EP1798505A2 - Heat exchanger, more particularly evaporator - Google Patents
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- EP1798505A2 EP1798505A2 EP20060025336 EP06025336A EP1798505A2 EP 1798505 A2 EP1798505 A2 EP 1798505A2 EP 20060025336 EP20060025336 EP 20060025336 EP 06025336 A EP06025336 A EP 06025336A EP 1798505 A2 EP1798505 A2 EP 1798505A2
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- heat exchanger
- tube
- exchanger according
- passage openings
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- 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
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- F28D1/0475—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 bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits having a single U-bend
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- 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
- F28D1/05391—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits combined with a particular flow pattern, e.g. multi-row multi-stage radiators
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- 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
- F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
- F28F9/0278—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of stacked distribution plates or perforated plates arranged over end plates
Definitions
- the invention relates to a heat exchanger, in particular an evaporator, as used in particular for the air conditioning of a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
- an evaporator in which the collecting containers are provided with plates with throttle openings for reducing the refrigerant passage cross-section between the individual distribution tank sections.
- the throttle openings are provided here exclusively in the lower reservoir and serve to equalize the refrigerant distribution to the individual multi-channel flat tubes of the evaporator.
- Such an evaporator still leaves something to be desired.
- turbulence generators in the form of slots can be provided in the distributor tube, the ridges projecting inward in the direction of the center of the collecting container being bent outward until they bear against the inner wall of the collecting container.
- Each of the slots is formed here by means of a cutting tool with a tapered blade, wherein the width of the slots varies.
- n is the number of the passage opening in the fluid supply direction, a, b, c and d constants, wherein ⁇ is at most 0.2, preferably 0.1 and more preferably 0.05. In the case of non-circular cross-sections, the hydraulically equivalent diameter will replace the diameter.
- the constants a, b and c are preferably in the following ranges: a in a range of +3.2 to +3.6, especially +3.4286 ⁇ 5%, b in a range of -0.5 to -0 , 2, in particular -0.3536 ⁇ 5%, and c in a range of 0 to +0.1, in particular +0.0179 ⁇ 5%.
- Particularly preferred value for a is +3.4286, for b -0.3536 and for c + 0.0179.
- three to twelve, in particular five to ten and in particular preferably six to eight through openings are preferably provided on an infeed pipe.
- the indicated values make it possible, especially with exactly seven passage openings, to achieve an optimal distribution of the refrigerant serving as the medium and thereby lead to a uniform temperature distribution.
- such a configuration can be provided both in an injection pipe and in an overflow pipe.
- it is important to ensure a uniform distribution of the mass flow since in the region of the overflow pipe, the proportion of gaseous phase is greater than at the injection pipe, so that the risk of uneven temperature distribution is significantly greater in the subsequent heat exchanger area.
- the difference between the maximum and the minimum diameter of the passage openings divided by the maximum diameter of the passage openings is at least 0.3, preferably at least 0.4.
- the free flow cross section in the injection tube and / or overflow tube is preferably substantially constant, which is understood below to mean changes of less than ⁇ 5%. However, too Measures are taken to at least partially change the cross-section, in particular to reduce, so that the flow rate of the medium is increased, whereby a better mixing of the liquid and gaseous phase takes place.
- a sleeve for reducing the free flow cross section is preferably provided.
- the sleeve is in this case preferably formed slotted at least in regions, wherein the sleeve is preferably applied over a maximum of three quarters, in particular over half, of the inner circumference of the injection tube.
- the slot in the sleeve can narrow to influence the flow velocity of the medium in the flow direction of the medium, so that the free flow cross-section of the injection pipe or overflow pipe is reduced.
- the injection tube and / or the suction tube and / or an overflow tube, which is arranged between two rows of tubes, preferably has a substantially D-shaped cross-section.
- the distances of the passage openings to the upper region of the tube, in which usually accumulates the gaseous phase low, so that even with relatively simple measures an increased suction of the gaseous phase can be realized.
- the inner diameter of the injection tube at least in a region in which passage openings are provided, between 2.0 and 3.0 mm, in particular between 2.2 and 2.6 mm, wherein in the case of non-circular cross-sections of the hydraulically equivalent inner diameter in place of the inner diameter occurs.
- the inner diameter of the suction tube is preferably between 4.0 and 6.6 mm, in particular between 4.5 and 6.0 mm, wherein in the case of non-circular cross sections of the hydraulically equivalent inner diameter occurs in place of the inner diameter.
- the inner diameter of the injection pipe is preferably 2.0 to 3.0 mm, in particular between 2.2 and 2.6 mm, the inner diameter of an overflow pipe 2.0 to 4.5 mm, in particular between 3.0 and 4.0 mm, and the inner diameter of the suction pipe between 4.0 and 6.6 mm, in particular between 4.5 and 6.0 mm, wherein in the case of non-circular cross-sections of the hydraulically equivalent inner diameter occurs in place of the inner diameter.
- the free flow cross sections are designed accordingly.
- the heat exchanger is preferably an evaporator, particularly preferably a plate-type or serpentine-type evaporator.
- the injection pipe or the overflow pipe is attached to the upper side of the heat exchanger. In principle, however, another attachment is possible.
- An evaporator 1 which is flowed through during operation of a refrigerant, in this case of R744, has a plurality of juxtaposed, U-shaped bent flat tubes 2 with interposed corrugated fins 3. Further, an injection pipe 4, through which cold refrigerant enters the evaporator 1, an injection plate 5, which is disposed between the injection pipe 4 and the flat tubes 2 and in conjunction with a distributor plate 6 and a bottom plate 7 forms a collecting box arranged above, and a Exit or suction pipe (not shown) provided by which the heated refrigerant is discharged from the evaporator 1.
- the injection plate 5 is formed such that it has a plurality of passages produced by punching 8, which correspond to holes 9 in the injection tube 4, wherein the passages 8 extend into the holes 9 in the injection tube 4, in which they are relatively flush with the present Inner circumferential surface of the same end.
- seven passages 8 for the introduction of refrigerant and correspondingly seven holes 9 are provided in the injection pipe 4, which passages 9 'to the flat tubes 2 form.
- Corresponding passages 8 'and bores are provided for the outlet of the refrigerant in a suction pipe (not shown) after it has passed through the evaporator 1.
- Figures 3 and 4 show sections through the passages 8 ', these correspond but - except for the diameter of the passages - the passages 8 for the refrigerant inlet.
- the suction pipe has, as a result of the evaporation of refrigerant, a larger volume flow must be passed through, a larger inner diameter than the injection pipe 4.
- the passages 8, which form the passage openings 9 ' have an (inner) diameter d which is dependent on the position in the injection pipe 4, the cross-section free of the refrigerant at all injection openings decreasing over the length of the injection pipe 4.
- a is +3.4286, b is -0.3536 and c is +0.0179 and n corresponds to the number of the passage opening in the flow direction, so that for the first diameter 3.1 mm, the second diameter 2.8 mm, the third diameter is 2.5 mm, the fourth diameter is 2.3 mm, the fifth diameter is 2.1 mm, the sixth diameter is 2.0 mm and the seventh diameter is 1.8 mm.
- the ratio of the difference between the largest and smallest diameter to the largest diameter is 0.42.
- the outer diameter of the injection tube is in this case 10 mm, the wall thickness 2 mm, so that there is an inner diameter D h of 6 mm.
- the diameter of the bores and passages 8 'for the refrigerant outlet is constant, as well as the inner diameter of the suction pipe.
- the spacing of the bore centers of the first and second bores, the third and fourth bores, the fifth and sixth bores is constant, as is the distance between the second and third bores, the fourth and fifth hole and the sixth and seventh hole.
- the refrigerant flow is predetermined by the distributor plate 6.
- This has a structure with approximately 1-shaped and H-shaped openings, which in some areas, ie omitting the stacked H-shaped openings in shortening and changing the design of one of the two end portions, the.
- Structure of the distributor plate 6, which is shown in Fig. 6, corresponds.
- an I-shaped opening in the region of the passage openings 9 and in extension thereof is also provided correspondingly in the region of the passage openings for the refrigerant outlet.
- the I-shaped openings in the middle region on a circular extension In order to improve the inflow and outflow of the refrigerant, the I-shaped openings in the middle region on a circular extension.
- the introduced refrigerant is relatively evenly distributed to the front, ie the air inlet side arranged half of the flow channels of the flat tubes, flows down, is deflected by the arc of the U-shaped flat tube, flows back up, where it again in the region of the distributor plate. 6 arrives.
- the H-shaped opening has approximately twice the height of the I-shaped opening, wherein the central region has a transition from one flat tube to the next.
- the H-shaped opening has an approximately twice as high height as the I-shaped openings Flat tube, which is flowed through in mirror image to the central longitudinal axis of the H-shaped opening (which runs in the air flow direction), allows.
