DE4141809A1

DE4141809A1 - Evaporative coolant circuit esp. for vehicular air-conditioning - equalises distribution of coolant injected in liq. state through expansion jets into corresp. individual evaporator tubes

Info

Publication number: DE4141809A1
Application number: DE4141809A
Authority: DE
Inventors: Hermann Zenker
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1991-12-18
Filing date: 1991-12-18
Publication date: 1992-11-05

Abstract

The evaporator (1) contains a number of parallel tubes (4) ranged one above another with fins (5) for improved heat transfer and fed via expanders (13) from a distribution and collection space (7, 8) into which the coolant is delivered by a pressure line (2). Pure liq. collects in the centre (11) of the distribution space (7) while vaporised coolant rises into a space (12) around the inlet. The expanders (13) vaporise the liq. ADVANTAGE - Uniform distribution of coolant among evaporator tubes is secured with liq. always present ahead of these tubes and their associated expanders and less noise is generated.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kältemittelkreislauf, insbe sondere einer Fahrzeug-Klimaanlage, sowie einen Ver dampfer hierfür, gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 oder 2.The invention relates to a refrigerant circuit, in particular special a vehicle air conditioning, and a Ver steamer for this, according to the generic terms of Claims 1 or 2.

Ein Kältemittelkreislauf für eine Fahrzeug-Klimaanlage sowie ein Verdampfer hierfür, der mehrere parallel ge schaltete Verdampferrohre aufweist, wobei ferner eine Ex pansionsvorrichtung für das Kältemittel vorgesehen ist, mit Hilfe derer dieses vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht, ist beispielsweise in der DE 33 27 179 A1 beschrieben. Zumeist ist diese Expansi onsvorrichtung ein thermostatisch gesteuertes Ex pansionsventil. Die Aufteilung des Kältemittels auf die einzelnen Verdampferrohre erfolgt stromab dieses Expansi onsventiles, wobei sich das Kältemittel dann im wesentli chen im gasförmigen Zustand befindet. Daraus kann jedoch eine ungleichförmige Verteilung des Kältemittels auf die einzelnen Verdampferrohre resultieren. Ein weiterer Miß stand ergibt sich aus der Tatsache, daß in einem einzigen Expansionsventil ein relativ hoher Kältemittelmassenstrom entspannt werden muß, so daß unter anderem aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit bei relativ kleinem Durch messer eine hohe Geräuschentwicklung die Folge ist.A refrigerant circuit for a vehicle air conditioning system and an evaporator for this, which ge several parallel switched evaporator tubes, wherein also an Ex expansion device for the refrigerant is provided, with the help of which this from liquid to gaseous State passes, is for example in the DE 33 27 179 A1 described. This is mostly expansi ons device a thermostatically controlled Ex expansion valve. The distribution of the refrigerant on the individual evaporator tubes takes place downstream of this expansion onsventiles, the refrigerant then essentially Chen is in the gaseous state. However, from this an uneven distribution of the refrigerant to the individual evaporator tubes result. Another miss stand arises from the fact that in one Expansion valve a relatively high refrigerant mass flow must be relaxed, so that, among other things, due to the high flow velocity with a relatively small through high noise is the result.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Maßnahmen aufzuzei gen, mit Hilfe derer eine Gleichverteilung des Kältemit tels über den einzelnen Verdampferrohren sichergestellt ist.The object of the invention is therefore to record measures with the help of which an even distribution of the cold ensured above the individual evaporator tubes is.

Für einen Kältemittelkreislauf ist diese Lösung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruches an gegeben, ein entsprechender Verdampfer ist durch die Merkmale des Anspruchs 2 gekennzeichnet.For a refrigerant circuit, this solution is through characterizing features of the first claim given, a corresponding evaporator is through the Features of claim 2 characterized.

