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Anwendungsgebiet und Stand
der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Verdampfer mit einem Verdampfergehäuse, welches
einen Verdampferraum umgibt, der mindestens eine Eingangsöffnung für flüssiges Kältemittel
und mindestens eine Ausgangsöffnung
für gasförmiges Kältemittel
aufweist, sowie mit mindestens einer den Verdampferraum durchquerenden
Kühlmediumleitung.
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Derartige
Verdampfer sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden in
der Kältetechnik, Wärmetechnik
und Klimatechnik verwendet. Bei einem solchen Verdampfer handelt
es sich um einen Wärmetauscher,
durch den einem Kühlmedium
Wärme entzogen
wird und hiermit Kältemittel
aus dem flüssigen
in den gasförmigen
Aggregatzustand überführt wird.
Ein solcher Verdampfer kann Teil eines oder mehrerer Kältekreisläufe sein.
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Bei
gattungsgemäßen Verdampfern
wird durch die Eingangsöffnung
zumeist kontinuierlich flüssiges
Kältemittel
in den Verdampferraum eingeleitet. Im Verdampferraum wird das Kältemittel
von mindestens einer Kühlmediumleitung
durchdrungen. In dieser fließt
ein Kühlmedium,
welches wärmer
als das eingeleitete Kältemittel
ist. Dies hat eine Erwärmung
des Kältemittels
im Verdampfer zur Folge hat. Das Kältemittel wird dadurch zum
Verdampfen gebracht, so dass es in Gasform aufsteigt und durch eine
im oberen Bereich des Verdampfergehäuses vorgesehene Ausgangsöffnung aus
dem Verdampfergehäuse
abgeleitet wird.
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Nachteilig
an gattungsgemäßen Verdampfern
ist, dass üblicherweise
eine große
Menge Kältemittel
stets innerhalb des Verdampfers steht und diesen zu einem Großteil ausfüllt, damit
die mindestens eine Kühlmediumleitung
stets vom Kältemittel
umgeben ist. Üblicherweise
ist eine Vielzahl von Kühlmediumleitungen
vorgesehen. Der Kältemittelspiegel
im Verdampferraum ist dann jeweils so hoch vorzusehen, dass alle
Kühlmediumleitungen
vom Kältemittel permanent
umgeben sind. Nachteilig hieran ist, dass aufgrund der Beabstandung
der Kältemittelleitungen voneinander,
die konstruktiv nur schwer vermeidbar ist, ein großer Anteil
des Kältemittels
nicht in der Nähe
einer Kühlmediumleitung
ist und somit, ohne zu verdampfen, lediglich als Raumfüller dient.
Hinzu kommt, dass die große
Menge an Kältemittel
im Verdampferraum zu geringen Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich
der Kühlmediumleitungen
führt, was
für einen
schnellen Wärmeübergang
vom Kühlmedium
auf das Kältemittel
nachteilig ist.
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Aus
dem Stand der Technik (
EP
0382098 B1 ) ist es bereits bekannt, in einem Wärmetauscher mit
Wärmetauscherröhren Prallplatten
vorzusehen. Diese Prallplatten sind zueinander parallel zueinander
und orthogonal zu den Wärmetauscherröhren angeordnet.
Sie weisen Löcher
für die
Wärmetauscherröhren auf,
wobei die Prallplatten wechselnd besonders große Löcher für die inneren Wärmetauscherröhren und
für die äußeren Wärmetauscherröhren aufweisen.
Die Prallplatten sind ausdrücklich
voneinander beabstandet anzuordnen. Diese Beabstandung dient dem
Zweck, zwischen den Platten das Kältemittel unterstützt durch
die Größenvariation
der Löcher
wechselnd von innen nach außen
bzw. von außen
nach innen zu fördern,
um den Wärmeübergang
zu optimieren.
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Das
gleiche Grundprinzip ist auch in der
DE 2657666 beschrieben.
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Aufgabe und Lösung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Verdampfer dahingehend
weiterzubilden, dass eine gegenüber
dem Stand der Technik verbesserte Wärmeübertragung erzielt wird.
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Erfindungsgemäß wird dies
durch einen gattungsgemäßen Verdampfer
erreicht, in dessen Verdampferraum mehrere Füllkörper angeordnet sind, die jeweils
mindestens eine Durchbrechung zur Durchführung der mindestens eine Kühlmediumleitung
aufweisen, wobei die Durchbrechung an dem Querschnitt der mindestens
eine Kühlmediumleitung derart
angepasst ist, dass ein Rand der Durchbrechung zumindest abschnittsweise,
vorzugsweise vollständig,
von der mindestens einen Kühlmediumleitung
beabstandet ist, wobei die Füllkörper vorzugsweise
entweder unmittelbar aneinander anliegen oder über separate Abstandshalter
aneinander anliegen.
