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Die
Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager,
insbesondere einen Verdampfer, wie er insbesondere für eine Heizungs-
oder Klimaanlage für Kraftfahrzeuge
verwendet wird, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Es
sind Verdampfer bekannt, bei denen das zweiphasige Kältemittel
aus einem Einströmkanal auf
eine Durchflusseinrichtung, vorzugsweise Rohre, insbesondere Flachrohre,
verteilt wird. Nach Durchströmung
der Flachrohre tritt das dampfförmige
Kältemittel über einen
Ausströmkanal
aus dem Verdampfer aus.
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Dabei
bereitet die gleichmäßige Verteilung des
flüssigen
Kältemittels
in der gesamten Länge
des Einströmkanals
Schwierigkeiten. Grund dafür
ist unter anderem die Ausbildung unterschiedlicher Strömungsformen
in Abhängigkeit
vom Betriebszustand. Des Weiteren spielt auch die Entmischung des
bei Verdampfereintritt homogenen zweiphasigen Kältemittelgemisches über die
Länge des
Einströmkanals eine
besondere Rolle. Einzelne Rohre werden somit ausschließlich mit
Kältemitteldampf
versorgt, wodurch sich die Verdampferleistung verschlechtert.
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1 zeigt einen Wärmeübertrager 1, insbesondere
einen Verdampfer für
eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage gemäß dem Stand der Technik und
hierbei insbesondere den Strömungsverlauf
des Kältemittels.
Ein derartiger Wärmeübertrager
weist einen Einströmkanal 2 auf, über welchen
das Kältemittel dem Wärmeübertrager
aus einem nicht dargestellten Kältemittelkreislauf, über eine
Eintrittsöffnung 18 zugeführt wird
(durch Pfeil A angedeutet). Der Einströmkanal 2 ist länglich ausgebildet
und durch zwei Enden begrenzt.
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Ferner
weist der Wärmeübertrager 1 einen Sammler 12 auf,
der aus einer Einspritzplatte 5, einer Verteilerplatte 6 und
einer Bodenplatte 7 besteht. Durch diesen Sammler wird
das Kältemittel
einer Durchflusseinrichtung 8, vorzugsweise Flachrohren, zugeführt.
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Zwischen
den Rohren, sind wärmeleitende Rippen,
angeordnet, die von einem Medium, vorzugsweise Luft L (durch einen
Pfeil angedeutet), umströmbar
sind.
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Die
Rohre, sowie die Löcher
der Bodenplatte 7 sind in der Mitte durch einen Steg unterteilt
(nicht dargestellt), so dass zwei Strömungsbereiche 14 und 15 ausgebildet
werden, die das Kältemittel
in entgegengesetzter Richtung durchläuft.
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Das
Kältemittel
durchströmt
daher zuerst, dem Pfeil B folgend, einen Strömungsbereich 14, wird
anschließend
durch eine Zwischenkammer 13, die aus einer Bodenplatte 9,
einer Umlenkplatte 10 und einer Abschlussplatte 11 besteht,
dem Pfeil C folgend, umgelenkt und strömt durch einen Strömungsbereich 15 in
entgegengesetzter Richtung, dem Pfeil D folgend, in den Sammler 12.
Vorzugsweise ist der Strömungsbereich 15 der
anströmenden
Luft L zugewandt.
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In
der Einspritzplatte 5 des Sammlers 12 sind mehrere
Einspritzbohrungen 16 vorgesehen, so dass das Kältemittel
vom Einströmkanal 2 über nicht
dargestellte Öffnungen,
die mit den Einspritzbohrungen 16 korrespondieren, in den
Strömungsbereich 14 einströmen kann.
Des Weiteren sind in der Einspritzplatte 2 Saugbohrungen 17 vorgesehen,
so dass das Kältemittel
vom Strömungsbereich 15 in
den Ausströmkanal 3 einströmen kann. Über den
Ausströmkanal 3 gelangt
das Kältemittel
anschließend
in einen nicht dargestellten Kältemittelkreislauf
(durch Pfeil E dargestellt).
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Ein
derartiger Verdampfer wird erfindungsgemäß als ein Verdampfer mit einer
Umlenkung in der Tiefe bezeichnet.
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1b zeigt
einen weiteren Verdampfer gemäß dem Stand
der Technik. Ein derartiger Verdampfer unterscheidet sich von dem
in 1a dargestellten Verdampfer insbesondere durch
die Führung
des Kältemittels
in der Durchflusseinrichtung 8. Gemäß 1b sind
die Einspritzbohrungen 16 und die Saugbohrungen 17 versetzt
in der Einspritzplatte angeordnet. Das Kältemittel strömt daher
zuerst in den Einströmkanal
(durch Pfeil A angedeutet), wird über die Einspritzbohrungen 16 in
weiterer Folge auf die Durchflusseinrichtung verteilt und gelangt
den Pfeilen B und C folgend durch die Saugbohrungen in den Ausströmkanal und
strömt
dem Pfeil D folgend aus dem Verdampfer. Ein derartiger Verdampfer
wird erfindungsgemäß als ein
Verdampfer mit einer Umlenkung in der Breite bezeichnet.
