DE102010031397A1

DE102010031397A1 - Verdampfervorrichtung

Info

Publication number: DE102010031397A1
Application number: DE102010031397A
Authority: DE
Inventors: Gottfried Dürr; Günther Feuerecker; Andreas Freund; Dipl.-Ing. Ottokar (FH) Kunberger; Dr.-Ing. Molt Kurt; Emil Neumann; Dipl.-Ing. Schubert Karin; Dipl.-Ing. Seewald Wolfgang; Dipl.-Ing. Sickelmann Michael
Original assignee: Behr GmbH and Co KG; Behr Kirchberg GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2012-03-29

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampfervorrichtung (300) zum Verdampfen eines Kältemittels. Die Verdampfervorrichtung (300) umfasst einen ersten Verdampferteil (A), der zumindest ein zwischen zwei Sammelabschnitten (320, 330) angeordnetes te (320, 330) und das Kältemittelrohr zum Führen des Kältemittels ausgebildet sind, und einem mit dem ersten Verdampferteil verbindbaren oder verbundenen zweiten Verdampferteil (B), der zumindest ein zwischen zwei weiteren Sammelabschnitten (260, 270; 340, 350) angeordnetes weiteres Kältemittelrohr (520; 1520) aufweist, wobei die weiteren Sammelabschnitte und das weitere Kältemittelrohr zum Führen des Kältemittels ausgebildet sind, und wobei der erste Verdampferteil (A) und/oder der zweite Verdampferteil (B) aus benachbarten Verdampferblöcken (270, 275, 280, 285; 1', 2', 1, 2, 3, 4) gebildet ist, wobei die jeweiligen Kältemittelrohre (520; 1520) derart ausgebildet sind, dass sie aufeinanderfolgend jeweils gegensinnig durchströmt werden, und wobei sich eine Anzahl von Verdampferblöcken in dem ersten Verdampferteil von einer Anzahl von Verdampferblöcken in dem zweiten Verdampferteil unterscheidet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verdampfervorrichtung zum Verdampfen eines Kältemittels. Die Verdampfervorrichtung kann beispielsweise in einer Klimaanlage eines Fahrzeugs zur Kühlung von Luft für den Fahrzeuginnenraum eingesetzt werden.
Die US 6449979 B1 , EP 1065453 B1 betrifft eine Blendenpositionierung in einem 4-Block-Verdampfer zur besseren Kältemittelverteilung. Diese Dokumente beschreiben die Beeinflussung der Kältemittelverteilung und damit des Temperaturprofils mit einzelnen Blenden in den unteren Sammlern in einem 4-Block-Verdampfer, wobei die einzelnen Blöcke nacheinander durch- bzw. angeströmt werden. Auf die genaue Form der Drossellöcher in Bezug auf Größe und/oder Querschnittsverhältnisse bzw. Positionierung zueinander wird nicht näher eingegangen.
Die DE 10 2005 059 917 A1 beschreibt einen Blendeneinbau in einem 6-Block-Verdampfer zur besseren Kältemittelverteilung. Offenbart ist ein Einsatz von Blenden zur besseren Kältemittelverteilung in einem 6-Block-Verdampfer, wobei die einzelnen Blöcke ebenfalls nacheinander durchströmt werden. Es werden jedoch detailliertere Angaben zu Form/Größe und Position gemacht.
Das Dokument von Ralph L. Webb, „Two-Phase Flow Distribution to Tubes of Parallel Flow Air-Cooled Heat Exchangers" befasst sich mit der prinzipiellen Problematik der Kältemittelverteilung bei 4-flutiger Durchströmung.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Verdampfervorrichtung zum Verdampfen eines Kältemittels zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Verdampfervorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Ansatz basiert auf einer vorteilhaften Gestaltung der Sammler- bzw. Verdampferdurchströmung eines Flachrohrverdampfers, um eine geeignete Kältemittelverteilung bei beispielsweise verschiedenen Verschaltungsvarianten zu gewährleisten. Im allgemeinen Fall handelt es sich dabei z. B. um einen Verdampfer mit zwei Ausgängen, wobei ein Ausgang zum Kompressor und der andere Ausgang zur Treibdüse des Ejektors führt.
Dabei kann der hier vorgestellte Ejektor-Verdampfer aus zwei getrennt voneinander durchströmten Verdampfern bestehen, die luftseitig hintereinandergeschaltet sind, wobei in jedem Verdampfer die Kältemittelverteilung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz ermöglicht werden kann. Somit werden beide Verdampferteile beispielsweise so gestaltet, dass sich in Kombination eine geeignete Kältemittel- bzw. Temperaturverteilung einstellt. Gerade in Hinsicht auf eine gleichsinnige Durchströmung der beiden Verdampferteile ist die geeignete Überlappung der einzelnen Blöcke für eine gute Temperaturverteilung des Verdampfers ein wesentliches Merkmal.
Dabei können alle Maßnahmen an den Sammlern jedoch weiterhin auf eine kostengünstige Fertigung gerichtet sein, z. B. unter Beachtung des Gleichteileprinzips bezüglich der Sammler oben und/oder unten, Rechtslenker bzw. Linkslenker, etc.