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Die
Füllkörper sind
formstabil ausgebildet und vermindern den freien Raum im Verdampferraum.
Sie sind so ausgebildet, dass sie gemeinsam zumindest in dem Bereich
um die Kühlmediumleitung oder
die Kühlmediumleitungen
herum, also in dem Bereich, in dem sich bei herkömmlichen Verdampfern Kältemittel
befindet, angeordnet sind und so den Bedarf an im Verdampferraum
stehenden Kältemittel reduzieren.
Das Kältemittel
im Verdampferraum ist durch die Füllkörper zumindest mehrheitlich
in unmittelbarer Nähe
zu den Kühlmediumleitungen
angeordnet. Durch die geringere Menge an Kältemittel im Verdampferraum
wird der Gesamtbedarf an Kältemittel
gesenkt. So ist bei geeigneter Gestaltung des Füllkörpers oder der Füllkörper eine
Reduzierung der Kältemittelmenge
im Verdampfer um 50% bis maximal 99% gegenüber herkömmlichen überfluteten Kältemittelverdampfern
möglich.
Die geringere Kältemittelmenge
im Verdampfer ist insbesondere bei Verdampfern von Vorteil, die
in ein bewegliches System wie beispielsweise in ein Schiff eingebaut
sind, da hierdurch vermieden wird, dass große Mengen Kältemittel bei Bewegungen hin-
und herschwappen. Stattdessen fließt das Kältemittel bei einem solchen Anwendungsfall
durch die engen Kanäle
und Durchbrechungen im Füllkörper und
bleibt so in einem vergleichsweise ruhigen Zustand. Zudem werden
durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen
eine schnellere Strömungsgeschwindigkeit
des Kältemittels
sowie Strömungsturbulenzen
an den Kühlmediumleitungen erzielt,
was für
das Ablösen
vorhandener Dampfblasen von den Kühlmediumleitungen und den Wärmeübergang
vom Kühlmedium
auf das Kältemittel
vorteilhaft ist. Die mindestens eine Durchbrechung der Füllkörper ist
bezüglich
ihres Querschnitts so ausgebildet, dass sie zumindest ein Teil des
Innenrandes der Durchbrechung, vorzugsweise der vollständige Innenrand,
von der Kühlmediumleitung
beabstandet ist, so dass in diesen Teilbereichen das Kältemittel
in unmittelbarem Kontakt mit den Kühlmediumleitungen gelangen
kann und zusätzlich
auch entlang der Kühlmediumleitung
von einer Seite des Füllkörpers zur gegenüberliegenden
Seite strömen
kann. Vorzugsweise ist die Durchbrechung so geartet, dass sie vollumfänglich von
der Kühlmediumleitung
beabstandet ist, so dass allseitig Kältemittel an die Kühlmediumleitung
gelangen kann. Der Abstand zwischen der Kühlmediumleitung und der Durchbrechung
beträgt
vorzugsweise im Mittel mindestens 0,05 Millimeter, vorzugsweise
mindestens 1 Millimeter. Der Wärmedurchgangskoef fizient
des Verdampfers kann durch die Füllkörper und
die dadurch erzielte Kältemittelführung wesentlich
erhöht
werden, so dass eine Verdampfung des Kältemittels schon erreicht werden kann,
wenn das Kühlmedium
eine Temperatur aufweist, die nur geringfügig, beispielsweise zwischen 0,01°C und 4°C, über der
Siedetemperatur des Kältemittels
liegt.
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Die
erfindungsgemäße Verwendung
von mehr als einem Füllkörper erlaubt
es, die Füllkörper handlicher
und einfacher montierbar zu gestalten. Darüber hinaus kann bei einem System
mit mehreren Füllkörpern der
gleiche Typ Füllkörper für Verdampfer
verschiedener Größe verwendet
werden. Die Füllkörper liegen
vorzugsweise unmittelbar und zumindest in Teilbereichen flächig aneinander
an, was den zusätzlichen
Vorteil bietet, dass zusätzliche
Kältemittelkanäle vorgesehen
sein können,
die als einseitig offene nutartige Ausnehmungen in den Kontaktflächen der
Füllkörper vorgesehen
sind und die erst durch das Aneinanderlegen der Füllkörper zu
umgebend geschlossenen Verbindungskanälen gemacht werden. Alternativ
zu einem unmittelbaren Anliegen der Füllkörper aneinander können auch
separate Abstandshalter vorgesehen sein, die zu einem Freiraum zwischen
den Füllkörpern führen, der
einen Fließweg für das Kältemittel
bildet. Alternativ hierzu könnten die
Abstandshalter auch an den Füllkörpern befestigt oder
einstückig
angeformt sein. Durch das unmittelbare Aneinanderliegen der Füllkörper oder
den mittelbaren Kontakt über
Abstandshalter können
sich die mehreren Füllkörper gegeneinander
abstützen. So
ist es insbesondere möglich,
auf jegliche weitere Fixierung der Füllkörper im Verdampferraum zu verzichten,
wenn die Füllkörper jeweils
derart aneinander bzw. an einer Innenwandung des Verdampferraums
anliegen, dass ein freies Bewegen der Füllkörper unterbunden ist. Insbesondere
zu diesem Zweck ist es bevorzugt, wenn die Füllkörper zumindest in der Erstreckungsrichtung
der Kühlmediumleitungen den
Verdampferraum vollständig
ausfüllen,
also an zwei gegenüberliegenden
Innenseiten des Verdampferraums anliegen.
