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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verdampfervorrichtung zum Verdampfen eines Kältemittels, um einen Luftstrom zu kühlen. Die hier vorgestellte Verdampfervorrichtung kann beispielsweise in einer Klimaanlage eines Fahrzeugs eingesetzt werden.
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Die
US2009/0090130 A1 beschreibt einen Verdampfer mit zwei Wärmetauschern zum Wärmetausch zwischen einem Kältemittel und Luft.
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DE 10 2008 052 331 A1 zeigt einen Ejektorverdampfer mit einem in einem Sammler innenliegenden Ejektorrohr.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Verdampfervorrichtung zum Verdampfen eines Kältemittels zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verdampfervorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst Günstige Ausgestaltungen ergeben sich durch die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass unter Berücksichtigung von thermodynamischen Randbedingungen, wie z.B. ein kleineres benötigtes Kammervolumen im luftaustrittsseitigen Rückführpfad des hier vorgestellten Ejektorverdampfers, eine kostengünstige und platzsparende Fertigung des Ejektorverdampfers aufbauend auf der Flachrohrverdampfer-Bauweise ermöglicht werden kann. Zudem realisiert der hier vorgestellte Ansatz eine gezielte Phasentrennung des Kältemittels im Ejektorrohr. Als weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung kann eine einfache und stabile Fertigstellung des vorgeschlagenen Ejektorverdampfers in Komplettlötung betrachtet werden.
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Da die Ausführung des hier vorgestellten Ejektorverdampfers möglichst auf dem Flachrohrverdampfer-Prinzip oder auch anderen Standard-Verdampfer-Bauweisen im Automotive-Bereich aufbaut, ergibt sich der Vorteil einer Verwendung vorhandener Bauprinzipien. Die Anordnung des Ejektors außerhalb des eigentlichen Verdampferblocks statt innenliegend im Sammler ermöglicht eine vorteilhafte Realisierung günstiger Strömungsquerschnitte im Block. Der hier vorgestellte Ansatz präsentiert ein kostengünstiges und platzsparendes Design. Weitere Vorteile der hier vorgestellten Lösung sind eine Komplettlötung des Ejektors mit dem Verdampferblöck, eine günstige Kältemittelverteilung und Ölrückführung sowie eine gezielte Auftrennung einer möglichst flüssigen Phase des Kältemittels an der luftaustrittsseitigen Anbindungsstelle und einer Gasphase des Kältemittels an der lufteintrittsseitigen Anbindungsstelle im Ejektorrohr. Vorteilhaft ist ferner die Anwendung des Gleichteileprinzips bei oberem und unterem Sammler mit entsprechender Anordnung der benötigten Trennwände und Blenden.
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Das hier vorgestellte Prinzip eines Ejektorverdampfers offenbart eine erstmalige konstruktive Ausgestaltung für die Verschaltungsart „Verdampfer mit Ejektor“.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Verdampfervorrichtung zum Verdampfen eines Kältemittels, um einen Luftstrom zu kühlen, wobei die Verdampfervorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
- einen Verdampferkörper mit einem ersten Verdampferteil und einem mit dem ersten Verdampferteil verbundenen zweiten Verdampferteil, wobei der erste Verdampferteil und der zweite Verdampferteil je zumindest ein zwischen zwei Sammelabschnitten angeordnetes Kältemittelrohr aufweisen; und
- einen an den Verdampferkörper angrenzenden Ejektor, der mit zumindest einem Sammelabschnitt des ersten Verdampferteils und mit zumindest einem Sammelabschnitt des zweiten Verdampferteils verbunden ist, wobei der Ejektor und der Verdampferkörper ein integriertes Bauteil bilden.
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Die Verdampfervorrichtung kann beispielsweise Teil einer Klimaanlage eines Fahrzeugs sein. Dabei durchströmt der Luftstrom die Verdampfervorrichtung und wird dabei mittels des Kältemittels gekühlt, um anschließend dem Innenraum des Fahrzeugs zugeführt zu werden. Die Verdampferkörper kann als einen im Wesentlichen rechteckiger Block ausgeführt sein, der in der Tiefe so in den ersten Verdampferteil und den zweiten Verdampferteil gespalten ist, dass je zwei Hauptseiten der beiden Verdampferteile zum Beispiel deckungsgleich gegenüber einander angeordnet sind. Dabei kann der Verdampferkörper so gegenüber dem zu kühlenden Luftstrom angeordnet sein, dass der Luftstrom in den ersten Verdampferteil eintritt oder an diesem vorbeiströmt und aus dem zweiten Verdampferteil austritt oder an diesem ebenfalls vorbeiströmt. Die Sammelabschnitte können z.B. als Rohre mit einem zumindest halbkreisförmigen Querschnitt ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Querschnitt der Sammelrohre größer als ein Querschnitt des Kältemittelrohrs sein. Ferner kann der Querschnitt eines oder beider Sammelabschnitte des luftaustrittsseitigen Verdampferteils kleiner als der Querschnitt der Sammelabschnitte des lufteintrittsseitigen Verdampferteils sein.
