DE19758886B4 - Two-flow and single-tube brazed flat tube evaporator in the air direction for an automotive air conditioning system - Google Patents

Two-flow and single-tube brazed flat tube evaporator in the air direction for an automotive air conditioning system Download PDF

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Abstract

Zweiflutiger und in Luftrichtung einreihiger hartverlöteter Flachrohrverdampfer aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung für eine Kraftfahrzeugklimaanlage, bei dem zulaufseitig ein Verteiler (24, 28) des Kältemittels auf die Eingänge einzelner Flachrohre (2) oder insbesondere Gruppen derselben angeordnet ist und die Flachrohre stranggepresste mehrkammerige Rohre sind, zwischen denen Zickzacklamellen (12) sandwichartig eingeschachtelt sind, wobei die Stirnfronten der Zickzacklamellen (12) abstromseitig über die benachbarten Stirnseiten (6) der Flachrohre (2) überstehen, wobei – die Bautiefe (B) des Verdampfers mindestens 25 mm und höchstens 50 mm beträgt; und – der von einer Zickzacklamelle (12) eingenommene Zwischenraum (LH) zwischen zwei benachbarten Flachrohren (2) mehr als 6 mm und weniger als 8 mm beträgt.Double-finned and air-line single-brazed flat tube evaporator made of aluminum or an aluminum alloy for an automotive air conditioning system, in which a distributor (24, 28) of the refrigerant on the inlet side of individual flat tubes (2) or in particular groups thereof is arranged and the flat tubes are extruded multi-chambered tubes, between which zigzag fins (12) are sandwiched, the front fronts of the zigzag fins (12) projecting over the adjacent end faces (6) of the flat tubes (2), wherein - the depth (B) of the evaporator is at least 25 mm and at most 50 mm ; and - the space (LH) occupied by a zigzag blade (12) between two adjacent flat tubes (2) is more than 6 mm and less than 8 mm.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zweiflutigen und in Luftrichtung einreihigen hartverlöteten Flachrohrverdampfer aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung für eine Kraftfahrzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Ein derartiger zweiflutiger Flachrohrverdampfer ist neben weiteren mehr als zweiflutigen Ausführungsformen aus der DE 195 15 526 C1 bekannt.The invention relates to a double-flow and einreihigen in the air direction brazed flat tube evaporator made of aluminum or an aluminum alloy for a motor vehicle air conditioning with the features of the preamble of claim 1. Such a double-flow flat tube evaporator is in addition to more than double-flow embodiments of the DE 195 15 526 C1 known.

Aus der EP 0 030 072 A2 ist ein zweiflutiger Wärmetauscher mit Flachrohren aus Aluminium bekannt. Zulaufseitig ist ein Verteiler des Kältemittels auf Eingängen einzelner Flachrohre angeordnet. Die Flachrohre sind stranggepresste mehrkammerige Rohre, zwischen welchen gewellte Lamellen eingeschachtelt sind. Die gewellten Lamellen weisen jeweils eine Stirnfront auf, die abstromseitig gegenüber benachbarten Stirnseiten der Flachrohre überstehen.From the EP 0 030 072 A2 is a double-flow heat exchanger with aluminum flat tubes known. On the inlet side, a distributor of the refrigerant is arranged on inputs of individual flat tubes. The flat tubes are extruded multi-chamber tubes, between which corrugated fins are nested. The corrugated fins each have an end face, which protrude downstream of adjacent end faces of the flat tubes.

Auf dem Markt befindliche Flachrohrverdampfer einer solchen Bauart haben mit soeben erst bekannt gewordenen Prototypen eine Bautiefe von 60 mm, während die Bautiefe standardmäßig bei vergleichbaren Plattenverdampfern 66 bis etwa 100 mm beträgt.On the market flat tube evaporator of such a type have only just become known prototypes a depth of 60 mm, while the overall depth is comparable to comparable plate evaporators 66 to about 100 mm.

Wie schon die gattungsgemäße Veröffentlichung zeigt, bestand bisher das Bestreben, den Wirkungsgrad dann, wenn dies erwünscht ist, im Übergang auf mehr als zweiflutige Verdampfer zu erhöhen.As already shown in the generic publication, there has been a desire to increase the efficiency, if desired, in the transition to more than double-flow evaporator.

Darüber hinaus hat man sich sowohl bei zweiflutigen als auch bei mehr als zweiflutigen Verdampfern bemüht, die einzelnen Flachrohre mit einem möglichst gleich bleibenden Verhältnis von flüssigem zu gasförmigem Kältemittel zu beschicken und hierfür, wie dies auch schon gattungsgemäß vorgesehen ist, zulaufseitig das Kältemittel auf die Eingänge von Gruppen von Flachrohren zu verteilen. Äquivalent hierzu ist in der Gattung auch die momentan nicht aus dem Stand der Technik für Flachrohrverdampfer nachweisbare Idee miteinbezogen, diese Verteilung auch noch in Bezug auf jedes einzelne Flachrohr vorzunehmen. Eine derartige Verteilung auf einzelne Rohre eines Verdampfers, nicht jedoch ausdrücklich eines Flachrohrverdampfers, ist an sich aus der EP 0 566 899 A1 bekannt.In addition, efforts have been made in double-flow and double-flow evaporators to charge the individual flat tubes with a ratio of liquid to gaseous refrigerant that is as constant as possible and, as already provided for generically, to supply the refrigerant to the inputs on the inlet side of groups of flat tubes to distribute. Equivalent to this is included in the genus also currently not detectable from the prior art for flat tube evaporator idea to make this distribution also in relation to each individual flat tube. Such a distribution to individual tubes of an evaporator, but not expressly a flat tube evaporator, is in itself from the EP 0 566 899 A1 known.

