EP1382926A1 - Verdampfer für Kfz-Klimaanlagen - Google Patents

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EP1382926A1
EP1382926A1 EP03015967A EP03015967A EP1382926A1 EP 1382926 A1 EP1382926 A1 EP 1382926A1 EP 03015967 A EP03015967 A EP 03015967A EP 03015967 A EP03015967 A EP 03015967A EP 1382926 A1 EP1382926 A1 EP 1382926A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
evaporator
collecting
refrigerant
air
chamber
Prior art date
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Granted
Application number
EP03015967A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1382926B1 (de
Inventor
Gottfried DÜRR
Wolfgang Seewald
Matthias Jung
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1382926A1 publication Critical patent/EP1382926A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1382926B1 publication Critical patent/EP1382926B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05375—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with particular pattern of flow, e.g. change of flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • F28F9/0204—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions
    • F28F9/0214—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions having only longitudinal partitions

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular an evaporator for air conditioning systems of motor vehicles, in particular according to the preamble of claim 1.
  • the today usual evaporators like disk evaporator and Flat tube evaporators are vertically in the air conditioner or the Vehicle installed, d. H. with vertical tubes.
  • common Flat tube evaporator, z. B. known from DE-A 198 26 881 of Applicant are formed in two rows, d. H. with two rows of Flat tubes, which flows around one behind the other or in succession of air become.
  • the ends of the manifolds open into collection boxes, each are divided into two chambers that receive the ends of the flat tubes.
  • the refrigerant is once in depth with double-flow, d. H. deflected against the direction of air flow.
  • Such flat tube evaporator have a height H, measured in the longitudinal direction of the tubes on and a width B, measured transversely to the tube longitudinal direction.
  • the product out Height H and width B gives the face of the evaporator.
  • the refrigerant can - in addition to the deflection in the depth - also deflected in the width become.
  • This evaporator design is known to have a relationship from height to width of about 0.5 to 2.0, d. H. at the lowest Evaporators of this type, the height is about half the width.
  • an evaporator of the above to create the type mentioned above a lower height at the same permanent face and the same power, if possible at a favorable Temperature profile.
  • the solution to this problem arises from the characteristics of The invention provides a horizontal evaporator, in which the flow channels in installation position approximately horizontally and the lateral collecting chambers are arranged approximately vertically or flowed through.
  • Vertical does not mean strictly vertical, since the evaporators are in Air conditioners can also be arranged slightly inclined. Such Arrangement should also be encompassed by the term about vertically.
  • Through this Construction can have a ratio of height to width in the range of 1: 3 to 1: 6 or a ratio of width to height in the range of about 3 to 6 and more, that is advantageous to 7, 8, 9m or 10 or more realized without the performance of the evaporator decreasing. Opposite the Construction with vertical flow channels even results Performance gain. Furthermore, results with respect to the known construction vertical flow channels the advantage of a smaller number of parts, since the inventive evaporator longer, but fewer tubes or Has flow channels. This reduces the manufacturing costs.
  • the evaporator as Disk or flat tube evaporator formed, wherein the Flat tube evaporator proves to be particularly advantageous. He can in principle with almost the same or similar components as mentioned above The state of the art of the applicant to be built - but in a lying Construction with correspondingly low height and large width.
  • Arrangement of partitions in the collecting tanks can be a two- or multiple flooding with deflection of the refrigerant in the depth and the Height allows for a favorable temperature distribution for the out the air exiting the evaporator causes.
  • the injection takes place of the refrigerant in the pipes below or in the bottom the collection chamber.
  • the refrigerant is then in the upper Suction area in the vaporous or superheated state. That's it possible, the evaporator according to the invention also with a operate conventional expansion valve.
  • the input and Outlet openings are both arranged at the bottom of a collection box, Then there are the overflow for the deflection of the refrigerant in the depth in the upper part of the vertical partition. This will prevents liquid refrigerant from being sucked out.
  • the input and Outlet openings are both arranged at the top of a collection box, Then there are the overflow for the deflection of the refrigerant in the depth in the lower part of the vertical partition. This will ensures that only vaporous refrigerant is sucked off.
  • the evaporator has side parts on, wherein the lower side part recesses for the Has condensate drain. Since the flat tubes are horizontal, that will be in moist air condensate formed by the air flow. Between the flat tube rows, it can - following the gravity - after Drain down and drain through the recesses. This will be unpleasant evaporator odor avoided. In addition, at the air outlet side end area of the evaporator Splash water grille for Be intercepted catching the sprayed condensate.
  • At least one or more recesses are provided, such as for example, a plurality of elongated recesses. It can be useful if the recesses in the side part substantially the downstream or on the outflow side are arranged. With another Embodiment, it may also be appropriate if the Recess / the recesses are on the inflow side or over both areas at least partially, ie outflow or arrival or Inflow side, lie.