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Das Kältemittelrohr kann z.B. als Flachrohr ausgeformt und im rechten Winkel bezüglich der Sammelabschnitte eines Verdampferteils angeordnet und mit diesen fluidisch verbunden sein. Beispielsweise können die Verdampferteile je eine Mehrzahl von parallel angeordneten Kältemittelrohren aufweisen, die ausgebildet sind, um das Kältemittel abwechselnd über den oberen und unteren Sammelabschnitt des jeweiligen Verdampferteils von einer Seite zur anderen Seite des Verdampferteils zu führen.
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Der Ejektor kann beispielsweise als eine längliche Rohreinrichtung zum Ausstoßen des Kältemittels in Sammelabschnitte des Verdampferkörpers ausgeführt sein. Dazu kann der Ejektor beispielsweise mit einer Treibdüse ausgestattet sein. Der Ejektor kann zum Beispiel horizontal entlang einer Breite des Verdampferkörpers ausgerichtet sein und oben oder unten auf dem Verdampferkörper aufliegen oder neben dem oberen oder unteren Sammelabschnitt angeordnet sein. Alternativ kann der Ejektor auch vertikal an einer Seitenfläche des Verdampferkörpers angeordnet sein. Der Ejektor kann beispielsweise in einem Endbereich zwei Öffnungen aufweisen, von denen eine mit einem Sammelabschnitt des ersten Verdampferteils und die andere mit dem zu dem Sammelabschnitt benachbarten Sammelabschnitt des zweiten Verdampferteils verbunden sein kann, so dass beide Verdampferteile des Verdampferkörpers durch den Ejektor mit Kältemittel versorgt werden können. Unter dem integrierten Bauteil kann eine kompakte, Vorrichtung verstanden werden, die aus den Einzelteilen des Verdampferkörpers und des Ejektors beispielsweise mithilfe eines Komplettlötprozesses, d.h. günstigerweise nicht trennbar, hergestellt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Ejektor entlang einer Längserstreckung eines der Sammelabschnitte des ersten und zweiten Verdampferteils angeordnet sein. Beispielsweise kann der Ejektor entlang des jeweils oberen oder unteren Sammelabschnitts des ersten und zweiten Verdampferteils angeordnet sein. Vorteilhafterweise überschreitet eine Länge des Ejektors die Längserstreckung nicht. Durch die oben oder unten aufliegende Montage des Ejektors auf dem Verdampferkörper kann ein Bauraum für den Ejektorverdampfer gering gehalten werden beziehungsweise reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Ejektor in einer Längserstreckung aus zwei Halbschalen gebildet sein. Dies bietet den Vorteil einer einfachen Montage des Ejektors auf einem Sammelabschnitt und erleichtert ein Einbringen von Bauteilen wie beispielsweise einer Treibdüse in den Ejektor. Alternativ kann der Ejektor selbstverständlich auch einteilig aus einem Rohr ausgebildet sein.
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Ferner kann zumindest einer der Sammelabschnitte des zweiten Verdampferteils eine geringere Höhe als die Sammelabschnitte des ersten Verdampferteils aufweisen. Dabei kann ein Rohr des Ejektors auf dem Sammelabschnitt mit der geringeren Höhe angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil einer Bauraumersparnis. Zusätzlich oder alternativ können das Rohr und der Sammelabschnitt mit der geringeren Höhe je mindestens eine Öffnung zur gemeinsamen fluidischen Verbindung aufweisen. Vorteilhafterweise kann so Kältemittel direkt von dem Ejektor in den Sammelabschnitt geleitet werden, ohne dass dafür eine zusätzliche Leitung benötigt würde.