Bei allen derartigen Verteilungen des zulaufseitigen Kältemittels auf Flachrohre erfolgt zugleich eine Verteilung auf alle Kammern des jeweiligen Flachrohres, die sich in Richtung der Bautiefe des Verdampfers hintereinander erstrecken. Die Bautiefe des Verdampfers ist dabei im Grenzfall mit der entsprechenden Breitendimension des Flachrohres identisch. Die Breitendimension des Flachrohres kann jedoch auch etwas geringer sein, insbesondere, wenn man einen entsprechenden stirnseitigen Überstand der Verrippung durch die Zickzacklamellen miteinbezieht.In all such distributions of the inlet-side refrigerant on flat tubes at the same time a distribution to all chambers of the respective flat tube, which extend in the direction of the depth of the evaporator in a row. The depth of the evaporator is identical in the limiting case with the corresponding width dimension of the flat tube. However, the width dimension of the flat tube may also be slightly lower, in particular if one includes a corresponding front projection of the ribbing by the zigzag fins.

Nun ist gerade beim Einbau von Bauteilen in Kraftfahrzeuge ein Hauptproblem immer der verfügbare Einbauraum im Kraftfahrzeug. Es besteht daher generell bei Bauelementen zum Einbau in Kraftfahrzeuge das Bestreben, die Außendimensionen bei vorgegebener Nutzleistung minimal zu halten. Es ist dabei als selbstverständlich vorauszusetzen, dass dieser Grundgedanke auch bei all den bekannten gattungsgemäßen Flachrohrverdampfern, die sich auf dem Markt befinden, zugrunde lag. Daraus ist herzuleiten, dass die Fachwelt bisher bei derartigen Flachrohrverdampfern bei Berücksichtigung aller Anforderungen eine Bautiefe von weniger als 60 nun nicht als geeignet in Betracht zog.Now is just the installation of components in motor vehicles, a major problem always the available installation space in the vehicle. It is therefore generally the case of components for installation in motor vehicles endeavor to keep the outer dimensions minimal for a given output. It is to be taken for granted that this basic idea was also based on all the known generic flat-tube evaporators which are on the market. It can be deduced from this that experts in such flat-tube evaporators have not considered a depth of less than 60 mm to be suitable in consideration of all requirements.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Annahme auf einem Vorurteil beruht.The invention is based on the recognition that this assumption is based on a prejudice.

Die Erfindung beruht vielmehr auf der Erkenntnis, dass selbst bei sonst gleichbleibenden Parameter bekannter gattungsgemäßer Flachrohrverdampfer eine Verringerung der Bautiefe mindestens teilweise dadurch kompensiert wird, dass dabei der Wirkungsgrad der Verteileinrichtung erhöht wird. Denn bei verringerter Bautiefe braucht zulaufseitig das Kältemittel nur auf eine geringere Zahl von Kammern der Flachrohre pro vom Verteilkanal gespeister Eintrittskammer verteilt zu werden.Rather, the invention is based on the finding that even with otherwise constant parameters known generic flat tube evaporator, a reduction of the depth is at least partially compensated by the fact that while the efficiency of the distribution device is increased. Because with a reduced structural depth on the inlet side, the refrigerant needs to be distributed only to a smaller number of chambers of the flat tubes per inlet chamber fed by the distribution channel.

In diesem Sinne beschreibt die Erfindung einen Weg, statt über den Weg der Erhöhung der Anzahl der Fluten über die Zweiflutigkeit hinaus eine Optimierung durch Verringerung der Bautiefe zu erhalten.In this sense, the invention describes a way instead of obtaining over the path of increasing the number of floods beyond the Zweiflutigkeit an optimization by reducing the depth.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad eines gattungsgemäßen zweiflutigen Flachrohrverdampfers in einer konstruktiv besonders einfachen Weise zu erhöhen.Accordingly, the invention has for its object to increase the efficiency of a generic double-flow flat tube evaporator in a structurally particularly simple manner.

Diese Aufgabe wird bei einem Flachrohrverdampfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst; dabei wird nicht nur ein geringer Bautiefenbereich ausgewählt, sondern zusätzlich der von einer Zickzacklamelle eingenommene Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Flachrohren wertemäßig festgelegt.This object is achieved in a flat tube evaporator with the features of claim 1; In this case, not only a small depth range is selected, but also determined by a zigzag lamella intermediate space between two adjacent flat tubes in terms of value.

Die Bedeutung dieser Wertekombination lässt sich am besten beispielsweise erklären. Wenn man also beispielsweise von der kleinsten konventionellen Bautiefe von 60 mm stattdessen im Sinne eines mittleren Wertes der erfindungsgemäßen Kombination auf 42 mm übergeht und dabei auch den Zwischenraum zwischen den Flachrohren kleiner als üblich oder jedenfalls im erfindungsgemäßen Wertebereich wählt, erhält man eine Konfiguration, bei der die für ein Kraftfahrzeug wesentliche Einsparung an Bautiefe weitgehend durch eine relativ große Anzahl nebeneinander angeordneter Flachrohre kompensiert wird. Diesem Effekt überlagert sich die schon erörterte bessere Verteilung des Kältemittels im günstigen Sinne. Die konstruktiv besonders einfache Bauart des erfindungsgemäßen zweiflutigen Flachrohrverdampfers ist schon daran zu erkennen, dass die Erhöhung des relativen Wirkungsgrades eine gerade bei dem geringen Einbauraum von Kraftfahrzeugen wesentliche deutliche Einsparung an Bautiefe ermöglicht, ohne die Wärmeleistung des Verdampfers verschlechtern zu müssen. Dabei erfolgt auch eine Einsparung an Baumaterial in Bautiefenrichtung und durch Mehrflutigkeit bedingte Längsquerwände werden entbehrlich.The meaning of this combination of values can best be explained, for example. If, for example, one goes from the smallest conventional construction depth of 60 mm instead to 42 mm in the sense of an average value of the combination according to the invention and thereby also the space between the flat tubes smaller than customary or at least selects in the value range according to the invention, one obtains a configuration in which the essential for a motor vehicle saving in construction depth is largely compensated by a relatively large number of juxtaposed flat tubes. This effect is superimposed on the already discussed better distribution of the refrigerant in a favorable sense. The structurally particularly simple design of the twin-flow flat-tube evaporator according to the invention can already be seen from the fact that the increase in the relative efficiency allows a significant savings in overall depth, especially in the small installation space of motor vehicles, without having to degrade the heat output of the evaporator. There is also a saving of building material in Bautiefenrichtung and caused by Mehrflutigkeit longitudinal transverse walls are unnecessary.