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Vorteilhaft
ist es, wenn mehrere Kühlmediumleitungen
den Verdampferraum durchqueren, wobei die Kühlmediumleitungen vorzugsweise
parallel zueinander angeordnet sind und wobei die Kühlmediumleitungen
vor zugsweise matrixartig angeordnet sind. Dabei weisen die Füllkörper vorzugsweise Durchbrechungen
für eine
Mehrzahl von Kühlmediumleitungen
auf. Vorzugsweise sind die Füllkörper so ausgebildet,
dass alle Kühlmediumleitungen
hindurchgeführt
werden können.
Durch die Vielzahl von Kühlmediumleitungen
wird der Wärmeübergang
vom Kühlmedium
auf das Kältemittel
verbessert. Die Gestaltung der Kühlmediumleitung
als zueinander parallel ausgerichtete Kühlmediumleitungen erlaubt es, die
Füllkörper mit
zueinander parallelen Durchbrechungen auszugestalten, so dass sie
von einer Seite auf das Bündel
der Kühlmediumleitungen
aufgeschoben werden können
oder das Bündel
in die Füllkörper eingeschoben
werden kann. Die matrixartige Anordnung der Kühlmediumleitungen erlaubt eine
vergleichsweise hohe Dichte von Kühlmediumleitungen. Unter einer
matrixartigen Anordnung wird dabei verstanden, dass die Kühlmediumleitungen
in einer quer zu ihrer Erstreckungsrichtung liegenden Ebene in zwei
Dimensionen und in jeder Dimension einheitlich voneinander beabstandet
angeordnet sind. Jeder Füllkörper ist
vorzugsweise so ausgebildet, dass er für jede Kühlmediumleitung eine separate
Durchbrechung aufweist. Die Durchbrechungen sind dabei jeweils nach
oben beschriebener Art ausgestaltet, so dass sie zumindest abschnittsweise,
vorzugsweise vollständig,
von der jeweiligen Kühlmediumleitung beabstandet
sind.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Füllkörper als
sich flächig
erstreckende Füllplatten
ausgebildet, die vorzugsweise derart ausgerichtet sind, dass zumindest
ein Teil der Kühlmediumleitungen
in Richtung einer Flächennormalen
ausgerichtet ist. Derartige Füllplatten
bilden eine besonders vorteilhafte Form von Füllkörpern. Sie weisen eine vorzugsweise
deutlich geringere Stärke
als Länge
und Breite auf. Die Füllplatten
bilden im Verdampferraum einen Füllplattenstapel,
der sich vorzugsweise parallel zur Streckungsrichtung der Kühlmediumleitungen
erstreckt. Die Füllplatten
weisen vorzugsweise für
jede Kühlmediumleitung
eine separate Durchbrechung auf.
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Dabei
können
alle Durchbrechungen derart ausgebildet sein, dass sie an einen
Querschnitt der mindestens einen Kühlmediumleitung derart angepasst
sind, dass ein Rand der Durchbrechungen zumindest abschnittsweise
von der jeweiligen Kühlmediumleitung
beabstandet ist.
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Das
Kältemittel
kann bei solchen Durchbrechungen also durch die Abstände zwischen
dem Durchbrechungsrand und der Kühlmediumleitungen in
Richtung der Kühlmediumleitungen
frei zwischen den verschiedenen Füllplatten hin- und herfließen.
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Alternativ
dazu ist mindestens einer der Füllkörper als
Fixier-Füllkörper derart
ausgebildet, dass seine Durchbrechungen als Fixier-Durchbrechungen ausgeprägt sind,
die an den Querschnitt der mindestens eine Kühlmediumleitung derart angepasst
sind, dass die Kühlmediumleitung
spielfrei in die Fixier-Durchbrechungen eingesetzt ist. Ein solcher
Fixier-Füllkörper stabilisiert
die Kühlmediumleitungen und
verhindert dadurch eine Auslenkung der Kühlmediumleitungen, beispielsweise
in Folge von Schwingungen oder Erschütterungen. Von der Erfindung
umfasst sind auch solche Füllkörper, in
denen jeweils nur eine oder einige Durchbrechungen zum spielfreien
anliegen an einer oder mehreren Kühlmediumleitungen ausgebildet
sind.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Durchbrechungen miteinander
durch Verbindungskanäle
verbunden, wobei zumindest einige der Verbindungskanäle vorzugsweise
als Verbindungsausnehmungen ausgebildet sind, die an einer Außenseite des
Füllkörpers angeordnet
sind und sich in der Ebene der Außenfläche erstrecken.