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Auch kann das Rohr in einem Endbereich eine flügelförmige Ausbuchtung mit einer geringeren Höhe als ein Restbereich des Rohrs aufweisen. Die flügelförmige Ausbuchtung kann auf dem zu dem Sammelabschnitt mit der geringeren Höhe benachbart angeordneten Sammelabschnitt mit einer größeren Höhe angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ können auch die flügelförmige Ausbuchtung und der Sammelabschnitt mit der größeren Höhe je eine Öffnung zur gemeinsamen fluidischen Verbindung aufweisen, wodurch wiederum vorteilhafterweise auf eine zusätzliche Leitung zum Führen des Kältemittels von dem Ejektor in dem Sammelabschnitt verzichtet werden kann. Die unterschiedlichen Höhenniveaus der flügelförmigem Ausbuchtung und des Restbereichs des Rohrs ermöglichen eine Phasentrennung des Kältemittels zwischen mehrheitlich flüssiger und gasförmiger Phase, so dass vorteilhafterweise auf ein separates Ventil zur Phasentrennung verzichtet werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Rohr des Ejektors mindestens einen konisch ausgeführten Durchzug aufweisen, der in mindestens eine Öffnung des Sammelabschnitts mit der geringeren Höhe eingeführt ist, um das Kältemittel aus dem Ejektor in den Sammelabschnitt zu leiten. Beispielsweise kann eine Wand des Durchzugs eine Neigung von 2-3° aufweisen. So können Bauhöhentoleranzen zwischen dem höheren und dem niedrigeren Sammelabschnitt auf einfache Weise ausgeglichen werden.
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Ferner kann sich von einem Rand der Öffnung des Sammelabschnitts mit der geringeren Höhe mindestens ein Führungselement (z.B. eine Zacke) in Richtung der Öffnungsinnenseite erstrecken. Beispielsweise kann der Rand der Öffnung drei Zacken aufweisen. Neben einem vorteilhaften Ausgleich von an dem Sammelabschnitt und dem Ejektor können die Zacken eine Verpressung des Durchzugs mit der Öffnung begünstigen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Ejektor in einem Inneren eine Treibdüse aufweisen, die über einen Anschlussflansch des Ejektors positioniert und gehalten wird. Ein derartiger Anschlussflansch kann beispielsweise ohne großen Aufwand bei beiden Halbschalen des Ejektors ausgeformt werden. Die Treibdüse kann dann zunächst in den Anschlussflansch der unteren Ejektorhalbschale eingesetzt werden und durch anordnen der oberen Ejektorhalbschale auf der unteren Ejektorhalbschale endgültig positioniert und fixiert werden. Alternativ kann der Anschlussflansch als eigenes Bauteil formschlüssig in den Endbereich der Ejektorhalbschalen eingebettet werden. Die Treibdüse kann dann in diesen Flansch eingeschoben und positioniert gehalten und über ein Dichtmittel (z.B. einen O-Ring) abgedichtet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Ejektor im Wesentlichen senkrecht zu einer Längserstreckung eines der Sammelabschnitte des ersten und zweiten Verdampferteils, also benachbart zu einer Seitenfläche des Ejektors vertikal angeordnet sein. Alternativ kann der Ejektor auch horizontal neben einem der oberen oder unteren Sammelabschnitte des Verdampferkörpers angeordnet sein. Derartige flexible Montagepositionen für die Anbindung des Ejektors an den Verdampferkörper bieten den Vorteil, dass der hier vorgestellte Ejektorverdampfer auf unterschiedlichste räumliche Gegebenheiten angepasst werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform können der Verdampferkörper und der Ejektor verlötet und/oder verpresst sein, um das integrierte Bauteil zu bilden. Beispielsweise können sämtliche Bauteile des Ejektorverdampfers in lediglich einem Schritt mittels einer Komplettlötung verbunden werden. Löt- und Pressfertigungsverfahren bieten den Vorteil, dass sie kostengünstig und einfach durchzuführen sind.