Vorteilhafterweise kann mit dem hier vorgestellten Ansatz eine gute Kältemittelverteilung bei den beschriebenen Verschaltungsvarianten eines Ejektor-Verdampfers realisiert werden. Mit einer geeigneten Kombination – bei luftseitiger Hintereinanderschaltung – der einzelnen Verdampferteile eines Ejektor-Verdampfers kann eine gute Temperaturverteilung erreicht werden. Zudem ist eine kostengünstige Herstellung der Sammler mit Einbauten sowie eine verwechslungsfreie Montage gegeben. Auch dem Gleichteilprinzip kann zufriedenstellend Rechnung getragen werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass eine Verwendung genauer Querschnittsverhältnisse für den Einsatz mehrerer Blenden eine bessere Kältemittelverteilung gewährleisten kann.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Verdampfervorrichtung zum Verdampfen eines Kältemittels, mit folgenden Merkmalen: einem ersten Verdampferteil, der zumindest ein zwischen zwei Sammelabschnitten angeordnetes Kältemittelrohr aufweist, wobei die Sammelabschnitte und das Kältemittelrohr zum Führen des Kältemittels ausgebildet sind; und einem mit dem ersten Verdampferteil verbindbarer oder verbundener und den ersten Verdampferteil zumindest teilweise überlappenden zweiten Verdampferteil, der mindestens ein zwischen zwei weiteren Sammelabschnitten angeordnetes weiteres Kältemittelrohr aufweist, wobei die weiteren Sammelabschnitte des zweiten Verdampferteils und das weitere Kältemittelrohr zum Führen des Kältemittels ausgebildet sind, und wobei der erste Verdampferteil und/oder der zweite Verdampferteil aus benachbarten Verdampferblöcken gebildet ist, wobei die jeweiligen Kältemittelrohre derart ausgebildet sind, dass sie aufeinanderfolgend jeweils gegensinnig durchströmt werden, und wobei sich eine Anzahl von Verdampferblöcken in dem ersten Verdampferteil von einer Anzahl von Verdampferblöcken in dem zweiten Verdampferteil unterscheidet.
Auf diese Weise kann zum Beispiel eine Konstruktion des Verdampferteils mit der geringeren Anzahl von Verdampferblöcken realisiert werden, die einen größeren Querschnitt der Kältemittelrohre zulässt. Somit sind die Kältemittelrohre im Vergleich zu den Kältemittelrohren des Verdampferteils mit der höheren Anzahl von Verdampferblöcken vorteilhafterweise zum Führen eines größeren Massenstroms, also beispielsweise eines Kältemittelstroms mit einem hohen Dampfanteil, geeignet.
Entsprechend kann die erfindungsgemäße Verdampfervorrichtung so aufgebaut sein, dass die Anzahl von Verdampferblöcken in dem ersten Verdampferteil niedriger ist als die Anzahl von Verdampferblöcken in dem zweiten Verdampferteil. Dabei kann z. B. der erste Verdampferteil die Lufteintrittsseite und der zweite Verdampferteil die Luftaustrittsseite der Verdampfervorrichtung darstellen. So kann vorteilhafterweise ein maximaler Wirkungsgrad der Kühlleistung der Verdampfervorrichtung erzielt werden.
Die Verdampfervorrichtung kann beispielsweise Teil einer Klimaanlage eines Fahrzeugs sein. Dabei wird der Verdampfervorrichtung ein Luftstrom zugeführt, mittels des Kältemittels gekühlt und anschließend dem Innenraum des Fahrzeugs zugeführt. Der erste und zweite Verdampferteil können so überlappend angeordnet sein, dass sich jeweils zwei Hauptseiten des ersten und zweiten Verdampferteils gegenüber liegen. Das Kältemittelrohr kann z. B. als Flachrohr ausgeformt und im rechten Winkel bezüglich der Sammelabschnitte angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Kältemittelrohren parallel zwischen den Sammelabschnitten angeordnet sein und in abwechselnd gegensinniger Richtung von dem Kältemittel durchströmt werden, so dass das Kältemittel nacheinander durch z. B. den oberen oder den unteren der beiden Sammelabschnitte geführt wird. Die Sammelabschnitte können z. B. als Rohre mit einem zumindest halbkreisförmigen Querschnitt ausgebildet sein, wobei jeweils ein Ende des Kältemittelrohrs oder der Kältemittelrohre in einen Sammelabschnitt mündet. Beispielsweise kann der Querschnitt der Sammelrohre größer als ein Querschnitt der Kältemittelrohre sein. Der zweite Verdampferteil kann z. B. über ein gemeinsames Mantelrohr des Ejektors mit dem ersten Verdampferteil verbunden sein. Dabei können z. B. die oben liegenden Sammelabschnitte des ersten und zweiten Verdampferteils über das Mantelrohr des Ejektors zu gleichen oder unterschiedlichen Teilen mit dem Kältemittel versorgt werden. Während des zurückgelegten Weges durch die Verdampfervorrichtung kann der Aggregatszustand des Kältemittels sich beispielsweise kontinuierlich von Flüssigkeit zu Dampf ändern. Beispielsweise können die Querschnitte beider Sammelabschnitte des luftaustrittsseitigen Verdampferteils kleiner als die Querschnitte der Sammelabschnitte des lufteintrittsseitigen Verdampferteils sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann zumindest einer der Sammelabschnitte und zusätzlich oder alternativ einer der weiteren Sammelabschnitte mindestens ein Drosselblech mit mindestens einer Öffnung aufweisen. Das Drosselblech kann ausgebildet sein, um eine Strömung des Kältemittels in den Sammelabschnitten und/oder den weiteren Sammelabschnitten zu beeinflussen. Insbesondere kann das Drosselblech im Inneren des oder der Sammelabschnitte senkrecht bezüglich einer Längserstreckung des oder der Sammelabschnitte eingebaut sein. Mit dem Einsatz des mindestens einen Drosselblechs kann ein Durchfluss des Kältemittels durch die Sammelabschnitte vorteilhaft gedrosselt werden, so dass infolge eine gleichmäßige Verteilung des Kältemittels auf verschiedene Kältemittelrohre ermöglicht werden kann.