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Die
Verbindungskanäle
gestatten dem Kältemittelübergang
von einer Durchbrechung zur nächsten
Durchbrechung. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung mit mehreren
Kühlmediumleitungen,
die in unterschiedlichen Höhen
angeordnet sind, kann das Kältemittel
so im Zuge der Verdampfung durch die Verbindungskanäle nach
oben aufsteigen. Insbesondere bei Ausgestaltungen mit Füllplatten,
erlauben diese Verbindungskanäle
das bündige
Aneinanderlegen der Füllkörper, ohne
dass dadurch der Fließweg des
Kältemittels
quer zu den Kühlmediumleitungen
in zu hohem Maße
behindert wird. Bei der Ausgestaltung mit Verbindungsausnehmungen
sind die Verbindungskanäle
als Nuten oder anderweitige Vertiefungen in den Außenflächen eines
Füllkörpers ausgebildet
und bilden gemeinsam mit der Außenfläche eines benachbarten
Füllkörpers dann
einen umgebend geschlossenen Verbindungskanal.
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Diese
Ausgestaltung ist besonders preisgünstig und einfach in der Herstellung.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Füllplatten im Bereich der mindestens
einen Kühlmediumleitung
eine erste Dicke auf und in einem darunterliegenden und/oder einem
darüberliegenden Bereich
eine zweite Dicke auf, die geringer als die erste Dicke ist. Diese
Bereiche verminderter Dicke sind vorzugsweise unmittelbar unter-
und/oder oberhalb des Bereichs angeordnet, im dem sich die Durchbrechungen
für die
Kühlmediumleitungen
befinden. Wenn die Bereiche verminderter Dicke unten angeordnet
sind, so bilden sie bei einem Stapel von Füllplatten Spalte in diesem
Stapel, die den unbehinderten Zustrom des flüssigen Kältemittels bis in den Bereich
der Kühlmediumleitungen
ermöglichen.
Analog dazu gestatten die korrespondierenden Spalte an der Oberseite
den unbehinderten Austritt des gasförmigen Kältemittels nach der Wärmeaufnahme
an den Kühlmediumleitungen.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung liegen die Füllkörper zumindest abschnittsweise
an einer Wandung des Verdampfergehäuses an, wobei sie vorzugsweise
derart geformt sind, dass sie kein Spiel in einer Ebene senkrecht
zur Erstreckungsrichtung der mindestens eine Kühlmediumleitung aufweisen. Die
Füllkörper sind
dadurch fest innerhalb des Verdampferraums gehalten, so dass sich
selbst bei Vibrationen und Stößen die
Lage der Füllkörper nicht ändert. Dadurch
wird verhindert, dass ein Füllkörper im Bereich
der Durchbrechungen hart auf die Kühlmediumleitung aufschlägt. Gleichzeitig
bilden die Füllkörper, die
spielfrei im Verdampfergehäuse
angeordnet sind, ein stabilisierendes Element für den Verdampfer als Ganzes.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung füllt die Gesamtheit der Füllkörper zumindest
einen unteren Teil des Verdampferraums spielfrei aus. Dabei wird zumindest
der Bereich ausgefüllt,
in dem beim herkömmlichen
Verdampfer ohne Füllkörper im
Betrieb das Kältemittel
steht.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung weist der Verdampferraum eine
kreiszylindrische Grundform auf und die Füllkörper eine kreissegmentzylindrische
Grundform auf. Die kreiszylindrische Grundform des Ver dampferraums
entspricht einer im Stand der Technik üblichen Formgebung eines Verdampferraums
eines Verdampfers. Durch die Ausgestaltung der Füllkörper mit einer kreissegmentzylindrischen Grundform,
wird erreicht, dass diese über
zumindest größere Abschnitte
bündig
an einer Wandung des Verdampferraums anliegen. Hierfür ist der
Durchmesser der Füllkörper auf
den Innendurchmesser des Verdampferraums angepasst. Diese Ausgestaltung
führt zu
einem besonders sicheren Halt. Der Abdeckungswinkel der Kreissegmentzylinderform
der Füllkörper beträgt vorzugsweise über 180°. Dies führt zu einem
festen und unbeweglichen Sitz der Füllkörper quer zur Ausrichtung der
Kühlmediumleitungen.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist die mindestens eine Durchbrechung
zumindest einseitig, vorzugsweise beidseitig der Füllkörper angephast, wobei
ein der mindestens einer Kühlmediumleitung zugeordneter
Randbereich der zumindest einen Durchbrechung vorzugsweise einen
spitzen Winkel bildet. Durch die Anphasung wird die Weiterführung des
im Bereich der Kühlmediumleitung
vom flüssigen in
den gasförmigen
Aggregatzustand übergegangen Kühlmediums
gewährleistet.
