Auf dem Markt befindliche Flachrohrverdampfer einer solchen Bauart haben mit soeben erst bekanntgewordenen Proto- typen eine Bautiefe von 60 mm, während die Bautiefe standard- mäßig bei vergleichbaren Plattenverdampfern 66 bis etwa 100 mm beträgt.

Wie schon die gattungsgemäße Veröffentlichung zeigt, bestand bisher das Bestreben, den Wirkungsgrad dann, wenn dies erwünscht ist, im Übergang auf mehr als zweiflutige Verdampfer zu erhöhen.

Darüber hinaus hat man sowohl bei zweiflutigen als auch bei mehr als zweiflutigen Verdampfern sich bemüht, die einzelnen Flachrohre mit einem möglichst gleich bleibenden Verhältnis von flüssigem zu gasförmigem Kältemittel zu be- schicken und hierfür, wie dies auch schon gattungsgemäß vor- gesehen ist,. zulaufseitig das Kältemittel auf die Eingänge von Gruppen von Flachrohren zu verteilen. Äquivalent hierzu ist in der Gattung auch die momentan nicht aus dem Stand der Technik für Flachrohrverdampfer nachweisbare Idee mit einbe- zogen, diese Verteilung auch noch in bezug auf jedes einzelne Flachrohr vorzunehmen. Eine derartige Verteilung auf einzelne Rohre eines Verdampfers, nicht jedoch ausdrücklich eines Flachrohrverdampfers, ist an sich aus der EP-A1-0 566 899 be- kannt.

Bei allen derartigen Verteilungen des zulaufseiti- gen Kältemittels auf Flachrohre erfolgt zugleich eine Vertei- lung auf alle Kammern des jeweiligen Flachrohres, die sich in Richtung der Bautiefe des Verdampfers hintereinander er- strecken. Die Bautiefe des Verdampfers ist dabei im Grenzfall mit der entsprechenden Breitendimension des Flachrohres iden- tisch. Die Breitendimension des Flachrohres kann jedoch auch etwas geringer sein, insbesondere, wenn man einen entspre- chenden stirnseitigen Überstand der Verrippung durch die Zickzacklamellen mit einbezieht.

Nun ist gerade beim Einbau von Bauteilen in Kraft- fahrzeuge ein Hauptproblem immer der verfügbare Einbauraum im Kraftfahrzeug. Es besteht daher generell bei Bauelementen zum Einbau in Kraftfahrzeuge das Bestreben, die Außendimensionen bei vorgegebener Nutzleistung minimal zu halten. Es ist dabei als selbstverständlich vorauszusetzen, daß dieser Grundge- danke auch bei all den bekannten gattungsgemäßen Flachrohr- verdampfern, die sich auf dem Markt befinden, zugrunde lag.

Daraus ist herzuleiten, daß die Fachwelt bisher bei derarti- gen Flachrohrverdampfern bei Berücksichtigung aller Anforde- rungen eine Bautiefe von weniger als 60 mm nicht als geeignet in Betracht zog.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß diese Annahme auf einem Vorurteil beruht.

Die Erfindung beruht vielmehr auf der Erkenntnis, daß selbst bei sonst gleichbleibenden Parametern bekannter gattungsgemäßer Flachrohrverdampfer eine Verringerung der Bautiefe mindestens teilweise dadurch kompensiert wird, daß dabei der Wirkungsgrad der Verteileinrichtung erhöht wird.

Denn bei verringerter Bautiefe braucht zulaufseitig das Käl- temittel nur auf eine geringere Zahl von Kammern der Flach- rohre pro vom Verteilkanal gespeister Eintrittskammer ver- teilt zu werden.

In diesem Sinne beschreibt die Erfindung einen Weg, statt über den Weg der Erhöhung der Anzahl der Fluten über die Zweiflutigkeit hinaus eine Optimierung durch Verringerung der Bautiefe zu erhalten.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zu- grunde, den Wirkungsgrad eines gattungsgemäßen zweiflutigen Flachrohrverdampfers in einer konstruktiv besonders einfachen Weise zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird bei einem Flachrohrverdampfer mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Wertekombination dessen Kennzeichens gelöst ; dabei wird nicht nur ein geringer Bautiefenbereich ausgewählt, sondern zusätz- lich der von einer Zickzacklamelle eingenommene Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Flachrohren wertemäßig festgelegt.

