WÄRMEÜBERTRAGER

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Verdampfer gemäß dem Patentanspruch 1.

[0002] Es sind Verdampfer bekannt, bei denen das zweiphasige Kältemittel aus einem Einströmkanal auf eine Durchflusseinrichtung, vorzugsweise Rohre, insbesondere Flachrohre, verteilt wird. Nach Durchströmung der Flachrohre tritt das dampfförmige Kältemittel über einen Ausströmkanal aus dem Verdampfer aus.

[0003] Dabei bereitet die gleichmäßige Verteilung des flüssigen Kältemittels in der gesamten Länge des Einströmkanals Schwierigkeiten. Grund dafür ist unter anderem die Ausbildung unterschiedlicher Strömungsformen in Abhängigkeit vom Betriebszustand. Des Weiteren spielt auch die Entmischung des bei Verdampfereintritt homogenen zweiphasigen Kältemittelgemisches über die Länge des Einströmkanals eine besondere Rolle. Einzelne Rohre werden somit ausschließlich mit Kältemitteldampf versorgt, wodurch sich die Verdampferleistung verschlechtert.

[0004] Um das Kältemittel optimal auf alle Flachrohre zu verteilen, wird das Kältemittel nur auf einen kleinen Anteil (typischerweise 1/3, 1/4 oder 1/6) der Flachrohre verteilt und in mehreren Blöcken weiter umgelenkt und so durch den Verdampfer geleitet. In diesen Umlenkungen werden häufig zusätzliche Einbauten zur gleichmäßigen Vermischung der flüssigen und gasförmigen Phase vorgesehen. Die aktuelle Beaufschlagung des Kältemittels auf nur einen Teil des Blockes und vorhandene Einbauten führen dabei zu einem deutlich erhöhten Druckverlust des Kältemittels im gesamten Block bzw. der Verdampfungsstrecke.

[0005] Ferner wird auch bei dem in der US 2008/0223566 A1 offenbarten und in Zweiblockverschaltung ausgeführten Wärmeübertrager, insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, das Kältemittel in den einzelnen Sammlern durch Einbauten, wie Zwischenwände, Blenden etc. zwischenvermischt, so dass höhere Druckverluste in der Verdampfereinheit zu erwarten sind. Das Verhältnis der Druckdifferenzen in der Verteilungseinheit (Einspritzrohr + Verteileinheit für den 1. Block) und dem gesamten Block (Flachrohre + Umlenkungen zwischen den Blöcken) liegt dabei im Bereich von kleiner 3.

[0006] Die aus dem Stand der Technik bekannten Wärmeübertrager in Zwei- und auch Mehrblockverschaltung lassen jedoch insbesondere im Hinblick auf ihre konstruktive Ausgestaltung (aufwändiger Fertigungsprozess) sowie dem vergleichsweise hohen kältemittelseitigen Druckabfall in der Verdampfungsstrecke noch Wünsche offen. US-A-2004/0159121 offenbart einen Verdampfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Verdampfer zu schaffen, welcher geringe kältemittelseitige Druckverluste realisiert.

[0007] Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Verdampfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0008] Erfindungsgemäß ist der Verdampfer, insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug, mit über eine Verteilungseinheit mit einem Kältemittel-Medium beschickbaren und von diesem durchströmten und nach nur einer Umlenkung (Zweiblock-Bauweise) in der Tiefe in einer Umlenkeinheit umströmten Verdampfereinheit ausgebildet, wobei die Verteilungseinheit im Sinne einer gleichmäßigen Verteilung des Kältemittel-Mediums über die gesamte Verdampfer-Breite ausgelegt ist. Aufgrund der zusätzlichen Einbauten in der Verteilereinheit wird das zweiphasige Kältemittel also gleichmäßig über die gesamte Verdampfer-Breite auf die Flachrohre verteilt und nur einmal umgelenkt. Ein weiterer Vorteil liegt in der Tatsache, dass aufgrund der gleichmäßigen Beaufschlagung aller Flachrohre das Kältemittel in der Umlenkung nicht zwischenvermischt wird. Vorzugsweise kann eine Auslegung der Verteilungseinheit im Sinne eines Verhältnisses V der Druckdifferenz zwischen der Druckdifferenz in der Verteilungseinheit einerseits und der Druckdifferenz in der Verdampfereinheit andererseits vorgesehen sein, welche größer 3 ist. Eine Erhöhung des Verhältnisses der Druckdifferenzen ist dabei notwendig für eine homogene Verteilung des Kältemittels in der Verteilungseinheit und führt somit in weiterer Folge zu einer Erhöhung der spezifischen Kälteleistung aufgrund eines besseren Temperaturprofils.

