EP0132620A2 - Evaporator - Google Patents

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EP0132620A2
EP0132620A2 EP84107488A EP84107488A EP0132620A2 EP 0132620 A2 EP0132620 A2 EP 0132620A2 EP 84107488 A EP84107488 A EP 84107488A EP 84107488 A EP84107488 A EP 84107488A EP 0132620 A2 EP0132620 A2 EP 0132620A2
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EP
European Patent Office
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evaporator
flow
refrigerant
tubes
evaporator according
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EP84107488A
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German (de)
French (fr)
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EP0132620B1 (en
EP0132620A3 (en
Inventor
Hans Dipl.-Ing. Kampf
Hans-Joachim Ing.-Grad. Ingelmann
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
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Publication of EP0132620A3 publication Critical patent/EP0132620A3/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F25B39/028—Evaporators having distributing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/40—Fluid line arrangements
    • F25B41/42—Arrangements for diverging or converging flows, e.g. branch lines or junctions
    • F25B41/45—Arrangements for diverging or converging flows, e.g. branch lines or junctions for flow control on the upstream side of the diverging point, e.g. with spiral structure for generating turbulence
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/01—Geometry problems, e.g. for reducing size

Definitions

  • the invention relates to an evaporator, in particular for air conditioning systems of motor vehicles, with an evaporator block with a plurality of evaporator tubes and a supply device for the refrigerant, which consists of an expansion valve and a flow distributor dividing the refrigerant flow, the connecting line between the expansion valve and the flow distributor being at least partially bent or is winding.
  • Such evaporators are known in principle. They include a thermostatically controlled expansion valve, to which the refrigerant is fed. A flow distributor is arranged behind the expansion valve, which distributes the refrigerant flow evenly over different evaporator tube strings. The actual evaporation then takes place in the evaporator block.
  • the flow distributor is designed in such a way that it distributes the refrigerant flow evenly over the various evaporator tube strands.
  • a venturi distributor is used, which divides the refrigerant flow into circular segments accordingly (US Pat. No. 28 03 116).
  • US Pat. No. 28 03 116 In order to ensure a uniform supply of refrigerant to the various evaporator tube strands, it is therefore necessary for there to be a homogeneous wet steam flow in front of the flow distributor.
  • the evaporator tube strands are charged with refrigerant to different extents, which worsens the efficiency of the evaporator and, under certain circumstances, also leads to unsatisfactory charge regulation by the thermostatic expansion valves.
  • Calming sections designed to rise or fall vertically have proven to be particularly favorable.
  • the object of the invention is to design an evaporator of the type mentioned in such a way that the connecting line between the expansion valve and the flow distributor can be at least partially bent or wound and that a homogeneous wet steam flow is nevertheless present in front of the flow distributor.
  • a swirl member is at an evaporator of the type mentioned immediately before the Strömun g sver- divider in the coolant flow arranged, whose flow cross section abruptly expanded in the direction of refrigerant flow.
  • the expansion of the flow cross-section causes the two-phase flow consisting of refrigerant vapor and refrigerant liquid to burst, so that these two phases are swirled. This becomes a homogeneous mixture and therefore a homogeneous wet steam flow. If the flow distributor now divides this homogeneous wet steam flow into different circular segments, it is ensured that each evaporator tube string is subjected to a mixture with the same properties. The efficiency and the control of the V improved ER steamer.
  • the swirling element is advantageous to design as a cylindrical swirl cell, the diameter d w of which is greater than the diameter d of the inlet opening for the refrigerant flow.
  • Such a vortex cell can be manufactured with little component and assembly effort. It has proven to be advantageous here if the ratio of the diameters d E / d W is at least 1/2 and at most 2/3.
  • the inlet opening for the refrigerant flow can advantageously be arranged on the cylinder jacket of the vortex cell.
  • the bursting of the two-phase flow or the swirling of refrigerant vapor and refrigerant liquid is additionally supported by the impact of the liquid particles on the cylinder wall opposite the inlet opening.
  • the flow distributor can be placed directly on an opening of the vortex cell. As a result, no additional connecting line between the vortex cell and the flow distributor is necessary.
  • the opening for the flow distributor is also expediently arranged on the cylinder jacket of the swirl cell.
  • the swirling element can also be constructed differently. It is possible, for example, if it consists of a component with a cross section that initially tapers in the direction of flow. After this tapering, it can expand again in the direction of flow, as a result of which the swirling already mentioned and thus a homogeneous wet steam flow is achieved. Since a taper is made first, this component can be built into a tube or between two tubes, which can have constant diameters throughout. It is therefore not necessary to change the cross-section of these pipes.
  • a component which tapers in cross-section exclusively in the flow direction inside one or more tubes, the expansion of the flow cross-section being formed by the tapered point of this component opening into the tube.
  • the component is structurally very simple and can still be installed in pipes of constant cross-section. It is particularly expedient to provide this component with a collar running on its circumference, which abuts the end pieces of two pipes. For further sealing, one of these pipes can moreover be provided with an apron which overlaps the collar.
  • the swirling element can also simply consist of an aperture.
  • This diaphragm can be fastened between the ends of two pipes in a manner similar to the collar of the mentioned component.
  • Another possible application of the invention is in evaporators, in which the refrigerant connections have to be on a specific evaporator side. Since the suction lines, that is, the lines for discharging the refrigerant vapor, are on the other side of the evaporator, it follows that an odd number of tubes is always omitted on each evaporator branch. It often happens that the number of evaporator strands, i.e. the number of refrigerant injections, is even, which means that an even number of tubes in the evaporator block is required, since the even number of evaporator strands multiplied by the odd number of tubes per strand in turn is even Number results. However, the evaporator blocks are often designed so that they contain an odd number of tubes. In this case, an empty pipe remains.
  • An evaporator block comprises 9 tubes in width and 5 tubes in depth, for a total of 45 tubes.
  • the 45th pipe remains as an empty pipe.
  • the suction line to the compressor which removes the refrigerant vapor again, cannot be led through the empty pipe in the evaporator to the connection side of the evaporator.
  • this empty pipe is therefore located on the side of the evaporator block facing away from the connection side, the empty pipe connecting this expansion valve to the connection side.
  • a swirling element according to the invention is then arranged on the connection side, which ensures a homogeneous wet steam flow in front of the flow distributor. This does not reduce the evaporator output.
  • Fig. 1 denotes an expansion valve.
  • the refrigerant enters this expansion valve in the direction of arrow A. stream on.
  • the expansion valve is a thermostatic expansion valve in which the superheating of the refrigerant vapor in the evaporator tubes is used as a control variable for the charge control.
  • Via a calming section 2 this expansion valve is connected to a flow distributor 3, which divides the refrigerant flow symmetrically.
  • a flow distributor is used here, which divides the coolant flow into circular segments.
  • a flow distributor is, for example, the Venturi distributor known from US-PS 28 03 116.
  • the calming section 2 fulfills the task of ensuring a homogeneous wet steam flow or a central ring flow upstream of the flow distributor 3, so that each of the evaporator lines from the flow distributor 3 is assigned a refrigerant flow with the same properties.
  • the outputs of the flow distributor 3 are connected to the evaporator block 4.
  • This evaporator block has a number of evaporator tubes. In each case several of these evaporator tubes are combined to form an evaporator tube string, so that each of the refrigerant partial streams originating from the flow distributor 3 flows through the evaporator block 4 several times.
  • the aim is for the refrigerant to evaporate completely at the end of all evaporator lines and to be overheated by an amount that is the same in all lines. This overheating is then used again as a controlled variable for the filling control by the expansion valve 1.
  • the refrigerant vapor then leaves the evaporator block in the direction of arrow B and is fed to the compressor in a manner not shown here via a suction line.
  • FIG. 2 A similar arrangement to that Fig. 1 shows the Fig. 2.
  • the expansion valve 1 is also an at least approximately homogeneous Nöndampfströmun prevails g, dispense with a calming section.
  • such an arrangement is also not possible due to sealing problems on the evaporator housings in practical use.
  • FIG. 3 A prior art arrangement of the evaporator in confined spaces shows the F ig. 3.
  • the refrigerant enters the expansion valve 1 in the direction of arrow A and is fed from there to the flow distributor 3 via a multiply bent or winding line 5.
  • the line 5 can no longer take on the function of a calming section, as shown in FIGS. 4 to 6, which show cross sections in the direction of the reference line IV-IV, VV and VI-VI of FIG. 3.
  • FIGS. 4 to 6 show cross sections in the direction of the reference line IV-IV, VV and VI-VI of FIG. 3.
  • the invention therefore proposes to arrange a swirling element with an expanding flow cross-section directly in front of the flow distributor.
  • An aera-like arrangement is shown in principle in FIG. 7.
  • the reference numbers of the previous figures have been retained.
  • the cross-sectional expansion of the swirling element 8 arranged in front of the flow distributor 3 leads to a violent swirling of the refrigerant vapor and refrigerant liquid and therefore to a homogeneous mixture.
  • the flow distributor can now divide the refrigerant flow into similar partial refrigerant flows that are fed to the individual evaporator tube strands. Evaporation and overheating therefore occur evenly in all evaporator tube strands, which results in an increased efficiency of the evaporator and at the same time better regulation of the expansion valve.
  • FIG. 8 An exemplary embodiment of the swirling element 8, which is only indicated schematically in FIG. 7, is shown in FIG. 8.
  • the swirling element is designed as a cylindrical swirl cell 9.
  • An inlet opening 11 for the refrigerant flow is arranged on the cylinder jacket 10 of this vortex cell 9.
  • the diameter dp of this inlet opening 11 is selected to be smaller than the diameter d of the vertebral cell 9, the ratio d E / d W preferably being between 1/2 and 2/3. This results in an expansion of the flow cross-section, which leads to a bursting of the two-phase flow consisting of refrigerant vapor and refrigerant liquid and therefore to a violent swirling or to the formation of a homogeneous mixture.
  • the outlet opening is also arranged on the cylinder jacket 1 0 12.
  • the opening 11 between the inlet and the outlet opening 12 effective distance L is preferably 25 mm to 35th.
  • the flow distributor 13 shown here as a component is inserted directly into the outlet opening 12. The component and assembly effort is thereby further reduced and cheaper the manufacture of an evaporator according to the invention.
  • FIG. 8 shows the cross section in the direction of the reference line IX-IX in FIG. 9.
  • the inlet connector 14 placed on the inlet opening 11 can be seen.
  • This inlet port 14 can be arranged as desired on the cylinder jacket 10, as indicated by the angle ⁇ , which can be between 0 and 360 °.
  • the inlet opening can thus be adapted to the respective installation conditions.
  • FIG. 10 Another embodiment of a swirling element according to the invention is shown in FIG. 10.
  • a component 15 provided with a cross section that tapers in the flow direction is provided here. With this configuration, it is achieved that the V erwirbelungselement in the interior of tubes 16 and 17 can be arranged without changing the cross-section must change these tubes.
  • the component 15 to the tubes 16 and 17, the latter is provided with a collar 18 which runs on its circumference and which bears against the end pieces of the tubes 16 and 17. This enables easy attachment.
  • the tube 16 also has an apron 19 which engages over the collar 18 and thus ensures a simple and reliable seal.
  • FIG. 10 can be simplified even further.
  • the swirling element consists only of an aperture 20, which is fastened to the tubes 16 and 17 in a manner similar to that of the component 15 according to FIG. 10.
  • FIG. 12 A special application of the invention is finally shown in FIG. 12.
  • the case occurs frequently that an evaporator block is equipped with an odd number of tubes, while the number of evaporator tube strings and so that the number of pipes required is even.
  • an empty pipe remains in the evaporator block.
  • This empty pipe cannot be used as a suction line to the compressor because of the high gas speeds and the associated high pressure losses.
  • the invention makes it possible to use this empty pipe as a connecting line between the expansion valve and the flow distributor. A separate and sometimes difficult or impossible to accommodate evaporator connection line around the evaporator block is not necessary.
  • the refrigerant flows in the direction of arrow A through the expansion valve 1 and is fed via a connecting line 21 to the empty pipe 22, which is only shown in broken lines.
  • this empty tube 22 opens into the swirling element, which is designed here as a swirl cell 24, as a result of which a homogeneous wet steam flow is produced again.
  • the refrigerant partial flows 26abis 26d which are only shown schematically, are then fed to the evaporator tube strands. After passing through these strands, the refrigerant vapor passes through the suction line 27 in the direction of arrow B to the compressor, not shown here.