Die Bedeutung dieser Wertekombination läßt sich am besten beispielsweise erklären. Wenn man also beispielsweise von der kleinsten konventionellen Bautiefe von 60 mm statt- dessen im Sinne eines mittleren Wertes der erfindungsgemäßen Kombination auf 42 mm übergeht und dabei auch den Zwischen- raum zwischen den Flachrohren kleiner als üblich oder jeden- falls im erfindungsgemäßen Wertebereich wählt, erhält man eine Konfiguration, bei der die für ein Kraftfahrzeug wesent- liche Einsparung an Bautiefe weitgehend durch eine relativ große Anzahl nebeneinander angeordneter Flachrohre kompen- siert wird. Diesem Effekt überlagert sich die schon erörterte bessere Verteilung des Kältemittels im günstigen Sinne. Die konstruktiv besonders einfache Bauart des erfindungsgemäßen zweiflutigen Flachrohrverdampfers ist schon daran zu erken- nen, daß die Erhöhung des relativen Wirkungsgrades eine ge- rade bei dem geringen Einbauraum von Kraftfahrzeugen wesent- liche deutliche Einsparung an Bautiefe ermöglicht, ohne die Wärmeleistung des Verdampfers zu verschlechtern zu müssen.

Dabei erfolgt auch eine Einsparung an Baumaterial in Bautie- fenrichtung und durch Mehrflutigkeit bedingte Längsquerwände werden entbehrlich.

Die EP-A2-0 414 433 zeigt nicht wie der erfindungs- gemäße Flachrohrverdampfer eine in Luftrichtung einreihige Ausbildung, welche die Bautiefe bestimmt, sondern eine in Luftrichtung zweireihige Ausbildung (sogenannte Duplex-Anord- nung) auch eines Verdampfers (Sp. 6, Z. 34-37) mit zwei auch Flachrohre verwendenden separaten Wärmetauscherblöcken, die mit gegenseitigem Abstand in Luftrichtung hintereinander an- geordnet sind. Dieser Anordnung liegt das Konzept zugrunde, die Wärmeleistung im Gegensatz zur Erfindung nicht unter Ver- ringerung, sondern unter Erhöhung der Einbautiefe zu gewin- nen. Selbst bei Überlappung von Bemessungen im einzelnen Wär- metauscherblock dieser Duplex-Anordnung mit der erfindungsge- mäßen Wertekombination kann dadurch die erfindungsgemäße Kom- bination bei einem Flachrohrverdampfer mit einreihiger Aus- bildung nicht angeregt werden.

Die DE-A1-30 20 424 betrifft allgemein einen Wärme- tauscher in Bauweise mit Flachrohren, der unter den Bedingun- gen eines Motorkühlers von Kraftfahrzeugen entwickelt ist.

Diese Vorveröffentlichung geht als Stand der Technik von ei- nem Motorkühler mit einer Bautiefe von 32 bis 35 mm aus und erniedrigt diese in einer anderen Wertekombination auf 23 mm und weniger. Eine Übertragung dieser Bedingungen eines Wärme- tauschers wie eines Wasserkühlers bei Kraftfahrzeugen auf ei- nen Flachrohrverdampfer bei Kraftfahrzeugen ist nicht mög- lich. Dies wird schon daran deutlich, daß ja die konventio- nellen Flachrohrverdampfer bisher keine kleinere Einbautiefe als 60 mm kannten.

In den weiteren Unteransprüchen erfolgt eine be- gleitende Optimierung von im Zusammenhang mit der Erfindung als wesentlich erkannten Parametern, die es im Zusammenspiel sogar ermöglichen, die Wärmeleistung von marktüblichen gat- tungsgemäßen Flachrohrverdampfern nicht nur zu erreichen, sondern sogar etwas zu übertreffen.

Neben der schon erwähnten Bautiefe und dem jeweils von einer Zickzacklamelle eingenommenen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Flachrohren (Ansprüche 2 und 3 sowie An- sprüche 4 und 5) erfolgt dabei eine begleitende Optimierung auf die zwischen ihren Flachseiten gemessene Dicke der Flach- rohre (Ansprüche 6 bis 9), die Wandstärke der Flachrohre zwi- schen ihrer Außenfläche und ihrer jeweiligen inneren Kammer (Ansprüche 10 bis 14) und auf die Teilung der Zickzacklamel- len (Ansprüche 15 bis 19). Die Länge der Flachrohre hat sich demgegenüber als unkritisch erwiesen und kann dem entspre- chenden Platzangebot im Kraftfahrzeug angepaßt werden.