Dies gilt insbesondere, wenn die Verbindungskanäle zwischen den Durchbrechungen
im Bereich der Anphasung münden.
In einem solchen Fall wird durch die Anphasung das gewünschte Einleiten
des gasförmigen
Mediums in die Verbindungskanäle
begünstigt.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung bestehen die Füllkörper zumindest im Wesentlichen
aus Kunststoff und sind vorzugsweise von einer Schutzschicht, insbesondere
einer Edelstahl-Schutzschicht, umgeben. Kunststoff bietet aufgrund
seiner geringen spezifischen Dichte die Möglichkeit, die Füllkörper sehr
leicht auszubilden. Es kann jedoch auch eine Vielzahl anderer Werkstoffe
Verwendung finden. Bei der Wahl des Werkstoffs ist darauf zu achten,
dass dieser Beständigkeit
gegen das ihn umgebende Kältemittel
aufweist. Ein besonders vorteilhafter Kunststoff hierfür ist PTFE.
Durch die Verwendung einer Schutzschicht können auch nicht gegen das Kältemittel
beständige
Kunststoffe Verwendung finden. Ebenfalls ein zweckmäßiger Werkstoff
für die
Füllkörper können Dichtmaterialien
sein, beispielsweise Centellen, ein Dichtmaterial aus Aramid- und
anorganischen Fasern, mineralischen Verstärkungsstoffen und NBR-Kautschuk.
Bei Füllplatten
kann es auch zweckmäßig sein,
die Füllplatten
als Schichtverbund aus verschiedenen oder identischen Materialen
aufzubauen.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist im Bereich einer oberen Kante
der Füllkörper eine
Absaugeinrichtung für Öl vorgesehen.
Diese Absaugeinrichtung dient der Absaugung des Öls, welches bei anderen Komponenten
des Kältemittelkreislaufs
in das Kältemittel
eingeflossen ist. Dieses Öl
kann im Verdampfer nicht verdampfen, sondern sammelt sich bei geeigneter
Gestaltung der Füllkörper an
deren oberer Kante. Hierfür
ist insbesondere eine hohe Strömungsgeschwindigkeit
verantwortlich, durch die das Öl
bis zu der Ebene mitgerissen wird, ab der das Kältemittel in gasförmiger Form
vorliegt.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Füllplatte zur Verwendung in
einem Verdampfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, die
einen flächigen Grundkörper aufweist,
dessen Außenmaße zumindest
abschnittsweise an die Form eines Verdampferraums eines Verdampfers
angepasst sind. Weiterhin sind mindestens zwei Durchbrechungen im
Grundkörper
vorgesehen, die an Kühlmediumleitungen
im Verdampferraum umfänglich
derart angepasst sind, dass ein Rand der mindestens einen Durchbrechung von
der Kühlmediumleitung
beabstandet ist. Dabei sind Verbindungskanäle vorgesehen, die die zwei Durchbrechungen
miteinander verbinden.
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Derartige
Füllplatten
können
der Form von Füllplattenstapeln
im Verdampfer eingesetzt werden und reduzieren wirksam das mit Kältemittel
zu befüllende
Volumen des Verdampfers. Durch die Beabstandung des Randes der Durchbrechungen
von der Kühlmediumleitungen
ist gewährleistet,
dass das Kältemittel
bis unmittelbar an die Kühlmediumleitungen
herangelangen kann.
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Die
Verbindungskanäle
verlaufen angewinkelt zur Erstreckungsrichtung der Durchbrechungen. Vorzugsweise
verlaufen die Verbindungskanäle
in etwa in einem 90°-Winkel
zur Ausrichtung der Durchbrechungen und parallel zur Erstreckungsebene
der Füllplatten.
Die Verbindungskanäle
können
bei einer ersten Variante als Bohrungen in dem Grundkörper vorgesehen
sein. Eine bevorzugte Variante sieht jedoch vor, dass die Verbindungskanäle als Verbindungsausnehmungen
ausgebildet sind, die sich in der Ebene des Grundkörpers erstrecken.
Diese Verbindungsausnehmungen sind besonders einfach herzustellen,
da es sich im einfachsten Fall lediglich um Nuten oder Vertiefungen
in der Fläche
des Grundkörpers
handelt. Erst durch Zusammenfügen der
Füllplatte
mit einer benachbarten Füllplatte
werden diese Verbindungsausnehmungen zu umgebend geschlossenen Verbindungskanälen.