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Derartige
Verdampfer lassen jedoch Wünsche
in Bezug auf eine gleichmäßige Verteilung
des flüssigen
Kältemittels
auf alle Flachrohre offen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen
verbesserten Verdampfer zur Verfügung
zu stellen, wobei eine möglichst
gleichmäßige Verteilung
des flüssigen
Kältemittels
auf alle Flachrohre erreicht wird und eine Entmischung des zweiphasigen
Kältemittels
wirksam bekämpft
wird.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen Wärmeübertrager
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In
einem Grundgedanken der Erfindung ist ein Wärmeübertrager mit mindestens einem
Einströmkanal
und mindestens einem Ausströmkanal und
mindestens einem Sammler, der mindestens zwei aneinander anliegende
Bleche aufweist und mit einer Durchflusseinrichtung, die von einem
ersten Medium durchströmbar
und von einem zweiten Medium umströmbar ist, wobei das erste Medium
von einem Einströmkanal
auf den Sammler und auf die Durchflusseinrichtung verteilt wird
und zu einem Ausströmkanal
leitbar ist, versehen, wobei mindestens ein weiterer Kanal zur Verteilung
des Kältemittels
vorgesehen ist, der durch mindestens eine Öffnung mit dem Einströmkanal kommunizierend
verbunden ist.
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Durch
den mindestens einen weiteren Kanal wird die Verteilungsweglänge des
Kältemittels
auf die Durchflusseinrichtung verkürzt und somit die Möglichkeit
der Phasenseparation des Kältemittels
beziehungsweise eine Ungleichversorgung der Durchflusseinrichtung
mit Kältemittel
minimiert. Damit wird die Verdampferleistung wirksam erhöht.
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Unter
einem Kanal im Sinne der Erfindung ist nicht nur ein Strompfad für das Kältemittel,
sondern auch die materielle Abgrenzung des Strompfades, beispielsweise
durch ein Rohr, zu verstehen.
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Des
Weiteren ist als Bautiefe erfindungsgemäß die Ausdehnung des Wärmeübertragers
längs und
als Breite die Ausdehnung des Wärmeübertragers
quer zur Hauptströmungsrichtung
des zweiten Mediums zu verstehen.
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Der
Sammler besteht aus mindestens zwei Blechen oder Platten, die form- und/oder stoffschlüssig miteinander
verbunden sind, beispielsweise durch Löten, Schweißen, Toxen, Nieten, Verstemmen
oder einer Kombination aus diesen Verbindungsarten. In einer weiteren
Ausführungsform
sind die mindestens zwei Bleche durch ein Scharnier miteinander
verbunden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
besteht der Sammler aus zwei Blechen, die durch ein Tiefziehverfahren
hergestellt werden. Die Tiefziehprofile weisen in entgegengesetzter
Richtung kammerartige Auswölbungen
auf, in denen das Kältemittel
auf die Durchflusseinrichtung verteilt wird. Die beiden Bleche können direkt
in einem einzigen Werkzeug hergestellt werden. Dies ist deshalb
möglich,
da beide Sammlerhälften
sehr ähnliche
beziehungsweise gleiche Kammergeometrien aufweisen. Durch diese
Ausführungsform
wird eine Reihe von Vorteilen im Vergleich zu Sammlern mit drei
Platten gemäß dem Stand
der Technik erreicht:
- – Verringerung der Teileanzahl
des Sammlers
- – Dünnere und
gleichmäßige Wandstärken bei Tiefziehprofilen
im Vergleich zu Platten
- – Weniger
Montageaufwand
- – Geringeres
Gewicht und damit einhergehende geringere Kosten
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Die
Durchflusseinrichtung, besteht vorzugsweise aus Rohren, durch die
das Kältemittel
strömt. Die
Rohre können
dabei einen kreisförmigen,
einen ovalen, einen im Wesentlichen rechteckförmigen oder einen beliebigen
anderen Querschnitt besitzen. Beispielsweise sind die Rohre als
Flachrohre ausgebildet. Für
eine Erhöhung
des Wärmeübertrags
sind gegebenenfalls Rippen, insbesondere Wellrippen, zwischen den
Rohren angeordnet, wobei die Rohre und die Rippen insbesondere miteinander
verlötet sind.
Erfindungsgemäß werden
die Rohre und die mit den Rohren verlöteten Rippen als Verdampfernetz bezeichnet.
Hierbei besteht ein Verdampfernetz aus bis zu 50 Flachrohren.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist der weitere Kanal innerhalb des Einströmkanals
angeordnet. Der weitere Kanal ist mit mindestens einer, bevorzugt
zwei oder mehreren Öffnungen versehen,
die den weiteren Kanal mit dem Einströmkanal kommunizierend verbinden.
Bevorzugt sind die zwei Öffnungen
auf gegenüberliegenden
Seiten des weiteren Kanals und in einer Richtung angeordnet, die
im Wesentlichen senkrecht auf die Verdampfernetzebene steht und/oder
in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zur Verdampfernetzebene
und senkrecht zur Achse des Einströmkanals steht. Bevorzugt sind
die mindestens eine, bevorzugt zwei Öffnungen, in der Mitte des
weiteren Kanals angeordnet.
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Die Öffnungen
sind bevorzugt im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet, die senkrecht
auf die Achse des Einströmkanals
steht, wobei die mindestens eine Öffnung einen kreisförmigen,
ovalen, rechteckigen oder einen beliebigen anderen Querschnitt besitzen
kann.