- the refrigerant is deflected backwards and flows from top to bottom in the other part of the flat tube channels, which are flowed through opposite to the front channels, so that the refrigerant exits at the rear I-shaped opening and the evaporator again leaves via the corresponding passage to the suction pipe.
- a sleeve 20 is additionally provided in the otherwise corresponding to the first embodiment, the evaporator 1 in the injection tube 4, which is formed by a longitudinally wide slotted wide tube.
- the slot in this case occupies about half of the corresponding hollow cylinder, so that the sleeve 20, as shown in Fig. 5, only in the holes 9 opposite region of the injection tube 4 is arranged and reduces the free flow area, whereby the flow rate of the refrigerant is increased ,
- the upper region, in which the gaseous phase preferably accumulates is brought closer to the entry into the passage openings 9 '.
- the sleeve 20 extends substantially over the entire straight length of the injection tube 4, that is, it begins before the first hole 9.
- the distributor plate 6 and the injection plate 5 of an evaporator which has ten passage openings.
- a double deflection into the width of the evaporator both on the front and on the back
- a simple deflection in the depth of the evaporator The dimensions of the individual passage openings correspond essentially to the aforementioned formula.
- evaporators in which the design of the injection tube and the passage openings can be made according to the embodiments described above, are described in their general structure with reference to the figures 8 et seq.
- the evaporators of Figures 8 to 13 are in view of their general configuration in the DE 102 60 107 A1 discloses the entire disclosure content with respect to the general design of the evaporator is explicitly included.
- the evaporator 70 shown in Figures 8 to 10 has a plurality of U-shaped bent flat tubes 71a, 71b, 71c, etc. on. Each flat tube has two legs 72 and 73. The free ends of the legs 72 and 73 are secured in a bottom plate 74 (see Figures 9 and 10).
- a distributor plate 75 Arranged above the base plate 74 is a distributor plate 75, which alternately has two slit-shaped openings 76, 77 lying one behind the other in the depth direction, leaving a web 78 and a deflecting channel 79 extending in the depth direction.
- An injection plate 80 disposed adjacent to the distributor plate 75 is omitted in the illustration of FIG. 8.
- the flow of the refrigerant is carried out according to the arrows, ie the refrigerant enters at E in the front flow section of the flat tube 71 a, first flows downwards, is then deflected down, flows then up and enters the deflection channel 79, where it is deflected according to the arrow U in the depth, then flows on the back down, is deflected there and then flows back up to pass through the aperture A through the opening 77 ,
- the supply and discharge of the refrigerant can be seen from Fig. 9, in which the injection plate 80 and the injection tube 81 and the suction tube 82 are shown.
- the distributor plate 75 has two openings 76c and 77c, which are separated from each other by the web 78c.
- a refrigerant inlet opening 83 is provided, which is arranged with an aligned refrigerant opening 84 in the injection tube 81.
- the refrigerant inlet breakthrough 83, as well as the Kätsesch takebruch 84 are formed by flangeless holes, but also a configuration according to the embodiment of Fig. 1 may be provided, i. the distributor plate 75 has protruding edges which project into the injection tube 81 and terminate flush with the refrigerant passage 84. According to a further variant, the edges can also protrude into the interior of the injection tube 81, so that an intensified mixing of the liquid and gaseous phase of the refrigerant takes place.
- the free flow cross sections correspond to the o.g. Formula.
- a refrigerant discharge opening 85 in the injection plate 80 and an aligned refrigerant opening 86 are arranged in the suction pipe 82.
- the apertures 85, 86 formed as bores in the present case can be formed as shown in FIG.
- the injection tube 81 and the suction tube 82 are sealingly and pressure-resistant soldered to the injection plate 80, as well as the other parts 75, 74 and 71c.
- Fig. 10 shows a section through the deflection channel 79d.
- the refrigerant coming from below flows upward into the deflection passage 79d, in which it is deflected to the right (depth direction) and enters the rear portion of the flat tube 71d in which it flows from top to bottom. It is thus provided in each case a simple deflection in the width and in the depth.
- a plurality of passage openings from the injection tube 81 into the collecting box and from the collecting box to the suction tube 82 are required, in the present case one per U-shaped bent flat tube 71.
- the free passage openings are formed starting from the injection pipe according to the formula mentioned in the first embodiment including the above values for a, b and c.
- Fig. 11 shows an embodiment of an evaporator 90 having a plurality of U-shaped bent flat tubes 91a, 91b, 91c, etc., which allows a double deflection in width and a simple deflection in depth.
- the distributor plate 93 is formed such that for the deflection in the width two openings 96 and 98 are interconnected via a transverse channel 101, wherein the apertures 96, 98 and the transverse channel form an H-shaped opening in the distributor plate 93.
- a long deflection channel 102 is provided, which corresponds to the deflection channel 79 of the previously described evaporator.
- the refrigerant flow is shown in Fig.
- the refrigerant at A enters the front part of the left leg of the flat tube 91a, flows downward, becomes wide deflected, flows back up and exits the flat tube 91a, in an opening of the distributor plate 93, flows along the arrow B through the transverse channel 101 and enters the adjacent flat tube 91 b, which flows through it. From there it passes into the deflection channel 102 and, following the arrow C, is directed into the rear part of the flat tube 91 b, which it flows through counter to the throughflow direction of the front part.
- the refrigerant passes to the first flat tube 91a, which also flows through it opposite to the flow direction of the front part, and exits at D again, from where it enters the suction tube (not shown).
- the design of injection and suction pipe corresponds to that of the previously described evaporator, ie the diameter of the passage openings of the leads are formed according to the above formula.
- Fig. 12 shows a variant of the evaporator of Fig. 11, wherein the individual units are arranged in mirror image to each other. As indicated in the region of the leftmost, adjacent deflection channels, an H-shape of the opening in the distributor plate is also possible in this area, so that a Käftesch s between adjacent units in the region of the deflection in depth is possible.
- FIG. 13 shows a variant of the evaporator of FIG. 12, wherein the subdivisions differ in depth.
- the design of the injection tube including the dimensions of passage openings in turn corresponds to that of FIG. 1.
- the opening in the distributor plate is in this case preferably H-shaped with a widened web for the refrigerant inlet or outlet formed.
- FIGS. 14 to 26 show a further heat exchanger and a variant for this purpose, in which the design of the injection tube and the passage openings can be made in accordance with the exemplary embodiments described above.
- the heat exchanger illustrated in FIGS. 14 to 24 is an evaporator for a motor vehicle air conditioning system and has a tubular supply line 1001 and a tubular discharge line 1002.
- the two lines 1001 and 1002 are arranged parallel to one another in a longitudinal direction of the evaporator above a collecting box 1003 extending over the entire length of the evaporator. Beyond the collecting tank 1003 supply and discharge are continued to a common flange plate 1004, via which they are connected to the other air conditioning system of the vehicle (not shown).
- the lines 1001 and 1002 In the area of continuations 1001a, 1002a between collection box 1003 and flange plate 1004, the lines 1001 and 1002 have a number of kinks and bends, whereby they are adapted to the individual geometry of the installation space in the vehicle.
- an overflow pipe 1005 is furthermore arranged above the collecting tank 1003 at the latter and extends over the entire width of the evaporator.
- the overflow tube 1005 is than at its two ends each closed Pipe section formed. The diameter of the passage openings is formed according to the formula mentioned in the first embodiment.
- the collecting tank 1003 On the underside of the collecting tank 1003 is a plurality of U-shaped bent flat tubes 1006, here twenty, arranged, the leg heights of the U-shaped flat tubes 1006 plus the collection box height and the injection tube, overflow or Saugrohrau joint of the overall height of the evaporator.
- Each of the flat tubes 1006 has a plurality of chambers or channels 1006a (see cross section through one of the flat tube legs of FIG. 16).
- only half of the chambers 1006a of each of the flat tubes 1006 forms a flow path together or is arranged hydraulically in parallel. In the direction of the air flow, that is to say perpendicular to the plane of the drawing according to FIG. 14, two flow paths in each flat tube 1006 are thus located one behind the other in depth.
- the flat tubes 1006 are each inserted with their ends in apertures 1007a of a bottom plate 1007 (see FIG. 15) and soldered thereto.
- a central, longitudinally extending web 1007b of the bottom plate 1007 separates the two groups of chambers 1006a of the flat tubes 1006 from each other.
- a distributor plate 1008 (see FIG. 12) is placed flat on the lower base plate 1007 and soldered to the same over the entire surface but at least along closed edge lines.
- the distributor plate 1008 has a number of slot-like openings 1008 a, which are partially aligned with the openings 1007 a of the bottom plate 1007 and thus with the end faces of the flat tubes 1006. Not aligned portions of the apertures, eg H-shaped apertures 1008b of the manifold plate 1008, are intended to interconnect various flow paths.