  • Fig. 1, 1a and 1b show a double-row, double-flow Flat tube evaporator 1 in horizontal mounting position, that is with lying Flat tubes, in a view from below.
  • the air flow direction is through the arrow L marked.
  • Fig. 1a shows the evaporator 1 with a view of its end face, through the Height H and the width B is defined.
  • the front side of the evaporator 1 shows a total of ten flat tubes 2, between which corrugated fins 3 are arranged are.
  • the flat tubes 2 open on both sides in headers 4, 5, the are each divided by a longitudinal partition 6 in two chambers 7, 8 (The division of the chamber 5 is not visible in Fig. 1 and 1a).
  • the first flat tube row 9 opens into the chamber 7 and the opposite (hidden), while the second flat tube row 10 (hidden), shown by arrows 10, into the chamber 8 and the opposite chamber (hidden) opens.
  • the evaporator 1 has two Refrigerant connections, namely a refrigerant inlet 14 and a Refrigerant outlet 15, which via a refrigerant supply line 16 and a Refrigerant discharge 17 are connected to an expansion valve 18 (Fig. 1b).
  • the injection of the refrigerant is thus at the bottom of the Evaporator 1, and first in the air flow direction (arrow L) flows behind pipe row 10 of refrigerant.
  • the refrigerant then passes into the rear chamber 8 of the collecting tank 4.
  • In the Partition 6 are arranged through openings 19 through which the Refrigerant in the direction of air flow in the front chamber 7 passes (Deflection in depth). From there it enters the front row of flat tubes 9 and then into the collecting box 5, its rear chamber 5a and front Chamber 5b in Fig. 1b can be seen.
  • the refrigerant is in the upper Area of the chamber 5b sucked through the connection piece 15.
  • the flat tube evaporator 1 is - as already mentioned - lying, so as in illustrated in the drawing, installed in the air conditioning of the motor vehicle and by the air to be cooled in the direction of the arrow L flows. In this respect results for the flow between refrigerant and air Cross counter flow.
  • the flat tube evaporator has in the illustrated Embodiment, a width B of 500 mm, this width the includes two headers 4, 5 with.
  • the height H of the evaporator is 120 mm. This results in a ratio of width B to height H from 4,16.
  • FIG. 1 c shows an evaporator in a view from below, in which for the same components, the same reference numerals are used as in FIG. 1a.
  • the openings 13 'for condensate drain on the other side in Compared to the embodiment of Figure 1a are arranged.
  • the drain 13 for the condensate on the Air upstream side arranged in the side part is the drain 13 for the condensate on the Air upstream side arranged in the side part, whereas in the Embodiment of Figure 1c, the outlet 13 'on the downstream side or Outflow side is arranged in the side part.
  • the drain for a condensate which condenses on the surface of the evaporator, also on both the On as well as on the downstream side of the side part.
  • the recesses are formed by elongated cutouts, they but also as round cutouts or other cutouts be educated.
  • Fig. 2 shows a modified embodiment of a Flat tube evaporator 20 in a schematic representation, d. H. Pipes and Ribs are not shown, but essentially by Flow arrows replaced.
  • the flat tube evaporator 20 has - similar to in Embodiment of FIG. 1 - a lying flat tube bundle 21, which is a front tube bundle half 21a and a rear one Tube bundle half 21b has.
  • the air containing the flat tube evaporator 20 in Flows through the direction of arrows L, but first hits the rear Flat tube bundle half 21b.
  • Both sides of the flat tube bundle 21 are Collecting boxes 22, 23 arranged, in which the not shown Flat tubes of bundle 21 open.
  • the one on the left in the drawing Collection box 22 is by a continuous, vertically arranged Partition wall 24 in a front chamber 22 a and in a rear chamber 22 b divided, wherein the front chamber 22 a an inlet opening 25 and the rear chamber 22b has an outlet opening 26 for the refrigerant. Inlet and outlet openings 25, 26 are thus both on the lower side of the Flat tube evaporator 20, capable of, as shown in the drawing is shown installed in the vehicle.
  • the one in the drawing on the right located collecting box 23 has a vertically arranged partition 27 on which the collecting box 23 in a front chamber 23 a and in a divided rear chamber 23b.
  • the partition 27 has in its upper Region, preferably in its upper half three overflow openings 28th on which the two adjacent chambers 23a, 23b with each other connects (fewer or more openings are also possible).
  • the flat tube evaporator 20 is traversed by double-flow of refrigerant, and although in the following way: the refrigerant passes in the direction of arrow E. the opening 25 in the front chamber 22 a and then flows through the leading tube bundles 21a, following the arrows V, in the chamber 23a on the right side of the evaporator 20.
