DE19515527A1 - Verdampfer in Flachrohr- oder Plattenbauweise für den Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdampfer in Flachrohr- oder Plattenbauweise für den Kältemittelkreis einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit den weiteren Merkmalen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein solcher Verdampfer ist aus der EP-0 634 615 A1 bekannt.

Bei Verdampfern, bei denen das innere Wärmetausch­ fluid auf mehrere Strömungswege aufgeteilt wird, ergibt sich allgemein das Problem einer unterschiedlichen Entmischung im Eintrittsbereich der verschiedenen Strömungskanäle. Für die Entmischung gibt es verschiedene Gründe, insbesondere die Ein­ wirkung der Gravitation und von Zentrifugalkräften. Dabei be­ steht häufig die Tendenz, daß sich nach längeren zuleitungssei­ tigen Strömungswegen im Bereich der strömungsabwärts gelegenen Eintrittsöffnungen der Strömungskanäle ein größerer Flüssig­ keitsanteil ergibt als in Strömungsrichtung weiter vorne.

Es ist schon bei Verdampfern der Bauart als Rundrohr- Wärmetauscher seit Jahrzehnten üblich, zur Vermeidung eines zu hohen Druckverlustes mehrere Rohrschlangen parallel zu schalten und dabei das zugeführte innere Wärmetauschfluid über einzelne Kanäle, zum Beispiel einzelne Rohre, den genannten parallelge­ schalteten Rohrschlangen des Verdampfers zuzuteilen. Bei dieser üblichen Anordnung, bei der die einzelnen Zuteilungskanäle di­ rekt hinter einem Kältemittelverteiler, meist in Venturibauart bzw. als Lavaldüse, verlaufen, ergibt sich von vorneherein keine Entmischung der genannten Art.

Diese Entmischung ist jedoch besonders kritisch bei Verdampfern in Flachrohr- oder Plattenbauweise, wo bisher in der Praxis die Zuführung des inneren Wärmetauschfluids über ge­ meinsame Kanäle erfolgt mit der genannten Entmischungswirkung. Bei Verdampfern der Plattenbauweise sind dabei die gemeinsamen Kanäle im allgemeinen in der Plattenstruktur mit eingeformt, während bei Verdampfern der Flachrohrbauweise im allgemeinen ein gesonderter Sammler, zum Beispiel in Rohrform vorgeschaltet ist.

Bei Plattenwärmetauschern bestand für die Fachwelt schon von der Bauart her eine Hemmung, die genannte Konstrukti­ onsweise, wie sie bei Rundrohrverdampfern üblich ist, einfach zu übernehmen. Bei Flachrohrverdampfern - und bei vielen Bauar­ ten auch von Verdampfern in Plattenbauweise, ergibt sich das zusätzliche Problem einer Vielzahl von Strömungskanälen in je­ dem einzelnen Flachrohr bzw. in jeder einzelnen Platte.

Die EP-0 634 615 A1, von der die Erfindung ausgeht, zeigt speziell einen Verdampfer in Flachrohrbauweise, bei dem das innere Wärmetauschfluid den Eintrittsöffnungen jedes einzel­ nen Flachrohres einzeln oder gruppenweise über eine Kanalver­ zweigung zugeführt wird, welche in etlichen aufeinander ge­ schichteten und miteinander verlöteten Platten vorgeformt ist. Dabei wird das innere Wärmetauschfluid in einer gemeinsamen Zu­ leitung einer Düse zugeführt, welche durch eine einzige dünne Durchtrittsöffnung einer ersten Platte und eine einzige weite Durchtrittsöffnung einer zweiten Platte auf eine zentrale Prallfläche einer dritten Platte spritzt, in der sternförmig abgehende weiterführende Kanäle als durchgehende Schlitze ge­ formt sind, welche durch die zweite Platte und eine vierte Platte beidseitig abgeschlossen sind. Eine fünfte und eine sechste Platte bilden dann zusammen mit der vierten Platte Zwi­ schenkammern zur Zuführung an die eingangsseitigen Eintritts­ öffnungen jedes einzelnen Flachrohres. Diese bekannte Anordnung erfordert jedoch erheblichen Fertigungsaufwand mit dem Risiko, daß die vielen einzelnen Kanäle der Strömungsverzweigung durch das Lot ganz oder teilweise verschlossen werden. Außerdem sind zur Vermeidung leistungsmindernder Druckverluste teilweise sehr dicke Plattenbemessungen notwendig, insbesondere an der fünften Platte.

Die Technik ist daher sonst andere Wege gegangen.