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Abstract

Ein Verdampfer besteht aus einem Verdampferblock, dem über ein Expansionsventil und einen Strömungsverteiler Kältemittel zu - geführt wird. Die Verbindungsleitung zwischen dem Expansions - ventil und dem Strömungsverteiler ist mindestens teilweise gebogen oder gewunden. Dies führt zu einer exzentrischen Ringströmung und damit zu einer ungleichmäßigen Aufteilung von Dampf und Flüssigkeit auf die einzelnen Verdampferrohrstränge. Deshalb ist unmittelbar vor dem Strömungsverteiler ein Verwirbelungselement mit sich in Richtung des Kältemittelflusses aufweitendem Strömungsquerschnitt vorgesehen, das zu einer heftigen Verwirbelung von Kältemitteldampf und Kältemittelflüssigkeit und daher zu einem homogenen Gemisch führt. Bevorzugte Ausführungsformen dieses Verwirbelungselementes bestehen aus einer Wirbelzelle, einem Bauteil, welches den Strömungsquerschnitt verjüngt und wieder erweitert und aus einer Blende. Die beiden letztgenannten Ausführungsformen können auch in Rohre gleichbleibenden Querschnitts eingebaut werden.An evaporator consists of an evaporator block, to which refrigerant is supplied via an expansion valve and a flow distributor. The connecting line between the expansion valve and the flow distributor is at least partially bent or twisted. This leads to an eccentric ring flow and thus to an uneven distribution of vapor and liquid between the individual evaporator tube strands. For this reason, a swirl element with a flow cross section widening in the direction of the refrigerant flow is provided directly in front of the flow distributor, which leads to a violent swirling of refrigerant vapor and refrigerant liquid and therefore to a homogeneous mixture. Preferred embodiments of this swirling element consist of a swirl cell, a component which tapers and enlarges the flow cross-section and an orifice. The latter two embodiments can also be installed in pipes of constant cross-section.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer, insbesondere für Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, mit einem Verdampferblock mit mehreren Verdampferrohren und einer Zuführvorrichtung für das Kältemittel, welche aus einem Expansionsventil und einem den Kältemittelstrom aufteilenden Strömungsverteiler besteht, wobei die Verbindungsleitung zwischen dem Expansionsventil und dem Strömungsverteiler mindestens teilweise gebogen oder gewunden ist.The invention relates to an evaporator, in particular for air conditioning systems of motor vehicles, with an evaporator block with a plurality of evaporator tubes and a supply device for the refrigerant, which consists of an expansion valve and a flow distributor dividing the refrigerant flow, the connecting line between the expansion valve and the flow distributor being at least partially bent or is winding.

Derartige Verdampfer sind im Prinzip bekannt. Sie umfassen ein thermostatisch gesteuertes Expansionsventil, dem das Kältemittel zugeführt wird. Hinter dem Expansionsventil ist ein Strömungsverteiler angeordnet, der den Kältemittelstrom gleichmäßig auf verschiedene Verdampferrohrstränge aufteilt. Die eigentliche Verdampfung findet dann in dem Verdampferblock statt.Such evaporators are known in principle. They include a thermostatically controlled expansion valve, to which the refrigerant is fed. A flow distributor is arranged behind the expansion valve, which distributes the refrigerant flow evenly over different evaporator tube strings. The actual evaporation then takes place in the evaporator block.