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Bevorzugt erfolgt die Einspritzung in den Ejektorverdampfer über ein Einspritzrohr, welches direkt mit dem Ejektorrohr über den Anschlussflansch verbunden ist. Die Absaugung aus dem Ejektorverdampfer erfolgt über ein Saugrohr, welches direkt mit dem Sammelabschnitt mit der größeren Höhe verbunden ist.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines Ejektorverdampfers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2a eine Darstellung in Frontansicht des erfindungsgemäßen Ejektorverdampfers aus 1;
- 2b eine Darstellung in Seitenansicht des erfindungsgemäßen Ejektorverdampfers aus 1;
- 2c eine Darstellung in einer weiteren Seitenansicht des erfindungsgemäßen Ejektorverdampfers aus 1;
- 2d eine Darstellung in Draufsicht des erfindungsgemäßen Ejektorverdampfers aus 1;
- 3 eine Schnittdarstellung einer Anbindung des Ejektors an den Ejektorverdampfer, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine Schnittdarstellung einer lufteintrittsseitigen Anbindungsstelle für den Ejektor an den Ejektorverdampfer, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 5 eine perspektivische Darstellung einer luftaustrittsseitigen Anbindungsstelle für den Ejektor an den Ejektorverdampfer, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 6a eine schematische Darstellung für das Innere des Ejektors, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 6b eine Detaildarstellung einer Treibdüse des Ejektors aus 6a;
- 7 eine perspektivische Darstellung eines hinteren Endes des Ejektors, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 8a eine schematische Darstellung einer Verpressung von Teilen des Ejektorverdampfers mittels ineinandergreifen der Zinnen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 8b eine perspektivische Darstellung der Teile aus 8a vor der Verpressung;
- 9 eine schematische Darstellung von potentiellen Trennwand- und Blendenpositionen des Ejektorverdampfers, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 10a eine perspektivische Darstellung einer seitlichen Anbindung des Ejektors an den Ejektorverdampfer, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 10b eine weitere perspektivische Darstellung der seitlichen Anbindung gemäß 10a, in der eine Halbschale des Ejektors entfernt ist;
- 11a eine perspektivische Darstellung einer vertikalen seitlichen Anbindung des Ejektors an den Ejektorverdampfer, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 11b eine weitere perspektivische Darstellung der vertikalen seitlichen Anbindung des Ejektors gemäß 11a.
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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.
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Die folgenden anhand der Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele des Ejektorverdampfers bauen jeweils auf der bereits vorhandenen Flachrohrverdampfer-Bauweise auf, wobei das Ejektorrohr außerhalb des eigentlichen Verdampferblocks am Verdampfer angebracht ist. Prinzipiell sind auch andere Standard-Automobil-Verdampfer-Bauweisen als Basis möglich.
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Anhand der folgenden Figuren werden der Aufbau eines erfindungsgemäßen Ejektorverdampfers sowie die Anbindung des Ejektors an den Verdampferblock anschaulich erläutert.
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1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Ejektorverdampfers 100 in einer Gesamtansicht von schräg oben. Gezeigt sind ein Verdampferkörper 110 sowie ein Ejektor 120. Der Verdampferkörper 110 weist einen oberen Sammelabschnitt 130, einen weiteren oberen Sammelabschnitt 140 sowie einen unteren Sammelabschnitt 150 und einen weiteren unteren Sammelabschnitt 160 auf. Der Ejektor 120 weist ein sich im Querschnitt allmählich vergrößerndes Rohr 170 mit einer flügelförmigen Ausbuchtung 180 am Ende auf.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Ejektorverdampfers 100 ist der Ejektor 120 bzw. das Ejektorrohr 170 oben auf dem Sammler beziehungsweise auf den Sammelabschnitten 130 und 140 aufliegend angebracht. Alternativ kann der Ejektor 120 auch auf den Sammelabschnitten 150 und 160 unten angebracht sein. Ferner kann der Ejektor 120 auch seitlich horizontal an den Sammelabschnitten 130 und 150 an der Luftaustrittsseite des Ejektorverdampfers 100 angeordnet sein, worauf später noch detailliert Bezug genommen wird. In einer weiteren Ausführungsform kann der Ejektor 120 auch parallel zu einem Seitenteil des Ejektorverdampfers 100 seitlich vertikal an dem Verdampferblock 110 angebracht sein. Auch hierauf wird im weiteren Verlauf der Beschreibung noch ausführlicher eingegangen.
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Die 2a bis 2d zeigen den Ejektorverdampfer 100 aus 1 in einer Vorderansicht (2a), je einer Seitenansicht (2b, 2c) und einer Draufsicht (2d).
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Um einen möglichst geringen Bauraumverlust aufgrund des oben aufliegenden Ejektors 120 zu realisieren, liegt das Ejektorrohr 170 auf der in der Höhe abgesenkten luftaustrittsseitigen Längskammer des Sammlers bzw. dem Sammelabschnitt 130. Die einseitig niedrigere Sammler-Kammerhöhe hat außerdem den Vorteil, dass dort aufgrund des kleineren durchströmten Kältemittelmassenstroms ohnehin ein kleineres Kammervolumen benötigt wird, denn kleine Sammlerquerschnitte führen prinzipiell zu einer höheren Strömungsgeschwindigkeit und sind daher günstig für Kältemittelverteilung und Ölrückführung.