Bei Verdampfern in Plattenbauweise ebenso wie bei Verdampfern in Flachrohrbauweise (vergleiche die DE 43 05 060 A1) hat man daher in den letzten Jahren die Anzahl der paralle­ len Strömungskanäle kleiner gehalten, als dies von der grund­ sätzlichen Bauweise her an sich möglich ist. Wenn speziell meh­ rere Flachrohre oder mehrere Platten parallel zueinander ange­ ordnet sind, hat man in den tatsächlich bisher verwirklichten Fällen zu diesem Zweck nicht alle parallel zueinander verlau­ fenden Flachrohre oder Platten gleichzeitig eingangsseitig mit dem inneren Wärmetauschfluid beaufschlagt, sondern nur die Hälfte und dann zunächst in Querrichtung die Strömung zurückge­ führt, ehe gegebenenfalls eine weitere Durchströmung von in Strömungsrichtung weiter hinten liegenden Strömungskanälen im entsprechenden Takt vorgenommen wurde. Diese Art der Reduzie­ rung der Entmischung des inneren Wärmetauschfluids kann jedoch nur einen beschränkten Effekt erzielen, da gegenüber der an sich möglichen Zuteilung des eingangsseitigen anstehenden inne­ ren Wärmetauschfluids auf alle parallelen Flachrohre oder alle parallelen Platten nur eine Streckenhalbierung vorgenommen ist. Eine weitere Verfeinerung dieses bekannten Gedankens führt dann zu unsinnig langen und daher mit übermäßig hohen Druckverlusten behafteten Längen der Strömungskanäle, die man bei der aus der genannten DE 43 05 060 A1 genannten Weghalbierung noch durch entsprechende Umdimensionierung der einzelnen Flachrohrquer­ schnitte kompensieren kann.

Es hat sich gezeigt, daß bei den auch schon jahrzehn­ telang bekannten Verdampfern in Plattenbauweise, die ebenso jahrzehntelang schon in großem Umfang gefertigt werden, eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades unter Verminderung der an­ gesprochenen Entmischung nicht mehr gelungen ist. Entsprechen­ des gilt auch für die Verdampfer in Flachrohrbauweise, welche auch schon jahrzehntelang bekannt sind.

Bei den derzeit besten Verdampfern in Plattenbauweise hat man sechsflutige Durchströmung gewählt. Der schon erwähnte Verdampfer gemäß der DE 43 05 060 A1 beschreibt dabei einen entsprechenden modernsten Verdampfer in Flachrohrbauweise. Be­ sonders bemerkenswert ist dabei, daß gerade in der Anwendungs­ technik für Kraftfahrzeugklimaanlagen ein harter Konkurrenz­ kampf auf dem einschlägigen Massenartikelmarkt tobt, ohne daß bisher für das Entmischungsproblem eine voll befriedigende Lö­ sung gefunden wurde. Obwohl gerade Verdampfer in Flachrohrbau­ weise in der letzten Zeit besonders verstärkt auf den Markt der Kraftfahrzeugklimaanlagen drängen, ist es bisher nicht gelun­ gen, die Leistungsreserven von Flachrohrverdampfern im Ver­ gleich zu Rundrohrverdampfern voll nutzbar zu machen.

Die Anmelderin hat selbst in einer älteren nicht vor­ veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen P 44 46 817.2 bei einem Verdampfer für Klimaanlagen in Kraft­ fahrzeugen mit Mehrkammerflachrohren den verschiedenen parallel geschalteten Mehrkammerflachrohren das innere Wärmetauschfluid über einen gemeinsamen Sammler zugeführt, der bei mehrflutiger Schaltung der Flachrohre jeweils der ersten Flut das innere Wärmetauschfluid über eine in Querrichtung ebenfalls durchge­ hende Zwischenkammer zuführt, welche mit dem genannten Sammler über Düsen kommuniziert. Hier besteht die Zielsetzung, dem ge­ nannten Entmischungseffekt durch Direkteinspritzung entgegen zu wirken. Hier besteht aber auch die Möglichkeit, daß es in der durchgehenden Zwischenkammer zu einer entmischenden Querströ­ mung kommt.

Die Erfindung betrifft allgemein einen Verdampfer in Flachrohr- oder Plattenbauweise für den Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit einer Zuleitung des inneren Wärmetauschfluids zu einer Verteileinrichtung, die über eine ausgangsseitige Strömungsverbindung das innere Wärmetauschfluid auf die Eintrittsöffnungen von Strömungskanälen einer Mehrzahl parallelgeschalteter Flachrohre oder Platten der Flachrohr- oder Plattenanordnung aufteilt, wie dies bei allen vorher erör­ terten Anordnungen der Fall ist.