Die EP 0 414 433 A2 zeigt nicht wie der erfindungsgemäße Flachrohrverdampfer eine in Luftrichtung einreihige Ausbildung, welche die Bautiefe bestimmt, sondern eine in Luftrichtung zweireihige Ausbildung (sogenannte Duplex-Anordnung) auch eines Verdampfers (Sp. 6, Z. 34–37) mit zwei auch Flachrohre verwendenden separaten Wärmetauscherblöcken, die mit gegenseitigem Abstand in Luftrichtung hintereinander angeordnet sind. Dieser Anordnung liegt das Konzept zugrunde, die Wärmeleistung im Gegensatz zur Erfindung nicht unter Verringerung, sondern unter Erhöhung der Einbautiefe zu gewinnen. Selbst bei Überlappung von Bemessungen im einzelnen Wärmetauscherblock dieser Duplex-Anordnung mit der erfindungsgemäßen Wertekombination kann dadurch die erfindungsgemäße Kombination bei einem Flachrohrverdampfer mit einreihiger Ausbildung nicht angeregt werden.The EP 0 414 433 A2 does not show as the flat tube evaporator according to the invention a single row in the direction of air training, which determines the depth, but a two-row in the air direction training (so-called duplex arrangement) and an evaporator (Sp. 6, Z. 34-37) with two flat tubes using separate heat exchanger blocks , which are arranged at a mutual distance in the direction of air one behind the other. This arrangement is based on the concept of winning the heat output, in contrast to the invention, not with reduction, but with increasing the installation depth. Even with overlapping of dimensions in the individual heat exchanger block of this duplex arrangement with the value combination according to the invention, the combination according to the invention can not be excited in a flat tube evaporator with a single-row design.

Die DE 30 20 424 A1 betrifft allgemein einen Wärmetauscher in Bauweise mit Flachrohren, der unter den Bedingungen eines Motorkühlers von Kraftfahrzeugen entwickelt ist. Diese Vorveröffentlichung geht als Stand der Technik von einem Motorkühler mit einer Bautiefe von 32 bis 35 mm aus und erniedrigt diese in einer anderen Wertekombination auf 23 mm und weniger. Eine Übertragung dieser Bedingungen eines Wärmetauschers wie eines Wasserkühlers bei Kraftfahrzeugen auf einen Flachrohrverdampfer bei Kraftfahrzeugen ist nicht möglich. Dies wird schon daran deutlich, dass die konventionellen Flachrohrverdampfer bisher keine kleinere Einbautiefe als 60 mm kannten.The DE 30 20 424 A1 relates generally to a flat-tube type heat exchanger developed under the conditions of a motor radiator of automobiles. This prior publication is based on the prior art of a radiator engine with a depth of 32 to 35 mm and lowered it in another combination of values to 23 mm and less. A transfer of these conditions of a heat exchanger such as a water cooler in motor vehicles on a flat tube evaporator in motor vehicles is not possible. This is already clear from the fact that the conventional flat tube evaporators previously knew no smaller installation depth than 60 mm.

In den weiteren Unteransprüchen erfolgt eine begleitende Optimierung von im Zusammenhang mit der Erfindung als wesentlich erkannten Parametern, die es im Zusammenspiel sogar ermöglichen, die Wärmeleistung von marktüblichen gattungsgemäßen Flachrohrverdampfern nicht nur zu erreichen, sondern sogar etwas zu übertreffen.In the further subclaims there is an accompanying optimization of parameters which are recognized as essential in connection with the invention and which, in interaction, even make it possible not only to achieve the heat output of commercially available generic flat tube evaporators, but even to exceed them somewhat.

Neben der schon erwähnten Bautiefe und dem jeweils von einer Zickzacklamelle eingenommenen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Flachrohren (Ansprüche 2 und 3) erfolgt dabei eine begleitende Optimierung auf die zwischen ihren Flachseiten gemessene Dicke der Flachrohre (Ansprüche 4 bis 7), die Wandstärke der Flachrohre zwischen ihrer Außenfläche und ihrer jeweiligen inneren Kammer (Ansprüche 8 bis 12) und auf die Teilung der Zickzacklamellen (Ansprüche 13 bis 17). Die Länge der Flachrohre hat sich demgegenüber als unkritisch erwiesen und kann dem entsprechenden Platzangebot im Kraftfahrzeug angepasst werden.In addition to the above-mentioned depth and each occupied by a zigzag lamella between two adjacent flat tubes (claims 2 and 3) takes place an accompanying optimization on the measured between their flat sides thickness of the flat tubes (claims 4 to 7), the wall thickness of the flat tubes between them Outer surface and its respective inner chamber (claims 8 to 12) and on the pitch of the zigzag blades (claims 13 to 17). The length of the flat tubes has proven to be uncritical and can be adapted to the corresponding space in the vehicle.