Ferner kann zumindest einer der Sammelabschnitte und/oder einer der weiteren Sammelabschnitte eine Mehrzahl von Drosselblechen mit jeweils unterschiedlichen Öffnungen aufweisen. Die Öffnungen können so ausgebildet sein, dass sich eine Fläche der in Strömungsrichtung des Kältemittels hintereinander angeordneten Drosselbleche verkleinert. Die Drosselöffnungen werden in Strömungsrichtung entsprechend dem abnehmenden Massenstrom kleiner. So kann vorteilhafterweise die Drosselung des Kältemittelstroms durch die Sammelabschnitte zwischen den einzelnen Drosselblechen variiert werden.
Auch können die Einzelnen der Mehrzahl von Drosselblechen in unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann so eine geeignete Verteilung des Kältemittels auf die einzelnen Kältemittelrohre erzielt werden.
Weiterhin kann eine Geometrie der Öffnungen einer Geometrie des Querschnitts der Sammelabschnitte und/oder der weiteren Sammelabschnitte entsprechen. Auf diese Weise können Verwirbelungen des Kältemittelstroms vorteilhaft vermieden beziehungsweise reduziert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann in zumindest einem der Sammelabschnitte und/oder einem der weiteren Sammelabschnitte mindestens ein Leitblech angeordnet sein. Das Leitblech kann bezüglich einer Einlassöffnung des Sammelabschnitts und/oder weiteren Sammelabschnitts für das Kältemittel derart angeordnet sein, dass ein Massenstrom des Kältemittels vor Eintritt in das Kältemittelrohr und/oder das weitere Kältemittelrohr umgelenkt wird. Insbesondere kann der Massenstrom vollständig umgelenkt werden. Das Leitblech kann beispielsweise als ein flaches Metallstück ausgebildet sein. Zum Umleiten des Massenstroms kann das Leitblech so in dem Sammelabschnitt und/oder weiteren Sammelabschnitt angeordnet sein, dass es die Eintrittsöffnungen in eines oder mehrere der Kältemittelrohre zumindest teilweise verdeckt. Das Leitblech kann z. B. Parallel zu den Eintrittsöffnungen oder geneigt bezüglich den Eintrittsöffnungen angeordnet sein. Die Verwendung des Leitblechs ermöglicht die Realisierung einer gleichmäßigen Verteilung des Massenstroms auf sämtliche Eintrittsöffnungen der Kältemittelrohre.
Ferner kann das Leitblech durch eine Umformung einer Außenwand des Sammelabschnitts und/oder des weiteren Sammelabschnitts gebildet sein. Auf diese Weise ist eine materialsparende Fertigung und positionsgenaue Anordnung des Leitblechs möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann zumindest ein Sammelabschnitt des ersten und/oder zweiten Verdampferteils eine Einströmeinrichtung für das Kältemittel in den Sammelabschnitt aufweisen. Dabei kann die Einströmeinrichtung ausgebildet sein, um das Kältemittel in einer Richtung in den Sammelabschnitt einzuführen, die von einer Senkrechten auf den Sammelabschnitt abweicht. Bei der Einströmeinrichtung kann es sich beispielsweise um ein kurzes Rohr oder ein Ventil handeln. Dies ermöglicht eine vorteilhafte gleichmäßige Verteilung des Kältemittels auf sämtliche Eintrittsöffnungen der Kältemittelrohre des ersten und/oder zweiten Verdampferteils.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann einer der weiteren Sammelabschnitte des zweiten Verdampferteils einen kleineren Querschnitt aufweisen als die Sammelabschnitte des ersten Verdampferteils. Somit wird dem geringeren Massenstrom Rechnung getragen. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt zum einen in der besseren Kältemittelverteilung aufgrund höherer Strömungsgeschwindigkeiten und zum anderen in einer besseren Ölrückführung. Das Verhältnis der Sammlerquerschnittsflächen der beiden Verdampferteile liegt vorzugsweise zwischen 1.1 und 1.5, es sind aber auch kleiner oder größere Verhältnisse denkbar. Auch eine identische Ausführung der Sammelabschnitte ist möglich.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1a–c Darstellungen zur Kältemittelverteilung bei einer Verdampfervorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
2 eine Prinzipdarstellung einer Ejektorverschaltung für einen zweiteiligen Ejektorverdampfer;
3 eine weitere Prinzipdarstellung einer Ejektorverschaltung für einen zweiteiligen Ejektorverdampfer;
4 eine Querschnittsdarstellung einer reduzierten Sammlerhöhe auf der Luftaustrittsseite eines Ejektorverdampfers, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung eines Leitblechs bei senkrechter Kältemitteleinströmung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 eine Draufsicht auf die Anordnung des Leitblechs aus 5;
7 in einer weiteren Prinzipdarstellung den Ejektorverdampfer aus 3 mit Blendenpositionen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8–14 Prinzipdarstellungen von Geometrien von Drosselöffnungen, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
15 eine Prinzipdarstellung einer Position einer Drosselöffnung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
16 eine weitere Prinzipdarstellung einer Ejektorverschaltung für einen zweiteiligen Ejektorverdampfer; und
17 eine weitere Prinzipdarstellung einer Ejektorverschaltung für einen zweiteiligen Ejektorverdampfer.