[0009] Beispielsweise kann eine Auslegung der Verteilungseinheit im Sinne eines Verhältnisses der Druckdifferenz zwischen der Druckdifferenz in der Verteilungseinheit einerseits und der Druckdifferenz in der Verdampfereinheit andererseits im Bereich zwischen 3 und 70 vorgesehen sein. Diese Werte haben sich im Rahmen getätigter Versuche als besonders vorteilhaft erwiesen.

[0010] Dabei kann insbesondere eine Auslegung der Verteilungseinheit im Sinne eines Verhältnisses der Druckdifferenz zwischen der Druckdifferenz in der Verteilungseinheit einerseits und der Druckdifferenz in der Verdampfereinheit andererseits vorgesehen sein, welche in einem Bereich von 3 bis 30 bei einem Kältemittel-Medium-Massenstrom von 30 kg/h einerseits und von 30-70 bei einem Kältemittel-Medium-Massenstrom von 250 kg/h liegt.

[0011] Das Verhältnis der Differenzdrücke zum Kältemittel-Medium-Massenstrom, wie oben beschrieben, wird durch Fig. 1 veranschaulicht. Hierbei stellt die Differenz (p₂-p₃) die Druckdifferenz in der Verteilungseinheit und die Differenz (p₃-p₄) die Druckdifferenz in der Verdampfereinheit dar. Zur besseren Veranschaulichung sind ferner in den Fig. 2 und 3 ein Druck-Enthalpie Diagramm beziehungsweise schematisch ein Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage dargestellt, wobei wesentliche Punkte des Kältemittelkreislaufes mit Ziffern versehen wurden, die entsprechend im Druck-Enthalpie Diagramm dargestellt wurden.

[0012] Aufgrund der Verteilung über die Verteilungseinheit mit einem zusätzlichen Druckverlust des Kältemittels auf alle Flachrohre, und zwar über die gesamte Verdampferbreite, kann ein gleichmäßiges Temperaturprofil ohne zusätzliche Einbauten im Netz bzw. in den Sammelkästen erzielt werden.

[0013] Eine Ausführungsform der Erfindung sieht dabei insbesondere eine von jeglichen Zwischenvermischungsmitteln freie Umlenkeinheit vor.

[0014] Anspruch 1 beansprucht auch ein Druckverteilelement in der Verteilungseinheit im Sinne einer Verteilung des Kältemittel-Mediums parallel auf sämtliche durch- bzw. umströmten Rohre, insbesondere Flachrohre, der Verdampfereinheit.

[0015] Im Sinne eines Druckverteilelements kann beispielsweise der Einbau eines zusätzlichen Druckverlustelements am Verdampfer-Eintritt (vor Verdampfung) zur Verteilung des Kältemittels parallel auf alle Flachrohre über die gesamte Breite des Verdampfers vorgesehen sein, so dass alle Flachrohre gleichmäßig mit flüssigem und gasförmigem Kältemittel versorgt werden (dieses Druckverlustelement hat dabei keine Auswirkung auf die Kälteleistung). Daraus ergibt sich ein großes Verhältnis von Druckverlust bei der Kältemittel-Verteilung am Verdampfer-Eintritt zum Druckverlust im Verdampfer-Netz (Verdampferstrecke).

Ansprüche

1. Verdampfer mit einer Verteilungseinheit und mit einer Verdampfereinheit, welche über die Verteilungseinheit mit einem Kältemittel-Medium beschickbar ist und von diesem Kältemittel-Medium durchströmbar ist, wobei das Kältemittel-Medium mit nur einer Umlenkung in der Tiefe in einer Umlenkeinheit der Verdampfereinheit umlenkbar ist, wobei die Verteilungseinheit im Sinne einer gleichmäßigen Verteilung des Kältemittel-Mediums über die gesamte Verdampfer-Breite ausgelegt ist, wobei aufgrund zusätzlicher Einbauten in der Verteilereinheit das zweiphasige Kältemittel-Medium gleichmäßig über die gesamte Verdampfer-Breite gleichmäßig auf die Flachrohre verteilt wird und nur einmal umgelenkt wird, und dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer mit einem Druckverteilelement in der Verteilungseinheit zur Verteilung des Kältemittel-Mediums parallel auf sämtliche durch- bzw. umströmten Flachrohre der Verdampfereinheit ausgelegt ist.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Auslegung der Verteilungseinheit im Sinne eines Verhältnisses V zwischen den Druckdifferenzen über die Verteilungseinheit einerseits und über die Verdampfereinheit andererseits, das größer 3 ist.

3. Verdampfer nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Auslegung der Verteilungseinheit im Sinne eines Verhältnisses zwischen den Druckdifferenzen über die Verteilungseinheit einerseits und über die Verdampfereinheit andererseits im Bereich zwischen 3 und 70.