Im Rahmen der Erfindung wird, teilweise abweichend von dem Gebrauch in einigen Fachfirmen, unter Teilung der Abstand benachbarter Scheitel derselben Zickzacklamelle verstanden bzw. der Wiederholungsabstand gleicher Phasen der Zickzackwellung.In the context of the invention, partly deviating from the use in some specialist companies, the spacing of adjacent vertexes of the same zigzag lamella is understood as being divided, or the repetition distance between identical phases of the zigzag lapping.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to schematic drawings. Show it:

1 in perspektivischer und teilweise aufgebrochener Darstellung ein Beispiel eines zweiflutigen Flachrohrverdampfers, auf den sich die Maßangaben der Erfindung beziehen; 1 in perspective and partially broken view of an example of a double-tube flat-tube evaporator, to which the dimensions of the invention relate;

2 eine Draufsicht auf den Rohrboden des als Verteiler dienenden Sammlers aus dessen Innenraum, und zwar bezogen auf eine Eintrittskammer in eine Gruppe von Flachrohren; 2 a plan view of the tube plate of the manifold serving as a collector from the interior, and with respect to an inlet chamber into a group of flat tubes;

3 einen Querschnitt durch den mit Zickzacklamellen sandwichartig verrippten Block der Flachrohre des Verdampfers gemäß 1 und 2; 3 a cross section through the zig-zag fins sandwiched ribbed block of the flat tubes of the evaporator according to 1 and 2 ;

4 ein Diagramm mit der Bautiefe B als Abszisse, der Wärmetauscherkennzahl k × AA als Ordinate und dem Zwischenraum LH als Parameterkurvenschar, 4 a diagram with the depth B as the abscissa, the heat exchange coefficient k × A A as the ordinate and the space LH as a parameter curve family,

5 ein Diagramm mit dem freien Abstand LH als Abszisse, der Versperrung der Flachrohre bezogen auf die gesamte Anströmfläche in % als Ordinate und der Rohrdicke d als Parameterkurvenschar, 5 a diagram with the free distance LH as abscissa, the obstruction of the flat tubes in relation to the total inflow area in% as ordinate and the tube thickness d as a parameter curve family,

6 ein Diagramm mit der Bautiefe B des Verdampfers als Abszisse, der Strömungsquerschnittsfläche F für das Kältemittel als Ordinate und des Zwischenraums LH als Parameterkurvenschar, 6 a diagram with the depth B of the evaporator as abscissa, the flow cross-sectional area F for the refrigerant as ordinate and the space LH as a parameter curve family,

7 ein Diagramm mit der Bautiefe B als Abszisse, dem Wärmetauscherwirkungsgrad η als Ordinate und der Lamellenteilung T als Kurvenschar. 7 a diagram with the depth B as the abscissa, the heat exchanger efficiency η as ordinate and the fin pitch T as a family of curves.

Der in 1 bis 3 dargestellte Flachrohrverdampfer besteht in allen seinen dargestellten Teilen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und ist auf seinen Teilen hartverlötet. The in 1 to 3 illustrated flat-tube evaporator consists in all its illustrated parts of aluminum or an aluminum alloy and is brazed on its parts.

Die Flachrohre 2 weisen jeweils parallele gleichartige Flachseiten 4 sowie stirnseitige Enden 6 auf, die ohne Beschränkung der Allgemeinheit hier ein Stromlinienprofil haben, ebenso aber auch anders gerundet oder gar eckig bzw. stumpf rechtwinklig zu den Flachseiten ausgebildet sein können. Innerhalb jedes Flachrohres sind als jeweils durchgehende Kanäle Kammern 8 durch Zwischenwände 10 abgeteilt. Die im Rahmen der Erfindung in Betracht gezogene Anzahl im Wesentlichen gleich groß dimensionierter Kammern liegt vorzugsweise zwischen 5 und 15 je nach tatsächlicher Bautiefe.The flat tubes 2 each have parallel similar flat sides 4 as well as frontal ends 6 on, without limiting the generality here have a streamline profile, but also rounded or even square or dull can be formed at right angles to the flat sides. Within each flat tube are chambers as each continuous channels 8th through partitions 10 separated. The number of essentially equal-sized chambers considered in the context of the invention is preferably between 5 and 15, depending on the actual overall depth.

Die Flachrohre 2 sind mit jeweils konstantem gegenseitigen Abstand LH als Block über sandwichartig zwischengeschaltete Zickzacklamellen miteinander verrippt, die auf der Lufteintrittsseite vorzugsweise mit den betreffenden Stirnseiten 6 bündig sind und für besseren Wasserablauf an der Luftaustrittsseite vorzugsweise etwas gegenüber der dortigen Flachseite 4 gemäß der zeichnerischen Darstellung in 3 überstehen. In 3 ist auch die Bautiefe B als Abstand der beiden Stirnfronten der Zickzacklamellen 12 in Anströmrichtung LR der Außenluft angegeben, wobei anströmseitig wie erwähnt die Stirnfront mit der betreffenden Stirnseite 6 der Flachrohre bündig ist bzw. in Querrichtung der Anströmrichtung LR fluchtet, während abströmseitig die Stirnfront über die benachbarten Stirnseiten 6 der Flachrohre 2 übersteht.The flat tubes 2 are with each constant mutual distance LH as a block over sandwiched intermediate zigzag fins stripped together, which preferably on the air inlet side with the relevant end faces 6 are flush and preferably for better water drainage at the air outlet side slightly opposite the flat side there 4 according to the drawings in 3 survive. In 3 is also the depth B as the distance between the two front fronts of the zigzag fins 12 indicated in the direction of flow LR of the outside air, wherein on the inflow side, as mentioned, the front end with the relevant end face 6 the flat tubes is flush or aligned in the transverse direction of the direction of flow LR, while downstream the front end on the adjacent end faces 6 the flat tubes 2 survives.

Der gegenseitige Abstand benachbarter Flachseiten 4 eines Paares benachbarter Flachrohre 2 ist deswegen mit LH bezeichnet, weil er identisch ist mit der sogenannten Lamellenhöhe der jeweiligen Zickzacklamelle.The mutual distance between adjacent flat sides 4 a pair of adjacent flat tubes 2 is therefore designated LH, because it is identical to the so-called lamella height of the respective zigzag lamella.