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Vorzugweise
weist der flächige
Grundkörper zumindest
eine gerade Außenkante
auf. Diese gerade Außenkante
ist vorzugsweise an einem oberen Ende des Grundkörpers vorgesehen.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung weist der flächige Grundkörper im
Bereich einer Außenkante
oder im Bereich zweier gegenüberliegender Außenkanten
eine verminderte Dicke auf. In diesen Bereichen vermindernder Dicke
ist die Stärke
der Füllplatten
geringer als in dem Bereich, in dem die mindestens eine Durchbrechung
vorgesehen ist. Die verminderte Dicke führt beim Aneinanderfügen von erfindungsgemäßen Füllplatten
zu einem Füllplattenstapel
zu Spalten, die dem Durchfluss des Kältemittels in flüssiger oder
gasförmiger
Form wenig Widerstand entgegensetzt. So kann das Kältemittel
an der Unterseite bis in den Bereich der Kühlmediumleitungen durch einen
entsprechenden Spalt problemlos hindurchfließen. An der gegenüberliegenden
oberen Außenkante
dient der Bereich vermindernder Dicke dem widerstandsarmen Außentreten
des an dieser Stelle im gasförmigen
Zustand vorliegenden Kältemittels.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung sind mehrer Durchbrechungen vorgesehen,
die vorzugsweise zueinander matrixartig angeordnet sind. Die Anordnung
der Durchbrechungen ist der Anordnung der Kühlmediumleitungen in dem Verdampfer
angepasst. Vorzugsweise ist für
jede Kühlmediumleitung eine
jeweils eigene Durchbrechung vorgesehen. Es sind jedoch auch Ausgestaltungen
denkbar und von der Erfindung um fasst, bei denen mehrere Kühlmediumleitungen
durch eine gemeinsame Durchbrechung hindurchgeführt werden.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung sind Verbindungskanäle vorgesehen,
die jeweils mindestens zwei Durchbrechungen miteinander verbinden. Diese
Verbindungskanäle
verlaufen angewinkelt zur Erstreckungsrichtung der Durchbrechungen.
Vorzugsweise verlaufen die Verbindungskanäle in etwa in einem 90°-Winkel zur
Ausrichtung der Durchbrechungen und parallel zur Erstreckungsebene
der Füllplatten.
Die Verbindungskanäle
können
bei einer ersten Variante als Bohrungen in dem Grundkörper vorgesehen
sein. Eine bevorzugte Variante sieht jedoch vor, dass die Verbindungskanäle als Verbindungsausnehmungen
ausgebildet sind, die sich in der Ebene des Grundkörpers erstrecken.
Diese Verbindungsausnehmungen sind besonders einfach herzustellen,
da es sich im einfachsten Fall lediglich um Nuten oder Vertiefungen
in der Fläche
des Grundkörpers
handelt. Erst durch Zusammenfügen der
Füllplatte
mit einer benachbarten Füllplatte
werden diese Verbindungsausnehmungen zu umgebend geschlossenen Verbindungskanälen.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist die mindestens eine Durchbrechung
zumindest einseitig, vorzugsweise beidseitig der Füllplatte
angephast, wobei der Randbereich der zumindest einen Durchbrechung
vorzugsweise einen spitzen Winkel bildet. Die Anphasung dient der
vorteilhaften Führung
des Kältemittels,
insbesondere des gasförmigen
Kältemittels.
Dieses bildet im Verdampfer unterhalb der Oberfläche des flüssigen Kältemittels Gasblasen, die am
Füllkörper und
den Kühlmediumleitungen
vorbei aufsteigen. Durch die Anphasung der Durchbrechungen und die
erhöhte
Strömungsgeschwindigkeit
aufgrund der verringerten Kühlmittelmenge
wird ein schnelles Abführen
der Gasblasen nach oben gewährleistet.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Füllplatte als im Wesentlichen
aus Kunststoff gefertigte Platte ausgebildet und vorzugsweise von
einer Schutzschicht, insbesondere einer Edelstahl-Schutzschicht,
umgeben. Dies hat vor allen Dingen Gewichtsvorteile. Es sind jedoch
auch nahezu alle anderen festen Materialen als Werkstoff der Füllplatte
verwendbar, insbesondere wenn sie auch unter dem Einfluss des Kältemittels
Stabilität
aufweisen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der Ansprüche sowie
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
dargestellt. Die nachfolgenden Figuren zeigen:
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1 einen
erfindungsgemäßen Verdampfer,
der Teil zweier Kältekreisläufe sein
kann, mit eingesetzten erfindungsgemäßen Füllplatten und
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2 eine
erfindungsgemäße Füllplatte
in einer Frontansicht und einer Draufsicht sowie in zwei geschnittenen
Darstellungen.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Verdampfer 10.