Im Rahmen der Erfindung wird, teilweise abweichend von dem Gebrauch in einigen Fachfirmen, unter Teilung der Ab- stand benachbarter Scheitel derselben Zickzacklamelle ver- standen bzw. der Wiederholungsabstand gleicher Phasen der Zickzackwellung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schemati- scher Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 in perspektivischer und teilweise aufgebro- chener Darstellung ein Beispiel eines zweiflutigen Flachrohr- verdampfers, auf den sich die Maßangaben der Erfindung be- ziehen ; Fig. 2 eine Draufsicht auf den Rohrboden des als Verteiler dienenden Sammlers aus dessen Innenraum, und zwar bezogen auf eine Eintrittskammer in eine Gruppe von Flachroh- ren ; Fig. 3 einen Querschnitt durch den mit Zickzackla- mellen sandwichartig verrippten Block der Flachrohre des Ver- dampfers gemäß Fig. 1 und Fig. 2 ; Fig. 4 ein Diagramm mit der Bautiefe B als Ab- szisse, der Wärmetauscherkennzahl k x AA als Ordinate und dem Zwischenraum LH als Parameterkurvenschar, Fig. 5 ein Diagramm mit dem freien Abstand LH als Abszisse, der Versperrung der Flachrohre bezogen auf die ge- samte Anströmfläche in % als Ordinate und der Rohrdicke d als Parameterkurvenschar, Fig. 6 ein Diagramm mit der Bautiefe B des Verdamp- fers als Abszisse, der Strömungsquerschnittsfläche F für das Kältemittel als Ordinate und des Zwischenraums LH als Parame- terkurvenschar, Fig. 7 ein Diagramm mit der Bautiefe B als Ab- szisse, dem Wärmetauscherwirkungsgrad n als Ordinate und der Lamellenteilung T als Kurvenschar.

Der in Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellte Flachrohrver- dampfer besteht in allen seinen dargestellten Teilen aus Alu- minium oder einer Aluminiumlegierung und ist auf seinen Tei- len hartverlötet.

Die Flachrohre 2 weisen jeweils parallele gleichar- tige Flachseiten 4 sowie stirnseitige Enden 6 auf, die ohne Beschränkung der Allgemeinheit hier ein Stromlinienprofil haben, ebenso aber auch anders gerundet oder gar eckig bzw. stumpf rechtwinklig zu den Flachseiten ausgebildet sein kön- nen. Innerhalb jedes Flachrohres sind als jeweils durchge- hende Kanäle Kammern 8 durch Zwischenwände 10 abgeteilt. Die im Rahmen der Erfindung in Betracht gezogene Anzahl im we- sentlichen gleich groß dimensionierter Kammern liegt vorzugs- weise zwischen 5 und 15 je nach tatsächlicher Bautiefe.

Die Flachrohre 2 sind mit jeweils konstantem gegen- seitigen Abstand LH als Block über sandwichartig zwischenge- schaltete Zickzacklamellen miteinander verrippt, die auf der Lufteintrittsseite vorzugsweise mit den betreffenden Stirn- seiten 6 bündig sind und für besseren Wasserablauf an der Luftaustrittsseite vorzugsweise etwas gegenüber der dortigen Flachseite 6 gemäß der zeichnerischen Darstellung in Fig. 3 überstehen. In Fig. 3 ist auch die Bautiefe B als Abstand der beiden Stirnfronten der Zickzacklamellen 12 in Anström- richtung LR der Außenluft angegeben, wobei anströmseitig wie erwähnt die Stirnfront mit der betreffenden Stirnseite 6 der Flachrohre bündig ist bzw. in Querrichtung der Anströmrich- tung LR fluchtet, während abströmseitig die Stirnfront über die benachbarten Stirnseiten L der Flachrohre 2 übersteht.

Der gegenseitige Abstand benachbarter Flachseiten 4 eines Paares benachbarter Flachrohre 2 ist deswegen mit LH bezeichnet, weil er identisch ist mit der sogenannten Lamel- lenhöhe der jeweiligen Zickzacklamelle.

Jedes Flachrohr 2 hat eine zwischen seinen beiden entgegengesetzten Flachseiten 4 gemessene Rohrdicke d sowie eine Wandstärke w zwischen jeder Kammer 8 und der äußeren Flachseite 4 des betreffenden Flachrohres 2.

Jede Zickzacklamelle 12 hat ferner eine Teilung T, welche den Abstand benachbarter gleichartiger Phasen der Zickzacklamelle beschreibt wie etwa den Abstand benachbarter Scheitel an einer Seite der betreffenden Zickzacklamelle.