In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
1a bis 1c zeigen Darstellungen zur Kältemittelverteilung, wie sie bei Verdampfern gemäß dem Stand der Technik häufig anzutreffen ist.
1a zeigt dazu in einer Frontansicht einen herkömmlichen Verdampfer mit einem obenliegenden und einem untenliegenden Sammelabschnitt. Ein gestrichelter Pfeil kennzeichnet einen Fluss eines Kältemittels durch den Verdampfer. Gemäß der Darstellung in 1a tritt das Kältemittel an dem oberen Sammelabschnitt rechts in den Verdampfer ein und wird mäanderförmig durch den Verdampfer geführt, wobei das Kältemittel abwechselnd den unteren und oberen Sammelabschnitt durchläuft. Schließlich tritt das Kältemittel an dem oberen Sammelabschnitt links aus dem Verdampfer wieder aus. Dunkel schraffierte Bereiche in 1a kennzeichnen dabei Bereiche des Verdampfers mit einem ungünstigen Kühlungswirkungsgrad aufgrund einer ungleichmäßigen Kältemittelverteilung in dem Verdampfer.
1b zeigt in einer Detailvergrößerung einen linksseitigen Endbereich eines unten liegenden Sammelabschnitts eines Verdampfers gemäß der in 1a gezeigten Darstellung. Dabei kennzeichnet eine dunkel schraffierte Fläche einen Flüssigkeitsanteil eines in dem Sammelabschnitt strömenden Kältemittels. Pfeile kennzeichnen eine Strömungsrichtung des in dem Sammelabschnitt strömenden Kältemittels. Es zeigt sich in 1b, dass aufgrund der ungleichmäßigen Kältemittelverteilung ein – hier nicht explizit gekennzeichneter – Dampfanteil beziehungsweise der Flüssigkeitsanteil des Kältemittels ungleichmäßig auf in den Sammelabschnitt mündende Kältemittelrohre verteilt wird.
1c zeigt in einer Detailvergrößerung einen Ausschnitt eines oben liegenden Sammelabschnitts eines Verdampfers gemäß dem in 1a gezeigten. Wiederum kennzeichnet eine dunkel schraffierte Fläche einen Flüssigkeitsanteil eines in dem Sammelabschnitt strömenden Kältemittels und Pfeile kennzeichnen eine Strömungsrichtung des in dem Sammelabschnitt strömenden Kältemittels. 1c zeigt analog zu 1b wiederum die ungleichmäßige Verteilung des Dampfanteils bzw. des Flüssigkeitsanteils des Kältemittels auf in den Sammelabschnitt mündende Kältemittelrohre.
2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Ejektorverschaltung für einen zweiteiligen Ejektorverdampfer 200. Gezeigt sind ein erster Verdampferteil A, ein zweiter Verdampferteil B sowie ein Ejektor 230. Der erste Verdampferteil A weist einen oben liegenden Sammelabschnitt 240 sowie einen unten liegenden Sammelabschnitt 250 auf. Der zweite Verdampferteil B weist einen oben liegenden Sammelabschnitt 260 sowie einen unten liegenden Sammelabschnitt 270 auf. Der erste Verdampferteil A umfasst einen ersten Verdampferblock 270 und einen zweiten Verdampferblock 275, und der zweite Verdampferteil B umfasst ebenfalls einen ersten Verdampferblock 280 und einen zweiten Verdampferblock 285. Die in 2 gezeigten Pfeile kennzeichnen eine Strömungsrichtung eines Kältemittels durch den Ejektorverdampfer 200.
3 zeigt eine weitere Prinzipdarstellung einer Ejektorverschaltung für einen zweiteiligen Ejektorverdampfer 300. die in 2 gezeigte Ejektorverdampfer 300 weist einen ähnlichen Aufbau wie die in 2 gezeigte Ejektorverdampfer 200 auf, mit dem Unterschied, dass ein erster Verdampferteil A einen ersten Verdampferblock 1' und einem zweiten Verdampferblock 2' umfasst, während ein zweiter Verdampferteil B einen ersten Verdampferblock 1, einen zweiten Verdampferblock 2, einen dritten Verdampferblock 3 sowie einen vierten Verdampferblock 4 aufweist. Der Verdampferteil A weist einen oberen Sammelabschnitt 320 sowie einen unteren Sammelabschnitt 330 auf. Der Verdampferteil B weist einen oberen Sammelabschnitt 340 sowie einen unteren Sammelabschnitt 350 auf. Wiederum kennzeichnen durchgezogene Pfeile eine Strömungsrichtung eines Kältemittels durch den Ejektorverdampfer 300. Gestrichelte Pfeile kennzeichnen eine Strömungsrichtung eines durch der Ejektorverdampfer 300 zu kühlen Luftstroms. Ausgehend von der in 3 gezeigten Strömungsrichtung der Luft kann der erste Verdampferteil A als einer Lufteintrittsseite zugewandt und der zweite Verdampferteil B als einer Luftaustrittsseite des Ejektorverdampfers 300 zugewandt bezeichnet werden. Weiterhin sind die Verdampferblöcke des zweiten Verdampferteils unterschiedlich breit. Beispielsweise ist in dem zweiten Verdampferteil B der erste Verdampferblock 1 schmaler als der zweite Verdampferblock 2, der wiederum schmaler als der dritte Verdampferblock 3 ist. Der dritte Verdampferblock 3 ist wiederum schmaler als der vierte Verdampferblock 4 des zweiten Verdampferteils B.