Dieser verfügt über ein
Verdampfergehäuse 12,
welches einen kreiszylinderförmigen
Verdampferraum 14 umgibt. An der Oberseite und in nicht
näher dargestellter
Art und Weise an der Unterseite des Verdampfergehäuses 12 sind
Zugangsöffnungen 13 vorgesehen,
wobei die unteren Zugangsöffnungen
die Eingangsöffnung
für flüssiges Kältemittel
darstellen und die oberen Zugangsöffnungen die Ausgangsöffnung für gasförmiges Kältemittel
darstellen. Der Verdampferraum 14 wird von einer Vielzahl
als metallische Rohre ausgebildete Kühlmediumleitungen 20 durchquert.
Diese erstrecken sich parallel zueinander vom ersten Stirnende 10a des Verdampfers 10 zum
zweiten Stirnende 10b. An den beiden Stirnenden 10a, 10b des
Verdampfers 10 sind durch Zwischenwandungen 11a, 11b abgetrennt nicht
näher beschriebene
Leitungsmittel vorgesehen, um das Kühlmedium in die Kühlmediumsrohre 20 einzuleiten
und wieder herauszuleiten. Die Zwischenwandungen 11a, 11b sind
an der Wandung des Verdampfergehäuses 12 und
an den Kühlmediumleitungen
dichtend befestigt und sorgen für
die Druckdichtigkeit des Verdampferraums 14.
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Der
Verdampferraum 14 weist eine etwa kreiszylindrische Grundform
auf. Er ist durch eine Trennwandung 15 in zwei getrennte
Verdampferkammern 14a, 14b getrennt, in deren
Mitte jeweils eine Stützplatte 30 eingesetzt
ist, die Durchbrechungen 32 zur Aufnahme der Kühlmediumleitungen 20 aufweist.
Bei alternativen Gestaltungen können
auch mehrere Stützplatten
je Verdampferkammer vorgesehen sein. Bei anderen alternativen Gestaltungen bildet
der Verdampferraum eine einheitliche und nicht unterteilte Verdampferkammer.
Die Stützplatten 30 weisen
eine Außenform
auf, die der Innenform des Verdampferraums 14 entspricht
und so eine translative Bewegung der Stützplatten 30 quer
zur Erstreckungsrichtung der Kühlmediumleitungen
verhindert. Die Bohrungen 32 zum Hindurchführen der
Kühlmediumleitungen 20 sind
dahingehend auf den Außendurchmesser
der Kühlmediumleitungen 20 angepasst,
dass die Kühlmediumleitungen 20 fest
und spielfrei in den Bohrungen 32 aufgenommen sind. Die
Stützplatten 30 bilden
somit Stabilisierungselemente, welche eine weite Auslenkung der
Kühlmediumleitungen 20 aus
ihrer dargestellten Ruhelage, beispielsweise in Folge von Erschütterungen,
nicht gestatten.
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Beidseitig
der Stützplatten 30 sind
Füllplatten 40 in
den Verdampferraum aufgenommen. Diese Füllplatten 40 liegen
unmittelbar und flächig
aneinander an und bilden somit beidseitig der Stützplatte 30 jeweils
einen bündigen
Stapel von Füllplatten 40.
Bei alternativen Gestaltungen kön nen
zwischen den Füllplatten
auch Distanzhalter vorgesehen sein. Beidseitig der Trennwandung 15 füllen die
Füllplatten 40 in Erstreckungsrichtung
der Kühlmediumleitungen
den Abstand bis zu den Stirnenden 10a, 10b des
Verdampfers 10 vollständig
aus. In der Zeichnung sind in der Verdampferkammer 14a nur
einige Füllplatten 40 dargestellt,
um das Verständnis
zu erleichtern. Die Füllplatten 40 haben
einen kreissegmentförmigen Querschnitt
und weisen eine obere gerade Kante 42 sowie eine im übrigen unterbrochen
von einer unteren Ausnehmung 70, kreisabschnittsförmige, etwa
einen Winkel von 190° abdeckende
Außenkante 44 auf.
Die Außenkante 44 gibt
den Füllplatten 40 eine Form,
durch die die Füllplatten 40 mit
der Innenwandung des Gehäuses 12 eine
enge Spielpassung bilden. Die Ausnehmungen 70 im unteren
Bereich bilden gemeinsam eine Verteilerkammer, die sich über die
Länge des
Verdampferkammern 14a, 14b jeweils erstreckt.
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Für jede der
Kühlmediumleitungen 20 ist
in jeder Füllplatte 40 jeweils
eine Durchbrechung 46 vorgesehen. Die Füllplatten 40 sind
auf die Kühlmediumleitungen 20 aufgeschoben,
so dass durch jede Durchbrechung 46 eine Kühlmediumleitung 20 geführt ist.
Die Durchbrechungen 46 weisen dabei eine Form auf, die
auf die Kühlmediumleitungen
dahingehend angepasst ist, dass die Durchbrechungen 46 gegenüber dem
Außendurchmesser
der Kühlmediumleitungen 20 einen
vergrößerten Innendurchmesser
haben. Infolgedessen sind im Normalfall die Kühlmediumleitungen 20 in
keinerlei Berührkontakt
zu den Füllplatten 40.