- the H-shaped openings shown here each connect two adjacent flat tubes 1006 or four flow paths with each other.
- injection plate 1009 of the header 1003 is soldered flush to the distributor plate 1008.
- the injection plate 1009 has a number of circular passages 1009a made by punching each on the same side. The punching creates on the side facing away from the distributor plate in each case a protruding collar 1009b (see side view of the distributor plate in Fig. 13), by means of which the supply line 1001, i. the injection tube, the drain 1002, i. the suction tube, and the overflow 1005 are particularly easy to attach.
- the tubular lines 1001, 1002 and 1005 are each provided with bores which correspond to the above-described passages 1009a of the injection plate 1009. In the course of assembly of the evaporator, the lines are thus attached to the collar 1009b and soldered cold-resistant, whereby at the same time a mechanically secure connection between the collection box and pipes is made.
- the distances of the farthest holes result in an effective length of the respective lines 1001, 1002 and 1005.
- An effective in terms of heat exchange evaporator length is meaningful defined as the largest distance between two flow paths in the width direction of the evaporator. It follows that in the present embodiment, the effective length of the feed line 1001 is less than 40% of the effective evaporator width.
- the evaporator works as follows:
- a high-pressure liquid consisting of liquid and gaseous phase refrigerant is supplied to the evaporator (in the present case carbon dioxide, ie R744).
- the refrigerant enters through the passages 1009a or holes of the feed line 1001 into a first group of eight flow paths. There is a transfer to the eight corresponding, opposite flow paths in the H-shaped apertures, each with a first and a subsequent continuous flow path to the same flat tube belong (“transfer to the depth") After passing sixteen of the total of 40 flow paths of the evaporator enters the refrigerant through slightly larger holes in the overflow pipe 1005 a. These sixteen first flow paths, which correspond to the first eight flat tubes from the right according to FIG. 14, are thus grouped into a first section.
- the overflow pipe 1005 has the function of an intermediate collector, so that the refrigerant of the various flow paths is remixed at the same time it flows to the left as shown in FIG. 14, wherein the flow rate is already significantly increased compared to the supply line 1001.
- the remaining twelve flat tubes form a second group or a second section of a total of twenty-four flow paths 1006.
- the inlet from the overflow pipe 1005 into the first twelve flow paths of the second section and then into the second twelve flow paths of the second section by means of the H-shaped openings of the distributor plate.
- the higher number of flow paths of the second section is accommodated in the overflow tube 1005 in that the diameter of the passages 1009a of the second section is smaller than the diameter of the eight passages of the first section.
- substantially vaporized and expanded refrigerant from a particularly large twelve passages enters the discharge line 1002, in order to be supplied from there to the further refrigeration cycle.
- the flat tubes 1006 are surrounded by air, which is subsequently used for air conditioning of a vehicle interior.
- FIGS. 25 and 26 differs from the previous exemplary embodiment only in the design of the passages 1009a 'and their corresponding bores in the lines 1001, 1002 and 1005, as well as in the shape of the distributor plate 1008'.
- some of the openings 1009a ' are each formed so that two flow paths 1006a are directly charged with refrigerant by a single bore.
- two flow paths per section of the evaporator are flowed through, for which H-shaped openings 1008a 'are also responsible for the transition between the flow paths.
- the passage openings in the lines 1001 and 1005 are formed according to the formula mentioned in the first embodiment, so that a very uniform temperature distribution over the entire evaporator width is possible.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Verdampfer, wie er insbesondere zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeugs verwendet wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a heat exchanger, in particular an evaporator, as used in particular for the air conditioning of a motor vehicle, according to the preamble of
Aus der
Ferner ist bei einem zweiphasig vorliegenden Kältemittel zur Vergleichmäßigung der Kältemittelverteilung auf vier einzelne, parallel zueinander angeordnete Rohre bekannt, den Durchmesser des zuführenden Rohres kontinuierlich über die Länge zu verringern (
Ebenfalls ist aus der
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Based on this prior art, it is an object of the invention to provide an improved heat exchanger available. This object is achieved by a heat exchanger with the features of
Erfindungsgemäß ist ein Wärmetauscher vorgesehen, insbesondere ein Verdampfer, mit mindestens einem Rohr über welches ein Medium zumindest einem Teilbereich des Wärmetauschers zuführbar ist, einer Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen im Rohr, welche eine Verteilung des Mediums auf zumindest den Teilbereich des Wärmetauschers ermöglichen, einer Mehrzahl von über die Durchtrittsöffnungen mit dem Rohr direkt oder indirekt verbundener, eine Wärmeübergangsfläche bildender Elemente, durch welche das Medium strömen kann, das bei Betrieb insbesondere zumindest teilweise einen Phasenwechsel durchläuft, und mindestens einem Saugrohr, durch welches das Medium aus dem Wärmetauscher abgeleitet werden kann, wobei der freie Strömungsquerschnitt der einzelnen Durchtrittsöffnungen mindestens eines der zuführenden Rohre in Fluidzuführrichtung zur nachfolgenden Wärmeübergangsfläche der Bedingung
genügt. Hierbei sind n die Nummer der Durchtrittsöffnung in Fluidzuführrichtung, a, b, c und d Konstanten, wobei Δ maximal 0,2, vorzugsweise 0,1 und besonders bevorzugt 0,05 beträgt. Im Falle nicht kreisförmiger Querschnitte tritt der hydraulisch gleichwertige Durchmesser an Stelle des Durchmessers.According to the invention, a heat exchanger is provided, in particular an evaporator, with at least one tube via which a medium can be fed to at least one subregion of the heat exchanger, a plurality of passage openings in the tube, which allow a distribution of the medium to at least the subregion of the heat exchanger, a plurality of over the passage openings with the tube directly or indirectly connected, a heat transfer surface forming elements through which the medium can flow, which undergoes at least partially a phase change during operation, and at least one suction tube through which the medium can be derived from the heat exchanger, wherein the free flow cross-section of the individual passage openings of at least one of the feeding tubes in the fluid supply direction to the subsequent heat transfer surface of the condition
enough. Here, n is the number of the passage opening in the fluid supply direction, a, b, c and d constants, wherein Δ is at most 0.2, preferably 0.1 and more preferably 0.05. In the case of non-circular cross-sections, the hydraulically equivalent diameter will replace the diameter.
Die Konstanten a, b und c liegen bevorzugt in den folgenden Bereichen: a in einem Bereich von +3,2 bis +3,6, insbesondere +3,4286 ± 5%, b in einem Bereich von -0,5 bis -0,2, insbesondere -0,3536 ± 5%, und c in einem Bereich von 0 bis +0,1, insbesondere +0,0179 ± 5%. Besonders bevorzugter Wert für a ist +3,4286, für b -0,3536 und für c +0,0179. Hierbei sind vorzugsweise an einem zuführenden Rohr drei bis zwölf, insbesondere fünf bis zehn und insbesondere bevorzugt sechs bis acht Durchtrittsöffnungen vorgesehen. Die angegebenen Werte ermöglichen insbesondere bevorzugt bei genau sieben Durchtrittsöffnungen eine optimale Verteilung des als Medium dienenden Kältemittels und führen dadurch zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung. Dabei kann eine derartige Ausgestaltung sowohl bei einem Einspritzrohr als auch bei einem Überströmrohr vorgesehen sein. Insbesondere wenn ein Überströmrohr vorhanden ist, ist auf eine gleichmäßige Verteilung des Massestroms zu achten, da im Bereich des Überströmrohres der Anteil gasförmiger Phase größer als am Einspritzrohr ist, so dass im nachfolgenden Wärmetauscherbereich die Gefahr einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung deutlich größer ist.The constants a, b and c are preferably in the following ranges: a in a range of +3.2 to +3.6, especially +3.4286 ± 5%, b in a range of -0.5 to -0 , 2, in particular -0.3536 ± 5%, and c in a range of 0 to +0.1, in particular +0.0179 ± 5%. Particularly preferred value for a is +3.4286, for b -0.3536 and for c + 0.0179. In this case, three to twelve, in particular five to ten and in particular preferably six to eight through openings are preferably provided on an infeed pipe. The indicated values make it possible, especially with exactly seven passage openings, to achieve an optimal distribution of the refrigerant serving as the medium and thereby lead to a uniform temperature distribution. In this case, such a configuration can be provided both in an injection pipe and in an overflow pipe. In particular, when an overflow pipe is present, it is important to ensure a uniform distribution of the mass flow, since in the region of the overflow pipe, the proportion of gaseous phase is greater than at the injection pipe, so that the risk of uneven temperature distribution is significantly greater in the subsequent heat exchanger area.