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In
einer anderen Ausführungsform
sind die Öffnungen
entlang der gesamten Länge
des weiteren Kanals angeordnet. Beispielsweise entspricht in dieser
Ausführungsform
die Anzahl der Öffnungen
der Anzahl der Flachrohre, so dass für jedes Flachrohr eine Öffnung im
weiteren Kanal vorgesehen ist, die sich bevorzugt in unmittelbarer
Nähe des
jeweiligen Flachrohrs befindet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist der weitere Kanal konzentrisch oder exzentrisch
im Einströmkanal
angeordnet, so dass sich ein Ringspalt zwischen den beiden Kanälen ausbildet,
in dem sich das Kältemittel
auf die Durchflusseinrichtung verteilt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind zwei oder mehrere weitere Kanäle innerhalb des Einströmkanals
angeordnet. Das Kältemittel strömt hierbei
zuerst in den ersten weiteren Kanal, anschließend in die weiteren Kanäle und zuletzt
in den Einströmkanal,
von wo das Kältemittel
auf die Durchflusseinrichtung verteilt wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist zwischen dem Einströmkanal und dem weiteren Kanal
ein Längsspalt
ausgebildet. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in dem einfachen Einschub
des weiteren Kanals in den Einströmkanal, wobei beide Kanäle bevorzugt
als Rohre ausgebildet sind.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist der mindestens eine weitere Kanal teilweise oder
zur Gänze
außerhalb
des Einströmkanals
angeordnet und mit diesem durch mindestens eine Öffnung, die bevorzugt in der
Mitte des weiteren Kanals angeordnet ist, kommunizierend verbunden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird der Einströmkanal
durch zwei Halbschalen gebildet, die form- und/oder stoffschlüssig miteinander
verbunden sind. In dieser Ausführungsform
ist der weitere Kanal innerhalb des Einströmkanals angeordnet. Bevorzugt
weist hierbei eine Halbschale zinnenartige Vorsprünge auf,
die in entsprechende Ausnehmungen der anderen Halbschale eingreifen. Durch
eine derartige Ausgestaltung werden die beiden Halbschalen besonders
druckfest und stabil miteinander verbunden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird der Einströmkanal
durch eine wannenförmige
Halbschale gebildet auf der der weitere Kanal form- und/oder stoffschlüssig aufliegt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind zwei oder mehrere weitere Kanäle außerhalb des Einströmkanals
angeordnet und seriell kommunizierend miteinander verbunden. Das
Kältemittel strömt daher
zuerst in den ersten weiteren Kanal, anschließend in die weiteren Kanäle und zuletzt
in den Einströmkanal,
von wo das Kältemittel
auf die Durchflusseinrichtung verteilt wird. Die zwei oder mehreren weiteren
Kanäle
können
beispielsweise als Rohre oder als Platten ausgeführt sein, die übereinandergestapelt
Hohlräume
bilden, in denen das Kältemittel auf
den Einströmkanal
und die Durchflusseinrichtung verteilt wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind der Einströmkanal,
der mindestens eine weitere Kanal, der innerhalb und/oder außerhalb
des Einströmkanals
angeordnet sein kann und/oder der Ausströmkanal auf einer Seite des
Wärmeübertragers
angeordnet und form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden.
Eine derartige Ausführungsform
ist besonders für
Verdampfer mit geringen Bautiefen geeignet. Die Kanäle sind
rohr- oder kastenförmig
ausgebildet und besitzen einen kreis- oder halbkreisförmigen,
dreieckförmigen,
rechteckförmigen Querschnitt
oder eine Kombination aus diesen Querschnitten oder einen beliebigen
anderen Querschnitt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
werden die Kanäle
aus umgeformten Blechen geformt, die form- und/oder stoffschlüssig miteinander
verbunden sind. Durch diese Ausführungsform
können
beliebige Querschnitte der Kanäle
hergestellt werden. Beispielsweise kann der Querschnitt der Kanäle im Wesentlichen
halbkreisförmig
und/oder kreisförmig
sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist mindestens ein weiterer Kanal durch mindestens
eine Öffnung
kommunizierend mit dem Ausströmkanal
verbunden. Der weitere Kanal befindet sich innerhalb und/oder außerhalb
des Ausströmkanals
und ist gemäß den zuvor
dargestellten Ausführungsformen
ausgebildet. In dieser Ausführungsform dient
der weitere Kanal der Sammlung des Kältemittels.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Weitere
wichtige Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen und
den Zeichnungen.
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers
beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei
eine Beschränkung
der Erfindung hierdurch nicht erfolgen soll.