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Wie aus der Draufsicht auf den Verdampferkörper 110 und den Ejektor 120 in 2d ersichtlich ist, ist zur Verbindung mit der lufteintrittsseitigen höheren Sammlerhälfte des Sammelabschnitts 140 an dem Ejektorrohr 170 der sog. Flügel bzw. die flügelförmige Ausbuchtung 180 mit annähernd dreieckiger Form ausgeformt.
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Der Ejektor 170 des in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiels weist drei Anbindurigsstellen bzw. Übertrittsöffnungen zum Sammler 130, 140 auf.
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3 zeigt in einer Teildarstellung einen Längsschnitt durch den Ejektorverdampfer 100. Gezeigt ist ein Ausführungsbeispiel einer Anbindung des Ejektors 120 an den Sammler des Ejektorverdampfers 100. Das Ejektorende weist eine Anbindung bzw. Öffnung 310 zu der lufteintrittsseitigen Sammlerkammer 140 - die in 3 durch den Ejektor 120 verdeckt ist - und eine Anbindung bzw. Öffnung 320 zu der luftaustrittsseitigen Sammlerkammer 130 auf. Ferner ist am Beginn der Ejektorstrecke eine weitere Öffnung 330 luftaustrittsseitig zu der niedrigeren Sammlerhälfte 130 zur Rückführung des einerseits geteilten Kältemittelmassenstroms angeordnet. Die Öffnungen 310, 320, 330 des Ejektors korrespondieren mit entsprechenden Öffnungen der Sammelabschnitte 130, 140, um das Kältemittel hindurchzuleiten. Beide Anbindungsstellen 320, 330 des Ejektors 120 zu der niedrigeren Sammlerhälfte 130 können jeweils als ein bevorzugt konisch ausgeführter Durchzug ausgebildet sein. Dieser kann in einer Öffnung, beispielsweise mit bevorzugt drei überstehenden Zacken o.ä., des Sammelabschnitts 130 verpresst werden. Auf die Ausformung der Öffnung des Sammelabschnitts 130 wird nachfolgend anhand 5 nochmals Bezug genommen. Es sind aber auch andere Verbindungsarten denkbar.
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4 zeigt eine Schnittdarstellung einer lufteintrittsseitigen Anbindungsstelle für den Ejektor 120 an den Ejektorverdampfer 100, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind im Seitenschnitt ein Verdampferteil 410 und ein Verdampferteil 420 des Verdampferkörpers 110 des Ejektorverdampfers. Auf dem Verdampferteil 410 liegt der lufteintrittsseitige Sammelabschnitt 140 auf und auf dem Verdampferteil 420 liegt der luftaustrittsseitige Sammelabschnitt 130 auf. In 4 ist deutlich zu sehen, dass der Sammelabschnitt 140 eine größere Höhe als der Sammelabschnitt 130 aufweist. Der Ejektor 120 liegt so auf dem Sammler auf, dass das Ejektorrohr 170 auf dem niedrigeren Sammelabschnitt 130 angeordnet ist und die flügelartige Ausbuchtung 180 auf dem höheren Sammelabschnitt 140 angeordnet ist.
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Mit Hilfe des Höhenversatzes zwischen den beiden Anbindungsstellen 310 an der lufteintrittsseitigen Sammlerhälfte 140 und 320 an der luftaustrittsseitigen Sammlerhälfte 130 kann u.a. auch eine gezielte Auftrennung von einer möglichst flüssiger Phase an der luftaustrittsseitigen Anbindungsstelle 320 und einer Gasphase an der lufteintrittsseitigen Anbindungsstelle 310 erfolgen. Der Flügel 180 ist flächig aufliegend mit dem Sammler verbunden.
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5 zeigt eine perspektivische Darstellung einer luftaustrittsseitigen Anbindungsstelle für den Ejektor an den Ejektorverdampfer, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist eine Öffnung 510 in dem niedrigeren Sammelabschnitt 130 des erfindungsgemäßen Ejektorverdampfers. Ein Rand der Öffnung 510 weist drei Zacken 520 auf, von denen der Übersichtlichkeit halber lediglich eine mit einem Bezugszeichen versehen ist.