Die Wärmeaustauschfläche eines derartigen Verdampferblocks wird allerdings nur dann optimal ausgenutzt, wenn das Kältemittel am Ende aller parallelen Verdampferstränge vollständig verdampft und um einen in allen Strängen gleich großen Betrag überhitzt ist. Diese Uberhitzung wird als Regelgröße für die Füllungsregelung durch ein oder mehrere thermostatische Expansionsventile verwendet.The heat exchange surface of such an evaporator core is however only optimally utilized if the refrigerant at the end of all parallel V erdampferstränge completely evaporated and superheated by a in all strands equal amount. This overheating is used as control variable for the F üllungsregelung by one or more thermostatic expansion valves are used.

Der Strömungsverteiler ist andererseits so ausgebildet, daß er den Kältemittelstrom gleichmäßig auf die verschiedenen Verdampferrohrstränge aufteilt. Bei einer gebräuchlingen Ausführungsform wird ein Venturi-Verteiler verwendet, der den Kältemittelstrom Kreissegmenten entsprechend aufteilt (US-PS 28 03 116). Um eine gleichmäßige Beaufschlagung der verschiedenen Verdampferrohrstränge mit Kältemittel zu gewährleisten, ist es daher erforderlich, daß vor dem Strömungsverteiler eine homogene Naßdampfströmung herrscht. Bei unsymmetrischer Strömung werden die Verdampferrohrstränge verschieden stark mit Kältemittel beaufschlagt, was den Wirkungsgrad des Verdampfers verschlechtert und unter Umständen auch zu einer nicht befriedigenden Füllungsregelung durch die thermostatischen Expansionsventile führt.The flow distributor, on the other hand, is designed in such a way that it distributes the refrigerant flow evenly over the various evaporator tube strands. In a customary embodiment, a venturi distributor is used, which divides the refrigerant flow into circular segments accordingly (US Pat. No. 28 03 116). In order to ensure a uniform supply of refrigerant to the various evaporator tube strands, it is therefore necessary for there to be a homogeneous wet steam flow in front of the flow distributor. In the case of asymmetrical flow, the evaporator tube strands are charged with refrigerant to different extents, which worsens the efficiency of the evaporator and, under certain circumstances, also leads to unsatisfactory charge regulation by the thermostatic expansion valves.

Zur Erzielung einer gleichmäßigen Kältemittelströmung vor dem Strömungsverteiler ist es daher erforderlich, vor diesem längere Beruhigungsstrecken vorzusehen. Als besonders günstig haben sich senkrecht steigend oder fallend ausgeführte Beruhigungsstrecken herausgestellt.To achieve a uniform flow of refrigerant in front of the flow distributor, it is therefore necessary to provide longer calming sections before this. Calming sections designed to rise or fall vertically have proven to be particularly favorable.

Bei beengten Einbauverhältnissen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, ist es jedoch nicht möglich, derartige Beruhigungsstrecken zu verwirklichen. Auch ist es in diesem Fall aufgrund von Abdichtproblemen an den Verdampfergehäusen nicht möglich, den Strömungsverteiler unmittelbar hinter dem Expansionsventil einzubauen, wodurch sich eine wenigstens einigermaßen befriedigende Aufteilung des Kältemittelsstrom erzielen ließe. Vielmehr ist es häufig erforderlich, gebogene oder räumlich gewundene Verbindungsleitungen zwischen dem Expansionsventil und dem Strömungsverteiler zu verwenden. Unter diesen Bedingungen kommt es wegen der unterschiedlichen Trägheit von Kältemitteldampf und Kältemittelflüssigkeit zur Trennung der beiden Phasen und zur Ausbildung von Drallströmungen. Da diese unsymmetrischen Drallströmungen nun durch den Strömungsverteiler in Kreissegmente aufgeteilt werden, wird ein Teil der Verdampferrohrstränge mit Kältemittelflüssigkeit überflutet, während andere Stränge Überwiegend mit Gas gefüllt sind und am Wärmeaustausch nur wenig teilnehmen. Der Wirkungsgrad des Verdampfers verschlechtert sich damit entscheidend. Außerdem wird die Verdampferleistung, wie bereits ausgeführt, durch die Regeleigenschaften thermostatischer Expansionsventile vermindert.In cramped installation conditions, for example in motor vehicles, it is not possible to implement calming sections of this type. In this case, too, it is not possible, due to sealing problems on the evaporator housings, to install the flow distributor directly behind the expansion valve, as a result of which an at least reasonably satisfactory distribution of the refrigerant flow could be achieved. Rather, it is often necessary to use curved or spatially wound connecting lines between the expansion valve and the flow distributor. Under these conditions, due to the different inertia of the refrigerant vapor and the refrigerant liquid, the two phases are separated and swirl flows are formed. Since these asymmetrical swirl flows are now divided into circular segments by the flow distributor, some of the evaporator tube strands are flooded with refrigerant liquid, while other strands are predominantly filled with gas and only little in terms of heat exchange take part. The efficiency of the evaporator deteriorates significantly. In addition, as already stated, the evaporator performance is reduced by the control properties of thermostatic expansion valves.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verdampfer der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Verbindungsleitung zwischen Expansionsventil und Strömungsverteiler mindestens teilweise gebogen oder gewunden sein kann und daß dennoch vor dem Strömungsverteiler eine homogene Naßdampfströmung vorliegt.The object of the invention is to design an evaporator of the type mentioned in such a way that the connecting line between the expansion valve and the flow distributor can be at least partially bent or wound and that a homogeneous wet steam flow is nevertheless present in front of the flow distributor.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Verdampfer der eingangs genannten Art unmittelbar vor dem Strömungsver- teiler im Kältemittelstrom ein Verwirbelungselement angeordnet ist, dessen Strömungsquerschnitt sich in Richtung des Kältemittelflusses sprunghaft erweitert. Durch die Erweiterung des Strömungsquerschnittes wird ein Zerplatzen der aus Kältemitteldampf und Kältemittelflüssigkeit bestehenden Zweiphasenströmung erreicht, so daß diese beiden Phasen verwirbelt werden. Dies wird zu einem homogenen Gemisch und daher zu einer homogenen Naßdampfströmung. Wenn der Strömungsverteiler nun diese homogene Naßdampfströmung in verschiedene Kreissegmente aufteilt, so ist gewährleistet, daß jeder Verdampferrohrstrang mit Gemisch gleicher Eigenschaften beaufschlagt wird. Dadurch verbessert sich der Wirkungsgrad und auch die Regelung des Ver- dampfers.This object is achieved in that a swirl member is at an evaporator of the type mentioned immediately before the Strömun g sver- divider in the coolant flow arranged, whose flow cross section abruptly expanded in the direction of refrigerant flow. The expansion of the flow cross-section causes the two-phase flow consisting of refrigerant vapor and refrigerant liquid to burst, so that these two phases are swirled. This becomes a homogeneous mixture and therefore a homogeneous wet steam flow. If the flow distributor now divides this homogeneous wet steam flow into different circular segments, it is ensured that each evaporator tube string is subjected to a mixture with the same properties. The efficiency and the control of the V improved ER steamer.

Der Eintritt der Naßdampfströmung in das auf geringfügig niedrigerem Druckniveau stehende Verwirbelungselement und damit die Verwirbelung verläuft adiabat, d.h. ohne Wärmezufuhr aus der Umgebung. Die Verdampferleistung wird also durch den Einbau eines erfindungsgemäßen Verwirbelungselements nicht beschnitten. Außerdem kann davon ausgegangen werden, daß der geringe Druckabfall in dem Verwirbelungselement die Funktion und Leistungsfähigkeit der bisher schon verwendeten Expansionsventile nicht beeinträchtigt. Schließlich müssen auch an die Fertigungsqualität - abgesehen von den bei Kälteanlagen üblichen Forderungen nach Druckfestigkeit, Dichtheit und Reinheit - keine besonderen Ansprüche gestellt werden, so daß der erfindungsgemäße Verdampfer mit nicht wesentlich höheren Kosten wie die bekannten Verdampfer hergestellt werden kann.The entry of the wet steam flow into the swirling element, which is at a slightly lower pressure level, and thus the swirling takes place adiabatically, ie without supplying heat from the surroundings. The evaporator output is therefore not reduced by installing a swirling element according to the invention. In addition, it can be assumed that the low pressure drop in the swirling element does not impair the function and performance of the expansion valves already used. Finally, there must also be manufacturing quality - apart from the usual requirements for refrigeration systems according to compressive strength, tightness and purity - no special claims are made, so that the evaporator according to the invention can be manufactured at not significantly higher costs than the known evaporators.