  • the refrigerant is in a liquid state enters the chamber 23a and partially becomes en route to the chamber 23a evaporates, d. H. a part of the refrigerant flowing into the chamber 23a is still liquid. Therefore, the overflow openings 28 are in the upper region arranged the partition 27, so that an overflow of liquid Refrigerant from the front chamber 23 a in the rear chamber 23 b is prevented.
  • overflow 28 thus occurs predominantly Refrigerant in the vapor state in the chamber 23b over - here ie in the direction of the arrow U the deflection of the refrigerant "in the depth", d. H. against the air flow direction L.
  • Refrigerant then into the rear tube bundle 21b and flows through this in the direction of arrow R until it enters the exit chamber 22b. From there The refrigerant enters the vapor state through the outlet opening 26th in the lower region of the chamber 22b from the flat tube evaporator 20.
  • FIG. 2 Another, not shown embodiment of the Flat tube evaporator is possible, with overhead inlet E and outlet A (corresponding to Fig. 2).
  • the evaporator 20 according to FIG. 2 would be to rotate about its longitudinal axis by 180 °, so that the inlet opening 25th and the outlet opening 26 are at the top and the overflow openings 28 in the lower half of the partition 27 would come to rest.
  • the liquid refrigerant would then remain essentially at the bottom of the evaporator, so that only vaporous refrigerant would be sucked off.
  • Fig. 3 shows a performance comparison between conventional Evaporator design with vertical pipes and inventive Construction with horizontal pipes.
  • the end face thus corresponds to the Product B x H.
  • the solid curve K which lies well below the curve E, refers to Evaporator in conventional construction, d. H. with vertical Pipes, horizontal collecting tanks within one Ratio of B to H from 2.9 to 5.4.
  • the underperformance compared to the Construction according to the invention results from a variety of Refrigerant deflections and the resulting refrigerant side Pressure drop.
  • Fig. 4 shows another diagram in which the specific usable space, i. H. the ratio of usable space to installation space is plotted over the free one End face (this is the product B 'x H, where B' the order the height of the collection boxes is reduced width).
  • the top dashed Curve E corresponds to the construction according to the invention, while the underneath lying horizontally extending curve K of conventional construction with vertical tubes corresponds. It is obvious that the Construction according to the invention with lying pipes a relatively larger free End face offers, because the portion of the collecting boxes at the entire Face is much lower than that of the conventional construction at such a width-to-height ratio is the case.
  • Fig. 5 shows another diagram in which the air-side pressure drop at Evaporator is applied over the total end face including the Area of the collectors.
  • the dashed line E again denotes the according to the invention and the solid line K the conventional Construction.
  • the pressure drop for the invention is therefore much cheaper out. This advantage in favor of the invention is again due to the lower proportions of the collection boxes at the total end face in the Invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer für Kraftfahrzeug-Klimaanlagen, bestehend aus parallel verlaufenden, ein Kältemittel führenden Strömungskanälen, aus von Luft beaufschlagten, zwischen den Strömungskanälen angeordneten Rippen sowie aus mindestens einer Sammelkammer mit Kältemitteleintritts- und/oder -austrittsöffnungen, wobei der Verdampfer einen Block mit einer in der Senkrechten gemessenen Höhe H und einer in der Horizontalen gemessenen Breite B aufweist, deren Produkt H x B die Stirnfläche des Verdampfers ergibt. Es wird vorgeschlagen, dass die Strömungskanäle in Einbaulage liegend, d. h. ungefähr horizontal und die Sammelkammern in senkrechter Richtung durchströmbar angeordnet sind und dass das Verhältnis V von Breite B zu Höhe H in folgendem Bereich liegt: 2,5 <= V <= 6, vorzugsweise 3,5 <= V <= 5. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Verdampfer für Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, insbesondere nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die heute üblichen Verdampfer wie Scheibenverdampfer und Flachrohrverdampfer werden senkrecht in die Klimaanlage bzw. das Fahrzeug eingebaut, d. h. mit senkrecht verlaufenden Rohren. Gängige Flachrohrverdampfer, z. B. bekannt durch die DE-A 198 26 881 der Anmelderin, sind zweireihig ausgebildet, d. h. mit zwei Reihen von Flachrohren, die hintereinander bzw. nacheinander von Luft umströmt werden. Die Enden der Sammelrohre münden in Sammelkästen, die jeweils in zwei Kammern unterteilt sind, die die Enden der Flachrohre aufnehmen. Das Kältemittel wird bei zweiflutiger Durchströmung einmal in der Tiefe, d. h. entgegen der Luftströmungsrichtung umgelenkt. Derartige Flachrohrverdampfer weisen eine Höhe H, gemessen in Längsrichtung der Rohre, auf und eine Breite B, quer zur Rohrlängsrichtung gemessen. Das Produkt aus Höhe H und Breite B ergibt die Stirnfläche des Verdampfers. Das Kältemittel kann - zusätzlich zur Umlenkung in der Tiefe - auch in der Breite umgelenkt werden. Diese Verdampferbauweise weist bekanntermaßen ein Verhältnis von Höhe zu Breite von ca. 0,5 bis 2,0 auf, d. h. bei den niedrigsten Verdampfern dieser Bauart beträgt die Höhe ungefähr die Hälfte der Breite.