Der in 3 gezeigte Ejektor-Verdampfer 300 weist eine Verschaltung mit oben liegendem Ejektor 310 auf, wobei der Verdampferteil auf der Lufteintrittsseite A zweiflutig und der Verdampferteil auf der Luftaustrittsseite B vierflutig ausgeführt ist. Der zweiflutige Verdampferteil A wird im Gegensatz zu dem vierflutigen Verdampferteil B verschaltungsgemäß mit einem höheren Massenstrom durchströmt, wobei vorzugsweise an einem Eintritt des vierflutigen luftaustrittsseitigen Verdampferteils auch ein deutlich geringerer Dampfanteil vorliegt. Die Durchströmung der beiden Verdampferteile erfolgt gleichsinnig. Alternativ kann der Betrieb der beiden Verdampferteile A, B aber auch mit identischem Eintrittsdampfgehalt erfolgen. Diese Alternative ist in 3 jedoch nicht gezeigt. Weiterhin ist bei oben liegendem Ejektorrohr 310 neben der beschriebenen 2 + 4-Verschaltung auch jede weitere geradzahlige Verschaltung, wie z. B. eine 4 + 4- oder 2 + 6- oder 4 + 6-Verschaltung denkbar, jedoch ebenfalls in 3 nicht gezeigt.
Die Blockaufteilung der beiden Verdampferteile A, B erfolgt entsprechend dem zunehmenden Dampfgehalt vorzugsweise progressiv. Zur geeigneten Überlappung der Einzelblöcke 1', 2' und 1, 2, 3, 4 der beiden Verdampferteile A, B ist jedoch jeweils auch eine degressive Blockaufteilung oder eine Kombination aus progressiver und degressiver Blockaufteilung oder eine gleichverteilte Blockaufteilung denkbar. Damit ist eine gezielte Beeinflussung des aus der luftseitigen Hintereinanderschaltung der Teilblöcke 1', 2' und 1, 2, 3, 4 resultierenden Temperaturprofils möglich. Eine mögliche – in 3 nicht gezeigte – Ausführungsform zur geeigneten Überlappung der beiden Verdampferteile A, B sieht vor, dass bei der 4 + 2-Verschaltung jeweils ein Block 1', 2' auf der Lufteintrittsseite A mit zwei Blöcken 1, 2, 3, 4 auf der Luftaustrittsseite B vollständig deckungsgleich ist.
4 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer reduzierten Sammlerhöhe auf der Luftaustrittsseite eines Ejektorverdampfers, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind ein Querschnitt 410 eines Sammelabschnitts beziehungsweise Sammlers eines Verdampferteils A und ein Querschnitt 420 eines Sammelabschnitts beziehungsweise Sammlers eines Verdampferteils B. Ein Pfeil kennzeichnet eine Strömungsrichtung eines zu kühlen Luftstroms. In 4 ist zu sehen, dass der Querschnitt 420 des Sammelabschnitts bei B geringer als der Querschnitt des Sammelabschnitts 410 bei A ist.
Bei einem Ejektorverdampfer gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden die Sammler des Verdampferteils auf der Luftaustrittsseite B mit einer geringeren Querschnittsfläche 420 ausgeführt, die an den entsprechend geringeren Massenstrom angepasst ist. Der Vorteil dieser Ausführung liegt zum einen in der besseren Kältemittelverteilung aufgrund höherer Strömungsgeschwindigkeiten und zum anderen in einer besseren Ölrückführung. Ein Verhältnis der Sammlerquerschnittsflächen 410, 420 beider Verdampferteile A, B liegt vorzugsweise zwischen 1.1 und 1.5, es sind aber auch kleinere und größere Verhältnisse denkbar. Auch eine identische Ausführung der Sammler beider Verdampferteile A, B ist möglich. Bevorzugt ist die Querschnittsverringerung bei dem Sammelabschnitt oben, es ist aber auch eine beidseitige Reduzierung möglich. Der Vorteil der beidseitigen Reduzierung kann mit dem Gleichteileprinzip und einer Volumenreduzierung begründet werden.
5 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Anordnung eines Leitblechs 500 bei senkrechter Kältemitteleinströmung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist ein Abschnitt eines Sammelabschnitts 510, in denen eine Mehrzahl von Kältemittelrohren 520 mündet. Ein Pfeil kennzeichnet eine Strömungsrichtung des Kältemittels in den Sammelabschnitt 510.