Vorteilhaft ist es, das Verwirbelungselement als eine zylinderförmige Wirbelzelle auszu-bilden, deren Durchmesser dw größer ist als der Durchmesser d der Eintrittsöffnung für den Kältemittelstrom. Eine derartige Wirbelzelle kann mit geringem Bauteil- und Montageaufwand hergestellt werden. Als günstig hat es sich hierbei erwiesen, wenn das Verhältnis der Durchmesser dE/dW mindestens 1/2 und höchstens 2/3 beträgt.It is advantageous to design the swirling element as a cylindrical swirl cell, the diameter d w of which is greater than the diameter d of the inlet opening for the refrigerant flow. Such a vortex cell can be manufactured with little component and assembly effort. It has proven to be advantageous here if the ratio of the diameters d E / d W is at least 1/2 and at most 2/3.

Vorteilhaft kann die Eintrittsöffnung für den Kältemittelstrom auf dem Zylindermantel der Wirbelzelle angeordnet sein. Das Zerplatzen der Zweiphasenströmung bzw. die Verwirbelung von Kältemitteldampf und Kältemittelflüssigkeit wird hierbei zusätzlich durch.das Aufprallen der Flüssigkeitsteilchen auf die der Eintrittsöffnung gegenüberliegende Zylinderwand unterstützt.The inlet opening for the refrigerant flow can advantageously be arranged on the cylinder jacket of the vortex cell. The bursting of the two-phase flow or the swirling of refrigerant vapor and refrigerant liquid is additionally supported by the impact of the liquid particles on the cylinder wall opposite the inlet opening.

Der Strömungsverteiler kann direkt auf eine öffnung der Wirbelzelle aufgesetzt sein. Dadurch ist keine zusätzliche Verbindungsleitung zwischen der Wirbelzelle und dem Strömungsverteiler nötig. Zweckmäßig ist die öffnung für den Strömungsverteiler ebenfalls auf dem Zylindermantel der Wirbelzelle angeordnet.The flow distributor can be placed directly on an opening of the vortex cell. As a result, no additional connecting line between the vortex cell and the flow distributor is necessary. The opening for the flow distributor is also expediently arranged on the cylinder jacket of the swirl cell.

Das Verwirbelungselement kann auch anders aufgebaut sein. Möglich ist es zum Beispiel, wenn es aus einem Bauteil mit sich zunächst in Strömungsrichtung verjüngendem Querschnitt besteht. Nach dieser Verjüngung kann es sich in Strömungsrichtung wieder erweitern, wodurch die bereits erwähnte Verwirbelung und damit eine homogene Naßdampfströmung erzielt wird. Da zunächst eine Verjüngung vorgenommen wird, kann dieses Bauteil in einRohr oder zwischen zwei Rohre ei baut werden, die durchgehend konstanten Durchmesser besitzen können. Eine Querschnittsveränderung dieser Rohre ist also nicht erforderlich.The swirling element can also be constructed differently. It is possible, for example, if it consists of a component with a cross section that initially tapers in the direction of flow. After this tapering, it can expand again in the direction of flow, as a result of which the swirling already mentioned and thus a homogeneous wet steam flow is achieved. Since a taper is made first, this component can be built into a tube or between two tubes, which can have constant diameters throughout. It is therefore not necessary to change the cross-section of these pipes.

Es ist auch möglich, ein sich im Querschnitt ausschließlich in Strömungsrichtung verjüngendes Bauteil im Inneren eines oder mehrerer Rohre zu befestigen, wobei die Erweiterung des Strömungsquerschnitts durch die in das Rohr mündende verjüngte Stelle dieses Bauteils gebildet wird. Das Bauteil wird hierbei konstruktiv sehr einfach und kann dennoch in Rohre gleichbleibenden Querschnitts eingebaut werden. Zweckmäßig ist es insbesondere, dieses Bauteil mit einem auf seinem Umfang verlaufenden Kragen zu versehen, der an den Endstücken zweier Rohre anliegt. Zur weiteren Abdichtung kann eines dieser Rohre überdies mit einer Schürze versehen sein, die den Kragen übergreift.It is also possible to fasten a component which tapers in cross-section exclusively in the flow direction inside one or more tubes, the expansion of the flow cross-section being formed by the tapered point of this component opening into the tube. The component is structurally very simple and can still be installed in pipes of constant cross-section. It is particularly expedient to provide this component with a collar running on its circumference, which abuts the end pieces of two pipes. For further sealing, one of these pipes can moreover be provided with an apron which overlaps the collar.

In der einfachsten Ausführung kann das Verwirbelungselement auch einfach aus einer Blende bestehen. Diese Blende kann in ähnlicher Weise wie der Kragen des erwähnten Bauteils zwischen den Enden zweier Rohre befestigt werden.In the simplest version, the swirling element can also simply consist of an aperture. This diaphragm can be fastened between the ends of two pipes in a manner similar to the collar of the mentioned component.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der Erfindung liegt bei Verdampfern vor, bei denen die Kältemittelanschlüsse auf einer bestimmten Verdampferseite liegen müssen. Da die Saugleitungen, also die Leitungen zur Abführung des Kältemitteldampfes, auf der anderen Seite des Verdampfers liegen, ergibt sich, daß auf jeden Verdampferstrang immer eine ungerade Rohrzahl entfällt. Häufig kommt es nun vor, daß die Anzahl der Verdampferstränge, also die Anzahl der Kältemitteleinspritzungen, gerade ist, wodurch eine gerade Anzahl von Rohren im Verdampferblock benötigt wird, da die gerade Zahl der Verdampferstränge multipliziert mit der ungeraden Zahl der Rohre pro Strang wiederum eine gerade Zahl ergibt. Die Verdampferblöcke sind jedoch häufig so ausgeführt, daß sie eine ungerade Rohrzahl enthalten. In diesem Fall bleibt ein Leerrohr übrig.Another possible application of the invention is in evaporators, in which the refrigerant connections have to be on a specific evaporator side. Since the suction lines, that is, the lines for discharging the refrigerant vapor, are on the other side of the evaporator, it follows that an odd number of tubes is always omitted on each evaporator branch. It often happens that the number of evaporator strands, i.e. the number of refrigerant injections, is even, which means that an even number of tubes in the evaporator block is required, since the even number of evaporator strands multiplied by the odd number of tubes per strand in turn is even Number results. However, the evaporator blocks are often designed so that they contain an odd number of tubes. In this case, an empty pipe remains.

Ein Beispiel soll dies erläutern: Ein Verdampferblock umfasse 9 Rohre in der Breite und 5- Rohre in der Tiefe, insgesamt also 45 Rohre. Die Kältemitteleinspritzung sei 4-fach ausgelegt, wodurch sich vier Verdampferstränge ergeben. Auf jeden dieser Verdampferstränge entfallen nun 11 Rohre, so daß 4 x 11 = 44 Rohre benötigt werden. Das 45. Rohr bleibt als Leerrohr übrig.An example should explain this: An evaporator block comprises 9 tubes in width and 5 tubes in depth, for a total of 45 tubes. The refrigerant injection is designed 4-fold, which results in four evaporator lines. There are now 11 tubes on each of these evaporator lines, so that 4 x 11 = 44 tubes are required. The 45th pipe remains as an empty pipe.