Ähnliche Abmessungsverhältnisse von Höhe zu Breite liegen bei den Scheibenverdampfern vor, wie beispielsweise durch die EP-A 1 089 046 bekannt. Bei dieser Bauweise sind die Strömungskanäle für das Kältemittel und die Sammelkammern in Scheibenhälften integriert, die miteinander verlötet werden. Auch diese Scheibenverdampfer werden mit senkrecht stehenden Strömungskanälen eingebaut.
Ein technisches Problem ergibt sich dann, wenn man aufgrund bestimmter Einbauforderungen des Fahrzeugherstellers das Verhältnis von Verdampferhöhe zu Verdampferbreite weiter verringern will, d. h. Verdampfer niedriger Höhe und relativ großer Breite benötigt. Der Anteil der Sammelkästen an der Stirnfläche würde diese überproportional reduzieren. Um eine gleichmäßige Temperaturverteilung am Luftaustritt eines solchen Verdampfers zu erhalten, müsste das Kältemittel mehrfach in der Breite umgelenkt werden, was zu erheblichem kältemittelseitigen Druckverlust führen würde. Daher sind dieser Bauart Grenzen bezüglich der Verringerung der Verdampferhöhe bei etwa gleicher Stirnfläche gesetzt. Gleiches gilt prinzipiell für die Scheibenverdampfer.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdampfer der eingangs genannten Art zu schaffen, der über eine geringere Bauhöhe bei gleich bleibender Stirnfläche und gleicher Leistung verfügt, möglichst bei günstigem Temperaturprofil.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Erfindung sieht einen liegenden Verdampfer vor, bei dem die Strömungskanäle in Einbaulage etwa horizontal und die seitlichen Sammelkammern etwa vertikal angeordnet bzw. durchströmt sind. Vertikal bedeutet jedoch nicht streng vertikal, da die Verdampfer in Klimaanlagen zum Teil auch etwas geneigt angeordnet werden. Eine solche Anordnung soll auch von den Begriff etwa vertikal umfaßt sein. Durch diese Bauweise kann ein Verhältnis von Höhe zu Breite im Bereich von 1 : 3 bis 1 : 6 bzw. ein Verhältnis von Breite zu Höhe im Bereich von ca. 3 bis 6 und mehr, das heißt vorteilhaft auch bis 7, 8, 9m oder 10 oder mehr, realisiert werden, ohne dass die Leistung des Verdampfers abnimmt. Gegenüber der Bauweise mit senkrechten Strömungskanälen ergibt sich sogar ein Leistungsgewinn. Ferner ergibt sich gegenüber der bekannten Bauweise mit senkrechten Strömungskanälen der Vorteil einer geringeren Teilezahl, da der erfindungsgemäße Verdampfer längere, aber weniger Rohre bzw. Strömungskanäle aufweist. Dies reduziert somit die Fertigungskosten.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Verdampfer als Scheiben- oder Flachrohrverdampfer ausgebildet, wobei sich der Flachrohrverdampfer als besonders vorteilhaft erweist. Er kann prinzipiell mit nahezu den gleichen oder ähnlichen Bauteilen wie beim eingangs erwähnten Stand der Technik der Anmelderin gebaut werden - allerdings in liegender Bauweise mit entsprechend niedriger Höhe und großer Breite. Durch Anordnung von Trennwänden in den Sammelkästen kann eine zwei- oder mehrfache Durchflutung mit Umlenkung des Kältemittels in der Tiefe und der Höhe ermöglicht werden, was eine günstige Temperaturverteilung für die aus dem Verdampfer austretende Luft bewirkt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Einspritzung des Kältemittels in die unten liegenden Rohre bzw. in den unten liegenden der Sammelkammer. Vorteilhafterweise wird das Kältemittel dann im oberen Bereich im dampfförmigen bzw. überhitzten Zustand abgesaugt. Damit ist es möglich, den erfindungsgemäßen Verdampfer auch mit einem herkömmlichen Expansionsventil zu betreiben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die Ein- und Austrittsöffnungen beide unten an einem Sammelkasten angeordnet sein, dann liegen die Überströmöffnungen für die Umlenkung des Kältemittels in der Tiefe im oberen Bereich der senkrechten Trennwand. Dadurch wird verhindert, dass flüssiges Kältemittel abgesaugt wird.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die Ein- und Austrittsöffnungen beide oben an einem Sammelkasten angeordnet sein, dann liegen die Überströmöffnungen für die Umlenkung des Kältemittels in der Tiefe im unteren Bereich der senkrechten Trennwand. Dadurch wird erreicht, dass nur dampfförmiges Kältemittel abgesaugt wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Verdampfer Seitenteile auf, wobei das unten liegende Seitenteil Aussparungen für den Kondensatablauf aufweist. Da die Flachrohre horizontal liegen, wird das sich bei feuchter Luft bildende Kondensat durch den Luftstrom mitgenommen. Zwischen den Flachrohrreihen kann es - der Schwerkraft folgend - nach unten abtropfen und durch die Aussparungen ablaufen. Damit wird unangenehmer Verdampfergeruch vermieden. Darüber hinaus können am luftaustrittsseitigen Stirnbereich des Verdampfers Spritzwassergitter zum Auffangen des abspritzenden Kondenswassers angeordnet sein.