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Es
zeigen:
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1a eine
Explosivdarstellung eines Wärmeübertragers
zur Darstellung des Standes der Technik;
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1b eine
Explosivdarstellung eines Wärmeübertragers
zur Darstellung des Standes der Technik;
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Einströmkanals
eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers
in einer Seitenansicht;
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3 einen
Einströmkanal
eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers
in einer Vorderansicht entlang der Linie III-III aus 2
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4 einen
Einströmkanal
in einer Draufsicht nach dem ersten Ausführungsbeispiel;
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5 einen
Sammler mit zwei Blechen in einer perspektivischen Explosivdarstellung
für einen Verdampfer
mit einer Umlenkung in der Tiefe;
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6 einen
Sammler mit zwei Blechen in einer perspektivischen Explosivdarstellung
für einen Verdampfer
mit einer Umlenkung in der Breite;
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7 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Sammiers
für einen
Verdampfer mit einer Umlenkung in der Breite;
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8a Mehrkanalflachrohre
für einen
Verdampfer mit einer Umlenkung in der Breite oder eine Umlenkung
in der Tiefe;
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8b Mehrkanalflachrohre
für einen
Verdampfer mit Mehrblockverschaltung;
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9 einen
Einströmkanal
in einer Seitenansicht nach dem zweiten Ausführungsbeispiel;
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10 einen
Einströmkanal
in einer Seitenansicht nach dem dritten Ausführungsbeispiel;
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11 einen
Einströmkanal
in einer Seitenansicht nach dem vierten Ausführungsbeispiel;
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12 einen
Einströmkanal
eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers
in einer Vorderansicht entlang der Linie X-X aus 11;
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13a bis 13e verschiedene
Ausführungsformen
für die
Positionierung der Öffnungen, die
den Einströmkanal
mit dem weiteren Kanal kommunizierend verbinden;
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14a bis 14f verschiedene
Ausführungsformen
für die Öffnungen
gemäß 13a bis 13e;
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15 einen
Einströmkanal
in einer Seitenansicht nach dem fünften Ausführungsbeispiel;
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16 einen
Einströmkanal
eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers
in einer Vorderansicht entlang der Linie XIV-XIV aus 15;
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17 einen
Einströmkanal
in einer Seitenansicht nach dem sechsten Ausführungsbeispiel;
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18 einen
Einströmkanal
eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers
in einer Vorderansicht entlang der Linie XVI-XVI aus 17;
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19 einen
Einströmkanal
in einer Seitenansicht nach dem siebenten Ausführungsbeispiel;
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20 einen
Einströmkanal
eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers
in einer Vorderansicht entlang der Linie XVIII-XVIII aus 19;
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21 eine
Draufsicht des Einströmkanals, Ausströmkanals
und eines weiteren Kanals nach dem achten Ausführungsbeispiel gemäß vorliegender
Erfindung;
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22 eine
Vorderansicht des Einströmkanals,
Ausströmkanals
und eines weiteren Kanals entlang der Linie XX-XX aus 21;
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23 eine
Perspektivansicht des Einströmkanals,
Ausströmkanals
und eines weiteren Kanals nach dem neunten Ausführungsbeispiel gemäß vorliegender
Erfindung;
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24 eine
Vorderansicht des Einströmkanals,
Ausströmkanals
und eines weiteren Kanals nach dem zehnten Ausführungsbeispiel gemäß vorliegender
Erfindung:
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25 ein
Ausschnitt der Vorderansicht eines Wärmeübertragers nach dem elften
Ausführungsbeispiel
gemäß vorliegender
Erfindung;
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26 bis 29 eine
Perspektivansicht des Einströmkanals,
Ausströmkanals
und eines weiteren Kanals nach dem zwölften, dreizehnten, vierzehnten
und fünfzehnten
Ausführungsbeispiel
gemäß vorliegender
Erfindung;
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30 bis 32 eine
Perspektivansicht des Einströmkanals,
Ausströmkanals
und eines weiteren Kanals nach dem sechzehnten, siebzehnten und
achtzehnten Ausführungsbeispiel
gemäß vorliegender
Erfindung;
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33a und 33b eine
Perspektivansicht und eine Detailansicht entlang der Linie X-X aus 33a des Einströmkanals,
Ausströmkanals
und eines weiteren Kanals nach dem neunzehnten Ausführungsbeispiel
gemäß vorliegender
Erfindung;
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34 eine
Detailansicht des Einströmkanals,
Ausströmkanals
und eines weiteren Kanals nach dem zwanzigsten Ausführungsbeispiel
gemäß vorliegender
Erfindung;
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35a und 35b eine
Perspektivansicht und eine Detailansicht des Einströmkanals, Ausströmkanals
und eines weiteren Kanals nach dem einundzwanzigsten Ausführungsbeispiel
gemäß vorliegender
Erfindung;
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36 eine
Detailansicht des Einströmkanals,
Ausströmkanals
und eines weiteren Kanals nach dem zweiundzwanzigsten Ausführungsbeispiel gemäß vorliegender
Erfindung;
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37a und 37b eine
Perspektivdarstellung eines Sammlers und eine Vorderansicht des Sammlers
mit einem weiteren Kanal nach dem dreiundzwanzigsten Ausführungsbeispiel
gemäß vorliegender
Erfindung;
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38 eine
Draufsicht des Einströmkanals, Ausströmkanals
und zwei weiterer Kanäle
nach dem vierundzwanzigsten Ausführungsbeispiel
gemäß vorliegender
Erfindung;
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39 eine
Vorderansicht des Einströmkanals,
Ausströmkanals
und zwei weiteren Kanälen entlang
der Linie XXXII-XXXII aus 38;
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40a bis 40d verschiedene
Ausführungsbeispiele
für eine
Zwischenkammer eines Verdampfers mit Umlenkung in der Tiefe;
Für gleiche
oder ähnliche
Bauteile werden in den Zeichnungen einheitliche Bezugszeichen verwendet.