Aufgrund der hohen Gasgeschwindigkeiten und den damit verbundenen hohen Druckverlusten kann die Saugleitung zum Kompressor, die den Kältemitteldampf wieder abführt, nicht durch das Leerrohr im Verdampfer auf die Anschlußseite des Verdampfers geführt werden. Mit der Erfindung ist es jedoch möglich, dieses Leerrohr als Verbindungsleitung zwischen Expansionsventil und Strömungsverteiler zu benutzen. Das Expansionsventil befindet sich also auf der der Anschlußseite abgewandten Seite des Verdampferblocks, wobei das Leerrohr dieses Expansionsventil mit der Anschlußseite verbindet. Auf der Anschlußseite ist dann ein erfindungsgemäßes Verwirbelungselement angeordnet, das für eine homogene Naßdampfströmung vor dem Strömungsverteiler sorgt. Die Verdampferleistung wird hierdurch nicht beschnitten.Due to the high gas velocities and the associated high pressure losses, the suction line to the compressor, which removes the refrigerant vapor again, cannot be led through the empty pipe in the evaporator to the connection side of the evaporator. With the invention, however, it is possible to use this empty pipe as a connecting line between the expansion valve and flow distributor. The expansion valve is therefore located on the side of the evaporator block facing away from the connection side, the empty pipe connecting this expansion valve to the connection side. A swirling element according to the invention is then arranged on the connection side, which ensures a homogeneous wet steam flow in front of the flow distributor. This does not reduce the evaporator output.

Mit dieser Ausführung wird nicht nur das Leerrohr im Verdampferblock ausgenutzt, vielmehr wird zugleich auch die Führung einer Verdampferanschlußleitung um den Verdampferblock herum vermieden, was insbesondere bei beengten Platzverhältnissen schwierig oder gar nicht zu verwirklichen ist.With this design, not only the empty pipe in the evaporator block is used, but at the same time the routing of an evaporator connection line around the evaporator block is avoided, which is difficult or impossible to achieve, particularly in the case of restricted space.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung zur Zeichnung, in der verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:

  • Fig. 1 die Anordnung eines Verdampfers mit einer zur Erzielung einer homogenen Naßdampfströmung dem Strömungsverteiler vorgeschalteten Beruhigungsstrecke, wie sie jedoch unter beengten Einbauverhältnissen nicht realisiert werden kann,
  • Fig. 2 eine andere Anordnung eines Verdampfers, die jedoch aufgrund von Abdichtproblemen am Verdampfergehäuse ebenfalls nicht zweckmäßig ist,
  • Fig. 3 eine dem Stand der Technik entsprechende Anordnung des Verdampfers mit gebogener und/oder gewundener Verbindungsleitung zwischen dem Expansionsventil und dem Strömungsverteiler,
  • Fig. 4 vergrößerte Querschnitte durch die Verbindungsleibis 6 tung zwischen Expansionsventil und Strömungsverteiler nach Fig. 3 gemäß den Bezugslinien IV-IV, V-V und VI-VI,
  • Fig. 7 die prinzipielle Anordnung eines erfindungsgemäßen Verdampfers,
  • Fig. 8 einen Schnitt durch ein als Wirbelzelle ausgebildetes erfindungsgemäßes Verwirbelungselement,
  • Fig. 9 einen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 8 entlang der Bezugslinie IX-IX,
  • Fig.10 den Schnitt durch eine andere Ausführungsform des Verwirbelungselementes,
  • Fig.11 den Schnitt durch eine dritte Ausführungsform des Verwirbelungselementes und
  • Fig.12 die schematische Ansicht einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verwirbelungselementes bei einem Verdampfer mit ungerader Rohrzahl und gerader Zahl der Verdampferstränge.
Further features and advantages of the invention result from the subclaims and from the description of the drawing, in which various embodiments of the invention are shown. Show it:
  • 1 shows the arrangement of an evaporator with a calming section connected upstream of the flow distributor in order to achieve a homogeneous wet steam flow, but this cannot be achieved under cramped installation conditions,
  • 2 shows another arrangement of an evaporator, which, however, is likewise not expedient due to sealing problems on the evaporator housing,
  • 3 shows a prior art arrangement of the evaporator with a curved and / or tortuous connecting line between the expansion valve and the flow distributor,
  • Fig. 4 are enlarged cross-sections through the Verbindungsleibis 6 g t un between E xpansionsventil and flow distributor of FIG. 3 in accordance with the reference lines IV-IV, VV and VI-VI,
  • 7 shows the basic arrangement of an evaporator according to the invention,
  • 8 shows a section through a swirl element according to the invention designed as a swirl cell,
  • 9 is a cross section through the representation of FIG. 8 along the reference line IX-IX,
  • 10 shows the section through another embodiment of the swirling element,
  • 11 shows the section through a third embodiment of the swirling element and
  • 12 shows the schematic view of an application of the swirling element according to the invention in an evaporator with an odd number of tubes and an even number of evaporator branches.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Expansionsventil bezeichnet. In dieses Expansionsventil tritt in Richtung des Pfeiles A der Kältemittelstrom ein. Bei dem Expansionsventil handelt es sich um ein thermostatisches Expansionsventil, bei dem die Überhitzung des Kältemitteldampfes in den Verdampferrohren als Regelgröße für die Füllungsregelung verwendet wird. Über eine Beruhigungsstrecke 2 ist dieses Expansionsventil mit einem Strömungsverteiler 3 verbunden, der den Kältemittelstrom symmetrisch aufteilt. Insbesondere findet hier ein Strömungsverteiler Verwendung, der den Kühlmittelstrom in Kreissegmente aufteilt. Ein solcher Strömungsverteiler ist beispielsweise der aus der US-PS 28 03 116 bekannte Venturi-Verteiler. Die Beruhigungsstrecke 2 erfüllt in diesem Fall die Aufgabe, vor dem Strömungsverteiler 3 für eine homogene Naßdampfströmung oder eine zentrische Ringströmung zu sorgen, so daß jedem der Verdampferstränge von dem Strömungsverteiler 3 ein Kältemittelstrom von gleichen Eigenschaften zugeteilt wird.In Fig. 1, 1 denotes an expansion valve. The refrigerant enters this expansion valve in the direction of arrow A. stream on. The expansion valve is a thermostatic expansion valve in which the superheating of the refrigerant vapor in the evaporator tubes is used as a control variable for the charge control. Via a calming section 2, this expansion valve is connected to a flow distributor 3, which divides the refrigerant flow symmetrically. In particular, a flow distributor is used here, which divides the coolant flow into circular segments. Such a flow distributor is, for example, the Venturi distributor known from US-PS 28 03 116. In this case, the calming section 2 fulfills the task of ensuring a homogeneous wet steam flow or a central ring flow upstream of the flow distributor 3, so that each of the evaporator lines from the flow distributor 3 is assigned a refrigerant flow with the same properties.

Die Ausgänge des Strömungsverteilers 3 sind mit dem Verdampferblock 4 verbunden. Dieser Verdampferblock weist eine Reihe von Verdampferrohren auf. Jeweils mehrere dieser Verdampferrohre sind zu einem Verdampferrohrstrang zusammengefaßt, so daß jeder der von dem Strömungsverteiler 3 ausgehenden Kälte mittelteilströme mehrfach den Verdampferblock 4 durchströmt. Ziel ist es, daß am Ende aller Verdampferstränge das Kältemittel vollständig verdampft und um einen, in allen Strängen gleich großen Betrag überhitzt ist. Diese Überhitzung wird dann wieder als Regelgröße für die Füllungsregelung durch das Expansionsventil 1 verwendet. Anschließend verläßt der Kältemitteldampf in- Richtung des Pfeiles B den Verdampferblock und wird in hier nicht gezeigter Weise über eine Saugleitung dem Kompressor zugeführt.The outputs of the flow distributor 3 are connected to the evaporator block 4. This evaporator block has a number of evaporator tubes. In each case several of these evaporator tubes are combined to form an evaporator tube string, so that each of the refrigerant partial streams originating from the flow distributor 3 flows through the evaporator block 4 several times. The aim is for the refrigerant to evaporate completely at the end of all evaporator lines and to be overheated by an amount that is the same in all lines. This overheating is then used again as a controlled variable for the filling control by the expansion valve 1. The refrigerant vapor then leaves the evaporator block in the direction of arrow B and is fed to the compressor in a manner not shown here via a suction line.