Dabei kann es vorteilhaft sein, daß über die Länge des Seitenteils betrachtet zumindest eine oder auch mehrere Aussparungen vorgesehen sind, wie beispielsweise eine Mehrzahl von länglichen Aussparungen. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn die Aussparungen im Seitenteil im wesentlichen auf der Ab- bzw. auf der Ausströmseite angeordnet sind. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann es auch zweckmäßig sein, wenn die Aussparung/die Aussparungen auf der Einströmseite liegen oder auch über beide Bereiche zumindest teilweise, also Ausströmseite oder An- oder Einströmseite, liegen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1
einen liegenden Verdampfer in zweiflutiger Durchströmung in Flachrohrbauweise in einer Ansicht von unten,
Fig. 1a
den Verdampfer gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von vorne,
Fig. 1b
den Verdampfer gemäß Fig. 1 in einer Seitenansicht,
Fig. 1c
ein Ausführungsbeispiel eines Verdampfers in einer Ansicht von unten,
Fig. 2
ein zweites Ausführungsbeispiel eines liegenden Verdampfers mit zweifacher Durchflutung in schematischer Darstellung,
Fig. 3
ein Diagramm zum Leistungsvergleich der erfindungsgemäßen und der herkömmlichen Bauweise,
Fig. 4
ein Diagramm zum Vergleich der erfindungsgemäßen und der herkömmlichen Bauweise im Hinblick auf den spezifischen Nutzraum und
Fig. 5
eine Diagramm zum Vergleich der erfindungsgemäßen und der herkömmlichen Bauweise im Hinblick auf den luftseitigen Druckabfall.
Fig. 1, 1a und 1b zeigen einen zweireihigen, zweiflutig durchströmten Flachrohrverdampfer 1 in liegender Einbaulage, das heißt mit liegenden Flachrohren, in einer Ansicht von unten. Die Luftströmungsrichtung ist durch den Pfeil L gekennzeichnet.
Fig. 1a zeigt den Verdampfer 1 mit Blick auf seine Stirnfläche, die durch die Höhe H und die Breite B definiert ist. Die Stirnseite des Verdampfers 1 zeigt insgesamt zehn Flachrohre 2, zwischen denen Wellrippen 3 angeordnet sind. Die Flachrohre 2 münden zu beiden Seiten in Sammelkästen 4, 5, die jeweils durch eine Längstrennwand 6 in zwei Kammern 7, 8 unterteilt sind (die Unterteilung der Kammer 5 ist in Fig. 1 und 1a nicht erkennbar). Die erste Flachrohrreihe 9 mündet in die Kammer 7 und die gegenüberliegende (verdeckt), während die zweite Flachrohrreihe 10 (verdeckt), dargestellt durch Pfeile 10, in die Kammer 8 und die gegenüberliegende Kammer (verdeckt) mündet. Beiderseits der Flachrohre 2 sind Seitenteile 11, 12 angeordnet, die mit den benachbarten Wellrippen 3 und auch mit den Sammelkästen 4, 5 verlötet sind. Das in Einbaulage unten liegende Seitenteil 12 weist drei längliche Aussparungen 13 auf, die teilweise den Blick auf die erste Flachrohrreihe 9 freigeben. Diese Aussparungen 13 sind für den Ablauf von Kondensat, welches sich bei feuchter Luft auf der Verdampferoberfläche bildet, vorgesehen. Der Verdampfer 1 weist zwei Kältemittelanschlüsse, nämlich einen Kältemitteleintritt 14 und einen Kältemittelaustritt 15 auf, welche über eine Kältemittelzuleitung 16 und eine Kältemittelableitung 17 mit einem Expansionsventil 18 verbunden sind (Fig. 1b). Die Einspritzung des Kältemittels erfolgt also an unterster Stelle des Verdampfers 1, und zunächst wird die in Luftströmungsrichtung (Pfeil L) hinten liegende Rohrreihe 10 von Kältemittel durchströmt. Das Kältemittel gelangt dann in die hinten liegende Kammer 8 des Sammelkastens 4. In der Trennwand 6 sind Durchtrittsöffnungen 19 angeordnet, durch die das Kältemittel in die in Luftströmungsrichtung vorne liegende Kammer 7 übertritt (Umlenkung in der Tiefe). Von dort gelangt es in die vordere Flachrohrreihe 9 und dann in den Sammelkasten 5, dessen hintere Kammer 5a und vordere Kammer 5b in Fig. 1b erkennbar sind. Das Kältemittel wird im oberen Bereich der Kammer 5b über den Anschlussstutzen 15 abgesaugt.