4. Verdampfer nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Auslegung der Verteilungseinheit im Sinne eines Verhältnisses zwischen den Druckdifferenzen über die Verteilungseinheit einerseits und über die Verdampfereinheit andererseits, welche in einem Bereich von 3 bis 30 bei einem Kältemittel-Medium-Massenstrom von 30 kg/h und von 30-70 bei einem Kältemittel-Medium-Massenstrom von 250 kg/h liegt.

5. Verdampfer nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine von jeglichen Zwischenvermischungsmitteln freien Umlenkeinheit.

Claims

1. An evaporator with a distribution unit and an evaporator unit to which a refrigerant medium can be supplied via the distribution unit and through which said refrigerant medium can flow, wherein said refrigerant medium can be diverted with only one diversion at the bottom in a diversion unit of the evaporator unit, wherein the distribution unit is designed to bring about uniform distribution of the refrigerant medium over the full width of the evaporator, wherein, due to additional components in the distributor unit, the two-phase refrigerant medium is uniformly distributed over the full width of the evaporator and uniformly to the flat tubes and is diverted only once, and characterised in that the evaporator is designed with a pressure distribution element in the distribution unit for distributing the refrigerant medium which flows through and around the flat pipes of the evaporator unit to all of them in parallel.

2. The evaporator as claimed in claim 1, characterised by a configuration of the distribution unit with a ratio V of the pressure differences between the distribution unit, on the one hand, and the evaporator unit, on the other, which is higher than 3.

3. The evaporator as claimed in claim 2, characterised by a configuration of the distribution unit with a ratio of the pressure differences between the distribution unit, on the one hand, and the evaporator unit, on the other, in the region of between 3 and 70.

4. The evaporator as claimed in claim 3, characterised by a configuration of the distribution unit with a ratio of the pressure difference between the distribution unit, on the one hand, and the evaporator unit, on the other, in a range from 3 to 30 given a refrigerant medium mass flow of 30 kg/h, and 30-70 in the case of a refrigerant medium mass flow of 250 kg/h.

5. The evaporator as claimed in at least one of claims 1 to 4, characterised by a diversion unit which is free of any intermediate mixing means.

Revendications

1. Evaporateur comprenant une unité de répartition et une unité formant l'évaporateur qui peut être alimentée par l'unité de répartition avec un milieu formant le fluide frigorigène et peut être traversée par ce milieu formant le fluide frigorigène, où le milieu formant le fluide frigorigène peut être redirigé dans une unité de retour de flux de l'unité formant l'évaporateur, seulement avec un retour de flux se produisant dans la profondeur, où l'unité de répartition, dans le sens d'une répartition uniforme du milieu formant le fluide frigorigène, est conçue sur la totalité de la largeur de l'évaporateur où, en raison de pièces rapportées supplémentaires placées dans l'unité de répartition, le milieu formant le fluide frigorigène à deux phases est réparti de façon uniforme sur les tubes plats et de façon uniforme sur la totalité de la largeur de l'évaporateur et est redirigé seulement une fois, et caractérisé en ce que l'évaporateur est conçu en comportant un élément de répartition par pression, placé dans l'unité de répartition et servant à la répartition du milieu formant le fluide frigorigène, ladite répartition se produisant parallèlement à la totalité des tubes plats - traversés ou contournés - de l'unité formant l'évaporateur.

2. Evaporateur selon la revendication 1, caractérisé par une conception de l'unité de répartition, dans le sens d'un rapport V établi entre les différences de pression sur l'unité de répartition d'une part, et sur l'unité formant l'évaporateur d'autre part, rapport qui est supérieur à 3.

3. Evaporateur selon la revendication 2, caractérisé par une conception de l'unité de répartition, dans le sens d'un rapport établi entre les différences de pression sur l'unité de répartition d'une part, et sur l'unité formant l'évaporateur d'autre part, ledit rapport se situant dans la plage comprise entre 3 et 70.

4. Evaporateur selon la revendication 3, caractérisé par une conception de l'unité de répartition, dans le sens d'un rapport établi entre les différences de pression sur l'unité de répartition d'une part, et sur l'unité formant l'évaporateur d'autre part, rapport qui se situe dans une plage allant de 3 à 30 dans le cas d'un débit massique de 30 kg/h du milieu formant le fluide frigorigène et allant de 30 à 70 dans le cas d'un débit massique de 250 kg/h du milieu formant le fluide frigorigène.

5. Evaporateur selon au moins l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par une unité de retour de flux exempte de tout moyen permettant des mélanges intermédiaires.

Zeichnung