Es ist ersichtlich, daß eine gleichmäßige Verdampfung und Überhitzung des Kältemittels im Verdampferblock nur dann gewährleistet ist, wenn vor dem Strömungsverteiler 3 eine homogene Naßdampfströmung oder - im Fall der Aufteilung in Kreissegmente - eine zentrische Ringströmung vorliegt. Diese Aufgabe wird bei der Anordnung der Fig. 1 von der Beruhigungsstrecke 2 übernommen. Bei beengten Einbauverhältnissen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, ist es jedoch nicht möglich, eine derartige Beruhigungsstrecke, die im praktischen Anwendungsfall nicht - wie hier gezeigt - waagrecht, sondern senkrecht steigend oder fallend ausgeführt wird, zu verwirklichen. Es muß daher nach anderen Lösungen gesucht werden.It can be seen that a uniform evaporation and overheating of the refrigerant in the evaporator block is only guaranteed if there is a homogeneous wet steam flow in front of the flow distributor 3 or - in the case of division into circular segments - a central ring flow. This task is taken over by the calming section 2 in the arrangement of FIG. 1. At cramped installation conditions, for example in motor vehicles, it is not possible to implement such a calming section, which in practical use is not - as shown here - horizontal, but vertically rising or falling. Other solutions must therefore be sought.

Eine ähnliche Anordnung wie die Fig. 1 zeigt die Fig. 2. Hier wurde angesichts der Tatsache, daß hinter dem Expansionsventil 1 ebenfalls eine zumindestens annähernd homogene Naßdampfströmung herrscht, auf eine Beruhigungsstrecke verzichtet. Eine derartige Anordnung ist jedoch aufgrund von Abdichtproblemen an den Verdampfergehäusen im praktischen Anwendungsfall ebenfalls nicht möglich.A similar arrangement to that Fig. 1 shows the Fig. 2. Here, was given the fact that behind the expansion valve 1 is also an at least approximately homogeneous Naßdampfströmun prevails g, dispense with a calming section. However, such an arrangement is also not possible due to sealing problems on the evaporator housings in practical use.

Eine dem Stand der Technik entsprechende Anordnung des Verdampfers bei beengten Einbauverhältnissen zeigt die Fig. 3. Hierbei tritt das Kältemittel in Richtung des Pfeiles A in das Expansionsventil 1 und wird von dort über eine mehrfach gebogene oder gewundene Leitung 5 dem Strömungsverteiler 3 zugeführt. Die Leitung 5 kann hierbei nicht mehr die Funktion einer Beruhigungsstrecke übernehmen, wie aus den Fig. 4 bis 6, die Querschnitte in Richtung der Bezugslinie IV-IV, V-V und VI-VI der Fig. 3 darstellen, gezeigt ist. Wie aus der Fig. 4 zu erkennen ist, herrscht unmittelbar hinter dem Expansionsventil 1 noch eine homogene Naßdampfströmung oder eine zentrische Ringströmung. Beim Passieren der mehrfach gebogenen oder gewundenen Leitung 15 kommt es jedoch zur Ausbildung von Drallströmungen, welche, wie aus derilg. 5 ersichtlich, eine exzentrische Ringströmung zur Folge haben. Es liegt also kein über den ganzen Querschnitt homogenes Gemisch von Kältemitteldampf und Kältemittelflüssigkeit mehr vor. Wird diese exzentrische Ringströmung nun, wie in der Fig. 6 gezeigt, von dem Strömungsverteiler 3 in Kreissegmente aufgeteilt, so werden die einzelnen Verdampferstränge nicht mehr gleichmäßig mit Kältemitteldampf bzw. Kältemittelflüssigkeit beaufschlagt. Zur Verdeutlichung sind die den Kreissegmenten der Fig. 6 entsprechenden Zuleitungen A bis F zum Verdampferblock auch in der Fig. 3 eingetragen. Hierbei ergibt sich, daß der mit D bezeichnete Verdampferstrang mit sehr viel Naßdampf beaufschlagt wird, während die anderen Verdampferstränge entsprechend weniger Naßdampf erhalten. Am wenigstens Naßdampf erhält bei der gezeigten Anordnung der Verdampferstrang A. Die Aufteilung in Naßdampf bzw. Gas ist in der Fig. 3 am Beispiel des Verdampferstrangs A gezeigt. Der Naßdampf ist hierbei mit 6 und das Gas mit 7 bezeichnet.A prior art arrangement of the evaporator in confined spaces shows the F ig. 3. Here, the refrigerant enters the expansion valve 1 in the direction of arrow A and is fed from there to the flow distributor 3 via a multiply bent or winding line 5. The line 5 can no longer take on the function of a calming section, as shown in FIGS. 4 to 6, which show cross sections in the direction of the reference line IV-IV, VV and VI-VI of FIG. 3. As can be seen from FIG. 4, there is still a homogeneous wet steam flow or a central ring flow directly behind the expansion valve 1. When passing the multiply bent or winding line 15, however, swirl flows are formed, which, as from derilg. 5 can be seen to result in an eccentric ring flow. There is therefore no longer a homogeneous mixture of refrigerant vapor and refrigerant liquid over the entire cross section. If, as shown in FIG. 6, this eccentric ring flow is now divided into circular segments by the flow distributor 3, the individual evaporator strands are no longer subjected to a uniform supply of refrigerant vapor or refrigerant liquid. For clarification, the feed lines A to F corresponding to the circle segments of FIG. 6 to the evaporator block are also entered in FIG. 3. Here it appears that the labeled D evaporator train with, much N aßdampf is applied while the other evaporator strands receive correspondingly less wet steam. At least N aßdampf in the illustrated arrangement of the evaporator receives strand A. The division into wet steam or gas is shown in FIG. 3, the example of vaporizer A strand. The wet steam is designated 6 and the gas 7.

Die inhomogene Aufteilung des Kältemittelstroms auf die einzelnen Verdampferrohrstränge führt zu zwei wesentlichen Nachteilen. Zum einen verschlechtert sich der Wirkungsgrad des Verdampfers. Andererseits ist der Kältemitteldampf beim Verlassen der Verdampferrohrstränge jedoch auch nicht gleichmäßig überhitzt, was zu einer nicht befriedigenden Regelung des thermostatischen Expansionsventils 1 führt.The inhomogeneous distribution of the refrigerant flow among the individual evaporator tube strands leads to two major disadvantages. Firstly, the efficiency of the evaporator deteriorates. On the other hand, the refrigerant vapor is not evenly overheated when leaving the evaporator tube strands, which leads to unsatisfactory regulation of the thermostatic expansion valve 1.