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Die 2 bis 4 zeigen
ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Einströmkanals 3 eines
Wärmeübertragers
in verschiedenen Ansichten gemäß vorliegender
Erfindung. Ein derartiger Wärmeübertrager
unterscheidet sich vom Stand der Technik gemäß 1 insbesondere
durch die Ausgestaltung des Einströmkanals 3.
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Gemäß den 2 bis 4 ist
der Einströmkanal 3 mit
einem weiteren Kanal 4 durch zwei Öffnungen 19 kommunizierend
verbunden, die im Wesentlichen in der Mitte des Einströmkanals
angeordnet sind. Das Kältemittel
strömt
somit durch den Pfeil F dargestellt über den weiteren Kanal 4 in
den Wärmeübertrager 1 und
wird durch die beiden Öffnungen 19 (durch
Pfeile F angedeutet) in einen Ringspalt 20 verteilt, der
sich zwischen dem Einströmkanal 3 und
dem weiteren Kanal 4 ausbildet. Aus diesem Ringspalt strömt das Kältemittel
durch die Öffnungen 21 in
die Rohre, die die Durchflusseinrichtung 8 bilden.
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Die
beiden Öffnungen 19,
die den weiteren Kanal mit dem Einströmkanal kommunizierend verbinden,
sind im Wesentlichen an gegenüberliegenden Seiten
des weiteren Kanals und fluchtend in einer Richtung angeordnet,
die senkrecht auf die Verdampfernetzebene steht.
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In
einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die beiden Öffnungen 19 gegenüber dem
in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
um 90° im
Uhrzeigersinn gedreht. Natürlich
ist es auch möglich,
die mindestens eine Öffnung
an beliebigen anderen Stellen des weiteren Kanals zu positionieren.
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Der
Einströmkanal
und der weitere Kanal sind als Rohr ausgebildet, wobei der weitere
Kanal in den Einströmkanal
einsteckbar ist.
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Das
Verhältnis
zwischen dem Innendurchmesser des weiteren Kanals und dem Durchmesser der Öffnung 19,
die vorzugsweise als Bohrung ausgeführt ist, liegt zwischen 1.25
und 5, vorzugsweise zwischen 1.25 und 2.5. Das Verhältnis zwischen
dem Innendurchmesser des weiteren Kanals und dem hydraulischen Durchmesser
des Ringspaltes liegt zwischen 1 und 20, vorzugsweise zwischen 1
und 6. Durch diese Geometrieverhältnisse
wird sichergestellt, dass die einzelnen Querschnittsflächen im
gleichen Verhältnis
zum jeweiligen Massenstrom des Kältemittels
stehen und keine Druckspitzen beim Strömen des Kältemittels durch die Öffnungen
beziehungsweise durch den Ringspalt entstehen.
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Der
Sammler 12 kann hierbei aus drei Platten, namentlich einer
Einspritzplatte, einer Verteilerplatte und einer Bodenplatte, wie
sie in 1 und 2 dargestellt
sind, bestehen. Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung kann der Sammler aus zwei Blechen 50 und 70,
die insbesondere durch ein Umformverfahren, bevorzugt durch ein Tiefziehverfahren
hergestellt werden, zusammengesetzt sein.
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Die 5 und 6 zeigen
derartige Sammler für
einen Verdampfer mit einer Umlenkung in der Tiefe (5)
beziehungsweise in der Breite (6). Ein
derartiger Sammler besteht aus zwei Blechen, einem oberen 50 und
einem unteren Blech 70, die form- und/oder stoffschlüssig miteinander
verbunden werden. Die Auflage des Einströmkanals und/oder des Ausströmkanals
und/oder des mindestens einen weiteren Kanals erfolgt in einer wannenförmigen Vertiefung 51 des
oberen Bleches 50, wobei die gesicherte Positionierung
der einzelnen Kanäle über Positioniernoppen 52 beziehungsweise
einzelne Bohrungsdurchzüge
gewährleistet
wird.
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Das
obere Blech 50 und das untere Blech 70 weisen
jeweils in entgegengesetzter Richtung Kammerauswölbungen 60 auf. Die
Kammern bilden die Hohlräume
zum Verteilen des Kältemittels
von den Einspritzbohrungen 16 auf die Durchflusseinrichtung 8.
Durch diese Ausgestaltung kann auf die mittlere Verteilerplatte
verzichtet werden. Gemäß den 5 und 6 besteht
diese Durchflusseinrichtung aus Mehrkanalflachrohren 80.
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Jede
Kammer nimmt jeweils eine oder mehrere Flachrohre, bevorzugt zwei
Flachrohre (siehe 5) auf, in die das Kältemittel
weiterverteilt wird. Der Wärmeübertrager
ist entweder einreihig oder zweireihig ausgeführt. Dies bedeutet, dass entweder ein
Flachrohr (siehe 6) oder zwei Flachrohre (siehe 5)
in der Bautiefe angeordnet sind. Die Aufnahme der Flachrohre im
Sammler erfolgt beispielsweise durch einen gerissenen Durchzug sammlerseitig
nach außen
oder nach innen oder durch eine Stanzung.
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7 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Sammlers
für einen
Verdampfer mit einer Umlenkung in der Breite. Hierbei erfolgt die
Ausführung
der Bodenplatte 700 als Wellenprofil, wobei sich die Aufnahme
der Flachrohre in den Wellentälern
befindet. Durch ein einfaches U-förmiges Abschlussblech 500 wird
ein geschlossener Sammler gebildet, hierfür sind keine weiteren Abschlussdeckel
notwendig.