Erfindungsgemäß ist jedem Verdampferrohr eine eigene Ex pansionsvorrichtung zugeordnet. Die Aufteilung des Kälte mittels auf die einzelnen Verdampferrohre erfolgt somit stromauf der Expansionsvorrichtung. Da dort das Kältemit tel im flüssigen Zustand vorliegt, ist eine gleichmäßige Aufteilung auf die einzelnen Verdampferrohre gewährlei stet. Eine sich aufgrund des gasförmigen Zustandes erge bende Ungleichverteilung wird hierdurch sicher vermieden. Vorteilhafterweise ist mit den erfindungsgemäßen Maßnah men der Massendurchsatz je Expansionsvorrichtung deutlich geringer, so daß hiermit der oben beschriebene Mißstand der hohen Geräuschentwicklung behoben ist. Auch erfolgt das Einspritzen des Kältemittels in die einzelnen Ver dampferrohre gegenüber dem bekannten Stand der Technik deutlich geräuschreduziert, da das Kältemittel stärker unterkühlt ist.According to the invention, each evaporator tube is a separate Ex assigned expansion device. The division of the cold by means of the individual evaporator tubes upstream of the expansion device. Because the cold there tel is in the liquid state, is a uniform Allow distribution to the individual evaporator tubes continuous A result due to the gaseous state This will certainly avoid unequal distribution. The measure according to the invention is advantageous mass throughput per expansion device less, so that herewith the maladministration described above the high noise level is eliminated. Also done injecting the refrigerant into each ver steam pipes compared to the known prior art significantly reduced noise because the refrigerant is stronger is hypothermic.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verdampfers ergeben sich durch die folgenden beschriebenen Merkmale. So können die Expansionsvorrichtungen im Sinne einer einfachen Bauweise als einfache drosselnde Rohrabschnitte, d. h. als sog. Orfice-Tubes ausgebildet sein. Diese Orfice-Tubes können direkt in den Verdampferrohren und dabei insbesondere in deren Anfangsbereich angeordnet oder aus denselben her ausgearbeitet sein. Eine kompakte Bauweise, insbesondere eines in einer Fahrzeug-Klimaanlage eingesetzten Ver dampfers ergibt sich, wenn die im wesentlichen horizontal verlaufenden Verdampferrohre in vertikaler Richtung übereinanderliegend angeordnet sind. Die einzelnen Ver dampferrohre beschreiben dabei übereinanderliegende Ebe nen und können in der jeweiligen Ebene beispielsweise u- förmig verlaufen. Somit ist es möglich, ausgehend von einem Verteilerraum die Verdampferrohre in einen Sammel raum münden zu lassen, wobei der Verteilerraum und der Sammelraum durch eine Trennwand voneinander getrennt ne beneinander in einem seitlich der Verdampferrohre ange ordneten Kasten vorgesehen sind. Vorteilhafterweise ist über diese Trennwand ein Wärmetausch möglich, womit sich eine erhöhte Kälteleistung einstellt, womit Flüssigkeits schläge vermieden werden und eine sichere Unterkühlung des Kältemittels vor den als Einspritz-Organe fungieren den Expansionsvorrichtungen erfolgt.Advantageous further developments of the evaporator result by the features described below. So they can Expansion devices in the sense of a simple construction as simple throttling pipe sections, d. H. as so-called Orfice tubes can be formed. These orfice tubes can directly in the evaporator tubes and in particular in their initial area arranged or from the same be worked out. A compact design, in particular a Ver used in a vehicle air conditioning system steamer arises when essentially horizontal extending evaporator tubes in the vertical direction are arranged one above the other. The individual ver steam pipes describe superimposed levels and can for example u- run in shape. It is therefore possible to start from a distributor room the evaporator tubes in a collection to let space open, the distribution room and the Collection room separated by a partition side by side in one of the evaporator tubes ordered box are provided. It is advantageous A heat exchange is possible via this partition, with which sets an increased cooling capacity, with which liquid blows are avoided and safe hypothermia of the refrigerant in front of the act as injection organs the expansion devices.

Insbesondere bei in vertikaler Richtung übereinanderlie gend angeordneten Verdampferrohren sowie seitlich dersel ben angeordnetem Verteilerraum empfiehlt es sich, eine Zufuhr-Druckleitung geodätisch obenliegend in den Vertei lerraum münden zu lassen. Da in dieser Zufuhr-Drucklei tung ein Zweiphasengemisch von Kältemittel vorliegen kann, wird diese Druckleitung im Verteilerraum in einen Bereich münden, in welchem das Kältemittel im wesentli chen gasförmig vorliegt. Unterhalb dieses Bereiches be findet sich hingegen das Kältemittel im flüssigen Zu stand, und von diesem Bereich zweigen auch die einzelnen Verdampferrohre ab. Hierdurch ist somit sichergestellt, daß vor den Verdampferrohren bzw. vor den zugeordneten Expansionsvorrichtungen stets flüssiges Kältemittel an liegt. Dies sowie weitere Vorteile werden auch aus der folgenden Beschreibung eines in einer Prinzipskizze dar gestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfin dung ersichtlich.Especially when stacked in the vertical direction vaporizer tubes and the same side ben arranged distribution room, it is recommended to Supply pressure line geodetically overhead in the distribution ler room open. Because in this feed printing line a two-phase mixture of refrigerant can, this pressure line in the distribution room in one Area in which the refrigerant essentially Chen is gaseous. Be below this area however, the refrigerant is found in the liquid supply stood, and the individual branch from this area Evaporator tubes. This ensures that before the evaporator tubes or before the assigned Expansion devices always on liquid refrigerant lies. This, as well as other benefits, will also come from the following description of one in a schematic diagram posed preferred embodiment of the inven can be seen.