Die Erfindung schlägt daher vor, unmittelbar vor dem Strömungsverteiler ein Verwirbelungselement mit sich aufweitendem Strömungsquerschnitt anzuordnen. Eine äerartige Anordnung ist im Prinzip in der Fig. 7 gezeigt. Die Bezugszeichen der vorhergehenden Figuren wurden dabei beibehalten. Die Querschnittserweiterung des vor dem Strömungsverteilers 3 angeordneten Verwirbelungselements 8 führt dabei zu einer heftigen Verwirbelung von Kältemitteldampf und Kältemittelflüssigkeit und daher zu einem homogenen Gemisch. Der Strömungsverteiler kann die Kältemittelströmung nun in gleichartige Kältemittelteilströme, die den einzelnen Verdampferrohrsträngen zugeführt werden, aufteilen. Die Verdampfung und Überhitzung geschieht daher in allen Verdampferrohrsträngen gleichmäßig, wodurch ein erhöhter Wirkungsgrad des Verdampfers und zugleich eine bessere Regelung des Expansionsventils gegeben sind. Der Eintritt der Naßdampfströmung in die auf geringfügig niedrigerem Druckniveau stehende Ver- wirbelungszelle und diedamit verbundene Wirbelung verläuft adiabat, d.h. ohne Wärme-zufuhr aus der Umgebung; die Verdampferleistung wird daher durch den Einbau eines derartigen Verwirbelungselementes nicht beschnitten. Der geringe Druckabfall in dem Verwirbelungselement beeinträchtigt zugleich die Funktion und Leistungsfähigkeit der bisher schon verwendeten Expansionsventile nicht.The invention therefore proposes to arrange a swirling element with an expanding flow cross-section directly in front of the flow distributor. An aera-like arrangement is shown in principle in FIG. 7. The reference numbers of the previous figures have been retained. The cross-sectional expansion of the swirling element 8 arranged in front of the flow distributor 3 leads to a violent swirling of the refrigerant vapor and refrigerant liquid and therefore to a homogeneous mixture. The flow distributor can now divide the refrigerant flow into similar partial refrigerant flows that are fed to the individual evaporator tube strands. Evaporation and overheating therefore occur evenly in all evaporator tube strands, which results in an increased efficiency of the evaporator and at the same time better regulation of the expansion valve. The entry of the Naßdampfströmung in the standing at a slightly lower pressure level Ver - wirbelungszelle diedamit and associated turbulence extends adiabatically, ie without heat supply from the surroundings; the evaporator output is therefore not reduced by the installation of such a swirling element. The low pressure drop in the Swirling element does not impair the function and performance of the expansion valves already used.

Ein Ausführungsbeispiel für das in Fig. 7 nur schematisch angedeutete Verwirbelungselement 8 ist in der Fig. 8 gezeigt. Das Verwirbelungselement ist hierbei als zylinderförmige Wirbelzelle 9 ausgeführt. Auf den Zylindermantel 10 dieser Wirbelzelle 9 ist eine Eintrittsöffnung 11 für den Kältemittelstrom angeordnet. Der Durchmesser dp dieser Eintrittsöffnung 11 ist kleiner gewählt als der Durchmesser d der Wirbelzelle 9, wobei das Verhältnis dE/dW vorzugsweise zwischen 1/2 und 2/3 liegt. Hierdurch wird eine Erweiterung des Strömungsquerschnittes erreicht, was zu einem Zerplatzen der aus Kältemitteldampf und Kältemittelflüssigkeit bestehenden Zweiphasenströmung und daher zu einer heftigen Verwirbelung bzw. zur Bildung eines homogenen Gemisches führt. Da die Eintrittsöffnung 11 auf dem Zylindermantel angeordnet ist, trifft die Zweiphasenströmung zusätzlich auf die der Eintrittsöffnung gegenüberliegende Behälterwand, was die Verwirbelung weiter begünstigt. An die Fertigungsqualität dieser Wirbelzelle müssen keine besonderen Ansprüche gestellt werden, abgesehen von den bei Kälteanlagen üblichen Forderungen, wie Druckfestigkeit, Dichtheit und Reinheit.An exemplary embodiment of the swirling element 8, which is only indicated schematically in FIG. 7, is shown in FIG. 8. The swirling element is designed as a cylindrical swirl cell 9. An inlet opening 11 for the refrigerant flow is arranged on the cylinder jacket 10 of this vortex cell 9. The diameter dp of this inlet opening 11 is selected to be smaller than the diameter d of the vertebral cell 9, the ratio d E / d W preferably being between 1/2 and 2/3. This results in an expansion of the flow cross-section, which leads to a bursting of the two-phase flow consisting of refrigerant vapor and refrigerant liquid and therefore to a violent swirling or to the formation of a homogeneous mixture. Since the inlet opening 11 is arranged on the cylinder jacket, the two-phase flow also strikes the container wall opposite the inlet opening, which further promotes swirling. The F of this vortex cell ertigungsqualität have no special demands are made, apart from the usual in refrigeration equipment demands, such as compressive strength, density and purity.

Ebenfalls auf dem Zylindermantel 10 angeordnet ist die Auslaßöffnung 12. Der zwischen der Eintrittsöffnung 11 und der Austrittsöffnung 12 wirksame Abstand L beträgt dabei vorzugsweise 25 bis 35 mm. Um eine einfache Bauweise zu erzielen, ist in die Austrittsöffnung 12 direkt der hier als Bauteil gezeigte Strömungsverteiler 13 eingesetzt. Der Bauteil- und Montageaufwand wird hierdurch weiter reduziert und verbilligt die Herstellung eines erfindungsgemäßen Verdampfers.The outlet opening is also arranged on the cylinder jacket 1 0 12. The opening 11 between the inlet and the outlet opening 12 effective distance L is preferably 25 mm to 35th In order to achieve a simple construction, the flow distributor 13 shown here as a component is inserted directly into the outlet opening 12. The component and assembly effort is thereby further reduced and cheaper the manufacture of an evaporator according to the invention.

Den Querschnitt in Richtung der Bezugslinie IX-IX der Fig. 8 zeigt die Fig. 9. Hier ist der auf die Eintrittsöffnung 11 aufgesetzte Einlaßstutzen 14 zu erkennen. Dieser Einlaßstutzen 14 kann an sich beliebig auf dem Zylindermantel 10 angeordnet sein, wie durch den Winkel<, der zwischen O und 360° liegen kann, angedeutet ist. Die Einlaßöffnung kann damit den jeweiligen Einbauverhältnissen angepaßt werden.8 shows the cross section in the direction of the reference line IX-IX in FIG. 9. Here, the inlet connector 14 placed on the inlet opening 11 can be seen. This inlet port 14 can be arranged as desired on the cylinder jacket 10, as indicated by the angle <, which can be between 0 and 360 °. The inlet opening can thus be adapted to the respective installation conditions.

Eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verwirbelungselements ist in der Fig. 10 dargestellt. Hier ist ein mit sich in Strömungsrichtung verjüngenden Querschnitt versehenes Bauteil 15 vorgesehen. Mit dieser Ausgestaltung wird erreicht, daß das Verwirbelungselement auch im Inneren von Rohren 16 und 17 angeordnet werden kann, ohne daß sich der Querschnitt dieser Rohre verändern muß.Another embodiment of a swirling element according to the invention is shown in FIG. 10. A component 15 provided with a cross section that tapers in the flow direction is provided here. With this configuration, it is achieved that the V erwirbelungselement in the interior of tubes 16 and 17 can be arranged without changing the cross-section must change these tubes.

Zur Befestigung des Bauteils 15. an den Rohren 16 und 17 ist dieses mit einem auf seinem Umfang verlaufenden Kragen 18 versehen, der an den Endstücken der Rohre 16 und 17 anliegt. Dadurch ist die Möglichkeit einer einfachen Befestigung gegeben. Das Rohr 16 besitzt überdies eine Schürze 19, die den Kragen 18 übergreift und damit für eine einfache und zuverlässige Abdichtung sorgt.To fasten the component 15 to the tubes 16 and 17, the latter is provided with a collar 18 which runs on its circumference and which bears against the end pieces of the tubes 16 and 17. This enables easy attachment. The tube 16 also has an apron 19 which engages over the collar 18 and thus ensures a simple and reliable seal.

Die Ausführungsform gemäß der Fig. 10 läßt sich sogar noch weiter vereinfachen. Eine solche Ausführungsform ist in der Fig. 11 gezeigt. Hier besteht das Verwirbelungselement lediglich aus einer Blende 20, welche an den Rohren 16 und 17 in ähnlicher Weise befestigt ist, wie das Bauteil 15 gemäß Fig. 10.The embodiment according to FIG. 10 can be simplified even further. Such an embodiment is shown in FIG. 11. Here, the swirling element consists only of an aperture 20, which is fastened to the tubes 16 and 17 in a manner similar to that of the component 15 according to FIG. 10.