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Durch
das Wellenprofil werden die Hohlräume zum Verteilen des Kältemittels
von der oder den Einspritzbohrungen 16 auf die einzelnen
Flachrohre 8 erzeugt, sowie die Kammerabtrennungen zwischen den
einzelnen Flachrohren. Alternativ kann auch die Bodenplatte 700 als
ebene Platte und das Abschlussblech 500 als Wellenprofil
ausgebildet sein.
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Für einen
Verdampfer mit einer Umlenkung in der Tiefe wird in das Wellenprofil
noch eine durchgängige
Erhöhung
oder eine Wand quer zu den Wellentälern eingebracht, um eine Trennebene
in Bautiefenrichtung zu erzeugen.
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Bevorzugt
werden bei einem Verdampfer mit einer Umlenkung in der Breite oder
mit einer Umlenkung in der Tiefe (sogenannter „Dual-Flow"-Verdampfer)
Mehrkanalflachrohre 8 mit kleineren Kammern (8a)
beziehungsweise Querschnittsflächen im
Vergleich zu den Mehrkanalflachrohren bei einer Mehrblockverschaltung
(8b) verwendet, da hier der Kältemittelmassenstrom auf alle
Rohre gleichzeitig verteilt wird, während bei einer Mehrblockverschaltung
der gesamte Massenstrom nur auf einen Teil der Rohre parallel verteilt
wird, beispielsweise auf ungefähr
ein Drittel der Rohre bei einer 6-Block- oder die Hälfte bei
einer 4-Blockverschaltung. Dadurch können die Flachrohre filigraner
ausgeführt
und somit ebenfalls Gewicht und Kosten eingespart werden.
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In
den 9 bis 11 sind drei weitere Ausführungsbeispiele
eines Einströmkanals
gemäß vorliegender
Erfindung in einer Seitenansicht dargestellt. Die 12 zeigt
eine Vorderansicht des vierten Ausführungsbeispiels gemäß 11.
In 9 sind die beiden Öffnungen 19 von der
Mitte des Einströmkanals
beabstandet angeordnet. In 10 ist
der weitere Kanal 4 in Strömungsrichtung gesehen nach den Öffnungen 19 durch
eine Trennwand 22 verschlossen, um einem negativen Effekt
des Kältemittelrückstauens
entge genzuwirken. Der weitere Kanal ist im Einströmkanal konzentrisch
oder exzentrisch positioniert (siehe 11 und 12).
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In
den 13a bis 13e beziehungsweise 14a bis 14f sind
verschiedene Ausführungsformen
der Position, Form und Anzahl der Öffnungen 19 dargestellt.
Demnach ist der weitere Kanal durch zwei oder mehrere Öffnungen,
die im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind, die senkrecht
auf die Achse des Einströmkanals
steht, mit dem Einströmkanal
verbunden. Bei einer geraden Anzahl von Öffnungen sind jeweils zwei Öffnungen bevorzugt
diametral angeordnet.
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In
einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der weitere Kanal mit dem Einströmkanal durch eine Öffnung kommunizierend
verbunden.
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In
den 15 und 16 ist
das fünfte
Ausführungsbeispiel
in einer Seiten- und Vorderansicht dargestellt. Der weitere Kanal 4 ist
in dem Einströmkanal 2 eingeschoben
und besitzt eine Aussparung 23, so dass sich ein Längsspalt 24 ergibt,
in dem das Kältemittel
durch die Öffnungen 21 auf
die Rohre verteilt wird. Der Verlauf der mindestens einen Öffnung 19 ist
im Wesentlichen senkrecht oder schräg zum Einströmkanal ausgebildet.
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In
einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel
besitzt der weitere Kanal 4 einen D-förmigen Querschnitt, so dass
sich eine andere Form des Querschnittes des Längsspaltes 24 ergibt.
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Die 17 bis 20 zeigen
das sechste und siebente Ausführungsbeispiel
in einer Seiten- und Vorderansicht. In beiden Ausführungsbeispielen ist
der weitere Kanal 4 außerhalb
des Einströmkanals 2 angeordnet,
wobei der Einströmkanal
in den weiteren Kanal gesteckt wird. Dieser Einschub erfolgt entweder
von innen (17) oder von außen, in
dem der Einströmkanal
in eine Aussparung 25 des weiteren Kanals gesteckt wird
(19).
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In
den 21 und 22 ist
das achte Ausführungsbeispiel
in einer Drauf- und Vorderansicht schematisch dargestellt. Der Einströmkanal,
der Ausströmkanal
und der weitere Kanal sind als Rundrohre ausgebildet und miteinander
stoffschlüssig
verbunden, wobei der weitere Kanal außerhalb des Einströmkanals
angeordnet ist.
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23 zeigt
das neunte Ausführungsbeispiel
und eine Weiterbildung des Wärmeübertragers gemäß den 21 und 22.
Der Einströmkanal, der
Ausströmkanal
und der weitere Kanal sind als Rohre in Dreiecksform ausgebildet.