In Fig. 1 ist die Stirnansicht eines erfindungsgemäßen Verdampfers gezeigt, Fig. 2 zeigt die Aufsicht gemäß Pfeilrichtung X.In Fig. 1, the front view is shown of an evaporator according to the invention, Fig. 2 shows the plan according to the direction of arrow X.

Gezeigt ist ein in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichneter Verdampfer, der in den Kältemittelkreislauf einer Fahr zeug-Klimaanlage eingebunden ist. Versorgt wird dieser Verdampfer 1 über eine Zufuhr-Druckleitung 2, während die Abfuhr des Kältemittels über eine Kompressor-Saugleitung 3 erfolgt.Shown is an evaporator designated in its entirety with 1 , which is integrated into the refrigerant circuit of a vehicle air conditioning system. This evaporator 1 is supplied via a supply pressure line 2 , while the refrigerant is discharged via a compressor suction line 3 .

Aufgebaut ist der Verdampfer aus einer Vielzahl von in vertikaler Richtung übereinanderliegend angeordneten Ver dampferrohren 4, die zur Vergrößerung der wärmeübertra genden Fläche jeweils mit Rippen 5 versehen sind und bei Fig. 1 in Blickrichtung bzw. bei Fig. 2 gemäß Pfeilrich tung 6 von einem Luftstrom umströmt werden. Jedes Ver dampferrohr 4 beschreibt eine Horizontalebene, innerhalb derer es - wie es Fig. 2 zeigt - im wesentlichen U-för mig verläuft. Gespeist wird jedes Verdampferrohr aus einem Verteilerraum 7; mit seinem dem Verteilerraum ge genüberliegenden Ende mündet jedes Verdampferrohr 4 in einem Sammelraum 8. Der Verteilerraum 7 sowie der Sammel raum 8 befinden sich in einem seitlich der Verdampfer rohre 4 angeordneten Kasten 9 und sind durch eine Trenn wand 10 voneinander getrennt. Dabei mündet die Zufuhr- Druckleitung 2 geodätisch oben liegend im Verteilerraum 7, während die Saugleitung 3 vom Sammelraum 8 abzweigt.The evaporator is made up of a plurality of vertical evaporator tubes 4 arranged one above the other in the vertical direction, each of which is provided with ribs 5 to enlarge the heat-transferring surface and in FIG. 1 in the direction of view or in FIG. 2 in the direction of the arrow 6 from an air flow flow around. Each Ver evaporator tube 4 describes a horizontal plane within which it - as shown in Fig. 2 - runs essentially U-shaped. Each evaporator tube is fed from a distribution space 7 ; with its end opposite the distribution space, each evaporator tube 4 opens into a collecting space 8 . The distribution room 7 and the collection room 8 are located in a side of the evaporator tubes 4 arranged box 9 and are separated by a partition 10 . The supply pressure line 2 opens geodetically at the top in the distributor space 7 , while the suction line 3 branches off from the collecting space 8 .

Wie bereits beschrieben, gelangt vorwiegend flüssiges Kältemittel über die Druckleitung 2 in den Verteilerraum 7. Die rein flüssigen Kältemittelanteile sammeln sich im unteren und schließlich mittleren Bereich 11 dieses Ver teilerraumes, während sich gasförmiges Kältemittel in einem sich oberhalb des Bereiches 11 bildenden Gaspol ster-Bereich 12, in dem auch die Druckleitung 2 mündet, sammelt.As already described, predominantly liquid refrigerant reaches the distribution space 7 via the pressure line 2 . The purely liquid refrigerant components collect in the lower and finally middle region 11 of this distribution space, while gaseous refrigerant collects in a gas region 12 forming above region 11 , in which the pressure line 2 also opens.

Vom Bereich 11 zweigen die einzelnen Verdampferrohre 4 ab. Zu Beginn jedes Verdampferrohres 4 befindet sich eine auch als Einspritzorgan in das jeweilige Verdampferrohr fungierende Expansionsvorrichtung 13. In dieser Ex pansionsvorrichtung 13 wird das Kältemittel zerstäubt und geht danach vom flüssigen Zustand in den gasförmigen Zu stand über. Hierzu ist die Expansionsvorrichtung 13 in ihrer einfachsten Ausführungsform als ein drosselnder Rohrabschnitt, sog. Orfice-Tube, ausgebildet. Dieser drosselnde Rohrabschnitt kann dabei direkt aus dem Ver dampferrohr 4 herausgearbeitet oder als separates Element in dieses eingesteckt sein.The individual evaporator tubes 4 branch off from area 11 . At the beginning of each evaporator tube 4 there is an expansion device 13 which also functions as an injection element in the respective evaporator tube. In this expansion device 13 , the refrigerant is atomized and then changes from the liquid state to the gaseous state. For this purpose, the expansion device 13 in its simplest embodiment is designed as a throttling tube section, so-called orfice tube. This throttling pipe section can be worked out directly from the evaporator pipe 4 or inserted as a separate element in this.