In Abkehr von den erörterten tatsächlich gebauten Bauformen von Verdampfern knüpft dabei die Erfindung an die im Oberbegriff von Anspruch 1 weiterhin aufgeführten Merkmale der EP-0 634 615 A1 an, ohne jedoch an einer sternförmigen Vertei­ lung eines Aufprallstrahls oder die erwähnten baulich und funk­ tionell schwierigen und auch gewichtsmäßig nachteiligen Merkma­ le dieser bekannten Anordnung gebunden zu sein.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer der erörterten Bauart zu schaffen, der bei re­ lativ geringem Materialaufwand und damit relativ geringem Ge­ wicht in einfacher Bauweise, die für die Massenfertigung geeig­ net ist, eine optimale Leistungsausbeute ohne gravierende Druckverluste anstrebt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verdampfer mit den Merk­ malen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch dessen kennzeich­ nenden Merkmale gelöst.

Soweit ersichtlich wird nach der Erfindung erstmals jedenfalls bei Verdampfern in Plattenbauweise für den Kältemit­ telkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage eine solche verein­ zelte Zuteilung des eingangsseitig anstehenden inneren Wärme­ tauschfluids auf einzelne oder Gruppen von Eingangsöffnungen jedes einzelnen Flachrohres bzw. jedes einzelnen Strömungska­ nals in einer Platte vorgenommen, daß durch die Individuali­ sierte Zuteilung die genannten Entmischungseffekte ganz oder weitgehend behoben werden und somit ein bei Massenartikeln der vorliegenden Art völlig unerwarteter drastischer Anstieg des Wirkungsgrades in die Nähe des Optimums erreicht werden kann. Bei Verdampfern in Flachrohrbauweise wird der aus der EP-0 634 615 A1 diesbezüglich an sich schon vorbekannte Grundgedanke praxisgerecht weitergebildet.

Die Optimierung erhält man bei einzelner Zuteilung des Wärmetauschfluids jeder einzelnen Eintrittsöffnung jedes Flachrohres oder jeder Platte, was jedoch noch mit einem rela­ tiv großen, jedoch bei der erfindungsgemäßen Bauweise durchaus hinnehmbaren Bauaufwand, versehen ist. Noch deutlich geringeren Bauaufwand erhält man bei gruppenweiser Zuteilung, wobei auch bereits der Gewinn an Wirkungsgrad gegenüber den bekannten ver­ gleichbaren Verdampfern eklatant ist.

Wie in der EP-0 634 615 A1 wird eine grundsätzliche Abkehr von der Bauweise der genannten DE-43 05 060 A1 vorgenom­ men. Bei Minimierung der Längen der anfallenden Strömungs­ strecken durch die Flachrohre oder Platten wird eine optimale Wahl der lichten Querschnitte der betreffenden Strömungskanäle möglich.

Gattungsgemäß wird dabei der Gedanke der Zwischenkam­ mer der genannten älteren Anmeldung aufgenommen, wobei jedoch jetzt im Rahmen der Erfindung nicht eine gemeinsame Zwischen­ kammer, sondern pro einzelner Eingangsöffnung bzw. Gruppe von Eingangsöffnungen je eine gesonderte Zwischenkammer angeordnet wird. Damit wird die angesprochene Querströmungsmöglichkeit in eine durchgehende Zwischenkammer bei individueller Zuteilung zu der gewünschten Zahl von Strömungskanälen vermieden.

Das erfindungsgemäß vorgesehene Gehäuse bedarf nur der Ausbildung einer Außenwand mit Unterteilung in die Zwi­ schenkammer durch Einsätze. Das läßt sich mit geringem Mate­ rialaufwand und daher auch mit geringem Gewicht einfach in Mas­ senfertigung realisieren. Die Schaffung hinreichend großer Vo­ lumina für die Zwischenkammer ist dabei nicht mehr von Wand­ stärken von Bauteilen abhängig, und die Konstruktion kann pro­ blemlos so ausgeführt werden, daß weiterhin beim-Zusammenbau eingesetzte Verlötungsvorgänge nicht mehr zu ganzer oder teil­ weiser Sperrung des betreffenden Leitungsquerschnitts führen. Durch die Bauweise ist ferner von vornherein ein durch die Bau­ art bedingter überhöhter Druckverlust vermieden.