Durch diese Ausführungsform
steht genügend
Lötfläche zwischen den
Dreiecksrohren selbst und zwischen den Dreiecksrohren und der Einspritzplatte 5 zur
Verfügung um
die Rohre miteinander und mit der Einspritzplatte stoffschlüssig zu
verbinden. Die mindestens eine Öffnung,
die den weiteren Kanal mit dem Einströmkanal kommunizierend verbindet
ist bevorzugt in der Mitte oder an beliebigen anderen Stellen des
weiteren Kanals und des Einströmkanals
angeordnet. Im Vergleich zum achten Ausführungsbeispiel ergibt sich durch
diese Ausführungsform
eine Bauraumoptimierung, die besonders für Verdampfer mit geringen Bautiefen
geeignet ist, wobei als Bautiefe erfindungsgemäß die Ausdehnung des Verdampfers
längs und als
Breite die Ausdehnung des Verdampfers quer zur Hauptströmungsrichtung
der Luft zu verstehen ist.
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In 24 ist
das zehnte Ausführungsbeispiel
in einer Vorderansicht dargestellt. In dieser Ausführungsform
werden der Einströmkanal,
der Ausströmkanal
und der weitere Kanal durch umgeformte Bleche gebildet, die form- und/oder stoffschlüssig miteinander
verbunden sind. Gemäß 22 sind
die Querschnitte des Ein- und Ausströmkanals im Wesentlichen halbkreisförmig und
der Querschnitt des weiteren Kanals im Wesentlichen kreisförmig. Selbstverständlich ist
in einer nicht gezeigten Ausführungsform
eine beliebige andere Form des Querschnittes möglich. Durch diese Ausgestaltung
ist ein besonders günstiges
Herstellungsverfahren der verschiedenen Kanäle möglich.
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In 25 ist
das elfte Ausführungsbeispiel eines
Ausschnittes eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers
in einer Vorderansicht dargestellt. In dieser Ausführungsform
besteht der Sammler 12 aus drei Platten. Der erste weitere
Kanal 4a, der als Rohr ausgebildet ist, liegt auf dem plattenförmigen zweiten weiteren
Kanal 4b auf und ist mit diesem kommunizierend verbunden.
Das Kältemittel
strömt
vom ersten weiteren Kanal 4a in den zweiten weiteren Kanal 4b und
in den Einströmkanal 2.
Von dort wird das Kältemittel
auf den Sammler 12 und die Durchflusseinrichtung 8 verteilt.
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In
den 26 bis 29 sind
vier weitere Ausführungsbeispiele
gemäß vorliegender
Erfindung dargestellt. In der Ausführungsform gemäß 26 ist
der weitere Kanal 4 derartig auf dem oberen Blech 50 des
Sammlers 12 positioniert, dass sich zusammen mit dem speziell
umgeformten oberen Blech 50 ein Einströmkanal 2 ausbildet.
In der Ausführungsform
gemäß 27 ist
der weitere Kanal 4 derartig umgeformt und auf dem oberen
Blech 50 des Sammlers 12 positioniert, dass sich
zusammen mit dem oberen Blech ein Einströmkanal 2 ausbildet.
In der Ausführungsform
gemäß 28 wird
der Einströmkanal
durch ein Flachrohr gebildet, das zwischen dem weiteren Kanal und
dem Sammler angeordnet ist. In der Ausführungsform gemäß 29 wird
der weitere Kanal 4 und der Einströmkanal 2 durch ein Rohr
gebildet, das insbesondere durch ein Extrusionsverfahren hergestellt
wird.
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Die 30 bis 32 zeigen
drei weitere Ausführungsbeispiele
eines Wärmeübertragers
gemäß vorliegender
Erfindung. In diesen Ausführungsformen
wird der Einströmkanal 2 durch
ein Blech 25 im Sammler 12 erzeugt. Gemäß 31 wird
der Einströmkanal
durch ein durchgängiges
Blech 25 erzeugt, das auf der Saugseite ausgestanzt ist.
In dem Ausführungsbeispiel
gemäß 32 wird
der Einströmkanal
mittels eines durchgängigen
Bleches erzeugt, wobei der Ausströmkanal 4 auf diesem
Blech aufliegt und mit diesem form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
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Die 33a und 33b zeigen
eine Ausführungsform
in einer perspektivischen Darstellung und in einer Detaildarstellung
entlang der Linie X-X aus 33a,
in der der Einströmkanal 2 durch
eine wannenförmige
Halbschale gebildet wird. Die wannenförmige Schale weist eine Einprägung 27 auf (33b), auf der der weitere Kanal 4 form- und/oder
stoffschlüssig
aufliegt. Der weitere Kanal weist eine runde Form auf, alternativ
sind jedoch auch andere Formen denkbar. Beispielsweise kann durch
eine ovale Form des weiteren Kanals 4 ein größeres Volumen
des Einströmkanals 2 erzielt
werden. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform
kann die wannenförmige
Schale auch eben ausgebildet sein.
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34 zeigt
eine Ausführungsform ähnlich der
in 33a und 33b.
In diesem Ausführungsbeispiel
wird der Einströmkanal
durch eine Einprägung 27 im
weiteren Kanal 4 gebildet.