Der Zulauf des Kältemittels für beide Verdampferteile erfolgt bei oben liegendem Ejektorrohr von oben, so dass bei einem zweiflutigen Verdampferteil in einem ersten Block das Prallblech bzw. Leitblech 500 zu einer besseren Verteilung des Kältemittels auf alle Flachrohre 520 erforderlich sein kann. Das Prall-/Leitblech 500 überdeckt vorzugsweise den gesamten Eintrittsquerschnitt, so dass der vollständige Massenstrom umgelenkt wird. In 5 ist das Prall-/Leitblech 500 senkrecht zu einer Eintrittsrichtung des Kältemittels in die Flachrohre 520 und in einer mittleren Ebene des Sammlers 510 angeordnet und besteht im einfachsten Fall aus einem ebenen Blech. Das Prall-/Leitblech 500 kann aber auch in einem Winkel zur Eintrittsöffnung angeordnet sein.
6 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung des Leitblechs 500 aus 5. Benachbart zu dem Sammelabschnitt 510, in dem das Leitblech 500 angeordnet ist, ist ein weiterer Sammelabschnitt 610 gezeigt, der bei Kombination zweier Verdampfer dem luftaustrittsseitigen Teil entspricht. Ein Pfeil kennzeichnet eine Strömungsrichtung eines zu kühlen Luftstroms. Ein Doppelpfeil kennzeichnet eine Tiefe T des Sammelabschnitts 510. In 6 ist eine Breite des Prall-/Leitblechs 500 bei senkrechter Einströmung des Kältemittels gut zu erkennen. Um schlecht durchströmte Bereiche im Schatten des Prall-/Leitblechs 500 zu verhindern, überdeckt das Prall-/Leitblech 500 hier vorzugsweise nicht die gesamte Tiefe T der Sammlerhälfte 510.
7 zeigt den Ejektorverdampfer 300 aus 3 in einer leicht geänderten Perspektive. Zusätzlich sind Positionen 710, 720, 730 von Blenden beziehungsweise Drosselblechen bei dem Verdampferteil A sowie Positionen 740, 750 und 760 von Blenden beziehungsweise Drosselblechen bei dem Verdampferteil B gezeigt.
In den unteren Sammlern 330, 350 beider Verdampferteile A, B sind zur besseren Kältemittelverteilung an den Positionen 710, 720, 730 Drosselbleche eingebaut. In dem vierflutigen Verdampferteil B ist gemäß der Darstellung in 7 an folgenden Positionen eine Drossel vorgesehen. Erstens am Übertritt 740 von Block 1 zu Block 2 zur Vermeidung der Unterversorgung der Flachrohre direkt nach dem Übertritt Die durchströmte Querschnittsfläche der Drossel beträgt vorzugsweise 40–60% der Sammlerquerschnittsfläche. Zweitens ist eine Drossel am Übertritt 750 von Block 3 zu Block 4 zur Vermeidung der Unterversorgung der Flachrohre direkt nach dem Übertritt eingefügt. Die durchströmte Querschnittsfläche der Drossel beträgt vorzugsweise 40–60% der Sammlerquerschnittsfläche. Drittens ist eine Drossel in der Mitte 760 von Block 4 zur gleichmäßigen Kältemittelverteilung und Verringerung der Flüssigkeitsaufstauung am Ende des Blockes angeordnet. Die durchströmte Querschnittsfläche dieser Drossel beträgt vorzugsweise 10–30% der Sammlerquerschnittsfläche. In dem zweiflutigen Verdampferteil (A) ist an folgenden Positionen eine Drossel vorgesehen. Erstens am Übertritt 710 von Block 1' zu Block 2' zur Vermeidung der Unterversorgung der Flachrohre direkt nach dem Übertritt. Die durchströmte Querschnittsfläche der Drossel beträgt vorzugsweise 40–60% der Sammlerquerschnittsfläche. Zweitens ein Drittel 720 nach dem Übertritt 710 in Block 2' zur gleichmäßigen Kältemittelverteilung. Die durchströmte Querschnittsfläche der Drossel beträgt vorzugsweise 10–30% der Sammlerquerschnittsfläche. Drittens zwei Drittel 730 nach dem Übertritt 710 in Block 2' zur gleichmäßigen Kältemittelverteilung und Verringerung der Flüssigkeitsaufstauung am Ende des Blockes 2'. Die durchströmte Querschnittsfläche der Drossel beträgt vorzugsweise 2–20% der Sammlerquerschnittsfläche.
Die prinzipielle Anordnung und Größenverteilung der Drosselöffnungen bleibt bei Erhöhung der Blockanzahl je Verdampferteil A, B gleich. Die Anzahl der Drosselöffnungen je Block ist aber nicht auf die in den Figuren beschriebene beschränkt, sondern es sind auch mehr oder weniger Drosselöffnungen möglich. Für eine druckverlustoptimierte Ausführung ist das Weglassen der Drosselöffnung an einem Übertritt in einen letzten durchströmten Block eine mögliche Ausführungsform. Ein Wirkbereich einer Drosselöffnung umfasst – unabhängig vom durchströmten Querschnitt der Drosselöffnung – zwischen 6 und 8 Flachrohre, so dass – in Abhängigkeit der Querteilung – spätestens nach diesem Abstand die nächste Blende erforderlich ist bzw. der Abstand zum Ende des Sammelrohres nicht größer sein soll.
8 bis 14 zeigen Prinzipdarstellungen von Geometrien von Drosselöffnungen, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt ein Drosselblech 800 mit einer Drosselöffnung 810, wobei die Drosselöffnung 810 einen Öffnungsquerschnitt A_q > 30% einer Fläche des Drosselblechs 800 repräsentiert. In 8 ist zu sehen, dass eine Geometrie einer Oberkante der Drosselöffnung 810 einer Geometrie einer Oberkante des Drosselblechs 800 folgt.