Anspruch 2 betrifft eine bevorzugte besonders einfa­ che Bauform. Man kann dabei durchaus auch zylindrische, ovale oder elliptische oder auch flache Rohre oder sonstige Rohre mit gleichem Querschnitt längs der Rohrachse verwenden, ohne daß dies jedoch bindend ist. Vielmehr können rohrartige Strukturen durchaus in Achsrichtung unterschiedliche Querschnittsform ha­ ben, insbesondere bei Sammlern mit wechselndem Querschnitt (vergleiche nur beispielsweise die Ansprüche 14 bis 16). Wenn auch die Erfindung nicht ausschließt, daß im Strömungsweg eine Strahlzuführung mit Verteilung über eine Prallplatte erfolgt, so ist doch die Anwendbarkeit der Erfindung keineswegs auf diese Fluidzuführung beschränkt, sondern im Gegenteil wird man in den meisten Fällen ohne eine derartige Prallverteilung aus­ kommen können. Das schließt nicht aus, wie im Falle der Ansprü­ che 14 bis 16 für die Fluidverteilung Anstauflächen mit einzu­ beziehen.

Der Verdampfer nach Anspruch 3 stellt dabei eine funktionell günstige Bauform dar, wobei die Zielsetzung darin besteht, bei mehreren zugleich eingangsseitig beaufschlagten Eintrittsöffnungen einer Gruppe nicht eine dieser Eintrittsöff­ nungen gegenüber den anderen auszuzeichnen und so wieder die allgemein unerwünschten unterschiedlichen Beaufschlagungen zu erhalten, die nicht nur bezüglich der Entmischung, sondern bei­ spielsweise auch bezüglich der Massenzuteilung unterschiedlich ausfallen könnten.

Die Ausführungsart nach den Ansprüchen 4 bis 6 knüpft zum Teil an Baugedanken an, die schon bei den Rundrohrverdamp­ fern jahrzehntelang bekannt sind, wobei die Ansprüche 8 und 9 Weiterbildungen dieses Gedankens im Sinne einer kompakten bau­ lichen Lösung des Erfindungsgedankens darstellen.

Die weitere Ausführungsart nach den Ansprüchen 10 bis 18 knüpft demgegenüber an Gedanken der genannten älteren unver­ öffentlichten deutschen Patentanmeldung der Anmelderin an und bildet diese in Richtung der Erfindung weiter.

Die Ansprüche 19 und 20 schließlich beschreiben zwei alternative Gestaltungen der zuleitungsseitigen Einspeisung des inneren Wärmetauschfluids einmal als ganz oder im wesentlichen ungedrosselte Flüssigkeit und einmal als schon vorab auf das Verdampfungsdruckniveau druckreduzierten Flüssigkeit.

Die durch die Erfindung ermöglichte deutliche Wir­ kungsgraderhöhung wird bei praktischen Verdampfern dann beson­ ders auch in der Gesamtbilanz des Wirkungsgrades günstig, wenn man auch alle anderen Möglichkeiten der vollen Ausnutzung der Flachrohrbauart oder der Plattenbauart nutzbar macht. Dabei kommt es nur beispielsweise darauf an, daß innerhalb des durch­ strömten Querschnittes im Flachrohr oder in der Platte zusätz­ liche Maßnahmen (vergleiche Ansprüche 21 und 22) ergriffen wer­ den, um einen optimalen Wärmeübergang zwischen dem inneren Wär­ metauschfluid und der Wand des Flachrohres oder der Platte zu erreichen. Hierfür ist es an sich bekannt, innerhalb des Strö­ mungsquerschnittes des Flachrohres oder der Platte zusätzliche Turbulenz erzeugende Elemente vorzusehen, wie beispielsweise bei Flachrohren durch äußere Einprägungen in der relativ dünnen Wand eines Strangpreßrohres oder eines gefalteten Rohres, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, oder durch Ausformung bestimmter Turbulenz erzeugender Profile in zwei Platten, die sandwichartig zusammen ein Strömungskanalsystem eines Platten­ wärmetauscher bilden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen noch näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Verdampfer mit Ver­ teileinrichtung in Richtung der durchströmenden Umgebungsluft;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Verdampfer durch die Mitte eines Flachrohres;

Fig. 3 eine Ansicht des Verdampfers in Durchströ­ mungsrichtung der Flachrohre;

Fig. 4 und Fig. 5 einen Teilschnitt in vergrößerter Darstellung durch das gemeinsame Gehäuse der Verteileinrich­ tung;

Fig. 6 und Fig. 7 zwei alternative Ausführungsfor­ men der Strömungsverzweigung in vergrößerter, teilweise ge­ schnittener Darstellung.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Verdampfer besitzt eine Vielzahl von Flachrohren oder Platten 10, zwischen denen zickzackförmig gebogene Lamellen 12 sandwichartig einge­ schachtelt sind.