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Im
Detail sind die Füllplatten 40 anhand
der 2 dargestellt.
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2 zeigt
eine Füllplatte 40 in
einer Frontansicht, einer Ansicht von oben, sowie in zwei unterschiedlichen
Schnittansichten und einer Detailansicht der Durchbrechungen 46.
Die Füllplatte 40 ist von
den bereits beschriebenen Durchbrechungen 46 durchdrungen,
die in einer linien- und
spaltenförmigen
Anordnung entsprechend der Anordnung der Kühlmediumleitungen 20 im
Grundkörper
der Füllplatte 40 verteilt
sind. Die Durchbrechungen 46 sind beidseitig mit Phasen 46a versehen,
die auf einer Mittellinie der Füllplatte 40 in
einem spitzen Winkel aneinander angrenzen. Der Innendurchmesser 46b der
Durchbrechungen 46 ist an den Außendurchmesser der Kühlmediumleitungen 20 dahingehend
angepasst, dass die Kühlmediumleitungen 20 umgebend ein
Spalt verbleibt. Bis auf die Durchbrechungen 46, die am
Rande der Durchbrechungsmatrix angeordnet sind, sind alle Durchbrechungen
mit jeweils vier benachbarten Durchbrechungen 46 durch
Ausnehmungen 48 verbunden. Die Ausnehmungen 48 sind als
Vertiefungen ausgebildet, die zumindest auf einer Seite der Füllplatte
vorgesehen sind. Wenn die Füllplatte
im anliegenden Kontakt mit einer benachbarten zweiten baugleichen
Füllplatte
gebracht wird, bilden die Verbindungsausnehmungen 48 umfänglich geschlossene
Kanäle,
durch die das Kältemittel
von einer Durchbrechung 46 zur nächsten Durchbrechung 46 gelangen
kann.
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In
einem unteren Bereich 60 sowie einem oberen Bereich 62 ist
der Grundkörper
der Füllplatte 40 bezüglich seiner
Dicke reduziert. Dies führt,
wie in 1 ersichtlich, zu Spalten zwischen den aneinander
anliegenden Füllplatten.
Durch diese Spalte kann das flüssige
Medium im Bereich 60 zu den unteren Kühlmediumleitungen 20 gelangen.
Durch die Spalte im oberen Bereich 62 kann das gasförmige Kältemittel
aus dem Bereich der Füllplatten 40 entweichen und
durch die Auslässe 13 für gasförmiges Kältemittel
nach oben aus dem Verdampfer austreten.
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Die
Funktionsweise des Verdampfers wird im Folgenden beschrieben: Das
Kältemittel
gelangt durch die nicht dargestellte Einlassöffnung im unteren Bereich des
Verdampferraums 14 im Bereich des durch die Ausnehmungen 70 gebildeten
Verteilerraums in den Verdampferraum 14 hinein. Von dort gelangt
es durch die Spalten 60 zwischen den Füllplatten 40 bis zu
den ersten Kühlmediumleitungen 20.
Hier erfolgt eine Erwärmung
anhand des Kühlmediums,
welches durch die Kühlmedium leitungen fließt. Das
Kältemittel
wird an den Kühlmediumleitungen 20 soweit
erwärmt,
so dass es zum Teil in den gasförmigen
Zustand übergeht.
Die Gasblasen steigen auf und nehmen dabei einen Weg durch die Verbindungskanäle 48,
die die Durchbrechungen 46 miteinander verbinden, bis sie
in den oberen Bereich 62 gelangt sind. Von dort aus gelangen
sie in den oberen Teil des Verdampferraums 14. Durch die
Auslässe 13 kann
das gasförmige
Kältemittel
dann in einem Kältemittelkreislauf
Weiterfließen.
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Die
Zwangsführung
des Kältemittels
in den Durchbrechungen 46 und den Verbindungskanälen 48 sowie
die verringerte Kältemittelmenge
haben eine hohe Strömungsgeschwindigkeit
des Kältemittels
zur Folge. Dies verbessert den Wärmeübergang zwischen
dem Kühlmedium
in den Kühlmediumleitungen 20 und
dem Kältemittel.
Darüber
hinaus führt diese
hohe Strömungsgeschwindigkeit
dazu, dass bei den gegebenen Temperaturen nicht verdampfbare Fremdstoffe
im Kältemittel,
insbesondere Öl,
von dem Kältemittel
nach oben mitgerissen wird und sich im Bereich der oberen Kante 42 der
Füllplatten 40 sammelt.
Von dort kann es über
eine Absaugeinrichtung vom Kältemittel
separiert werden und durch den Ölauslass 80 aus
dem Verdampfer herausgeführt werden.
Es können
alle Kältemittelarten
verwendet werden.