Der Flachrohrverdampfer 1 wird - wie bereits erwähnt - liegend, also wie in der Zeichnung dargestellt, in die Klimaanlage des Kraftfahrzeuges eingebaut und von der abzukühlenden Luft in Richtung des Pfeils L angeströmt. Insofern ergibt sich für die Strömung zwischen Kältemittel und Luft ein Kreuzgegenstrom. Der Flachrohrverdampfer weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Breite B von 500 mm auf, wobei diese Breite die beiden Sammelkästen 4, 5 mit einschließt. Die Höhe H des Verdampfers beträgt 120 mm. Daraus ergibt sich ein Verhältnis von Breite B zu Höhe H von 4,16.
Verdampfer dieser Bauart weisen vorteilhafterweise Höhen im Bereich von H = 65- 142 mm, vorzugsweise von H = 98 - 120 mm auf.
Die Figur 1c zeigt einen Verdampfer in einer Ansicht von unten, bei welchem bei gleichen Bauteilen auch die gleichen Bezugszeichen verwendet sind, wie in Figur 1a. Bei der Figur 1c handelt es sich um ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Öffnungen 13' zum Kondensatablauf auf der anderen Seite im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der Figur 1a angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1a ist der Ablauf 13 für das Kondensat auf der Luftanströmseite im Seitenteil angeordnet, wohingegen im Ausführungsbeispiel der Figur 1c der Ablauf 13' auf der Abströmseite bzw. Ausströmseite im Seitenteil angeordnet ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Ablauf für ein Kondensat, das auf der Oberfläche des Verdampfers kondensiert, auch sowohl auf der An- als auch auf der Abströmseite des Seitenteils liegen.
Vorteilhaft sind die Aussparungen durch längliche Ausschnitte gebildet, sie können aber auch als runde Ausschnitte oder anderweitige Ausschnitte ausgebildet sein.
Fig. 2 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Flachrohrrohrverdampfers 20 in schematischer Darstellung, d. h. Rohre und Rippen sind nicht dargestellt, sondern im Wesentlichen durch Strömungspfeile ersetzt. Der Flachrohrverdampfer 20 weist - ähnlich wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 - ein liegendes Flachrohrbündel 21 auf, welches eine vordere Rohrbündelhälfte 21a und eine hintere Rohrbündelhälfte 21b aufweist. Die Luft, die den Flachrohrverdampfer 20 in Richtung des Pfeile L durchströmt, trifft allerdings zuerst auf die hintere Flachrohrbündelhälfte 21b. Beiderseits des Flachrohrbündels 21 sind Sammelkästen 22, 23 angeordnet, in welche die nicht dargestellten Flachrohre des Bündel 21 münden. Der in der Zeichnung links gelegene Sammelkasten 22 ist durch eine durchgehende, senkrecht angeordnete Trennwand 24 in eine vordere Kammer 22a und in eine hintere Kammer 22b unterteilt, wobei die vordere Kammer 22a eine Eintrittsöffnung 25 und die hintere Kammer 22b eine Austrittsöffnung 26 für das Kältemittel aufweist. Ein- und Austrittsöffnung 25, 26 liegen also beide auf der unteren Seite des Flachrohrverdampfers 20, der in der Lage, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, im Fahrzeug eingebaut ist. Der in der Zeichnung rechts gelegene Sammelkasten 23 weist eine senkrecht angeordnete Trennwand 27 auf, die den Sammelkasten 23 in eine vordere Kammer 23a und in eine hintere Kammer 23b unterteilt. Die Trennwand 27 weist in ihrem oberen Bereich, vorzugsweise in ihrer oberen Hälfte drei Überströmöffnungen 28 auf, welche die beiden benachbarten Kammern 23a, 23b miteinander verbindet (weniger oder mehr Öffnungen sind ebenso möglich).