Das innere Wärmeaustauschfluid wird über eine Zulei­ tung 2 in einer Strömungsverzweigung 14 auf mehrere Ausgangska­ näle 16 verteilt, deren ausgangsseitige Strömungsverbindung 6 jeweils in einer Zwischenkammer 18 münden. An die Zwischenkam­ mer 18 sind ausgangsseitig Eintrittsöffnungen 8 aller Flachroh­ re 10 bzw. aller Platten strömungsmäßig angeschlossen.

Alle Flachrohre 10 oder Platten besitzen jeweils eine Eintrittsöffnung 8. Die Durchströmung des Verdampfers erfolgt z. B. gem. Fig. 2 vierflutig. Es ist jedoch auch eine ein- bis zehnflutige Durchströmung des Verdampfers mit Kältemittel, die im Normalfall im Gegenstrom zur Umgebungsluft erfolgen sollte, möglich. Die ausgangsseitige Flut 10a des Flachrohres 10 ist mit einem Austrittssammelrohr 50 verbunden, in dem das Kälte­ mittel von allen parallelen Flachrohren 10 oder Platten gesam­ melt und über die Austrittsleitung 52 abgeführt wird.

Bei Verwendung von Flachrohren 10, die im Normalfall als Mehrkammerextrusionsprofil ausgebildet sind, erfolgt die Umlenkung des Kältemittels in Umlenktaschen 54.

Bei Verwendung von Platten 10 kann die Umlenkung als integraler Bestandteil der Strömungsführung in der Platte 10 selbst ausgebildet werden. Ebenso wird bei Einsatz von Platten 10 das Austrittssammelrohr 50 und die Verteileinrichtung 4 als integraler Bestandteil der Platten ausgebildet.

In Fig. 1 ist als Strömungsverzweigung 14 ein Kälte­ mittelverteiler 24 vorgesehen, der das schon gedrosselte Kälte­ mittel über die Zuleitung 2 von einem Expansionsventil 34 er­ hält.

Die Ausgangskanäle 16 des Kältemittelverteilers 24 sind vorzugsweise einzelne Rohre 26 mit geringem Innenquer­ schnitt.

Um eine gleichmäßige Aufteilung von gasförmiger und flüssiger Phase auf die einzelnen Eintrittsöffnungen 8 der Flachrohre 10 zu erreichen, ist der Eingangsanschluß 22 jeweils mittig in den Zwischenkammern 18 angebracht.

Im Expansionsventil 34 wird das Kältemittel vom Ver­ flüssigungs- auf den Verdampfungsdruck gedrosselt, so daß eine Zweiphasenströmung entsteht, die zu 60 bis 95 Volumen% aus Gas besteht.

Um eine gleichmäßige Verteilung des flüssigen An­ teils, der nahezu überwiegend für die Erzeugung der Kältelei­ stung verantwortlich ist, auf die einzelnen Ausgangskanäle 16 zu erreichen, wird gem. Fig. 3 ein Kältemittelverteiler 24 in Venturibauart vorgesehen, bei dem das Kältemittel vor der Ver­ teilung auf die einzelnen Ausgangskanäle 16 in einer Strömungs­ verengung nochmals beschleunigt und vermischt wird.

Während in Fig. 1 und Fig. 3 die gleichmäßige Auftei­ lung von flüssigem Kältemittel auf die einzelnen Zwischenkam­ mern 18 durch einen herkömmlichen Kältemittelverteiler 24 er­ reicht wird, besteht in Fig. 2 die Verteileinrichtung 4 nur aus einem Zuleitungskanal 34, aus dem das Kältemittel durch Dosier­ einrichtungen 32 in ein gemeinsames Verbindungsrohr 20 ein­ tritt, an das alle Eintrittsöffnungen 8 der Flachrohre 10 ange­ schlossen sind. In Fig. 4 wird diese vereinfachte Art der Käl­ temittelverteilung auf die einzelnen Zwischenkammern 18 in ver­ größerter Darstellung gezeigt.

Das im Zuleitungskanal 34 einströmende Kältemittel kann entweder durch ein Expansionsventil 44 schon auf einen Druck nahe des Verdampfungsdruckes entspannt sein oder es kann sich um eine Einphasenströmung von ungedrosseltem nahezu 100% flüssigem Kältemittel handeln.

In jedem Fall tritt es gemäß Fig 4 durch die aus­ gangsseitige Strömungsverbindung 6 über eine Dosiereinrichtung 32 in die Zwischenkammer 18 ein. Dabei ist auch in diesem Fall der Eingangsanschluß 22 mittig in der Zwischenkammer 18 jeweils zwischen zwei Eintrittsöffnungen 8 der Flachrohre 10 angeord­ net.