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Die Zacken 520 an den Öffnungen 510 der niedrigeren Sammlerhälfte 130 ermöglichen dabei einen eventuellen Ausgleich von Bohrungsabstandstoleranzen an Sammler und Ejektorrohr. Der Konus am Ejektorrohr ist bevorzugt mit einer Schräge von 2 - 3° ausgeführt und sorgt dort somit für einen etwaigen Höhenausgleich aufgrund von Höhentoleranzen der beiden Sammlerhälften.
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6a zeigt eine schematische Darstellung des Inneren eines erfindungsgemäßen Ejektors. Gezeigt ist eine untere Halbschale 620 des Ejektorrohrs 170 mit der flügelförmigen Ausbuchtung 180. In einem leicht ausgebuchteten Anfangsabschnitt des Ejektorrohrs 170 ist eine Treibdüse 610 zum Ausstoßen von Kältemittel in das Ejektorrohr 170 angeordnet Die Ejektorhalbschale 620 liegt auf dem niedrigeren Sammelabschnitt 130 des Sammlers auf.
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Wie 6a veranschaulicht, setzt sich das Ejektorrohr 170 aus zwei horizontal getrennten Halbschalen zusammen, von denen die untere Halbschale 620 in 6a gezeigt ist. Die Halbschalen werden form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden. Dies kann z.B. durch Umlegen von Laschen, Verpressen von ineinandergreifenden Zinnen o.ä. geschehen. Alternativ kann das Ejektorrohr 170 auch einteilig ausgeführt sein und entsprechend nachbearbeitet werden.
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6b zeigt in einer perspektivischen Detaildarstellung eine Vergrößerung der Treibdüse 610 des Ejektors aus dem hier vorgestellten Ansatz entsprechend 6a. Das zentrale Einspritzorgan des Ejektors, die Treibdüse 610, welche sich im Innern im Anfangsbereich des Ejektorrohrs 170 befindet, wird in einen Anschlussflansch 630 der Ejektorhalbschale eingeschoben und positioniert gehalten. Die Abdichtung erfolgt über einen nicht dargestellten O-Ring o.ä. Ein Flansch 640 der Treibdüse 610 wiederum liegt formschlüssig eingebettet in den Endbereichen der Ejektorhalbschalen. Eine Abdichtung bzw. ein Verschluss des Flansches 640 und somit des Einspritzbereichs erfolgt schließlich mittels eines ein- oder aufgeschobenen Abschlussdeckels.
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7 zeigt eine perspektivische Darstellung eines hinteren Endes des Ejektorrohrs 170, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der Abbildung in 7 ist der Ejektor geschlossen gezeigt, d.h. eine obere Halbschale 710 liegt auf der unteren Halbschale 620 auf. Die untere Halbschale 620 weist die Anbindungsstellen 310 und 320 an den Sammler auf.
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8a und 8b zeigen in schematischen Darstellungen eine Verpressung von Halbschalen des Ejektorrohrs 170 mittels ineinandergreifen der Zinnen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei zeigt 8a eine fertig gestellte Verpressung der beiden Ejektorhalbschalen, wobei die Zinnen der oberen und unteren Halbschale abwechselnd ineinandergreifen. 8b zeigt die beiden Ejektorhalbschalen getrennt übereinander angeordnet vor einer Verpressung.
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9 zeigt eine schematische Darstellung von potentiellen Trennwand- und Blendenpositionen des Ejektorverdampfers, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung der benötigten Trennwände und Blenden im oberen und unteren Sammler zur gezielten Führung des Kältemittels im Block wird dabei derart realisiert, dass an allen potentiellen Positionen entsprechende Vorkehrungen getroffen sind, wo die Trennwände und in der 9 nicht dargestellte Blenden fixiert werden können oder auch nicht. Diese Sammlergestaltung bezüglich der Trennwand- und Blendenpositionen erlaubt darüber hinaus die universelle Verwendung sowohl für Links- als auch Rechtslenker. Gleiches gilt für die Anbindungsstellen mit dem Ejektor in Form von Ausprägedomen, die im Anbindungsfall eine entsprechende Öffnung erfahren und im anderen Fall nicht.