Jedes Flachrohr 2 hat eine zwischen seinen beiden entgegengesetzten Flachseiten 4 gemessene Rohrdicke d sowie eine Wandstärke w zwischen jeder Kammer 8 und der äußeren Flachseite 4 des betreffenden Flachrohres 2.Every flat tube 2 has one between its two opposite flat sides 4 measured pipe thickness d and a wall thickness w between each chamber 8th and the outer flat side 4 of the relevant flat tube 2 ,

Jede Zickzacklamelle 12 hat ferner eine Teilung T, welche den Abstand benachbarter gleichartiger Phasen der Zickzacklamelle beschreibt wie etwa den Abstand benachbarter Scheitel an einer Seite der betreffenden Zickzacklamelle.Every zigzag lamella 12 also has a pitch T which describes the spacing of adjacent like phases of the zigzag sipe, such as the spacing of adjacent peaks on one side of the respective zigzag sipe.

Die äußere Beaufschlagung der als Wärmetauschrohre des Verdampfers dienenden Flachrohre 2 erfolgt durch Außenluft im Kraftfahrzeug entsprechend dem Pfeil LR (Luftrichtung) in 1 und 3.The external admission of serving as heat exchange tubes of the evaporator flat tubes 2 takes place by outside air in the motor vehicle according to the arrow LR (air direction) in 1 and 3 ,

Die innere Beaufschlagung jedes Flachrohres 2 ist zweiflutig entsprechend dem Umkehrpfeil UP in 1. Für die Strömungsumkehr an dem einen Ende der jeweiligen Flachrohre im Block dienen gemäß 1 einzelne Endkappen 14, deren Funktion aber auch von einem gemeinsamen Umlenkkasten oder sonstigen strömungsmäßigen Umlenkglied übernommen werden kann.The internal admission of each flat tube 2 is double-ended according to the inverse arrow UP in 1 , For the flow reversal at the one end of the respective flat tubes in the block serve according to 1 individual end caps 14 , whose function can also be taken over by a common deflection box or other fluid deflection.

Die Zuleitung des Kältemittels in den Verdampfer erfolgt entsprechend dem Zulaufpfeil Z in 1 durch einen Anschlußstutzen 16 an der Stirnseite eines Sammelkastens 18 aus Rohrboden 20 und Deckel 22. Die den Endkappen 14 abgewandten Enden der Flachrohre 2 sind dabei in Schlitzen oder äußeren und/oder inneren Krägen des Rohrbodens 20 so aufgenommen, dass sie mit dem Innenraum des Sammlers 18 kommunizieren können.The supply of the refrigerant into the evaporator takes place in accordance with the inlet arrow Z in 1 through a connecting piece 16 at the front of a collecting tank 18 from tube bottom 20 and lid 22 , The end caps 14 opposite ends of the flat tubes 2 are in slots or outer and / or inner collars of the tube sheet 20 so taken as to match the interior of the collector 18 to be able to communicate.

Der zulaufseitige Anschlußstutzen 16 des Sammlers 18 geht in diesem in ein Verteilrohr 24 einer Verteileinrichtung über, das an seinem freien Ende abgeschlossen ist und an seinem Umfang je eine Austrittsöffnung 26 aufweist, die jeweils mit einer Eintrittskammer 28 einer Gruppe von mehr als einem im Rohrboden 20 steckenden Flachrohr 2 kommuniziert. Die Zahl der einer Eintrittskammer zugeordneten Flachrohre kann dabei vom Abstand der jeweiligen Austrittsöffnung 26 in Abhängigkeit vom Anschlußstutzen 16 wechseln, was in 2 jedoch nicht realisiert ist, wo ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils zwei Flachrohre mit jeweils einer Eintrittskammer 28 kommunizieren. Praktisch kommt im Zusammenhang mit der Erfindung insbesondere die Anzahl von nur einem Flachrohr 2 pro Eintrittskammer bis zu fünf Flachrohren pro Eintrittskammer in Frage, und zwar wie erwähnt sowohl mit Konstanz dieser Zahl als auch mit angepasster Veränderlichkeit zwischen den genannten Grenzen 1 und 5.The inlet-side connecting piece 16 of the collector 18 goes into this in a manifold 24 a distributor over, which is closed at its free end and at its periphery depending on an outlet opening 26 each having an inlet chamber 28 a group of more than one in the tubesheet 20 stuck flat tube 2 communicated. The number of flat tubes associated with an inlet chamber may be the distance of the respective outlet opening 26 depending on the connecting piece 16 change what's in 2 However, not realized, where without limiting the generality of two flat tubes, each with an inlet chamber 28 communicate. In practice, in connection with the invention, in particular the number of only one flat tube 2 per inlet chamber up to five flat tubes per inlet chamber in question, as mentioned both with constancy of this number and with adapted variability between the mentioned limits 1 and 5.

Die in Strömungsrichtung des Kältemittels zweite Flut aller Flachrohre kommuniziert mit einer gemeinsamen Austrittskammer 30 im Sammler 18, welche sich über deren gesamte Länge erstreckt und von einer sich ebenfalls längs des Sammlers 18 in diesem erstreckenden Längstrennwand 32 von den einzelnen Eintrittskammern 28 strömungsmäßig getrennt ist. Die Eintrittskammern 28 ihrerseits sind voneinander durch Querwände 34 mindestens großenteils oder gänzlich getrennt. Die Querwände 34 erstrecken sich dabei rechtwinklig von der der Ausgangskammer 30 abgewandten Seite der Längstrennwand 32 aus.The second flow in the flow direction of the refrigerant of all flat tubes communicates with a common outlet chamber 30 in the collector 18 which extends over its entire length and from one also along the collector 18 in this extending longitudinal partition 32 from the individual entry chambers 28 is separated by flow. The entrance chambers 28 in turn are separated from each other by transverse walls 34 at least for the most part or completely separated. The transverse walls 34 extend at right angles from the output chamber 30 opposite side of the longitudinal partition 32 out.

Die Ausgangskammer 30 kommuniziert mit einem äußeren Strömungsaustritt 36 des Kältemittels aus dem Verdampfer.The exit chamber 30 communicates with an external flow outlet 36 of the refrigerant from the evaporator.