Im Falle eines schon vorgedrosselten Kältemittels, d. h. einer Zweiphasenströmung mit hohem Gasanteil, besteht nun das Problem, daß in dem Zuleitungskanal 34 die beiden Phasen durch die Gravitationskräfte bzw. durch die Zentrifugalkraft getrennt werden.

So wird im Normalfall durch die Zentrifugalkraft die flüssige Phase bei der Umlenkung in den Eingangsanschluß 22 der Zwischenkammer 18 nach außen abgelenkt, so daß die am weitesten strömungsabwärts gelegenen Eingangsanschlüsse 22 bei gleich großer Ausbildung der Dosiereinrichtung 32 am meisten flüssiges Kältemittel erhalten, während die in Strömungsrichtung ersten Eingangsanschlüsse 22 fast ausschließlich gasförmiges Kältemit­ tel bekommen. Dies kann man, wie in Fig. 4 schematisch darge­ stellt, durch den unterschiedlichen Querschnitt der Dosierein­ richtungen 32 kompensieren, nämlich dadurch, daß der in Strö­ mungsrichtung erste Eingangsanschluß 22 einen erheblich größe­ ren Querschnitt der Drosseleinrichtung 32 erhält als der in Strömungsrichtung letzte Eingangsanschluß 22. Dadurch wird der Flüssigkeitsanteil auf die einzelnen Zwischenkammern 18 nahezu gleichmäßig verteilt. Dennoch erhalten die in Strömungsrichtung ersten Zwischenkammern 18 einen erheblich größeren Kältemittel­ volumenstrom, durch den dort vorwiegend eintretenden gasförmi­ gen Anteil, während in den strömungsabwärts liegenden Zwischen­ kammern 18 durch einen sehr geringen Drosselquerschnitt 32 zwar der gleiche Flüssigkeitsanteil eintritt, aber der gesamte Käl­ temittelmassenstrom durch den minimalen gasförmigen Anteil er­ heblich geringer ist, so daß dort die Wärmeübergangszahlen auf­ grund der geringen Strömungsgeschwindigkeiten in den Flachroh­ ren 10 erheblich kleiner ausfallen.

Die Ungleichmäßigkeit im Kältemittelmassenstrom kann man, wie in Fig. 5 gezeigt, durch einen gemeinsamen Zuleitungs­ kanal 34 erreichen, der längs seiner Durchströmungsrichtung an­ stauende und drosselnde Einrichtungen 38 aufweist. Dadurch wird schon in den in Strömungsrichtung ersten Dosiereinrichtungen 32 durch die anstauende Wirkung der Eintritt von flüssigem Kälte­ mittel erreicht, ohne daß der Drosselquerschnitt der Dosierein­ richtung 32 größer ausgebildet werden muß. Dabei können die an­ stauenden und drosselnden Einrichtungen 38 entweder von der ge­ meinsamen Wand 36 gebildet werden, wie dies bei den in Strö­ mungsrichtung ersten drei Dosiereinrichtungen 32 der Fall ist, oder auch von der der gemeinsamen Wand 36 gegenüberliegen Außenwand des Zuleitungskanales 34.

Um einen höheren Flüssigkeitsanteil bei den in Strö­ mungsrichtung ersten Dosiereinrichtungen 32 zu erhalten, sind die Anstauflächen 40 jeweils mit einer Dosiereinrichtung 32 versehen. Nach Fig. 5 ist zur Vereinfachung der Bauweise der gemeinsame Zuleitungskanal 34 und die Zwischenkammern 18 in ei­ nen gemeinsamen Gehäuse 42 untergebracht.

Bei der Ausführungsform gem. Fig. 6 sind die Aus­ gangskanäle 16 der Strömungsverzweigung 14 in einem gemeinsamen rohrförmigen Gehäuse 28 in Parallelschaltung angeordnet, wobei jeder Zwischenkammer 18 ein Eingangsanschluß 22, der als Do­ siereinrichtung 32 das flüssige Kältemittel gleichmäßig auf alle Eintrittsöffnungen 8 der Flachrohre 10 aufteilen soll, zu­ geordnet ist.

Die einzelnen Ausgangskanäle 16 im rohrförmigen Ge­ häuse 28 sind durch Zwischenwände 30 abgetrennt, die so ange­ ordnet sein müssen, daß ein Eingangsanschluß 22 an jede Zwi­ schenkammer 18 möglich ist.

