ohne weite
res möglich, im Grenzfall auch jeder einzelnen Eintrittsöffnung
8 eines jeden einzelnen Flachrohres 10 einen Eingangseinschluß
22 zuzuordnen, der das Kältemittel dosiert jedem einzelnen
Flachrohr zuführt. Dadurch wird eine optimale Beaufschlagung
der gesamten inneren Wärmeaustauschfläche mit flüssigem Kälte
mittel erreicht, die zu einer sehr gleichmäßigen Luftaustritts
temperaturverteilung und zu einer sehr hohen Leistung und maxi
malen Wirkungsgraden führt. Eine weitere Leistungsverbesserung
wird durch die Kreuzgegenstromführung des Kältemittels gem. Fig. 2
erreicht, bei der das überhitzte Kältemittel der ausgangssei
tigen Flut 10a mit der noch nicht abgekühlten eintretenden Um
gebungsluft in Wärmeaustausch tritt.
Weiterhin sind gem. Fig. 4 zur Verbesserung des inne
ren Wärmeübergangs turbulenzerzeugende Ein- oder Anbauten 48 in
den Flachrohren vorgesehen, die z. B. bei extrudierten Mehrkam
merprofilen als Wandeindellungen ausgeführt werden können.
Claims (22)
1. Verdampfer in Flachrohr- oder Plattenbauweise für
den Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit
einer Zuleitung (2) des inneren Wärmetauschfluids zu einer
Verteileinrichtung (4), die über eine ausgangsseitige Strö
mungsverbindung (6) das innere Wärmetauschfluid auf die Ein
trittsöffnungen (8) von Strömungskanälen einer Mehrzahl par
allelgeschalteter Flachrohre (10) oder Platten der Flachrohr-
oder Plattenanordnung aufteilt,
wobei
die Verteileinrichtung (4) eine Strömungsverzwei gung (14) mit Ausgangskanälen (16) aufweist, die jeweils für sich mit einzelnen oder Gruppen eingangsseitiger Eintritts öffnungen (8) jedes einzelnen Flachrohres (10) bzw. jeder einzelnen Platte strömungsmäßig verbunden sind,
die ausgangsseitige Strömungsverbindung (6) an alle parallelgeschaltete Flachrohre (10) oder Platten angeschlos sen ist,
die Ausgangskanäle (16) der Strömungsverzweigung (14) jeweils eingangsseitig an eine Zwischenkammer (18) ange schlossen sind, die ausgangsseitig mit der bzw. den Ein trittsöffnung(en) (8) des jeweiligen Flachrohrs (10) oder der jeweiligen Platte kommuniziert, und
die Zwischenkammern (18) an mindestens einem ge meinsamen Bauteil ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das gemeinsame Bauteil ein Gehäuse (20) auf weist, das durch eingesetzte Trennwände (56) die Zwischenkam mern (18) abteilt.
wobei
die Verteileinrichtung (4) eine Strömungsverzwei gung (14) mit Ausgangskanälen (16) aufweist, die jeweils für sich mit einzelnen oder Gruppen eingangsseitiger Eintritts öffnungen (8) jedes einzelnen Flachrohres (10) bzw. jeder einzelnen Platte strömungsmäßig verbunden sind,
die ausgangsseitige Strömungsverbindung (6) an alle parallelgeschaltete Flachrohre (10) oder Platten angeschlos sen ist,
die Ausgangskanäle (16) der Strömungsverzweigung (14) jeweils eingangsseitig an eine Zwischenkammer (18) ange schlossen sind, die ausgangsseitig mit der bzw. den Ein trittsöffnung(en) (8) des jeweiligen Flachrohrs (10) oder der jeweiligen Platte kommuniziert, und
die Zwischenkammern (18) an mindestens einem ge meinsamen Bauteil ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das gemeinsame Bauteil ein Gehäuse (20) auf weist, das durch eingesetzte Trennwände (56) die Zwischenkam mern (18) abteilt.
2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (20) rohrartig geformt ist.
3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei einer geradzahligen Anzahl der Gruppe von
Eintrittsöffnungen (8), vorzugsweise bei nur zwei Eintritts
öffnungen (8) pro Gruppe, der Eingangsanschluß (22) der Zwi
schenkammer (18) jeweils mittig in bezug auf die gegenüber
dem Eingangsanschluß (22) beidseitig versetzten (mittleren)
Austrittsöffnungen der Zwischenkammer (18) angeordnet sind.
4. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß als Strömungsverzweigung (14) ein
Kältemittelverteiler (24) vorgesehen ist, von dem die Aus
gangskanäle (16) der Strömungsverzweigung (14) ausgehen.
5. Verdampfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangskanäle (16) des Kältemittelverteilers (24)
einzelne Rohre (26), vorzugsweise Kapillarrohre, sind.
6. Verdampfer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kältemittelverteiler (24) ein Venturi-Ver
teiler ist.
7. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß die Ausgangskanäle (16) der Strö
mungsverzweigung (14) in einem gemeinsamen, vorzugsweise
rohrförmigen Gehäuse (28) in Parallelschaltung miteinander
angeordnet sind.
8. Verdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (28) zur Bildung der Ausgangskanäle (16)
durch nebeneinander, vorzugsweise parallel zueinander verlau
fende Zwischenwände (30) unterteilt ist.
9. Verdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (28) zur Bildung der Ausgangskanäle (16)
durch sektoral verlaufende Zwischenwände (30) unterteilt ist,
die helical verlaufen.
10. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Zwischenkammern (18) eingangs
seitig jeweils über eine Dosiereinrichtung (32), welche der
Zwischenkammer (18) die Menge für das innere Wärmetauschfluid
pro Zeiteinheit zuteilt, an einen gemeinsamen Zuleitungskanal
(34) angeschlossen sind.
11. Verdampfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß die Dosiereinrichtung (32) als mindestens eine, vor
zugsweise nur eine, Drosselöffnung ausgebildet ist.
12. Verdampfer nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Zuleitungskanal (34) und die an ihn an
geschlossenen Zwischenkammern (18) eine gemeinsame Wand (36)
haben, in der die Dosiereinrichtungen (32) angeordnet sind.
13. Verdampfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich
net, daß die gemeinsame Wand (36) in Strömungsrichtung des
inneren Wärmetauschfluids geradlinig verläuft.
14. Verdampfer nach einem der Ansprüche 10 bis 13, da
durch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Zuleitungskanal (34)
mit einer das einströmende innere Wärmetauschfluid in Vertei
lung längs des Zuleitungskanals (34) anstauende und dros
selnde Einrichtung (38) aufweist.
15. Verdampfer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich
net, daß der Zuleitungskanal (34), vorzugsweise die gemein
same Wand (36) im Bereich des Zuleitungskanals (34), unter
Bildung von in Strömungsrichtung verteilten Anstauflächen und
Drosselquerschnitten (40) profiliert ist.
16. Verdampfer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich
net, daß die Anstauflächen (40) jeweils mit einer der Do
siereinrichtungen (32) versehen ist.
17. Verdampfer nach einem der Ansprüche 10 bis 16, da
durch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Zuleitungskanal (34)
und die Zwischenkammern (18) in einem gemeinsamen Gehäuse
(42) angeordnet sind.
18. Verdampfer nach einem der Ansprüche 10 bis 17, da
durch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Zuleitungskanal (34)
rohrförmig ausgebildet ist.
19. Verdampfer nach einem der Ansprüche 10 bis 18, ge
kennzeichnet durch eine Ausbildung der Zuleitung (2) des in
neren Wärmetauschfluids und der Verteileinrichtung (4) mit
einer derart ungedrosselten Zuführung des inneren Wärme
tauschfluids zu dem gemeinsamen Zuleitungskanal (34), das in
diesem das innere Wärmetauschfluid noch mehr als 90%, vor
zugsweise vollständig, flüssig ist, sowie durch eine Ausle
gung der die Zwischenkammern (18) anschließenden Dosierein
richtung (32) auf einen Druckabbau, welcher der Differenz
zwischen dem Verflüssigungs- und dem Verdampfungsdruck abzüg
lich der Leitungsdruckverluste entspricht.
20. Verdampfer nach einem der Ansprüche 10 bis 18, da
durch gekennzeichnet, daß dem gemeinsamen Zuleitungskanal
(34) ein Expansionsventil (44) vorgeschaltet ist, welches bis
auf die Zuleitungsdruckverluste die Differenz zwischen Ver
flüssigungsdruck und Verdampfungsdruck abbaut.
21. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 20, da
durch gekennzeichnet, daß im freien Strömungsquerschnitt im
jeweiligen Flachrohr (10) oder in der jeweiligen Platte tur
bulenzerzeugende Ein- oder Anbauten (48) vorgesehen sind.
22. Verdampfer nach Anspruch 21 in Flachrohrbauweise,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anbauten durch Eindellungen
der Außenwand des jeweiligen Flachrohres gebildet sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: VALEO KLIMATECHNIK GMBH & CO. KG, 68766 HOCKENHEIM |
|
8131 | Rejection |