Der Strömungsaustritt kann wie der Eintrittsstutzen 16 ebenfalls als äußerer Anschlussstutzen gemäß der zeichnerischen Darstellung in 1 gestaltet sein. Ebenfalls kommen natürlich Strömungseintritt und Strömungsaustritt auf jede andere mögliche Gestaltung in Frage, auch eine solche, bei der die beiden Austritte an entgegengesetzten Stirnseiten des Sammlers 18 vorgesehen sind. Ebenso könnte man daran denken, den Strömungsaustritt oder in besonderer Konstruktionsweise, etwa unter Verwendung von Druckguss, auch den Strömungseintritt an der Längsseite des Sammlers 18 vorzusehen. Schließlich ist im Rahmen der Erfindung auch nicht ausgeschlossen, dass die eingangsseitigen und die ausgangsseitigen Sammeleinrichtungen von gesonderten Sammlern gebildet sind, so dass dann die Längsquerwand 32 bei jedem dieser gesonderten Sammler entfällt.The flow outlet can be like the inlet nozzle 16 also as outer connecting piece according to the drawings in 1 be designed. Also come naturally flow entry and flow outlet on any other possible design in question, including one in which the two exits on opposite end faces of the collector 18 are provided. Likewise, one could think of it, the flow outlet or in a special construction, such as using die-cast, the flow inlet on the longitudinal side of the collector 18 provided. Finally, in the context of the invention, it is also not excluded that the input-side and the output-side collecting devices are formed by separate collectors, so that then the longitudinal transverse wall 32 each of these separate collectors is omitted.

Im Diagramm der 4 ist die Wärmetauscherkennzahl (k × AA) über der Bautiefe (B) des Flachrohrverdampfers aufgetragen. Die Wärmetauscherkennzahl wird gebildet aus dem Produkt der Wärmedurchgangszahl (k) und der gesamten äußeren luftberührten Fläche (AA) und besitzt die Einheit Watt/Kelvin. Die Bautiefe ist in Millimeter aufgetragen. Die gestrichelte Kurve gilt für einen von der Lamelle eingenommenen Zwischenraum LH = 5 mm, die strichpunktierte Kurve gilt für LH = 7 mm, die durchgezogene Kurve für LH = 9 mm.In the diagram of 4 is the heat exchange coefficient (k × A A ) above the depth (B) of the flat tube evaporator applied. The heat exchange coefficient is formed from the product of the heat transfer coefficient (k) and the total external air-contacted surface (A A ) and has the unit Watt / Kelvin. The depth is plotted in millimeters. The dashed curve applies to a space occupied by the lamella LH = 5 mm, the dash-dotted curve applies to LH = 7 mm, the solid curve for LH = 9 mm.

Die gesamte Kurvenschar (LH) gilt für eine Rohrdicke d = 1,8 mm und eine Lamellenteilung T = 2,8 mm.The total set of curves (LH) applies to a pipe thickness d = 1.8 mm and a fin pitch T = 2.8 mm.

4 veranschaulicht den überraschenden Effekt der Erfindung, dass bei entsprechender Wahl der Rohrdicke (d) sowie des von der Lamelle eingenommenen Zwischenraums (LH) die Wärmetauscherkennzahl (k × AA) bei Halbierung der Bautiefe (B) noch konstant gehalten werden kann. 4 illustrates the surprising effect of the invention, that with a suitable choice of the tube thickness (d) and the space occupied by the lamella (LH), the heat exchange coefficient (k × A A ) at halving the depth (B) can still be kept constant.

So kann z. B. ein Verdampfer mit einer Bautiefe von 60 mm auf eine solche von ca. 30 mm verkleinert werden, wenn der von der Lamelle eingenommene Zwischenraum (LH) von 9 mm auf 5 mm reduziert wird und eine Rohrdicke von d = 1,8 mm zum Einsatz kommt. Trotz erheblich geringerer äußerer Fläche, aber auch bei geringerer innerer Wärmeübertragungsfläche wird diese Leistungsgleichheit bei halbierter Bautiefe (B) erreicht, da die fehlende innere und äußere Wärmeübertragungsfläche durch eine verbesserte Kältemittelverteilung in den Flachrohren reduzierter Bautiefe (B) und durch erheblich höhere Wärmeübergangszahlen sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite kompensiert wird.So z. B. an evaporator with a depth of 60 mm to be reduced to one of about 30 mm when the space occupied by the lamella (LH) is reduced from 9 mm to 5 mm and a tube thickness of d = 1.8 mm Use comes. Despite significantly lower outer surface, but also with lower internal heat transfer surface this power equality at half the depth (B) is achieved because the missing inner and outer heat transfer surface by an improved refrigerant distribution in the flat tubes reduced depth (B) and by significantly higher heat transfer coefficients both on Inside and on the outside is compensated.

Durch die Bautiefenhalbierung entstehen beim Einsatz des Verdampfers in Kraftfahrzeugklimaanlagen erhebliche Vorteile bezüglich des Einbauraumes und des Gewichtes.Due to the Bautiefenhalbierung arise when using the evaporator in automotive air conditioning significant advantages in terms of installation space and weight.

Bei der Reduzierung des von der Lamelle eingenommenen Zwischenraumes (LH) muss gemäß 5 darauf geachtet werden, dass die luftseitige Versperrung (V) der Flachrohre, die in 5 als Ordinate in Prozent aufgetragen ist, nicht zu groß wird, da sonst bei einer vorgegebenen Luftmenge die Luftgeschwindigkeiten in dem von der Lamelle eingenommenen Zwischenraum (LH) zu groß werden und das Kondenswasser nicht mehr im Lamellenblock in den Zickzacklamellen ablaufen kann, ohne dass es von der Luft mitgerissen wird.When reducing the space occupied by the lamella (LH) must be in accordance with 5 Care should be taken that the air side obstruction (V) of the flat tubes, which are in 5 is plotted as ordinate in percent, not too large, otherwise at a given amount of air, the air velocities in the space occupied by the lamella (LH) are too large and the condensation can no longer run in the fins block in the zigzag fins, without it the air is carried away.