Während in Fig. 6 das rohrförmige Gehäuse 28 eintei­ lig dargestellt ist, das vorzugsweise als Strangpreßteil herge­ stellt werden kann, ist in Fig. 7 eine zweiteilige Ausführung des rohrförmigen Gehäuses 28 gezeigt, wobei die Strömungsver­ teilung 4 aus einem Innenrohr 60 mit sektoral verlaufenden Zwi­ schenwänden 30 besteht, die die einzelnen Ausgangskanäle 16 voneinander abtrennen. Damit jeder Zwischenkammer 18 eine als Eingangsanschluß 22 dienende Dosiereinrichtung 32 zugeordnet werden kann, verlaufen die Zwischenwände 30 zumindest im Be­ reich des Verdampfers helical. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 wird das gemeinsame Verbindungsrohr 20 durch die gemein­ same Wand 36 des Innenrohres 60, das äußere Blechteil 62 sowie den Rohrboden gebildet, wobei die Zwischenkammern 18 durch Trennwände 56 und Abschlußwände 58 im Verbindungsrohr 20 abge­ trennt werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 wird vor­ teilhafterweise das Innenrohr 60 bis zum Expansionsventil ge­ führt, so daß die direkt nach dem Expansionsventil 44 noch vor­ handene gleichmäßige Aufteilung von Gas- und Flüssigkeitsphase ausgenützt werden kann.

Durch die konstruktiv vereinfachte Ausführung der Verteileinrichtung 4 gem. Fig. 4 bis Fig. 7 ist es ohne weite­ res möglich, im Grenzfall auch jeder einzelnen Eintrittsöffnung 8 eines jeden einzelnen Flachrohres 10 einen Eingangseinschluß 22 zuzuordnen, der das Kältemittel dosiert jedem einzelnen Flachrohr zuführt. Dadurch wird eine optimale Beaufschlagung der gesamten inneren Wärmeaustauschfläche mit flüssigem Kälte­ mittel erreicht, die zu einer sehr gleichmäßigen Luftaustritts­ temperaturverteilung und zu einer sehr hohen Leistung und maxi­ malen Wirkungsgraden führt. Eine weitere Leistungsverbesserung wird durch die Kreuzgegenstromführung des Kältemittels gem. Fig. 2 erreicht, bei der das überhitzte Kältemittel der ausgangssei­ tigen Flut 10a mit der noch nicht abgekühlten eintretenden Um­ gebungsluft in Wärmeaustausch tritt.

Weiterhin sind gem. Fig. 4 zur Verbesserung des inne­ ren Wärmeübergangs turbulenzerzeugende Ein- oder Anbauten 48 in den Flachrohren vorgesehen, die z. B. bei extrudierten Mehrkam­ merprofilen als Wandeindellungen ausgeführt werden können.

Claims (22)

1. Verdampfer in Flachrohr- oder Plattenbauweise für den Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit einer Zuleitung (2) des inneren Wärmetauschfluids zu einer Verteileinrichtung (4), die über eine ausgangsseitige Strö­ mungsverbindung (6) das innere Wärmetauschfluid auf die Ein­ trittsöffnungen (8) von Strömungskanälen einer Mehrzahl par­ allelgeschalteter Flachrohre (10) oder Platten der Flachrohr- oder Plattenanordnung aufteilt,
wobei
die Verteileinrichtung (4) eine Strömungsverzwei­ gung (14) mit Ausgangskanälen (16) aufweist, die jeweils für sich mit einzelnen oder Gruppen eingangsseitiger Eintritts­ öffnungen (8) jedes einzelnen Flachrohres (10) bzw. jeder einzelnen Platte strömungsmäßig verbunden sind,
die ausgangsseitige Strömungsverbindung (6) an alle parallelgeschaltete Flachrohre (10) oder Platten angeschlos­ sen ist,
die Ausgangskanäle (16) der Strömungsverzweigung (14) jeweils eingangsseitig an eine Zwischenkammer (18) ange­ schlossen sind, die ausgangsseitig mit der bzw. den Ein­ trittsöffnung(en) (8) des jeweiligen Flachrohrs (10) oder der jeweiligen Platte kommuniziert, und
die Zwischenkammern (18) an mindestens einem ge­ meinsamen Bauteil ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das gemeinsame Bauteil ein Gehäuse (20) auf­ weist, das durch eingesetzte Trennwände (56) die Zwischenkam­ mern (18) abteilt.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (20) rohrartig geformt ist.

3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer geradzahligen Anzahl der Gruppe von Eintrittsöffnungen (8), vorzugsweise bei nur zwei Eintritts­ öffnungen (8) pro Gruppe, der Eingangsanschluß (22) der Zwi­ schenkammer (18) jeweils mittig in bezug auf die gegenüber dem Eingangsanschluß (22) beidseitig versetzten (mittleren) Austrittsöffnungen der Zwischenkammer (18) angeordnet sind.

4. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß als Strömungsverzweigung (14) ein Kältemittelverteiler (24) vorgesehen ist, von dem die Aus­ gangskanäle (16) der Strömungsverzweigung (14) ausgehen.

5. Verdampfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangskanäle (16) des Kältemittelverteilers (24) einzelne Rohre (26), vorzugsweise Kapillarrohre, sind.

6. Verdampfer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kältemittelverteiler (24) ein Venturi-Ver­ teiler ist.

7. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ausgangskanäle (16) der Strö­ mungsverzweigung (14) in einem gemeinsamen, vorzugsweise rohrförmigen Gehäuse (28) in Parallelschaltung miteinander angeordnet sind.

8. Verdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (28) zur Bildung der Ausgangskanäle (16) durch nebeneinander, vorzugsweise parallel zueinander verlau­ fende Zwischenwände (30) unterteilt ist.

9. Verdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (28) zur Bildung der Ausgangskanäle (16) durch sektoral verlaufende Zwischenwände (30) unterteilt ist, die helical verlaufen.

10. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zwischenkammern (18) eingangs­ seitig jeweils über eine Dosiereinrichtung (32), welche der Zwischenkammer (18) die Menge für das innere Wärmetauschfluid pro Zeiteinheit zuteilt, an einen gemeinsamen Zuleitungskanal (34) angeschlossen sind.

11. Verdampfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dosiereinrichtung (32) als mindestens eine, vor­ zugsweise nur eine, Drosselöffnung ausgebildet ist.

12. Verdampfer nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zuleitungskanal (34) und die an ihn an­ geschlossenen Zwischenkammern (18) eine gemeinsame Wand (36) haben, in der die Dosiereinrichtungen (32) angeordnet sind.

13. Verdampfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die gemeinsame Wand (36) in Strömungsrichtung des inneren Wärmetauschfluids geradlinig verläuft.

14. Verdampfer nach einem der Ansprüche 10 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Zuleitungskanal (34) mit einer das einströmende innere Wärmetauschfluid in Vertei­ lung längs des Zuleitungskanals (34) anstauende und dros­ selnde Einrichtung (38) aufweist.

15. Verdampfer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß der Zuleitungskanal (34), vorzugsweise die gemein­ same Wand (36) im Bereich des Zuleitungskanals (34), unter Bildung von in Strömungsrichtung verteilten Anstauflächen und Drosselquerschnitten (40) profiliert ist.

16. Verdampfer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anstauflächen (40) jeweils mit einer der Do­ siereinrichtungen (32) versehen ist.

17. Verdampfer nach einem der Ansprüche 10 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Zuleitungskanal (34) und die Zwischenkammern (18) in einem gemeinsamen Gehäuse (42) angeordnet sind.

18. Verdampfer nach einem der Ansprüche 10 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Zuleitungskanal (34) rohrförmig ausgebildet ist.

19. Verdampfer nach einem der Ansprüche 10 bis 18, ge­ kennzeichnet durch eine Ausbildung der Zuleitung (2) des in­ neren Wärmetauschfluids und der Verteileinrichtung (4) mit einer derart ungedrosselten Zuführung des inneren Wärme­ tauschfluids zu dem gemeinsamen Zuleitungskanal (34), das in diesem das innere Wärmetauschfluid noch mehr als 90%, vor­ zugsweise vollständig, flüssig ist, sowie durch eine Ausle­ gung der die Zwischenkammern (18) anschließenden Dosierein­ richtung (32) auf einen Druckabbau, welcher der Differenz zwischen dem Verflüssigungs- und dem Verdampfungsdruck abzüg­ lich der Leitungsdruckverluste entspricht.

20. Verdampfer nach einem der Ansprüche 10 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß dem gemeinsamen Zuleitungskanal (34) ein Expansionsventil (44) vorgeschaltet ist, welches bis auf die Zuleitungsdruckverluste die Differenz zwischen Ver­ flüssigungsdruck und Verdampfungsdruck abbaut.

21. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß im freien Strömungsquerschnitt im jeweiligen Flachrohr (10) oder in der jeweiligen Platte tur­ bulenzerzeugende Ein- oder Anbauten (48) vorgesehen sind.

22. Verdampfer nach Anspruch 21 in Flachrohrbauweise, dadurch gekennzeichnet, daß die Anbauten durch Eindellungen der Außenwand des jeweiligen Flachrohres gebildet sind.