Bevorzugt beträgt die Differenz des maximalen und des minimalen Durchmessers der Durchtrittsöffnungen dividiert durch den maximalen Durchmesser der Durchtrittsöffnungen mindestens 0,3, vorzugsweise mindestens 0,4.Preferably, the difference between the maximum and the minimum diameter of the passage openings divided by the maximum diameter of the passage openings is at least 0.3, preferably at least 0.4.
Der freie Strömungsquerschnitt im Einspritzrohr und/oder Überströmrohr ist hierbei vorzugsweise im Wesentlichen konstant, worunter im Folgenden Änderungen von weniger als ± 5% verstanden werden. Jedoch können auch Maßnahmen getroffen werden, um den Querschnitt zumindest bereichsweise zu verändern, insbesondere zu verringern, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums erhöht wird, wodurch eine bessere Vermischung der flüssigen und gasförmigen Phase erfolgt.The free flow cross section in the injection tube and / or overflow tube is preferably substantially constant, which is understood below to mean changes of less than ± 5%. However, too Measures are taken to at least partially change the cross-section, in particular to reduce, so that the flow rate of the medium is increased, whereby a better mixing of the liquid and gaseous phase takes place.
Im Einspritzrohr und/oder im Überströmrohr ist vorzugsweise eine Hülse zur Verringerung des freien Strömungsquerschnitts vorgesehen. Die Hülse ist hierbei vorzugsweise zumindest bereichsweise geschlitzt ausgebildet, wobei die Hülse vorzugsweise über maximal dreiviertel, insbesondere über die Hälfte, des Innenumfangs des Einspritzrohres anliegt.In the injection tube and / or in the overflow tube, a sleeve for reducing the free flow cross section is preferably provided. The sleeve is in this case preferably formed slotted at least in regions, wherein the sleeve is preferably applied over a maximum of three quarters, in particular over half, of the inner circumference of the injection tube.
Der Schlitz in der Hülse kann sich zur Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums in Strömungsrichtung des Mediums verengen, so dass der freie Strömungsquerschnitt des Einspritzrohres bzw. Überströmrohres verringert wird.The slot in the sleeve can narrow to influence the flow velocity of the medium in the flow direction of the medium, so that the free flow cross-section of the injection pipe or overflow pipe is reduced.
Das Einspritzrohr und/oder das Saugrohr und/oder ein Überströmrohr, welches zwischen zwei Rohrreihen angeordnet ist, weist vorzugsweise einen im Wesentlichen D-förmigen Querschnitt auf. Hierbei sind die Abstände der Durchtrittsöffnungen zum oberen Bereich des Rohres, in welchem sich üblicherweise die gasförmige Phase ansammelt, gering, so dass bereits mit relativ einfachen Maßnahmen ein vermehrtes Ansaugen der gasförmigen Phase realisiert werden kann.The injection tube and / or the suction tube and / or an overflow tube, which is arranged between two rows of tubes, preferably has a substantially D-shaped cross-section. Here, the distances of the passage openings to the upper region of the tube, in which usually accumulates the gaseous phase, low, so that even with relatively simple measures an increased suction of the gaseous phase can be realized.
Vorzugsweise beträgt der Innendurchmesser des Einspritzrohres zumindest in einem Bereich, in welchem Durchtrittsöffnungen vorgesehen sind, zwischen 2,0 und 3,0 mm, insbesondere zwischen 2,2 und 2,6 mm, wobei im Falle nicht kreisförmiger Querschnitte der hydraulisch gleichwertige Innendurchmesser an Stelle des Innendurchmessers tritt. Diese Abmessungen ermöglichen eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels.Preferably, the inner diameter of the injection tube at least in a region in which passage openings are provided, between 2.0 and 3.0 mm, in particular between 2.2 and 2.6 mm, wherein in the case of non-circular cross-sections of the hydraulically equivalent inner diameter in place of the inner diameter occurs. These dimensions allow a sufficiently high flow rate of the refrigerant.
Der Innendurchmesser des Saugrohres beträgt vorzugsweise zwischen 4,0 und 6,6 mm, insbesondere zwischen 4,5 und 6,0 mm, wobei im Falle nicht kreisförmiger Querschnitte der hydraulisch gleichwertige Innendurchmesser an Stelle des Innendurchmessers tritt.The inner diameter of the suction tube is preferably between 4.0 and 6.6 mm, in particular between 4.5 and 6.0 mm, wherein in the case of non-circular cross sections of the hydraulically equivalent inner diameter occurs in place of the inner diameter.
Ist ein Überströmrohr vorgesehen, so beträgt der Innendurchmesser des Einspritzrohres vorzugsweise 2,0 bis 3,0 mm, insbesondere zwischen 2,2 und 2,6 mm, der Innendurchmesser eines Überströmrohres 2,0 bis 4,5 mm, insbesondere zwischen 3,0 und 4,0 mm, und der Innendurchmesser des Saugrohres zwischen 4,0 und 6,6 mm, insbesondere zwischen 4,5 und 6,0 mm, wobei im Falle nicht kreisförmiger Querschnitte der hydraulisch gleichwertige Innendurchmesser an Stelle des Innendurchmessers tritt.If an overflow pipe is provided, then the inner diameter of the injection pipe is preferably 2.0 to 3.0 mm, in particular between 2.2 and 2.6 mm, the inner diameter of an overflow pipe 2.0 to 4.5 mm, in particular between 3.0 and 4.0 mm, and the inner diameter of the suction pipe between 4.0 and 6.6 mm, in particular between 4.5 and 6.0 mm, wherein in the case of non-circular cross-sections of the hydraulically equivalent inner diameter occurs in place of the inner diameter.
Im Einspritzrohr liegt in den freien Strömungsquerschnitten zumindest im Bereich der Durchtrittsöffnungen bei normalen Betriebsbedingungen des Wärmetauschers eine konstante Massenstromdichte mit einer Schwankungsbreite von maximal ± 20%, insbesondere ± 10%, besonders bevorzugt von ± 5%, zwischen den einzelnen Querschnitten vor. Um dies zu erreichen sind die freien Strömungsquerschnitte entsprechend ausgelegt.In the injection tube in the free flow cross sections, at least in the region of the passage openings under normal operating conditions of the heat exchanger, a constant mass flow density with a fluctuation range of ± 20% maximum, in particular ± 10%, more preferably ± 5%, between the individual cross sections. To achieve this, the free flow cross sections are designed accordingly.
Beim Wärmetauscher handelt es sich vorzugsweise um einen Verdampfer, insbesondere bevorzugt um einen Verdampfer in Plattenbauweise oder Serpentinenbauweise.The heat exchanger is preferably an evaporator, particularly preferably a plate-type or serpentine-type evaporator.
Bevorzugt ist das Einspritzrohr bzw. das Überströmrohr an der oberen Seite des Wärmetauschers angebracht. Prinzipiell ist jedoch auch eine andere Anbringung möglich.Preferably, the injection pipe or the overflow pipe is attached to the upper side of the heat exchanger. In principle, however, another attachment is possible.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Varianten, teilweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung, im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Ausschnitt eines Schnitts in Längsrichtung eines Verdampfers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf einen Teil der Einspritzplatte,
- Fig. 3
- einen Schnitt in Längsrichtung durch die in Fig. 2 dargestellte Einspritzplatte,
- Fig. 4
- eine Detailansicht eines Bereichs von Fig. 3,
- Fig. 5
- einen Ausschnitt eines Schnitts in Längsrichtung eines Verdampfers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 6
- eine Verteilerplatte gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 7
- eine Einspritzplatte gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
- Fig. 8
- einen Verdampfer mit U-förmig gebogenen Flachrohren,
- Fig. 9
- einen Schnitt IX-IX durch den Verdampfer von Fig. 8,
- Fig. 10
- einen Schnitt X-X durch den Verdampfer von Fig. 8,
- Fig. 11
- einen Verdampfer mit hintereinander geschalteten U-förmigen Rohren (Umlenkung in der Breite),
- Fig. 12
- einen Wärmetauscher in einer Teilansicht,
- Fig. 13
- einen Wärmetauscher in einer Teilansicht,
- Fig. 14
- eine Vorderansicht eines Wärmetauschers,
- Fig. 15
- eine Drausicht auf den Wärmetauscher von Fig. 14,
- Fig. 16
- eine Seitenansicht des Wärmetauschers von Fig. 14,
- Fig. 17
- eine Teilansicht einer Schnittdarstellung des Wärmetauschers von Fig. 14 in Längsrichtung des Einspritzrohres,
- Fig. 18
- eine Teilansicht einer anderen Schnittdarstellung des Wärmetauschers von Fig. 14 in Längsrichtung des Saugrohres,
- Fig. 19
- eine Teilansicht einer weiteren Schnittdarstellung des Wärmetauschers von Fig. 14 in Längsrichtung des Übertrittrohres,
- Fig. 20
- eine Draufsicht auf die Verteilerplatte des Wärmetauschers von Fig. 14,
- Fig. 21
- eine Schnittdarstellung der Einspritzplatte des Wärmetauschers von Fig. 14,
- Fig. 22
- eine Draufsicht auf die Einspritzplatte von Fig. 21,
- Fig. 23
- eine Draufsicht auf die Bodenplatte des Wärmetauschers von Fig. 14,
- Fig.24
- eine Schnittdarstellung eines Flachrohres des Wärmetauschers von Fig. 14,
- Fig. 25
- eine Draufsicht auf eine Verteilerplatte gemäß einer Variante des Wärmetauschers von Fig. 14, und
- Fig. 26
- eine Draufsicht auf die Einspritzplatte des Wärmetauschers von Fig. 25.
