DE4141809A1 - Kaeltemittelkreislauf, insbesondere einer fahrzeug-klimaanlage, sowie verdampfer hierfuer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kältemittelkreislauf, insbe­ sondere einer Fahrzeug-Klimaanlage, sowie einen Ver­ dampfer hierfür, gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 oder 2.

Ein Kältemittelkreislauf für eine Fahrzeug-Klimaanlage sowie ein Verdampfer hierfür, der mehrere parallel ge­ schaltete Verdampferrohre aufweist, wobei ferner eine Ex­ pansionsvorrichtung für das Kältemittel vorgesehen ist, mit Hilfe derer dieses vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht, ist beispielsweise in der DE 33 27 179 A1 beschrieben. Zumeist ist diese Expansi­ onsvorrichtung ein thermostatisch gesteuertes Ex­ pansionsventil. Die Aufteilung des Kältemittels auf die einzelnen Verdampferrohre erfolgt stromab dieses Expansi­ onsventiles, wobei sich das Kältemittel dann im wesentli­ chen im gasförmigen Zustand befindet. Daraus kann jedoch eine ungleichförmige Verteilung des Kältemittels auf die einzelnen Verdampferrohre resultieren. Ein weiterer Miß­ stand ergibt sich aus der Tatsache, daß in einem einzigen Expansionsventil ein relativ hoher Kältemittelmassenstrom entspannt werden muß, so daß unter anderem aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit bei relativ kleinem Durch­ messer eine hohe Geräuschentwicklung die Folge ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Maßnahmen aufzuzei­ gen, mit Hilfe derer eine Gleichverteilung des Kältemit­ tels über den einzelnen Verdampferrohren sichergestellt ist.

Für einen Kältemittelkreislauf ist diese Lösung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruches an­ gegeben, ein entsprechender Verdampfer ist durch die Merkmale des Anspruchs 2 gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß ist jedem Verdampferrohr eine eigene Ex­ pansionsvorrichtung zugeordnet. Die Aufteilung des Kälte­ mittels auf die einzelnen Verdampferrohre erfolgt somit stromauf der Expansionsvorrichtung. Da dort das Kältemit­ tel im flüssigen Zustand vorliegt, ist eine gleichmäßige Aufteilung auf die einzelnen Verdampferrohre gewährlei­ stet. Eine sich aufgrund des gasförmigen Zustandes erge­ bende Ungleichverteilung wird hierdurch sicher vermieden. Vorteilhafterweise ist mit den erfindungsgemäßen Maßnah­ men der Massendurchsatz je Expansionsvorrichtung deutlich geringer, so daß hiermit der oben beschriebene Mißstand der hohen Geräuschentwicklung behoben ist. Auch erfolgt das Einspritzen des Kältemittels in die einzelnen Ver­ dampferrohre gegenüber dem bekannten Stand der Technik deutlich geräuschreduziert, da das Kältemittel stärker unterkühlt ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verdampfers ergeben sich durch die folgenden beschriebenen Merkmale. So können die Expansionsvorrichtungen im Sinne einer einfachen Bauweise als einfache drosselnde Rohrabschnitte, d. h. als sog. Orfice-Tubes ausgebildet sein. Diese Orfice-Tubes können direkt in den Verdampferrohren und dabei insbesondere in deren Anfangsbereich angeordnet oder aus denselben her­ ausgearbeitet sein. Eine kompakte Bauweise, insbesondere eines in einer Fahrzeug-Klimaanlage eingesetzten Ver­ dampfers ergibt sich, wenn die im wesentlichen horizontal verlaufenden Verdampferrohre in vertikaler Richtung übereinanderliegend angeordnet sind. Die einzelnen Ver­ dampferrohre beschreiben dabei übereinanderliegende Ebe­ nen und können in der jeweiligen Ebene beispielsweise u- förmig verlaufen. Somit ist es möglich, ausgehend von einem Verteilerraum die Verdampferrohre in einen Sammel­ raum münden zu lassen, wobei der Verteilerraum und der Sammelraum durch eine Trennwand voneinander getrennt ne­ beneinander in einem seitlich der Verdampferrohre ange­ ordneten Kasten vorgesehen sind. Vorteilhafterweise ist über diese Trennwand ein Wärmetausch möglich, womit sich eine erhöhte Kälteleistung einstellt, womit Flüssigkeits­ schläge vermieden werden und eine sichere Unterkühlung des Kältemittels vor den als Einspritz-Organe fungieren­ den Expansionsvorrichtungen erfolgt.