9 und 10 zeigen jeweils ein Drosselblech 900 mit einer Drosselöffnung 910 sowie ein Drosselblech 1000 mit einer Drosselöffnung 1010, wobei die Drosselöffnungen 910 und 1010 jeweils einen Öffnungsquerschnitt A_q < 30% einer Fläche der Drosselbleche 900 und 1000 repräsentieren. In 9 und 10 ist zu sehen, dass eine Geometrie einer Oberkante der Drosselöffnungen 910 und 1010 einer Geometrie einer Oberkante der Drosselbleche 900 und 1000 nicht folgen. 11 bis 14 zeigen weitere mögliche Geometrien von Drosselöffnungen.
Bevorzugte Formen von Drosselöffnungen 810, 910, 1010 sind in den 8, 9 und 10 dargestellt. Bei großen Öffnungsquerschnitten von > 30% entspricht die Öffnungsgeometrie bevorzugt der entsprechend verkleinerten Geometrie des Sammlerquerschnitts. Bei Öffnungsquerschnitten von unter 30% ist die Drosselöffnung 910, 1010 ein abgerundetes Rechteck oder kreisförmig. Die Drosselöffnungen 810, 910, 1010 sind an der jeweiligen Position bevorzugt derart angeordnet, dass jeweils die untere Kante der Öffnung 810, 910, 1010 in der gleichen Ebene liegt wie die Oberkante der Flachrohre. Es ist aber auch eine bezüglich der Flachrohre unterschiedliche Höhe möglich. Ebenso kann die Drosselöffnung auch andere geometrische Formen, z. B. Dreieck, Polygon, usw. aufweisen, wie in 11 und 12 gezeigt, oder auch aus einer beliebigen Freiform oder aus mehreren Öffnungen bestehen, wie 13 und 14 zeigen.
15 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Position D einer Drosselöffnung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist ein Sammelabschnitt 1510, in den zwei Kältemittelrohre 1520 münden. Ein Drosselblech 1530 ist in einem rechten Winkel zu einer Längserstreckung des Sammelabschnitts 1510 in dem Sammelabschnitt 1510 angeordnet. Ein Pfeil deutet eine, Strömungsrichtung des Kältemittels an.
Zusammenfassend zu den 8 bis 15 sei darauf hingewiesen, dass für eine kostengünstige Herstellung verschiedener Anschlusssituationen des erfindungsgemäßen Ejektor-Verdampfers (Gleichteileprinzip, Sammler oben/unten, Rechtslenker/Linkslenker) die Positionen der Drosselöffnungen 810, 910, 1010 als auch die Positionen der Trennwände für die einzelnen Blöcke des jeweiligen Verdampferteils derart gewählt und in der Sammlerkontur konstruktiv als mögliche Position vorgesehen sind, dass sie mittensymmetrisch sind.
16 und 17 zeigen alternative Ausführungsformen für eine Ejektorverschaltung der hier vorgestellten Verdampfervorrichtung. So zeigt 16 eine Verdampfervorrichtung 1610 mit rechtsseitigem Eintritt des Kältemittels in einen oben liegenden Sammelabschnitt 1620 auf der Lufteintrittsseite und rechtsseitigem Eintritt des Kältemittels in einen unten liegendem Sammelabschnitt 1630 auf der Luftaustrittsseite der Verdampfervorrichtung 1610.
17 zeigt eine Verdampfervorrichtung 1710 mit linksseitigem Eintritt des Kältemittels in einen oben liegenden Sammelabschnitt 1720 auf der Lufteintrittsseite und ebenfalls rechtsseitigem Eintritt des Kältemittels in einen unten liegenden Sammelabschnitt 1730 auf der Luftaustrittsseite der Verdampfervorrichtung 1710.
Bei der in den 16 und 17 gezeigten alternativen Verschaltung des Ejektorverdampfers mit oben liegendem Ejektorrohr, oder bei – in den Figuren nicht gezeigtem – seitlich angeordnetem Ejektorrohr oder bei unten angeordnetem Ejektorrohr oder bei vor dem oberen Sammler angeordnetem Ejektorrohr sind auch Blockaufteilungen mit ungerader Blockzahl oder Kombination aus gerader und ungerader Blockzahl möglich, z. B. 2 + 2, 3 + 2, 3 + 3, 3 + 4, 6 + 4. Somit kann die Lufteintrittsseite vorzugsweise mit 2 bis 3 Blöcken und die Luftaustrittsseite mit 2 bis 6 Blöcken ausgeführt sein. Die verschiedenen Möglichkeiten der Sammlergestaltung wie unterschiedliche Höhe und prinzipielle Position der Drosselöffnungen bleiben jedoch gleich.