Indem in die Verdampferrohre 4 ausgehend vom Verteiler raum 7 vollständig Flüssigkeit bzw. flüssiges Kältemittel eingespritzt wird, ist eine sichere Gleichverteilung des Kältemittels über sämtlichen Verdampferrohren 4 ge währleistet. Aufgrund dieser gleichmäßigen Versorgung des Verdampfers 1 ergibt sich eine optimale Kälteleistung. Darüber hinaus wird, wie bereits einleitend beschrieben, das Einspritzgeräusch reduziert sowie die sonst üblicher weise an dem einzigen Expansionsventil bzw. der einzigen Expansionsvorrichtung anfallende Geräuschentwicklung ge dämpft. Vorteilhafterweise sind bei dem beschriebenen Verdampfer keine bewegten Teile vorhanden, so daß eine höchste Lebensdauer sowie eine minimale Störanfälligkeit gewährleistet ist. Von Vorteil ist darüber hinaus, daß die einzelnen Einspritzorgane bzw. Expansionsvorrichtun gen 13 durch das Vorliegen von flüssigem Kältemittel sicher unterkühlt werden, so daß keine Flüssigkeits schläge auftreten. Der Unterkühlung förderlich ist auch die gezeigte, eine Wärmeübertragung ermöglichende Anord nung des Verteilerraumes 7 sowie des Sammelraumes 8. Da bei können Details und konstruktive Einzelheiten durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.By completely injecting liquid or liquid refrigerant into the evaporator tubes 4, starting from the distributor space 7 , a reliable, uniform distribution of the refrigerant over all evaporator tubes 4 is ensured. This uniform supply of the evaporator 1 results in an optimal cooling capacity. In addition, as already described in the introduction, the injection noise is reduced and the noise normally produced on the only expansion valve or the only expansion device is damped. Advantageously, there are no moving parts in the evaporator described, so that a long service life and minimal susceptibility to failure is ensured. It is also advantageous that the individual injectors or expansion devices 13 are safely supercooled by the presence of liquid refrigerant, so that no liquid strikes occur. The hypothermia is also beneficial, the shown, a heat transfer enabling arrangement of the distribution space 7 and the collecting space 8th Since details and structural details can be designed quite differently from the exemplary embodiment shown, without leaving the content of the claims.

Claims

1. refrigerant circuit, in particular a vehicle air conditioning system, with an evaporator ( 1 ) with a plurality of evaporator tubes connected in parallel ( 4 ) and with an expansion device ( 13 ) for the refrigerant tel, with the aid of which this changes from the liquid to the gaseous state, characterized in that each evaporator tube is assigned its own expansion device (13) (4).

2. Evaporator, in particular a driving air conditioning system, with several parallel and with ribs ( 5 ) provided, air-circulated Verdampferroh ren ( 4 ) branching off from a distribution space ( 7 ), characterized in that each evaporator tube ( 4 ) has an expansion device ( 13 ), with the aid of which the refrigerant in the distributor chamber ( 7 ), which is essentially in the liquid state, in the evaporator tubes ( 4 ) changes into the gaseous state.

3. Evaporator according to claim 2, characterized by one or more of the following features:

- The expansion devices ( 13 ) are designed as throttling pipe sections (orfice tubes) in the Verdampferroh ren ( 4 ),
- The essentially horizontal evaporator ferrohre ( 4 ) are arranged in the vertical direction übereinan derliegend,
- In the distribution space ( 7 ) opens geodetically above lying a supply pressure line ( 2 ) in an area ( 12 ) in which the refrigerant is substantially gas-like, while below this gas cushion area ( 12 ) an area ( 11 ) with liquid refrigerant, from which the individual evaporator pipes ( 4 ) branch off,
- The evaporator tubes ( 4 ) open on the side of the distribution chamber ( 7 ) facing away from the side in a collecting space ( 8 ), which is in heat transfer connection with the distribution space ( 7 ),
- The distribution space ( 7 ) and the collecting space ( 8 ) are located in a side of the ribs ( 5 ) provided with evaporator tubes ( 4 ) provided box ( 9 ), which has a vertical distribution space ( 7 ) from the collecting space ( 8 ) separating and at the same time producing the heat-transferring connection partition ( 10 ).