- Fig. 1
- a section of a section in the longitudinal direction of an evaporator according to the first embodiment,
- Fig. 2
- a plan view of a part of the injection plate,
- Fig. 3
- a longitudinal section through the injection plate shown in Fig. 2,
- Fig. 4
- a detailed view of a portion of Fig. 3,
- Fig. 5
- a section of a section in the longitudinal direction of an evaporator according to the second embodiment,
- Fig. 6
- a distributor plate according to the third embodiment,
- Fig. 7
- an injection plate according to the third embodiment,
- Fig. 8
- an evaporator with U-shaped flat tubes,
- Fig. 9
- a section IX-IX through the evaporator of Fig. 8,
- Fig. 10
- a section XX through the evaporator of Fig. 8,
- Fig. 11
- an evaporator with U-shaped tubes connected in series (deflection in width),
- Fig. 12
- a heat exchanger in a partial view,
- Fig. 13
- a heat exchanger in a partial view,
- Fig. 14
- a front view of a heat exchanger,
- Fig. 15
- a drape view of the heat exchanger of Fig. 14,
- Fig. 16
- a side view of the heat exchanger of Fig. 14,
- Fig. 17
- a partial view of a sectional view of the heat exchanger of Fig. 14 in the longitudinal direction of the injection tube,
- Fig. 18
- a partial view of another sectional view of the heat exchanger of Fig. 14 in the longitudinal direction of the suction tube,
- Fig. 19
- a partial view of a further sectional view of the heat exchanger of Fig. 14 in the longitudinal direction of the transfer tube,
- Fig. 20
- a top view of the distributor plate of the heat exchanger of Fig. 14,
- Fig. 21
- a sectional view of the injection plate of the heat exchanger of Fig. 14,
- Fig. 22
- a plan view of the injection plate of Fig. 21,
- Fig. 23
- a top view of the bottom plate of the heat exchanger of Fig. 14,
- Figure 24
- a sectional view of a flat tube of the heat exchanger of Fig. 14,
- Fig. 25
- a plan view of a distributor plate according to a variant of the heat exchanger of Fig. 14, and
- Fig. 26
- a plan view of the injection plate of the heat exchanger of Fig. 25.
Ein Verdampfer 1, der bei Betrieb von einem Kältemittel, vorliegend von R744, durchströmt wird, weist eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneter, U-förmig gebogener Flachrohre 2 mit dazwischen angeordneten Wellrippen 3 auf. Ferner ist ein Einspritzrohr 4, durch welches kaltes Kältemittel in den Verdampfer 1 gelangt, eine Einspritzplatte 5, die zwischen dem Einspritzrohr 4 und den Flachrohren 2 angeordnet ist und in Verbindung mit einer Verteilerplatte 6 und einer Bodenplatte 7 einen oben angeordneten Sammelkasten bildet, und ein Austritts- oder Saugrohr (nicht dargestellt) vorgesehen, durch welches das erwärmte Kältemittel aus dem Verdampfer 1 abgeführt wird.An
Die Einspritzplatte 5 ist derart ausgebildet, dass sie eine Mehrzahl von mittels Stanzens hergestellten Durchzüge 8 aufweist, die mit Bohrungen 9 im Einspritzrohr 4 korrespondieren, wobei die Durchzüge 8 bis in die Bohrungen 9 im Einspritzrohr 4 ragen, in dem sie vorliegend relativ bündig mit der Innenmantelfläche desselben enden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sieben Durchzüge 8 für die Einleitung von Kältemittel und entsprechend sieben Bohrungen 9 im Einspritzrohr 4 vorgesehen, welche Durchtrittsöffnungen 9' zu den Flachrohren 2 bilden. Entsprechende Durchzüge 8' und Bohrungen sind für den Austritt des Kältemittels in ein Saugrohr (nicht dargestellt) nachdem es den Verdampfer 1 durchströmt hat, vorgesehen. Figuren 3 und 4 zeigen Schnitte durch die Durchzüge 8', diese entsprechen jedoch - abgesehen vom Durchmesser der Durchzüge - den Durchzügen 8 für den Kältemitteleintritt. Das Saugrohr weist, da in Folge des Verdampfens von Kältemittel ein größerer Volumenstrom durchgeleitet werden muss, einen größeren Innendurchmesser als das Einspritzrohr 4 auf.The
Erfindungsgemäß haben die Durchzüge 8, welche die Durchtrittsöffnungen 9' bilden einen (Innen-)Durchmesser d, der in Abhängigkeit mit der Position im Einspritzrohr 4 ist, wobei der für das Kältemittel freie Querschnitt bei allen Einspritzöffnungen sich über die Länge des Einspritzrohres 4 verkleinert. Der Durchmesser d ergibt sich hierbei im Wesentlichen aus der Formel:
wobei relativ geringe Abweichungen vom durch die Formel angegebenen I-dealwert, insbesondere aus Toleranzgründen, möglich sind. Hierbei beträgt vorliegend a +3,4286, b -0,3536 und c +0,0179 und n entspricht der Nummer der Durchtrittsöffnung in Strömungsrichtung, so dass sich für den ersten Durchmesser 3,1 mm, den zweiten Durchmesser 2,8 mm, der dritte Durchmesser 2,5 mm, der vierte Durchmesser 2,3 mm, der fünfte Durchmesser 2,1 mm, der sechste Durchmesser 2,0 mm und der siebte Durchmesser als 1,8 mm ergibt. Vorliegend beträgt das Verhältnis der Differenz des größten und kleinsten Durchmessers zum größten Durchmesser 0,42. Der Außendurchmesser des Einspritzrohres beträgt vorliegend 10 mm, die Wandstärke 2 mm, so dass sich ein Innendurchmesser Dh von 6 mm ergibt. Im Gegensatz hierzu ist der Durchmesser der Bohrungen und Durchzüge 8' für den Kältemittelaustritt konstant, wie auch der Innendurchmesser des Saugrohres.According to the invention, the
whereby relatively small deviations from the I-deal value indicated by the formula, in particular for tolerance reasons, are possible. Here, a is +3.4286, b is -0.3536 and c is +0.0179 and n corresponds to the number of the passage opening in the flow direction, so that for the first diameter 3.1 mm, the second diameter 2.8 mm, the third diameter is 2.5 mm, the fourth diameter is 2.3 mm, the fifth diameter is 2.1 mm, the sixth diameter is 2.0 mm and the seventh diameter is 1.8 mm. In the present case, the ratio of the difference between the largest and smallest diameter to the largest diameter is 0.42. The outer diameter of the injection tube is in this
Der Abstand der Bohrungsmittelpunkte der ersten und zweiten Bohrung, der dritten und vierten Bohrung, der fünften und sechsten Bohrung ist konstant, wie auch der Abstand zwischen der zweiten und dritten Bohrung, der vierten und fünften Bohrung sowie der sechsten und siebten Bohrung. Entsprechendes gilt auch für die Abstände der Durchzüge 8, wie auch der Bohrungen und Durchzüge 8' für den Kältemittelaustritt.The spacing of the bore centers of the first and second bores, the third and fourth bores, the fifth and sixth bores is constant, as is the distance between the second and third bores, the fourth and fifth hole and the sixth and seventh hole. The same applies to the distances of the
Der Kältemittelstrom wird durch die Verteilerplatte 6 vorgegebenen. Diese weist eine Struktur mit etwa 1-förmigen und H-förmigen Öffnungen auf, die in Teilbereichen, d.h. unter Auslassung der übereinander angeordneten H-förmigen Öffnungen bei Verkürzung und geänderter Ausgestaltung eines der beiden Endbereichen, der. Struktur der Verteilerplatte 6, die in Fig. 6 dargestellt ist, entspricht. Hierbei ist jeweils eine I-förmige Öffnung im Bereich der Durchtrittsöffnungen 9 und in Verlängerung derselben entsprechend auch im Bereich der Durchtrittsöffnungen für den Kältemittelaustritt vorgesehen. Um das Ein- bzw. Ausströmen des Kältemittels zu verbessern, weisen die I-förmigen Öffnungen im mittleren Bereich eine kreisförmige Erweiterung auf. Das eingeleitete Kältemittel verteilt sich relativ gleichmäßig auf die vordere, d.h. luftanströmseitig angeordnete Hälfte der Strömungskanäle der Flachrohre, strömt nach unten, wird durch den Bogen des U-förmig gebogenen Flachrohres umgelenkt, strömt wieder nach oben, wo es wieder in den Bereich der Verteilerplatte 6 gelangt. Über eine H-förmige Öffnung, welche eine etwa doppelt so große Höhe wie die I-förmigen Öffnungen aufweist, Die H-förmige Öffnung weist die etwa doppelte Höhe der I-förmigen Öffnung auf, wobei der mittlere Bereich einen Übergang von einem Flachrohr zum benachbarten Flachrohr, das in zur Mittellängsachse der H-förmigen Öffnung (die in Luftströmungsrichtung verläuft) spiegelbildlicher Weise durchströmt wird, ermöglicht. Durch die H-förmige Öffnung wird das Kältemittel nach hinten umgelenkt und strömt von oben nach unten in den anderen Teil der Flachrohrkanäle, die entgegengesetzt zu den vorderen Kanälen durchströmt werden, so dass das Kältemittel an der hinteren I-förmigen Öffnung wieder austritt und den Verdampfer über die entsprechende Durchtrittsöffnung zum Saugrohr verlässt.The refrigerant flow is predetermined by the