Bei den in Kraftfahrzeugen vorgegebenen Bauräumen und Luftvolumenströmen sollte daher eine luftseitige Versperrung von 22% nicht überschritten werden. Dies bedeutet, dass bei Reduzierung des von der Lamelle eingenommenen Zwischenraumes (LH) ebenfalls die Rohrdicke (d) reduziert werden muss. Bei einem Zwischenraum (LH) von 5 mm sollte daher eine Rohrdicke (d) von 1–1,5 mm und bei einem Zwischenraum (LH) von z. B. 7 mm eine solche von 1,5–2 mm zum Einsatz kommen.Therefore, an air-side obstruction of 22% should not be exceeded for the installation spaces and air volume flows specified in motor vehicles. This means that when reducing the space occupied by the lamella (LH), the tube thickness (d) must also be reduced. With a clearance (LH) of 5 mm, therefore, a tube thickness (d) of 1-1.5 mm and at a gap (LH) of z. B. 7 mm such a 1.5-2 mm are used.

Neben der luftseitigen Versperrung der Flachrohre, die entscheidend für den Kondenswasserablauf, aber auch für den luftseitigen Druckverlust ist, ist weiterhin die Strömungsfläche (F) von entscheidender Bedeutung.In addition to the air-side obstruction of the flat tubes, which is crucial for the condensate drain, but also for the air-side pressure loss, the flow area (F) is also crucial.

6 zeigt den Zusammenhang der Strömungsfläche (F) (mm2) und der Bautiefe (B) (mm) mit dem freien Zwischenraum (LH) für eine Rohrdicke von d = 1,8 mm. Die gestrichelte Linie gilt dabei für einen Zwischenraum (LH) von 5 mm, während die durchgezogene Linie für LH = 9 mm gilt. 6 shows the relationship of the flow area (F) (mm 2 ) and the depth (B) (mm) with the free space (LH) for a tube thickness of d = 1.8 mm. The dashed line applies to a gap (LH) of 5 mm, while the solid line applies to LH = 9 mm.

Für eine maximale Leistung muss einerseits die innere Wärmeübergangszahl sehr hoch sein, was durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und einen kleinen Strömungsquerschnitt (F) erreicht wird, und andererseits darf auch der kältemittelseitige Druckverlust durch eine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit nicht zu groß werden, da sonst die wirksame Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und der anströmenden Umgebungsluft zu stark reduziert wird. Für das Maximum des Produkts zwischen der wirksamen Temperaturdifferenz und der inneren Wärmeübergangszahl ist für den mittleren Leistungsbereich der Kraftfahrzeugklimaanlagen eine Strömungsfläche (F) von 400–600 mm2 erforderlich. Diese Mindestströmungsfläche (F) kann bei Reduzierung der Bautiefe (B) gemäß 6 durch eine Erhöhung der Rohranzahl und damit durch eine Reduzierung des von der Lamelle eingenommenen Zwischenraumes (LH) wirkungsvoll erreicht werden.For maximum performance, on the one hand, the internal heat transfer coefficient must be very high, which is achieved by a high flow velocity and a small flow cross-section (F), and on the other hand, the refrigerant side pressure loss may not be too large by too high a flow velocity, otherwise the effective temperature difference between the refrigerant and the incoming ambient air is reduced too much. For the maximum of the product between the effective temperature difference and the internal heat transfer coefficient, a flow area (F) of 400-600 mm 2 is required for the medium performance range of automotive air conditioners. This minimum flow area (F) can be reduced as the depth (B) is reduced 6 be achieved effectively by increasing the number of tubes and thus by reducing the space occupied by the lamella (LH).

Bei gleichzeitiger Verringerung der Rohrdicke (d) in Verbindung mit einer verkleinerten Wandstärke (w) kann auch bei reduziertem Zwischenraum (LH) ein Anstieg der luftseitigen Versperrung (V) vermieden werden.With simultaneous reduction of the pipe thickness (d) in connection with a reduced wall thickness (w), an increase of the air-side obstruction (V) can be avoided even with a reduced clearance (LH).

Durch die aufeinander abgestimmte Auslegung des Zwischenraumes (LH), der Rohrdicke (d) sowie der Wandstärke des Rohres (w) kann die in 4 gezeigte Konstanthaltung der Wärmetauscherkennzahl (k × AA) bei halbierter Bautiefe erreicht werden. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn die Lamellenteilung (T) z. B. wie in 1 mit T = 2,8 mm nicht zu groß gewählt ist.Due to the coordinated design of the intermediate space (LH), the tube thickness (d) and the wall thickness of the tube (w), the in 4 shown constant maintenance of the heat exchange coefficient (k × A A ) can be achieved at half the depth. However, this is only possible if the fin pitch (T) z. B. as in 1 with T = 2.8 mm is not too large.

7 zeigt den Einfluss der Lamellenteilung (T) auf den Wärmetauscherwirkungsgrad (η), der als Ordinate über der Bautiefe (B) als Abszisse aufgetragen ist. Die Parameterkurven für die Lamellenteilung (T) gelten für eine konstante Lamellenhöhe (LH) von 7 mm sowie für eine konstante Rohrdicke von d = 1,8 mm. 7 shows the influence of the fin pitch (T) on the heat exchanger efficiency (η), which is plotted as ordinate above the depth (B) as the abscissa. The parameter curves for the fin pitch (T) apply to a constant fin height (LH) of 7 mm and to a constant tube thickness of d = 1.8 mm.