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In
dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 35a und 35b,
wobei 35b eine Detailansicht entlang
der Linie X-X aus 35a darstellt, wird der Einströmkanal 2 durch
eine obere 2a und eine untere 2b Halbschale gebildet,
wobei der weitere Kanal 4 innerhalb des Einströmkanals 2 angeordnet
ist. Die Öffnung 19,
die den Einströmkanal 2 mit
dem weiteren Kanal 4 kommunizierend verbindet, ist derart
angeordnet, dass eine vertikale Strömung zwischen Einströmkanal und
weiterem Kanal entsteht. Gemäß 36 sind
zwei Öffnungen 19 derart
angeordnet, dass sich eine horizontale Strömung des ersten Mediums zwischen
Einströmkanal
und weiterem Kanal ausbildet.
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Durch
eine formschlüssige
Anbindung 26 (siehe 35a)
an beiden Enden des Einströmkanals 2 an
den weiteren Kanal 4 wird eine ausreichende Dich tigkeit
gewährleistet,
so dass keine zusätzlichen
Abschlussdeckel benötigt
werden. Ein ähnlicher
Formschluss zur Abdichtung ist auch in den Ausführungsbeispielen gemäß den 33 und 34 denkbar.
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Die
beiden Halbschalen 2a und 2b sind insbesondere
form- und/oder stoffschlüssig
miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verclipst. Alternativ
weist eine Halbschale zinnenartige Vorsprünge 28 auf, die in
entsprechende Ausnehmungen der anderen Halbschale eingreifen (41).
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Die 37a zeigt einen Sammler 12 nach dem Stand
der Technik, wobei der weitere Kanal 4 innerhalb des Sammlers 12 angeordnet
ist. Die Öffnung 19,
die den weiteren Kanal 4 mit dem Sammler 12 kommunizierend
verbindet ist gemäß 37b in einem oberen Bereich des weiteren Kanals
angeordnet. Alternativ können
eine oder mehrere Öffnungen auch
an einer anderen Stelle angeordnet sein, beispielsweise derart,
so dass ähnlich
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 36 eine
horizontale Strömung
des ersten Mediums zwischen dem weiteren Kanal 4 und dem
Sammler 12 entsteht.
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In
den 38 und 39 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
in einer Drauf- und
Vorderansicht schematisch dargestellt. In dieser Ausführungsform
sind zwei weitere Kanäle 4a und 4b außerhalb des
Einströmkanals 2 angeordnet.
Somit wird der ursprüngliche
Kältemittelmassenstrom,
der (durch einen Pfeil F angedeutet) in den ersten weiteren Kanal strömt in zwei
Trennstufen in vier gleich große
Kältemittelmassenströme aufgeteilt,
die jeweils über
ein Viertel der ursprünglichen
Verdampferbreite auf die Flachrohre, beispielsweise vier Flachrohre,
verteilt werden.
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In
einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel
wird das Kältemittel
auf bis zu 50 Flachrohre verteilt.
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In
den 40a bis 40d sind
vier Ausführungsbeispiele
für die
Zwischenkammer 13 eines Verdampfers mit einer Umlenkung
in der Tiefe dargestellt. 40a zeigt
eine Ausführungsform,
bei der keine Neuvermischung des Kältemittels in der Zwischenkammer
erfolgt. Alternativ kann aber auch eine Neuvermischung in der Zwischenkammer
erwünscht sein,
um etwaige vorherige Ungleichverteilungen bei der Einspritzung in
die Durchflusseinrichtung auszugleichen. In den 40b bis 40d sind
verschiedene Ausführungsformen
dargestellt, die eine Neuvermischung des Kältemittels ermöglichen.
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Die
Erfindung eignet sich insbesondere für die gleichmäßige Aufteilung
des Dampf-Flüssigkeits-Kältemittelgemisch
auf die Durchflusseinrichtung von Dual-Flow-Verdampfern. Bei derartigen
Verdampfern erfährt
das Kältemittel
nur eine Umlenkung in der Durchflusseinrichtung. Diese Umlenkung
kann in der Tiefe oder in der Breite des Verdampfers erfolgen.
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Natürlich ist
es auch möglich,
die Erfindung für
Wärmeübertrager,
insbesondere Verdampfer zu verwenden, bei denen das Kältemittel
keine oder mehr als eine Umlenkung in der Durchflusseinrichtung
erfährt.
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Ferner
ist ein derartiger Verdampfer insbesondere für das Kältemittel R134a oder R744 geeignet.
Selbstverständlich
eignet sich ein derartiger Verdampfer auch für andere Kältemittel, beispielsweise die
in der Fachwelt bekannten "Global
Alternative Refrigerants (GAR's)".
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Im
vorstehenden ist die Erfindung anhand eines Wärmeübertragers erläutert worden,
bei dem das Kältemittel
parallel zum Einströmkanal
in den Wärmeübertrager
strömt.
Selbstverständlich
ist es ebenfalls möglich,
dass das Kältemittel
senkrecht zum Einströmkanal
in und/oder aus dem Wärmeübertrager
strömt.
Die Eintritts- und/oder Austrittsöffnungen befinden sich hierbei
in der Mitte des Einströmkanals
und/oder Ausströmkanals
oder von der Mitte beabstandet.
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Weitere
alternative Ausführungsformen
liegen im Sinn der vorliegenden Erfindung, wobei insbesondere die
Gestaltung des Sammlers mit zwei oder drei Blechen oder Platten
für alle
Ausführungsbeispiele
verwendet werden kann.