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 das zweite Ausführungsbeispiel näher erläutert. Hierbei stimmt - soweit nachfolgend nicht ausdrücklich näher beschrieben - der Aufbau des Verdampfers 1 einschließlich der Abmessungen mit dem des ersten Ausführungsbeispiels überein, so dass gleiche und gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.In the following, the second exemplary embodiment is explained in more detail with reference to FIG. 5. This is true - unless otherwise specifically described below - the structure of the
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist im ansonsten entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildeten Verdampfer 1 im Einspritzrohr 4 zusätzlich eine Hülse 20 vorgesehen, welche durch ein in Längsrichtung durchgehend breit geschlitztes Rohr gebildet wird. Der Schlitz nimmt vorliegend etwa die Hälfte des entsprechenden Hohlzylinders ein, so dass die Hülse 20, wie in Fig. 5 dargestellt, nur im den Bohrungen 9 gegenüberliegenden Bereich des Einspritzrohres 4 angeordnet ist und den freien Strömungsquerschnitt verringert, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels erhöht wird. Zudem wird der obere Bereich, in welchem sich bevorzugt die gasförmige Phase ansammelt, näher an den Eintritt in die Durchtrittsöffnungen 9' gebracht. Die Hülse 20 verläuft im Wesentlichen über die gesamte gerade Länge des Einspritzrohres 4, d.h. sie beginnt vor der ersten Bohrung 9. Sie hat eine Wandstärke von 1,5 mm, so dass sich der Querschnitt entsprechend von oben und dem oberen Bereich der Seiten her verringert, wodurch sich eine verringerte Höhe und ein entsprechend verringerter gleichwirkender hydraulischer Durchmesser Dh von 4,5 mm ergibt, der entsprechend kleiner als beim ersten Ausführungsbeispiel ist. In Folge des verkleinerten hydraulischen Durchmessers des Einspritzrohres 4 ergibt sich ein Verhältnis von mittlerer Durchmesser der Durchtrittsöffnungen zum hydraulischen Durchmesser von 0,53, wodurch sich eine optimale Temperaturverteilung des Verdampfers auch bei relativ geringen Kältemitteldurchsätzen (ca. 10 kg/h) ergibt.According to the second embodiment, a
In den Figuren 6 und 7 ist die Verteilerplatte 6 bzw die Einspritzplatte 5 eines Verdampfers dargestellt, welcher zehn Durchtrittsöffnungen aufweist. Hierbei erfolgt ausgehend von jeder der Durchtrittsöffnungen eine zweifache Umlenkung in die Breite des Verdampfers (sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite) und eine einfache Umlenkung in die Tiefe des Verdampfers. Die Abmessungen der einzelnen Durchtrittsöffnungen entsprechend im Wesentlichen der zuvor genannten Formel.In the figures 6 and 7, the
Besonders bevorzugte Ausführungsformen von Verdampfern, bei denen die Ausgestaltung des Einspritzrohres und der Durchtrittsöffnungen entsprechend den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgen kann, werden in ihrem allgemeinen Aufbau unter Bezugnahme auf die Figuren 8 ff. im Folgenden beschrieben. Die Verdampfer der Figuren 8 bis 13 sind in Hinblick auf ihre allgemeine Ausgestaltung in der
Der in den Figuren 8 bis 10 dargestellte Verdampfer 70 weist eine Mehrzahl U-förmig gebogener Flachrohre 71a, 71b, 71c usw. auf. Jedes Flachrohr weist zwei Schenkel 72 und 73 auf. Die freien Enden der Schenkel 72 und 73 sind in einer Bodenplatte 74 befestigt (siehe Figuren 9 und 10). Über der Bodenplatte 74 ist eine Verteilerplatte 75 angeordnet, welche abwechselnd zwei in Tiefenrichtung hintereinander liegende, schlitzförmige Durchbrüche 76, 77 unter Belassung eines Steges 78 sowie einen in Tiefenrichtung durchgehenden Umlenkkanal 79 aufweist. Eine benachbart zur Verteilerplatte 75 angeordnete Einspritzplatte 80 ist in der Darstellung von Fig. 8 weggelassen.The
Die Strömung des Kältemittels erfolgt entsprechend den Pfeilen, d.h. das Kältemittel tritt bei E in den vorderen Strömungsabschnitt des Flachrohres 71a ein, strömt zunächst nach unten, wird dann unten umgelenkt, strömt dann nach oben und gelangt in den Umlenkkanal 79, wo es dem Pfeil U entsprechend in die Tiefe umgelenkt wird, strömt dann auf der Rückseite nach unten, wird dort umgelenkt und strömt dann wieder nach oben, um über den Pfeil A durch den Durchbruch 77 durchzutreten.The flow of the refrigerant is carried out according to the arrows, ie the refrigerant enters at E in the front flow section of the
Die Zu- und Abfuhr des Kältemittels ist aus Fig. 9 ersichtlich, in welcher die Einspritzplatte 80 sowie das Einspritzrohr 81 und das Saugrohr 82 dargestellt sind. Die Verteilerplatte 75 weist zwei Durchbrüche 76c und 77c auf, die durch den Steg 78c voneinander getrennt sind. In der Einspritzplatte 80 ist ein Kältemitteleintrittsdurchbruch 83 vorgesehen, der mit einem fluchtend angeordneten Kältemitteldurchbruch 84 im Einspritzrohr 81 angeordnet ist.The supply and discharge of the refrigerant can be seen from Fig. 9, in which the
Vorliegend sind der Kältemitteleintrittsdurchbruch 83, wie auch der Kättemitteldurchbruch 84 durch gratlose Bohrungen gebildet, jedoch kann auch eine Ausgestaltung entsprechend dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 vorgesehen sein, d.h. die Verteilerplatte 75 weist überstehende Ränder auf, welche in das Einspritzrohr 81 hineinragen und bündig mit dem Kältemitteldurchbruch 84 enden. Die Ränder können gemäß einer weiteren Variante auch bis in den Innenraum des Einspritzrohres 81 ragen, so dass eine verstärkte Durchmischung der flüssigen und gasförmigen Phase des Kältemittels erfolgt. Die freien Strömungsquerschnitte entsprechen jedoch der o.g. Formel.In the present case, the
In ähnlicher Weise sind auf der Seite des Saugrohres 82 ein Kältemittelaustrittsdurchbruch 85 in der Einspritzplatte 80 und ein fluchtend angeordneter Kältemitteldurchbruch 86 im Saugrohr 82 angeordnet. Auch in diesem Fall können die vorliegend als Bohrungen ausgebildeten Durchbrüche 85, 86 entsprechend Fig. 1 ausgebildet sein.Similarly, on the side of the
Das Einspritzrohr 81 und das Saugrohr 82 sind dicht- und druckfest mit der Einspritzplatte 80 verlötet, ebenso wie die anderen Teile 75, 74 und 71c.The
Die Umlenkung in die Tiefe ist besonders gut aus der Schnittdarstellung von Fig. 10 ersichtlich, welche einen Schnitt durch den Umlenkkanal 79d zeigt. Entsprechend den Pfeilen von Fig. 10 strömt das von unten kommende Kältemittel nach oben in den Umlenkkanal 79d, in welchern es nach rechts (Tiefenrichtung) umgelenkt wird und tritt in den hinteren Abschnitt des Flachrohres 71d ein, in welchem es von oben nach unten strömt. Es ist somit jeweils eine einfache Umlenkung in die Breite und in die Tiefe vorgesehen.The deflection into the depth is particularly well visible from the sectional view of Fig. 10, which shows a section through the
Wie aus der Darstellung von Fig. 8 ersichtlich, sind eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen vom Einspritzrohr 81 in den Sammelkasten und von dem Sammelkasten zum Saugrohr 82 erforderlich, vorliegend je eine pro U-förmig gebogenes Flachrohr 71.As can be seen from the representation of FIG. 8, a plurality of passage openings from the
Um eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung über die gesamte Wärmeübertragungsfläche des Verdampfers zu ermöglichen, sind die freien Durchtrittsöffnungen ausgehend vom Einspritzrohr entsprechend der im ersten Ausführungsbeispiel genannten Formel einschließlich der genannten Werte für a, b und c ausgebildet.In order to allow the most uniform possible temperature distribution over the entire heat transfer surface of the evaporator, the free passage openings are formed starting from the injection pipe according to the formula mentioned in the first embodiment including the above values for a, b and c.
Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform eines Verdampfers 90, der eine Mehrzahl U-förmig gebogener Flachrohre 91a, 91b, 91c etc. aufweist, welche eine zweifache Umlenkung in der Breite und eine einfache Umlenkung in der Tiefe ermöglicht. Hierfür ist die Verteilerplatte 93 derart ausgebildet, dass für die Umlenkung in der Breite zwei Durchbrüche 96 und 98 über einen Querkanal 101 miteinander verbunden sind, wobei die Durchbrüche 96, 98 und der Querkanal eine H-förmige Öffnung in der Verteilerplatte 93 bilden. Für die Umlenkung in die Tiefe ist ein langer Umlenkkanal 102 vorgesehen, welcher dem Umlenkkanal 79 des zuvor beschriebenen Verdampfers entspricht. Der Kältemittelverlauf ist in Fig. 11 durch Pfeile im linken Teil des Verdampfers dargestellt. Hierbei tritt das Kältemittel bei A in den vorderen Teil des linken Schenkels des Flachrohres 91a ein, strömt nach unten, wird in die Breite umgelenkt, strömt wieder nach oben und tritt aus dem Flachrohr 91a aus, in einen Durchbruch der Verteilerplatte 93, strömt entlang dem Pfeil B durch den Querkanal 101 und tritt in das benachbarte Flachrohr 91 b ein, welches es durchströmt. Von dort gelangt es in den Umlenkkanal 102 und wird dem Pfeil C folgend in den hinteren Teil des Flachrohres 91 b geleitet, welchen es entgegen der Durchströmungsrichtung des vorderen Teils durchströmt. Über einen Querkanal 100, welcher zwischen zwei Durchbrüchen 97 und 99 angeordnet ist und der in seiner Ausgestaltung vorliegend dem Querkanal 101 zwischen den Durchbrüchen 96 und 98 entspricht, gelangt das Kältemittel zum ersten Flachrohr 91a, welches es ebenfalls entgegen der Durchströmungsrichtung des vorderen Teils durchströmt, und tritt bei D wieder aus, von wo aus es in das Saugrohr (nicht dargestellt) gelangt. In Folge der zweifachen Umlenkung in der Breite ist die erforderliche Anzahl von Durchtrittsöffnungen im Einspritz- und Saugrohr gegenüber dem zuvor beschriebenen Verdampfer halbiert. Die Ausgestaltung von Einspritz- und Saugrohr entspricht der des zuvor beschriebenen Verdampfers, d.h. die Durchmesser der Durchtrittsöffnungen der Zuleitungen sind entsprechend der o.g. Formel ausgebildet.Fig. 11 shows an embodiment of an
Fig. 12 zeigt eine Variante des Verdampfers von Fig. 11, wobei die einzelnen Einheiten spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Wie im Bereich der am weitesten links angeordneten, benachbarten Umlenkkanäle angedeutet, ist auch in diesem Bereich eine H-Form der Öffnung in der Verteilerplatte möglich, so dass ein Käftemittelaustausch zwischen benachbarten Einheiten im Bereich der Umlenkung in der Tiefe möglich ist.Fig. 12 shows a variant of the evaporator of Fig. 11, wherein the individual units are arranged in mirror image to each other. As indicated in the region of the leftmost, adjacent deflection channels, an H-shape of the opening in the distributor plate is also possible in this area, so that a Käftemittelaustausch between adjacent units in the region of the deflection in depth is possible.
Fig. 13 zeigt eine Variante des Verdampfers von Fig.12, wobei die Unterteilungen in die Tiefe sich unterscheiden. Die Ausgestaltung des Einspritzrohres einschließlich der Abmessungen Durchtrittsöffnungen entspricht wiederum der von Fig. 1.FIG. 13 shows a variant of the evaporator of FIG. 12, wherein the subdivisions differ in depth. The design of the injection tube including the dimensions of passage openings in turn corresponds to that of FIG. 1.
Obwohl nicht in der Zeichnung dargestellt, ist auch eine Zusammenlegung der Ein- und Ausleitungen benachbarter Einheiten möglich, wofür die entsprechenden Öffnungen in der Einspritzplatte und Verteilerplatte geeignet auszubilden sind. Die Öffnung in der Verteilerplatte ist hierbei bevorzugt H-förmig mit einem verbreiterten Steg für den Kältemittelein- bzw. -austritt ausgebildet.Although not shown in the drawing, a merging of the inlets and outlets of adjacent units is possible, for which the corresponding openings in the injection plate and distributor plate are suitable form. The opening in the distributor plate is in this case preferably H-shaped with a widened web for the refrigerant inlet or outlet formed.
In den Figuren 14 bis 26 ist ein weiterer Wärmetauscher sowie eine Variante hierzu dargestellt, bei denen die Ausgestaltung des Einspritzrohres und der Durchtrittsöffnungen entsprechend den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgen kann.FIGS. 14 to 26 show a further heat exchanger and a variant for this purpose, in which the design of the injection tube and the passage openings can be made in accordance with the exemplary embodiments described above.
Der in den Figuren 14 bis 24 dargestellte Wärmetauscher ist ein Verdampfer für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage und weist eine rohrförmige Zuleitung 1001 sowie eine rohrförmige Ableitung 1002 auf. Die beiden Leitungen 1001 und 1002 sind parallel zueinander in einer Längsrichtung des Verdampfers oberhalb eines sich über die gesamte Verdampferlänge erstreckenden Sammelkastens 1003 angeordnet. Jenseits des Sammelkastens 1003 sind Zuleitung und Ableitung zu einer gemeinsamen Flanschplatte 1004 fortgeführt, über die sie mit der weiteren Klimaanlage des Fahrzeugs verbunden sind (nicht dargestellt). Im Bereich von Weiterführungen 1001a, 1002a zwischen Sammelkasten 1003 und Flanschplatte 1004 weisen die Leitungen 1001 und 1002 eine Anzahl von Knicken und Biegungen auf, wodurch sie an die individuelle Geometrie des Einbauraums im Fahrzeug adaptiert sind.The heat exchanger illustrated in FIGS. 14 to 24 is an evaporator for a motor vehicle air conditioning system and has a
Auf Grund der Funktion eines Teils der Zuleitung 1001 sowie eines Teil der Ableitung 1002 wird dieser Teil auch als Einspritz- bzw. Saugrohr bezeichnet. Parallel zum entsprechenden Teil der Leitungen 1001 und 1002 ist ferner ein Überströmrohr 1005 oberhalb des Sammelkastens 1003 an diesem angeordnet und erstreckt sich über die gesamte Breite des Verdampfers. Das Überströmrohr 1005 ist als an seinen beiden Enden jeweils verschlossener Rohrabschnitt ausgebildet. Die Durchmesser der Durchtrittsöffnungen ist entsprechend der beim ersten Ausführungsbeispiel genannten Formel ausgebildet.Due to the function of a part of the
Auf der Unterseite des Sammelkastens 1003 ist eine Mehrzahl von U-förmig gebogener Flachrohre 1006, vorliegend zwanzig, angeordnet, wobei die Schenkelhöhen der U-förmigen Flachrohre 1006 zuzüglich der Sammelkastenhöhe und dem Einspritzrohr, Überströmrohr- bzw. Saugrohraußendurchmesser insgesamt die Bauhöhe des Verdampfers ergeben.On the underside of the
Jedes der Flachrohre 1006 weist eine Mehrzahl von Kammern oder Kanälen 1006a auf (siehe Querschnitt durch einen der Flachrohrschenkel von Fig. 16). Dabei bildet im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur jeweils die Hälfte der Kammern 1006a jedes der Flachrohre 1006 zusammen einen Strömungspfad aus bzw. ist hydraulisch parallel angeordnet. In Richtung des Luftstroms, also senkrecht zur Zeichenebene gemäß Fig. 14, liegen somit jeweils zwei Strömungspfade in jedem Flachrohr 1006 in der Tiefe hintereinander.Each of the
Die Flachrohre 1006 sind mit ihren Enden jeweils in Durchbrüche 1007a einer Bodenplatte 1007 (siehe Fig. 15) eingeführt und mit demselben verlötet Ein zentraler, in Längsrichtung verlaufender Steg 1007b der Bodenplatte 1007 trennt dabei die beiden Gruppen von Kammern 1006a der Flachrohre 1006 voneinander.The