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Zusammenfassend zu den im Vorhergehenden erläuterten Figuren sei bemerkt, dass der gesamte Ejektorverdampfer 100, welcher aus dem eigentlichen Verdampferblock 110 und dem oben aufliegenden Ejektor 120 inklusive Halbschalen 620, 710, Flansch 640, Treibdüse 610 und Abschlussdeckel sowie Anschlussrohren besteht, generell in Komplettlötung fertiggestellt werden kann, d.h. in einem „Schuss“ gelötet werden kann. Dem Fachmann ist dieser Prozess prinzipiell bei anderen Technologien als „one-shot brazing“ bekannt.
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Lediglich sofern die Treibdüse 610 nicht in Aluminium bzw. einer Alu-Legierung ausgeführt ist, also z.B. in Edelstahl o.ä., kann diese nachträglich nach dem Löten des Ejektorverdampfers 100 in den Anschlussflansch 630 eingeschoben und danach mittels des Abschlussdeckels abgedichtet werden, welcher mit dem Flansch 640 z.B. verschweißt, verlötet, verklebt o.ä. werden kann.
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An den Flansch 640 kann schließlich auch ein von einem Expansionsventil kommendes Einspritzrohr angebunden werden. Dies kann durch simples Einlöten, mit Komplettlötung oder nachträglich, oder auch mittels kraft- und/oder formschlüssigen Verbindungselementen erfolgen, z.B. mit einem Lokring o.ä. Eine Absaugung des Kältemittels nach Durchlaufen des Ejektorverdampfers 100 kann mittels eines Saugrohrs erfolgen, welches direkt mit der lufteintrittsseitige Sammlerhälfte 140 des Sammlers verbunden ist.
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Der Verdampferblock 110 wird in der luftaustrittsseitigen Flachrohrreihe bevorzugt in 4, alternativ 2, 6, usw., Strömungswegen durchströmt, in der lufteintrittsseitigen Flachrohrreihe bevorzugt in 2, alternativ 4, usw. Pfaden, von denen beide notwendigerweise in gleicher Richtung durchströmt werden. Prinzipiell ist auch eine gegensinnige Verschaltung möglich, hierfür ist dann allerdings ein Zusatzrohr notwendig, welches innerhalb oder auch außerhalb des Sammlers geführt werden kann, um das Kältemittel wieder zurückführen zu können.
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Beim oberen und unteren Sammler wird idealerweise das Gleichteileprinzip angewandt, beide Teile können also mit demselben Werkzeug gefertigt werden.
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10a zeigt eine perspektivische Darstellung einer seitlichen Anbindung des Ejektors 120 an den Ejektorverdampfer, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall ist der Ejektor 120 seitlich horizontal am Sammler an der Lufteintrittsseite angebracht. Insbesondere ist der Ejektor 120 benachbart zu dem Sammelabschnitt 140 angeordnet. Dadurch wird kein zusätzlicher Bauraum nach oben benötigt, der die Wärmeübertragerfläche (Netzfläche) reduzieren würde. Der Bauraum nach vorne in Luftrichtung ist im Klimagerät eher unkritisch, jedoch ist dabei aufgrund einer ungünstigeren Umlenkung des Kältemittels in die Lufteintritts-Verdampferhälfte ein größerer Druckabfall und somit ein kleinerer Druckhub des Ejektors zu erwarten.
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10b zeigt eine weitere perspektivische Darstellung der seitlichen Anbindung gemäß 10a, in der eine Halbschale des Ejektors 120 entfernt ist. Der Aufbau des Ejektorrohrs ist in diesem Ausführungsbeispiel prinzipiell ähnlich dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem das Ejektorrohr oben aufliegend angeordnet ist. Dabei können ebenfalls Ejektorrohrhalbschalen, ein Flansch mit eingeschobener Treibdüse am Eintritt usw. verwendet werden, wobei die gezeigten Darstellungen aus 10a und 10b lediglich einem Prototypenstand der Anmelderin entsprechen.
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Die Anbindung an die luftaustrittsseitige Sammlerhälfte bzw. -kammer erfolgt gemäß dem in den 10a und 10b dargestellten Ausführungsbeispiel mittels seitlicher Öffnungen; der Teil des Kältemittelmassenstroms zur lufteintrittsseitigen Sammlerhälfte sollte jedoch über einen zusätzlichen Übertrittskanal 1010 um den Sammler mit den beiden Sammelabschnitten 130 und 140 außen herum geführt werden. Hierdurch wird jedoch ein zusätzlicher Bauraumbedarf seitlich neben dem Verdampfer erforderlich. Ein zusätzlich am Ejektorrohr integrierter Flügel wie beim vorstehend beschriebenen Ejektor ist hier somit nicht notwendig. Für eine gezielte Phasentrennung wird dafür ein zusätzliches Trennelement benötigt, z.B. ein Trennblech im Rohrende des Ejektors o.ä.