Insbesondere bei in vertikaler Richtung übereinanderlie­ gend angeordneten Verdampferrohren sowie seitlich dersel­ ben angeordnetem Verteilerraum empfiehlt es sich, eine Zufuhr-Druckleitung geodätisch obenliegend in den Vertei­ lerraum münden zu lassen. Da in dieser Zufuhr-Drucklei­ tung ein Zweiphasengemisch von Kältemittel vorliegen kann, wird diese Druckleitung im Verteilerraum in einen Bereich münden, in welchem das Kältemittel im wesentli­ chen gasförmig vorliegt. Unterhalb dieses Bereiches be­ findet sich hingegen das Kältemittel im flüssigen Zu­ stand, und von diesem Bereich zweigen auch die einzelnen Verdampferrohre ab. Hierdurch ist somit sichergestellt, daß vor den Verdampferrohren bzw. vor den zugeordneten Expansionsvorrichtungen stets flüssiges Kältemittel an­ liegt. Dies sowie weitere Vorteile werden auch aus der folgenden Beschreibung eines in einer Prinzipskizze dar­ gestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfin­ dung ersichtlich.

In Fig. 1 ist die Stirnansicht eines erfindungsgemäßen Verdampfers gezeigt, Fig. 2 zeigt die Aufsicht gemäß Pfeilrichtung X.

Gezeigt ist ein in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichneter Verdampfer, der in den Kältemittelkreislauf einer Fahr­ zeug-Klimaanlage eingebunden ist. Versorgt wird dieser Verdampfer 1 über eine Zufuhr-Druckleitung 2, während die Abfuhr des Kältemittels über eine Kompressor-Saugleitung 3 erfolgt.

Aufgebaut ist der Verdampfer aus einer Vielzahl von in vertikaler Richtung übereinanderliegend angeordneten Ver­ dampferrohren 4, die zur Vergrößerung der wärmeübertra­ genden Fläche jeweils mit Rippen 5 versehen sind und bei Fig. 1 in Blickrichtung bzw. bei Fig. 2 gemäß Pfeilrich­ tung 6 von einem Luftstrom umströmt werden. Jedes Ver­ dampferrohr 4 beschreibt eine Horizontalebene, innerhalb derer es - wie es Fig. 2 zeigt - im wesentlichen U-för­ mig verläuft. Gespeist wird jedes Verdampferrohr aus einem Verteilerraum 7; mit seinem dem Verteilerraum ge­ genüberliegenden Ende mündet jedes Verdampferrohr 4 in einem Sammelraum 8. Der Verteilerraum 7 sowie der Sammel­ raum 8 befinden sich in einem seitlich der Verdampfer­ rohre 4 angeordneten Kasten 9 und sind durch eine Trenn­ wand 10 voneinander getrennt. Dabei mündet die Zufuhr- Druckleitung 2 geodätisch oben liegend im Verteilerraum 7, während die Saugleitung 3 vom Sammelraum 8 abzweigt.

Wie bereits beschrieben, gelangt vorwiegend flüssiges Kältemittel über die Druckleitung 2 in den Verteilerraum 7. Die rein flüssigen Kältemittelanteile sammeln sich im unteren und schließlich mittleren Bereich 11 dieses Ver­ teilerraumes, während sich gasförmiges Kältemittel in einem sich oberhalb des Bereiches 11 bildenden Gaspol­ ster-Bereich 12, in dem auch die Druckleitung 2 mündet, sammelt.

Vom Bereich 11 zweigen die einzelnen Verdampferrohre 4 ab. Zu Beginn jedes Verdampferrohres 4 befindet sich eine auch als Einspritzorgan in das jeweilige Verdampferrohr fungierende Expansionsvorrichtung 13. In dieser Ex­ pansionsvorrichtung 13 wird das Kältemittel zerstäubt und geht danach vom flüssigen Zustand in den gasförmigen Zu­ stand über. Hierzu ist die Expansionsvorrichtung 13 in ihrer einfachsten Ausführungsform als ein drosselnder Rohrabschnitt, sog. Orfice-Tube, ausgebildet. Dieser drosselnde Rohrabschnitt kann dabei direkt aus dem Ver­ dampferrohr 4 herausgearbeitet oder als separates Element in dieses eingesteckt sein.