Eine spezielle Anwendung der Erfindung ist schließlich noch in der Fig. 12 gezeigt. Bekanntlich tritt des öfteren der Fall auf, daß ein Verdampferblock mit einer ungeraden Anzahl von Rohren ausgerüstet ist, während die Zahl der Verdampferrohrstränge und damit auch die Zahl der erforderlichen Rohre gerade ist. In diesem Fall bleibt ein Leerrohr im Verdampferblock übrig. Dieses Leerrohr kann wegen der hohen Gasgeschwindigkeiten und den damit verbundenen hohen Druckverlusten nicht als Saugleitung zum Kompressor verwendet werden. Durch die Erfindung ist es jedoch möglich, dieses Leerrohr als Verbindungsleitung zwischen dem Expansionsventil und dem Strömungsverteiler zu verwenden. Eine gesonderte und manchmal schwierig oder gar nicht unterzubringende Verdampferanschlußleitung um den Verdampferblock herum entfällt damit.A special application of the invention is finally shown in FIG. 12. As is known, the case occurs frequently that an evaporator block is equipped with an odd number of tubes, while the number of evaporator tube strings and so that the number of pipes required is even. In this case, an empty pipe remains in the evaporator block. This empty pipe cannot be used as a suction line to the compressor because of the high gas speeds and the associated high pressure losses. However, the invention makes it possible to use this empty pipe as a connecting line between the expansion valve and the flow distributor. A separate and sometimes difficult or impossible to accommodate evaporator connection line around the evaporator block is not necessary.

Gemäß der schematischen Darstellung der Fig. 12 strömt das Kältemittel in Richtung des Pfeiles A durch das Expansionsventil 1 und wird über eine Verbindungsleitung 21 dem nur gestrichelt gezeichneten Leerrohr 22 zugeführt. Auf der Anschlußseite des Verdampferblocks 23 mündet dieses Leerrohr 22 in das hier als Wirbelzelle 24 ausgeführte Verwirbelungselement, wodurch wieder eine homogene Naßdampfströmung hergestellt wird. Nach Verlassen des auf der Wirbelzelle 24 aufgesetzten Strömungsverteilers 25 werden die nur schematisch gezeigten Kältemittelteilströme 26abis 26d dann den Verdampferrohrsträngen zugeführt. Nach Passieren dieser Stränge gelangt der Kältemitteldampf über die Saugleitung 27 in Richtung des Pfeiles B zu dem hier nicht gezeigten Kompressor.According to the schematic representation of FIG. 12, the refrigerant flows in the direction of arrow A through the expansion valve 1 and is fed via a connecting line 21 to the empty pipe 22, which is only shown in broken lines. On the connection side of the evaporator block 23, this empty tube 22 opens into the swirling element, which is designed here as a swirl cell 24, as a result of which a homogeneous wet steam flow is produced again. After leaving the flow distributor 25 placed on the vortex cell 24, the refrigerant partial flows 26abis 26d, which are only shown schematically, are then fed to the evaporator tube strands. After passing through these strands, the refrigerant vapor passes through the suction line 27 in the direction of arrow B to the compressor, not shown here.

Claims (14)

1. Verdampfer, insbesondere für Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, mit einem Verdampferblock mit mehreren Verdampferrohren und einer Zuführvorrichtung für das Kältemittel, welche aus einem Expansionsventil und einem den Kältemittelstrom aufteilenden Strömungsverteiler besteht, wobei die Verbindungsleitung zwischen dem Expansionsventil und dem Strömungsverteiler mindestens teilweise gebogen oder gewunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor dem Strömungsverteiler (3) im Kältemittelstrom ein Verwirbelungselement (8) angeordnet ist, dessen Strömungsquerschnitt sich in Richtung des Kältemittelflusses sprunghaft erweitert.1. Evaporator, in particular for air conditioning systems of motor vehicles, with an evaporator block with a plurality of evaporator tubes and a feed device for the refrigerant, which consists of an expansion valve and a flow distributor dividing the refrigerant flow, the connecting line between the expansion valve and the flow distributor being at least partially bent or wound , characterized in that a swirling element (8) is arranged directly in front of the flow distributor (3) in the refrigerant flow, the flow cross section of which widens suddenly in the direction of the refrigerant flow. 2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verwirbelungselement eine zylinderförmige Wirbelzelle (9) ist, deren Durchmesser (dW) größer ist als der Durchmesser (dE) der Eintrittsöffnung (11) für den Kältemittelstrom.2. Evaporator according to claim 1, characterized in that the swirling element is a cylindrical swirl cell (9) whose diameter (d W ) is larger than the diameter (d E ) of the inlet opening (11) for the refrigerant flow. 3. Verdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Durchmesser (dE/dW) mindestens 1/2 und höchstens 2/3 beträgt.3. Evaporator according to claim 2, characterized in that the ratio of the diameter (d E / d W ) is at least 1/2 and at most 2/3. 4. Verdampfer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (11) auf dem Zylindermantel (10) der Wirbelzelle (9) angeordnet ist.4. Evaporator according to claim 2 or 3, characterized in that the inlet opening (11) on the cylinder jacket (1 0 ) of the vortex cell (9) is arranged. 5. Verdampfer nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsverteiler (13) direkt auf eine öffnung (12) der Wirbelzelle (9) aufgesetzt ist.5. Evaporator according to one or more of claims 2 to 4, characterized in that the flow distributor (13) is placed directly on an opening (12) of the vortex cell (9). 6. Verdampfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (12) für den Strömungsverteiler (13) auf dem Zylindermantel (10) der Wirbelzelle (9) angeordnet ist.6. Evaporator according to claim 5, characterized in that the opening (12) for the flow distributor (13) on the cylinder jacket (10) of the vortex cell (9) is arranged. 7. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verwirbelungselement aus einem Bauteil (15) mit sich zunächst in Strömungsrichtung verjüngendem Querschnitt besteht.7. Evaporator according to claim 1, characterized in that the swirling element consists of a component (15) with a cross section which initially tapers in the direction of flow. 8. Verdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (15) im Inneren eines oder zwischen zwei Rohren (16, 17) befestigt ist, wobei die Erweiterung des Strömungsquerschnitts durch die in eines dieser Rohre (17) mündende verjüngte Stelle dieses Bauteils (15) gebildet wird.8. Evaporator according to claim 7, characterized in that the component (15) is fastened inside one or between two tubes (16, 17), the expansion of the flow cross section through the tapering point of this component opening into one of these tubes (17) (15) is formed. 9. Verdampfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (15) mit einem auf seinem Umfang verlaufenden Kragen (18) versehen ist, der an den Endstücken zweier Rohre (16, 17) eingespannt ist.9. Evaporator according to claim 8, characterized in that the component (15) is provided with a collar (18) extending on its circumference, which is clamped on the end pieces of two tubes (16, 17). 10. Verdampfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eines (16) der Rohre mit einem erweiterten Endteil (19) versehen ist, das den Kragen (18) übergreift.10. Evaporator according to claim 9, characterized in that one (16) of the tubes is provided with an enlarged end part (19) which engages over the collar (18). 11. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verwirbelungselement aus einer Blende (20) besteht.11. Evaporator according to claim 1, characterized in that the swirling element consists of an aperture (20). 12. Verdampfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (20) an den Endstücken zweier Rohre (16, 17) anliegt.12. Evaporator according to claim 11, characterized in that the diaphragm (20) abuts the end pieces of two tubes (16, 17). 13. Verdampfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eines (16) der Rohre mit einem erweiterten Endteil (19) versehen ist, der den Rand der Blende (20) übergreift.13. Evaporator according to claim 12, characterized in that one (16) of the tubes is provided with an enlarged end part (19) which engages over the edge of the diaphragm (20). 14. Verdampfer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Expansionsventil (1) und dem Verwirbelungselement (24) durch eines der Rohre (22) des Verdampferblockes (23) geführt ist.14. Evaporator according to one or more of claims 1 to 13, characterized in that the connection between the expansion valve (1) and the swirling element (24) is guided through one of the tubes (22) of the evaporator block (23).
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