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11a zeigt eine perspektivische Darstellung einer vertikalen seitlichen Anbindung des Ejektors 120 an den Ejektorverdampferkörper 110, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 11b zeigt eine weitere perspektivische Darstellung der vertikalen seitlichen Anbindung des Ejektors 120 gemäß 11a. In diesen beiden Darstellungen ist der Ejektor 120 parallel zum Seitenteil seitlich vertikal am Verdampferblock 110 angebracht. Im Vergleich zum vorstehend beschriebenen Verdampfer mit einem oben aufliegenden Ejektor wird bei dem in den 11a und 11b beschriebenen Ausführungsbeispiel zusätzlicher Bauraum seitlich am Verdampfer benötigt, der die Wärmeübertragerfläche (Netzfläche) ebenfalls reduziert.
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Der Aufbau des Ejektorrohrs 170 ist dem des vorstehend beschriebenen Verdampfers mit dem oben aufliegenden Ejektorrohr prinzipiell wieder sehr ähnlich, inklusive der Flügelform 180 zur Verteilung des Kältemittels auf die beiden Kammern am unteren Sammler. Die gezeigten Darstellungen aus den 11a und 11b entsprechen wiederum lediglich dem Prototypenstand der Anmelderin, der Überstand oben über den Block hinaus infolge des Anschlussflansches wäre beim Seriendesign deutlich minimierbar.
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Die im Flügel 180 befindliche Anbindungsstelle für den Abgang des lufteintrittsseitigen Kältemittelstrangs befindet sich hierbei direkt seitlich an dem Kammerende des unteren Sammlers (d.h. auf der Verdampfer-Schmalseite). Für den Abgang des luftaustrittsseitigen Kältemittelstrangs (ebenfalls am unteren Sammler) ist ein in den 11a und 11b nicht dargestelltes zusätzliches Rohr entlang des unteren Sammlers zur Kältemittelführung an das andere Ende des Sammlers notwendig, damit das Kältemittel im Block wieder zur Treibdüse zurückströmen kann. Das Zusatzrohr kann dabei innen oder außen entlang des Sammlers geführt werden.
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Somit werden in diesem Fall beide Flachrohrreihen im Gegenstrom betrieben, was sich wiederum positiv auf die Temperaturverteilung auswirkt. Dadurch befinden sich die Ein- und Austrittsrohre an unterschiedlichen Blockenden was einen erhöhten Bauraumbedarf bedingt, und es ergibt sich eine ungerade Anzahl von Strömungspfaden.
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Generell kann bei diesem Bauprinzip das Ejektorrohr auch entgegengesetzt an der Verdampferseite angebracht werden, wobei das Kältemittel dann von unten nach oben durch das Ejektorrohr strömt.
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Vorteilhaft ist grundsätzlich, zur Realisierung eines günstigen Diffusorwinkels und eines vollständigen Diffusors möglichst die volle Verdampferbreite für das Ejektorrohr zu nutzen.
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Zusammenfassend birgt der hier vorgestellte Ejektorverdampfer in Konstruktion und Funktion die folgenden Vorteile. Das Bauprinzip des Flachrohrverdampfers kann bei außenliegendem Ejektor beibehalten werden. Es ergibt sich eine Realisierung günstiger Strömungsquerschnitte im Block, wenn der Ejektor außerhalb des eigentlichen Verdampferblocks angeordnet ist. Der hier vorgestellte Ansatz umfasst neben einem kostengünstigen und platzsparenden Design die Einhaltung eines möglichst geringen Bauraumverlusts durch das oben aufliegende Ejektorrohr mittels einseitiger Absenkung des Sammler-Kammerniveaus. Es ist eine Komplettlötung des Ejektors mit dem Verdampferblock realisierbar. Kältemittelverteilung und Ölrückführung können vorteilhaft gestaltet werden. Es wird eine gezielte Auftrennung einer möglichst flüssigen Phase an der luftaustrittsseitigen Anbindungsstelle und einer Gasphase an der lufteintrittsseitigen Anbindungsstelle im Ejektorrohr ermöglicht. Schließlich kann das Gleichteileprinzip bei oberem und unterem Sammler mit entsprechender Anordnung der benötigten Trennwände und Blenden angewendet werden.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.