Überraschenderweise ist bei Flachrohrverdampfern der im Oberbegriff beschriebenen Bauart der Einfluss der Lamellenteilung bei kleinen Bautiefen erheblich stärker als bei sonst üblichen großen Bautiefen von mehr als 60 mm. Diese Wirkung kann zusätzlich zu den Einflüssen des Zwischenraumes (LH), der Rohrdicke (d) und der Wandstärke (w) bei Verdampfern mit kleinen Bautiefen nutzbar gemacht werden, so dass gerade im Bereich der Bautiefen von 20–40 mm eine erhebliche Steigerung im Wärmetauscherwirkungsgrad durch eine engere Lamellenteilung von T = 2 mm bis T = 3 mm erreicht wird, die bei bisher üblichen Bautiefen von mehr als 60 mm nicht absehbar war.Surprisingly, with flat tube evaporators of the type described in the preamble, the influence of the fin pitch at small depths is considerably greater than usual large depths of more than 60 mm. This effect can in addition to the influences of the space (LH), the tube thickness (d) and the wall thickness (w) in evaporators with small depths can be harnessed, so that just in the depths of 20-40 mm a significant increase in heat exchange efficiency is achieved by a tighter slat pitch of T = 2 mm to T = 3 mm, which was not foreseeable at usual building depths of more than 60 mm.

Claims (17)

Zweiflutiger und in Luftrichtung einreihiger hartverlöteter Flachrohrverdampfer aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung für eine Kraftfahrzeugklimaanlage, bei dem zulaufseitig ein Verteiler (24, 28) des Kältemittels auf die Eingänge einzelner Flachrohre (2) oder insbesondere Gruppen derselben angeordnet ist und die Flachrohre stranggepresste mehrkammerige Rohre sind, zwischen denen Zickzacklamellen (12) sandwichartig eingeschachtelt sind, wobei die Stirnfronten der Zickzacklamellen (12) abstromseitig über die benachbarten Stirnseiten (6) der Flachrohre (2) überstehen, wobei – die Bautiefe (B) des Verdampfers mindestens 25 mm und höchstens 50 mm beträgt; und – der von einer Zickzacklamelle (12) eingenommene Zwischenraum (LH) zwischen zwei benachbarten Flachrohren (2) mehr als 6 mm und weniger als 8 mm beträgt.Double-finned and air-line single-brazed flat tube evaporator made of aluminum or an aluminum alloy for an automotive air conditioning system, in which a distributor ( 24 . 28 ) of the refrigerant to the inputs of individual flat tubes ( 2 ) or in particular groups of the same is arranged and the flat tubes are extruded multi-chambered tubes between which zigzag fins ( 12 ) are sandwiched nested, wherein the front fronts of the zigzag blades ( 12 ) downstream of the adjacent end faces ( 6 ) of the flat tubes ( 2 ), wherein - the depth (B) of the evaporator is at least 25 mm and not more than 50 mm; and - that of a zigzag blade ( 12 ) occupied space (LH) between two adjacent flat tubes (2) is more than 6 mm and less than 8 mm. Flachrohrverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bautiefe (B) höchstens 40 mm beträgt.Flat-tube evaporator according to claim 1, characterized in that the overall depth (B) is at most 40 mm. Flachrohrverdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bautiefe (B) mindestens 35 mm beträgt.Flat tube evaporator according to claim 1 or 2, characterized in that the overall depth (B) is at least 35 mm. Flachrohrverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen ihren Flachseiten (4) gemessene Dicke (d) der Flachrohre (2) höchstens 2 mm beträgt.Flat-tube evaporator according to one of claims 1 to 3, characterized in that between its flat sides ( 4 ) measured thickness (d) of the flat tubes ( 2 ) is at most 2 mm. Flachrohrverdampfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d) höchstens 1,8 mm beträgt.Flat-tube evaporator according to claim 4, characterized in that the thickness (d) is at most 1.8 mm. Flachrohrverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d) mindestens 1 mm beträgt.Flat-tube evaporator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the thickness (d) is at least 1 mm. Flachrohrverdampfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d) mindestens 1,5 mm beträgt.Flat-tube evaporator according to claim 6, characterized in that the thickness (d) is at least 1.5 mm. Flachrohrverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (w) der Flachrohre (2) zwischen ihrer Außenfläche und ihrer jeweiligen inneren Kammer höchstens 0,5 mm beträgt.Flat tube evaporator according to one of claims 1 to 7, characterized in that the wall thickness (w) of the flat tubes ( 2 ) between its outer surface and its respective inner chamber is not more than 0,5 mm. Flachrohrverdampfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (w) höchstens 0,4 mm beträgt.Flat-tube evaporator according to claim 8, characterized in that the wall thickness (w) is at most 0.4 mm. Flachrohrverdampfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (w) höchstens 0,25 mm beträgt.Flat-tube evaporator according to claim 9, characterized in that the wall thickness (w) is at most 0.25 mm. Flachrohrverdampfer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (w) mindestens 0,2 mm beträgt.Flat-tube evaporator according to claim 9 or 10, characterized in that the wall thickness (w) is at least 0.2 mm. Flachrohrverdampfer nach Anspruch 9 sowie Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (w) 0,3 mm beträgt.Flat-tube evaporator according to claim 9 and claim 11, characterized in that the wall thickness (w) is 0.3 mm. Flachrohrverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung (T) der Zickzacklamellen (12) höchstens 4 mm beträgt.Flat tube evaporator according to one of claims 1 to 12, characterized in that the pitch (T) of the zigzag fins ( 12 ) is at most 4 mm. Flachrohrverdampfer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung (T) höchstens 3 mm beträgt.Flat-tube evaporator according to claim 13, characterized in that the pitch (T) is at most 3 mm. Flachrohrverdampfer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung (T) mindestens 2 mm beträgt.Flat-tube evaporator according to claim 12 or 13, characterized in that the pitch (T) is at least 2 mm. Flachrohrverdampfer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung (T) mindestens 2,4 mm beträgt.Flat tube evaporator according to claim 15, characterized in that the pitch (T) is at least 2.4 mm. Flachrohrverdampfer nach den Ansprüchen 14 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung (T) im Bereich von 2,6 bis 2,8 mm liegt. Flat-tube evaporator according to claims 14 and 16, characterized in that the pitch (T) is in the range of 2.6 to 2.8 mm.
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