Ebenfalls in den Figuren nicht gezeigt ist eine Umsetzung einer Ausformung des Prall-/Leitblechs aus dem Sammler für eine kostengünstige Herstellung. Die maximale Größe und die Form des Prall-/Leitblechs ist dabei an die Größe und Form der Eintrittsöffnung gekoppelt. Ebenso ist eine entsprechende Formgebung des Sammelrohres vorstellbar, womit eine gezielte Richtungsbeeinflussung erreicht werden kann oder die Einströmrichtung entsprechend angepasst werden kann. Bei dieser Ausführungsform kann auf das Prallblech verzichtet werden. Eine weitere Umgehungsmöglichkeit des Prallblechs besteht darin, dass die Mittellinie der Einströmöffnung nicht senkrecht zur Normalen der Einströmöffnung liegt, sondern in einem bestimmten Winkel, so dass somit eine günstige Verteilung des Kältemittels über die Blockbreite erreicht werden kann.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6449979 B1 [0002]
EP 1065453 B1 [0002]
DE 102005059917 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Ralph L. Webb, „Two-Phase Flow Distribution to Tubes of Parallel Flow Air-Cooled Heat Exchangers” [0004]

Claims

Verdampfervorrichtung (200; 300; 1610; 1710) zum Verdampfen eines Kältemittels, mit folgenden Merkmalen: einem ersten Verdampferteil (A), der zumindest ein zwischen zwei Sammelabschnitten (240, 250; 320, 330) angeordnetes Kältemittelrohr (520; 1520) aufweist, wobei die Sammelabschnitte und das Kältemittelrohr zum Führen des Kältemittels ausgebildet sind; und einem mit dem ersten Verdampferteil verbindbaren oder verbundenen zweiten Verdampferteil (B), der zumindest ein zwischen zwei weiteren Sammelabschnitten (260, 270; 340, 350) angeordnetes weiteres Kältemittelrohr (520; 1520) aufweist, wobei die weiteren Sammelabschnitte und das weitere Kältemittelrohr zum Führen des Kältemittels ausgebildet sind, und wobei der erste Verdampferteil (A) und/oder der zweite Verdampferteil (B) aus benachbarten Verdampferblöcken (270, 275, 280, 285; 1', 2', 1, 2, 3, 4) gebildet ist, wobei die jeweiligen Kältemittelrohre (520; 1520) derart ausgebildet sind, dass sie aufeinanderfolgend jeweils gegensinnig durchströmt werden, und wobei sich eine Anzahl von Verdampferblöcken in dem ersten Verdampferteil von einer Anzahl von Verdampferblöcken in dem zweiten Verdampferteil unterscheidet.
Verdampfervorrichtung (200; 300; 1610; 1710) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Verdampferblöcken (270, 275; 1', 2') in dem ersten Verdampferteil (A) niedriger ist als die Anzahl von Verdampferblöcken (280, 285; 1, 2, 3, 4) in dem zweiten Verdampferteil (B).
Verdampfervorrichtung (200; 300; 1610; 1710) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Sammelabschnitte (240, 250; 320, 330; 1510) und/oder einer der weiteren Sammelabschnitte (260, 270; 340, 350; 1510) mindestens ein Drosselblech (800; 900; 1000; 1530) mit mindestens einer Öffnung (810; 910; 1010) aufweist, das ausgebildet ist, um eine Strömung des Kältemittels in den Sammelabschnitten und/oder den weiteren Sammelabschnitten zu beeinflussen.
Verdampfervorrichtung (200; 300; 1610; 1710) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Sammelabschnitte und/oder einer der weiteren Sammelabschnitte eine Mehrzahl von Drosselblechen (800; 900; 1000; 1530) mit jeweils unterschiedlichen Öffnungen (810; 910; 1010) aufweist, die so ausgebildet sind, dass sich eine Fläche der Mehrzahl von Drosselblechen in einer Strömungsrichtung des Kältemittels verkleinert.
Verdampfervorrichtung (200; 300; 1610; 1710) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelnen der Mehrzahl von Drosselblechen (800; 900; 1000; 1530) in unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sind.
Verdampfervorrichtung (200; 300; 1610; 1710) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geometrie der Öffnungen (810; 910; 1010) einer Geometrie des Querschnitts (410, 420) der Sammelabschnitte (240, 250; 320, 330) und/oder der weiteren Sammelabschnitte (260, 270; 340, 350) entspricht.
Verdampfervorrichtung (200; 300; 1610; 1710) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem der Sammelabschnitte (240, 250; 320, 330) und/oder einem der weiteren Sammelabschnitte (260, 270; 340, 350) mindestens ein Leitblech (500) angeordnet ist, das bezüglich einer Einlassöffnung des Sammelabschnitts und/oder weiteren Sammelabschnitts für das Kältemittel derart angeordnet ist, dass ein Massenstrom des Kältemittels vor Eintritt in das Kältemittelrohr (520; 1520) und/oder das weitere Kältemittelrohr umgelenkt wird, insbesondere vollständig umgelenkt wird.
Verdampfervorrichtung (200; 300; 1610; 1710) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitblech (500) durch eine Umformung einer Außenwand des Sammelabschnitts (240, 250; 320, 330) und/oder des weiteren Sammelabschnitts (260, 270; 340, 350) gebildet ist.
Verdampfervorrichtung (200; 300; 1610; 1710) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der weiteren Sammelabschnitte des zweiten Verdampferteils (B) einen kleineren Querschnitt als die Sammelabschnitte des ersten Verdampferteils (A) aufweist.
Verdampfervorrichtung (200; 300; 1610; 1710) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sammelabschnitt (240, 250, 260, 270; 320, 330, 340, 350) des ersten (A) und/oder zweiten (B) Verdampferteils eine Einströmeinrichtung für das Kältemittel in den Sammelabschnitt aufweist, wobei die Einströmeinrichtung ausgebildet ist, um das Kältemittel in einer Richtung in den Sammelabschnitt einzuführen, die von einer Senkrechten auf den Sammelabschnitt abweicht.