Indem in die Verdampferrohre 4 ausgehend vom Verteiler­ raum 7 vollständig Flüssigkeit bzw. flüssiges Kältemittel eingespritzt wird, ist eine sichere Gleichverteilung des Kältemittels über sämtlichen Verdampferrohren 4 ge­ währleistet. Aufgrund dieser gleichmäßigen Versorgung des Verdampfers 1 ergibt sich eine optimale Kälteleistung. Darüber hinaus wird, wie bereits einleitend beschrieben, das Einspritzgeräusch reduziert sowie die sonst üblicher­ weise an dem einzigen Expansionsventil bzw. der einzigen Expansionsvorrichtung anfallende Geräuschentwicklung ge­ dämpft. Vorteilhafterweise sind bei dem beschriebenen Verdampfer keine bewegten Teile vorhanden, so daß eine höchste Lebensdauer sowie eine minimale Störanfälligkeit gewährleistet ist. Von Vorteil ist darüber hinaus, daß die einzelnen Einspritzorgane bzw. Expansionsvorrichtun­ gen 13 durch das Vorliegen von flüssigem Kältemittel sicher unterkühlt werden, so daß keine Flüssigkeits­ schläge auftreten. Der Unterkühlung förderlich ist auch die gezeigte, eine Wärmeübertragung ermöglichende Anord­ nung des Verteilerraumes 7 sowie des Sammelraumes 8. Da­ bei können Details und konstruktive Einzelheiten durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (3)

1. Kältemittelkreislauf, insbesondere einer Fahrzeug- Klimaanlage, mit einem Verdampfer (1) mit mehreren parallel geschalteten Verdampferrohren (4) sowie mit einer Expansionsvorrichtung (13) für das Kältemit­ tel, mit Hilfe derer dieses vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Verdampferrohr (4) eine eigene Expansionsvorrichtung (13) zugeordnet ist.

2. Verdampfer, insbesondere einer Fahrzweck-Klimaan­ lage, mit mehreren parallel geschalteten und mit Rippen (5) versehenen, luftumströmten Verdampferroh­ ren (4), die von einem Verteilerraum (7) abzweigen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verdampferrohr (4) eine Expansionsvorrichtung (13) aufweist, mit Hilfe derer das im Verteilerraum (7) im wesentlichen im flüssigen Zustand vorliegende Kältemittel in den Verdampferrohren (4) in den gasförmigen Zustand übergeht.

3. Verdampfer nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der folgenden Merkmale:

• - die Expansionsvorrichtungen (13) sind als drosselnde Rohrabschnitte (Orfice-Tubes) in den Verdampferroh­ ren (4) ausgebildet,
• - die im wesentlichen horizontal verlaufenden Verdamp­ ferrohre (4) sind in vertikaler Richtung übereinan­ derliegend angeordnet,
• - in den Verteilerraum (7) mündet geodätisch obenlie­ gend eine Zufuhr-Druckleitung (2) in einen Bereich (12), in dem das Kältemittel im wesentlichen gasför­ mig vorliegt, während sich unterhalb dieses Gaspol­ ster-Bereiches (12) ein Bereich (11) mit flüssigem Kältemittel befindet, von dem die einzelnen Verdamp­ ferrohre (4) abzweigen,
• - die Verdampferrohre (4) münden auf der dem Ver­ teilerraum (7) abgewandten Seite in einem Sammelraum (8), der mit dem Verteilerraum (7) in wärmeübertra­ gender Verbindung steht,
• - der Verteilerraum (7) und der Sammelraum (8) befin­ den sich in einem seitlich der mit Rippen (5) verse­ henen Verdampferrohre (4) angeordneten Kasten (9), der eine vertikale, den Verteilerraum (7) vom Sam­ melraum (8) trennende und zugleich die wärmeübertra­ gende Verbindung herstellende Trennwand (10) auf­ weist.