Zur weiteren Ausbildung des Sammelkastens 1003 ist eine Verteilerplatte 1008 (siehe Fig. 12) plan auf die untere Bodenplatte 1007 aufgelegt und flächig zumindest jedoch entlang geschlossener Randlinien mit derselben verlötet. Die Verteilerplatte 1008 hat eine Anzahl von kulissenartigen Durchbrüchen 1008a, die teilweise mit den Durchbrüchen 1007a der Bodenplatte 1007 und somit mit den Stirnflächen der Flachrohre 1006 fluchten. Nicht fluchtende Teile der Durchbrüche, z.B. H-förmige Durchbrüche 1008b der Verteilerplatte 1008, sind dazu vorgesehen, verschiedene Strömungspfade miteinander zu verbinden. Die gezeigten H-förmigen Durchbrüche verbinden dabei jeweils zwei benachbarte Flachrohre 1006 bzw. vier Strömungspfade miteinander.For the further construction of the
Oberhalb der Verteilerplatte 1008 ist eine oberes Plattenelement, im Folgenden als Einspritzplatte 1009 bezeichnet, des Sammelkastens 1003 plan auf der Verteilerplatte 1008 aufgelötet. Die Einspritzplatte 1009 weist eine Anzahl von kreisförmigen Durchzügen 1009a auf, die mittels Stanzung von jeweils der gleichen Seite hergestellt wurden. Durch die Stanzung entsteht auf der der Verteilerplatte abgewandten Seite jeweils ein überstehender Kragen 1009b (siehe Seitenansicht der Verteilerplatte in Fig. 13), mittels dessen die Zuleitung 1001, d.h. das Einspritzrohr, die Ableitung 1002, d.h. das Saugrohr, und das Überströmrohr 1005 besonders leicht anbringbar sind.Above the
Die rohrförmigen Leitungen 1001, 1002 und 1005 sind jeweils mit Bohrungen versehen, welche mit den zuvor beschriebenen Durchzügen 1009a der Einspritzplatte 1009 korrespondieren. Im Zuge der Montage des Verdampfers werden die Leitungen somit auf die Kragen 1009b aufgesteckt und kältemitteldicht verlötet, wodurch zugleich eine mechanisch sichere Verbindung zwischen Sammelkasten und Leitungen hergestellt ist.The
Die Abstände der am weitesten entfernten Bohrungen ergeben eine wirksame Länge der jeweiligen Leitungen 1001, 1002 und 1005. Eine hinsichtlich des Wärmetauschs gesamte wirksame Verdampferlänge ist sinnvoll als der größte Abstand zweier Strömungspfade in Breitenrichtung des Verdampfers definiert. Hieraus ergibt sich, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel die wirksame Länge der Zuleitung 1001 weniger als 40% der wirksamen Verdampferbreite beträgt.The distances of the farthest holes result in an effective length of the
Der Verdampfer funktioniert wie folgt:The evaporator works as follows:
Durch die Zuleitung 1001 wird dem Verdampfer ein unter hohem Druck stehendes und aus flüssiger und gasförmiger Phase bestehendes Kältemittel zugeführt (vorliegend Kohlendioxid, also R744). Das Kältemittel tritt durch die Durchzüge 1009a bzw. Löcher der Zuleitung 1001 in eine erste Gruppe aus acht Strömungspfaden ein. Es erfolgt in den H-förmigen Durchbrüchen eine Übergabe an die acht korrespondierenden, gegenüberliegenden Strömungspfade, wobei jeweils ein zuerst und ein nachfolgend durchlaufender Strömungspfad zu dem gleichen Flachrohr gehören ("Übergabe in die Tiefe") Nach Passieren von sechzehn der insgesamt vierzig Strömungspfade des Verdampfers tritt das Kältemittel durch etwas größere Bohrungen in das Überströmrohr 1005 ein. Diese sechzehn ersten Strömungspfade, die den ersten acht Flachrohren von rechts gemäß Fig. 14 entsprechen, sind somit in einen ersten Abschnitt gruppiert.Through the
Das Überströmrohr 1005 hat die Funktion eines Zwischensammlers, so dass das Kältemittel der verschiedenen Strömungspfade neu vermischt wird Zugleich fließt es gemäß Fig. 14 nach links, wobei die Strömungsgeschwindigkeit gegenüber der Zuleitung 1001 bereits deutlich erhöht ist.The
Auf der linken Seite des Verdampfers bilden die restlichen zwölf Flachrohre eine zweite Gruppe bzw. einen zweiten Abschnitt von insgesamt vierundzwanzig Strömungspfaden 1006 aus. Dabei erfolgt durch die Durchzüge 1009a zunächst der Eintritt von dem Überströmrohr 1005 in die ersten zwölf Strömungspfade des zweiten Abschnitts und dann mittels der H-förmigen Durchbrüche der Verteilerplatte in die zweiten zwölf Strömungspfade des zweiten Abschnitts. Der höheren Anzahl von Strömungspfaden des zweiten Abschnitts wird bei dem Überströmrohr 1005 dadurch Rechnung getragen, dass der Durchmesser der Durchzüge 1009a des zweiten Abschnitts kleiner ist als der Durchmesser der acht Durchzüge des ersten Abschnitts.On the left side of the evaporator, the remaining twelve flat tubes form a second group or a second section of a total of twenty-four
Letztlich tritt das im Wesentlichen verdampfte und entspannte Kältemittel aus besonders großen zwölf Durchzügen in die Ableitung 1002 ein, um von dort dem weiteren Kältekreislauf zugeführt zu werden.Finally, the substantially vaporized and expanded refrigerant from a particularly large twelve passages enters the
Gemäß der Funktion des Verdampfers werden während des vorbeschriebenen Betriebs die Flachrohre 1006 von Luft umströmt, die nachfolgend zur Luftkonditionierung eines Fahrzeuginnenraums verwendet wird.According to the function of the evaporator, during the above-described operation, the
Die in den Figuren 25 und 26 dargestellte Variante unterscheidet sich vom vorigen Ausführungsbeispiel lediglich in der Ausbildung der Durchzüge 1009a' und ihrer korrespondierenden Bohrungen in den Leitungen 1001, 1002 und 1005, sowie in der Ausformung der Verteilerplatte 1008'. Im Unterschied zum vorigen Ausführungsbeispiel sind hier einige der Durchbrüche 1009a' jeweils so ausgeformt, dass zwei Strömungspfade 1006a durch jeweils eine einzige Bohrung unmittelbar mit Kältemittel beschickt werden. Allerdings werden ebenso wie beim vorigen Ausführungsbeispiel weiterhin zwei Strömungspfade pro Abschnitt des Verdampfers durchströmt, wofür ebenfalls H-förmige Durchbrüche 1008a' zwecks Übergang zwischen den Strömungspfaden zuständig sind. Wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Durchtrittsöffnungen in den Leitungen 1001 und 1005 entsprechend der beim ersten Ausführungsbeispiel genannten Formel ausgebildet, so dass eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung über die gesamte Verdampferbreite möglich ist.The variant shown in FIGS. 25 and 26 differs from the previous exemplary embodiment only in the design of the
Claims (16)
genügt, wobei d der Durchmesser der jeweiligen Durchtrittsöffnung (9') und n die Nummer der Durchtrittsöffnung (9') in Fluidzuführrichtung ist, und a, b, c und Δ Konstanten sind, wobei Δ maximal 0,2 beträgt.Heat exchanger, in particular evaporator, with at least one tube (4; 1005) via which a medium at least a portion of the heat exchanger can be fed, a plurality of passage openings (9 ') in the tube (4; 1005), which distribution of the medium to at least the Allow a portion of the heat exchanger, a plurality of directly or indirectly connected via the passage openings (9 ') with the tube (4), a heat transfer surface forming elements through which the medium can flow, which undergoes at least partially a phase change during operation, and at least a suction pipe (10), through which the medium can be discharged from the heat exchanger (1), characterized in that the free flow cross section of the individual passage openings (9 ') of at least one of the feeding pipes (4, 1005) in the fluid supply direction to the subsequent heat transfer surface condition
is sufficient, where d is the diameter of the respective passage opening (9 ') and n is the number of the passage opening (9') in the fluid supply direction, and a, b, c and Δ are constants, wherein Δ is at most 0.2.
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