Der Flachrohrverdampfer 20 wird zweiflutig von Kältemittel durchströmt, und zwar in folgender Weise: das Kältemittel tritt in Richtung des Pfeils E über die Öffnung 25 in die vordere Kammer 22a ein und strömt dann durch das vordere Rohrbündel 21a, den Pfeilen V folgend, in die Kammer 23a auf der rechten Seite des Verdampfers 20. Das Kältemittel tritt in flüssigem Zustand in die Kammer 23a ein und wird auf dem Wege zur Kammer 23a teilweise verdampft, d. h. ein Teil des in die Kammer 23a einströmenden Kältemittels ist noch flüssig. Daher sind die Überströmöffnungen 28 im oberen Bereich der Trennwand 27 angeordnet, so dass ein Überströmen von flüssigem Kältemittel von der vorderen Kammer 23a in die hintere Kammer 23b verhindert wird. Durch die Überströmöffnungen 28 tritt somit vorwiegend Kältemittel in dampfförmigem Zustand in die Kammer 23b über - hier erfolgt also in Richtung des Pfeils U die Umlenkung des Kältemittels "in der Tiefe", d. h. entgegen der Luftströmungsrichtung L. Aus der Kammer 23b tritt das Kältemittel dann in das hintere Rohrbündel 21b ein und durchströmt dieses in Richtung des Pfeils R, bis es in die Austrittskammer 22b gelangt. Von dort tritt das Kältemittel in dampfförmigem Zustand durch die Austrittsöffnung 26 im unteren Bereich der Kammer 22b aus dem Flachrohrverdampfer 20 aus.
Durch diese Anordnung, d. h. die in der Trennwand 27 oben angeordneten Überströmöffnungen 28 bei unten liegendem Ein- und Auslass E, A wird erreicht, dass nur dampfförmiges Kältemittel abgesaugt wird und somit eine Regelung über ein herkömmliches Expansionsventil möglich ist.
Eine weitere, hier nicht dargestellte Ausführungsform des Flachrohrverdampfers ist möglich, und zwar mit oben liegendem Einlass E und Auslass A (entsprechend Fig. 2). Der Verdampfer 20 gemäß Fig. 2 wäre um seine Längsachse um 180 ° zu drehen, so dass die Eintrittsöffnung 25 und die Austrittsöffnung 26 oben lägen und die Überströmöffnungen 28 in die unter Hälfte der Trennwand 27 zu liegen kämen. Das flüssige Kältemittel würde dann im Wesentlichen im unteren Bereich des Verdampfers bleiben, so dass nur dampfförmiges Kältemittel abgesaugt würde.
Die aus dem Flachrohrverdampfer austretende Luft führt einen Teil des Kondensats, welches sich auf der Verdampferoberfläche bildet, mit sich, was zu unerwünschtem Spritzwasser führen würde. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, wenn in Luftströmungsrichtung L hinter dem Verdampfer ein an sich bekanntes, hier nicht dargestelltes Spritzwassergitter angeordnet wäre, welches das Spritzwasser auffängt und nach unten ableitet bzw. abtropfen lässt.
Fig. 3 zeigt einen Leistungsvergleich zwischen konventioneller Verdampferbauweise mit senkrechten Rohren und erfindungsgemäßer Bauweise mit liegenden Rohren. Dabei ist die Leistung des Verdampfers aufgetragen über der verbauten Stirnfläche einschließlich der Sammler - bezogen auf die Figuren 1a und 2a entspricht die Stirnfläche also dem Produkt B x H. Die gestrichelte Linie E zeigt die Leistung für die erfindungsgemäße Bauweise für Stirnflächen von 4 bis 6,5 qdm bei gleich bleibender Höhe von H = 120 mm, beginnend mit einer Breite von B = 350 mm (entsprechend einer Stirnfläche von 4,2 qdm). Dies entspricht einem Verhältnis B zu H von 2,9. Der Stirnfläche von 6,5 qdm entspricht eine Breite von B = 540 mm, was ein Verhältnis von B zu H gleich 4,5 bedeutet. Die durchgezogene Kurve K, die deutlich unter der Kurve E liegt, bezieht sich auf Verdampfer in konventioneller Bauweise, d. h. mit senkrecht verlaufenden Rohren, waagerecht verlaufenden Sammelkästen innerhalb eines Verhältnisses von B zu H von 2,9 bis 5,4. Die Minderleistung gegenüber der erfindungsgemäßen Bauweise ergibt sich aus einer Vielzahl von Kältemittelumlenkungen und dem daraus resultierenden kältemittelseitigen Druckabfall.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Diagramm, bei dem der spezifische Nutzraum, d. h. das Verhältnis von Nutzraum zu Bauraum aufgetragen ist über der freien Stirnfläche (hierbei handelt es sich um das Produkt B' x H, wobei B' die um die Höhe der Sammelkästen reduzierte Breite ist). Die obere gestrichelte Kurve E entspricht der erfindungsgemäßen Bauweise, während die darunter liegende waagerecht verlaufende Kurve K der konventionellen Bauweise mit senkrechten Rohren entspricht. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Bauweise mit liegenden Rohren eine relativ größere freie Stirnfläche bietet, weil der Anteil der Sammelkästen an der gesamten Stirnfläche wesentlich geringer ist, als dies bei der konventionellen Bauweise bei einem derartigen Verhältnis von Breite zu Höhe der Fall ist.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Diagramm, bei dem der luftseitige Druckabfall am Verdampfer aufgetragen ist über der Gesamtstirnfläche einschließlich der Fläche der Sammler. Auch hier bezeichnet die gestrichelte Linie E wieder die erfindungsgemäße und die durchgezogene Linie K die konventionelle Bauweise. Der Druckabfall für die Erfindung fällt also wesentlich günstiger aus. Dieser Vorteil zu Gunsten der Erfindung ergibt sich wiederum aufgrund der geringeren Anteile der Sammelkästen an der Gesamtstirnfläche bei der Erfindung.

Claims (13)

  1. Verdampfer für Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, bestehend aus parallel verlaufenden, ein Kältemittel führenden Strömungskanälen, aus von Luft beaufschlagten zwischen den Strömungskanälen angeordneten Rippen sowie aus mindestens einer Sammelkammer mit Kältemitteleintritts- und/oder -austrittsöffnungen, wobei der Verdampfer einen Block mit einer in der Senkrechten gemessenen Höhe H und einer in der Horizontalen gemessenen Breite B aufweist, deren Produkt H x B die Stirnfläche des Verdampfers ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle in Einbaulage liegend, d. h. im Wesentlichen Horizontal und die Sammelkammer/n in senkrechter Richtung durchströmbar angeordnet sind und dass das Verhältnis V von Breite B zu Höhe H folgenden Bereich aufweist: 2,5 ≤ V ≤ 6, vorzugsweise 3,5 ≤ V ≤ 5.
  2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle und die Sammelkammern in Scheiben integriert sind und einen Scheibenverdampfer bilden.
  3. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle als Flachrohre (2) und die Sammelkammern als Sammelkästen (4, 5; 22, 23), in welche die Flachrohre (2) münden, ausgebildet sind.
  4. Verdampfer nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei Reihen (9, 10) von Flachrohren (2) und beiderseits der Flachrohrenden angeordnete Sammelkästen (4, 5), die jeweils in zwei Kammern (7, 8; 5a, 5b) für jede Flachrohrreihe (9, 10) unterteilt sind.
  5. Verdampfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemitteleintrittsöffnung (14) im unteren Bereich einer Kammer (5a) eines Sammelkastens (5) angeordnet ist.
  6. Verdampfer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemittelautrittsöffnung (15) im oberen Bereich einer Kammer (5b) eines Sammelkastens (5) angeordnet ist.
  7. Verdampfer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Kältemittelein- und -austrittsöffnungen (14, 15) an dem selben Sammelkasten (5) angeordnet sind.
  8. Verdampfer nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine zweifache Durchflutung (V, R) mit einer Umlenkung U des Kältemittels in der Tiefe, d. h. entgegen der Luftströmungsrichtung L.
  9. Verdampfer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Kältemitteleintritts- und austrittsöffnungen (25, 26) im unteren Bereich eines Sammelkastens (22) angeordnet sind und dass der andere Sammelkasten (23) eine senkrechte Trennwand (27) mit Überströmöffnungen (28) aufweist, die im oberen Bereich angeordnet sind.
  10. Verdampfer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemitteleintritts- und austrittsöffnungen im oberen Bereich eines Sammelkastens angeordnet sind und dass der andere Sammelkasten eine senkrechte Trennwand mit Überströmöffnungen aufweist, die im unteren Bereich angeordnet sind.
  11. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits der Flachrohrreihen (9, 10) Seitenteile (11, 12) angeordnet sind, wobei das unten liegende Seitenteil (12) Aussparungen (13) für den Ablauf von Kondensat aufweist.
  12. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Aussparungen für den Kondensatablauf bevorzugt im Seitenteil auf der Luftausströmseite angeordnet sind.
  13. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Aussparungen für den Kondensatablauf bevorzugt im Seitenteil auf der Luftanströmseite angeordnet sind.
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