Die äußere Beaufschlagung der als Wärmetauschrohre des Verdampfers dienenden Flachrohre 2 erfolgt durch Außen- luft im Kraftfahrzeug entsprechend dem Pfeil LR (Luftrichtung) in Fig. 1 und Fig. 3.

Die innere Beaufschlagung jedes Flachrohres 2 ist zweiflutig entsprechend dem Umkehrpfeil UP in Fig. 1. Für die Strömungsumkehr an dem einen Ende der jeweiligen Flachrohre im Block dienen gemäß Fig. 1 einzelne Endkappen 14, deren Funktion aber auch von einem gemeinsamen Umlenkkasten oder sonstigen strömungsmäßigen Umlenkglied übernommen werden kann.

Die Zuleitung des Kältemittels in den Verdampfer erfolgt entsprechend dem Zulaufpfeil Z in Fig. 1 durch einen Anschlußstutzen 16 an der Stirnseite eines Sammelkastens 18 aus Rohrboden 20 und Deckel 22. Die den Endkappen 14 abge- wandten Enden der Flachrohre 2 sind dabei in Schlitzen oder äußeren und/oder inneren Kragen des Rohrbodens 20 so aufge- nommen, daß sie mit dem Innenraum des Sammlers 18 kommunizie- ren können.

Der zulaufseitige Anschlußstutzen 16 des Sammlers 18 geht in diesem in ein Verteilrohr 24 einer Verteileinrich- tung über, das an seinem freien Ende abgeschlossen ist und an seinem Umfang je eine Austrittsöffnung 26 aufweist, die je- weils mit einer Eintrittskammer 28 einer Gruppe von mehr als einem im Rohrboden 20 steckenden Flachrohr 2 kommuniziert.

Die Zahl der einer Eintrittskammer zugeordneten Flachrohre kann dabei vom Abstand der jeweiligen Austrittsöffnung 26 in Abhängigkeit vom Anschlußstutzen 16 wechseln, was in Fig. 2 jedoch nicht realisiert ist, wo ohne Beschränkung der Allge- meinheit jeweils zwei Flachrohre mit jeweils einer Eintritts- kammer 28 kommunizieren. Praktisch kommt im Zusammenhang mit der Erfindung insbesondere die Anzahl von nur einem Flachrohr 2 pro Eintrittskammer bis zu fünf Flachrohren pro Eintritts- kammer in Frage, und zwar wie erwähnt sowohl mit Konstanz dieser Zahl als auch mit angepaßter Veränderlichkeit zwischen den genannten Grenzen 1 und 5.

Die in Strömungsrichtung des Kältemittels zweite Flut aller Flachrohre kommuniziert mit einer gemeinsamen Aus- trittskammer 30 im Sammler 18, welche sich über deren gesamte Länge erstreckt und von einer sich ebenfalls längs des Samm- lers 18 in diesem erstreckenden Längstrennwand 32 von den einzelnen Eintrittskammern 28 strömungsmäßig getrennt ist.

Die Eintrittskammern 28 ihrerseits sind voneinander durch Querwände 34 mindestens großenteils oder gänzlich getrennt.

Die Querwände 34 erstrecken sich dabei rechtwinklig von der der Ausgangskammer 30 abgewandten Seite der Längstrennwand 32 aus.

Die Ausgangskammer 30 kommuniziert mit einem äuße- ren Strömungsaustritt 36 des Kältemittels aus dem Verdampfer.

Der Strömungsaustritt kann wie der Eintrittsstutzen 16 ebenfalls als äußerer Anschlußstutzen gemäß der zeichneri- schen Darstellung in Fig. 1 gestaltet sein. Ebenfalls kommen natürlich Strömungseintritt und Strömungsaustritt auf jede andere mögliche Gestaltung in Frage, auch eine solche, bei der die beiden Austritte an entgegengesetzten Stirnseiten des Sammlers 18 vorgesehen sind. Ebenso könnte man daran denken, den Strömungsaustritt oder in besonderer Konstruktionsweise, etwa unter Verwendung von Druckguß, auch den Strömungsein- tritt an der Längsseite des Sammlers 18 vorzusehen. Schließ- lich ist im Rahmen der Erfindung auch nicht ausgeschlossen, daß die eingangsseitigen und die ausgangsseitigen Sammelein- richtungen von gesonderten Sammlern gebildet sind, so daß dann die Längsquerwand 32 bei jedem dieser gesonderten Samm- ler entfällt.

Im Diagramm der Fig. 4 ist die Wärmetauscherkenn- zahl (k x AA) über der Bautiefe (B) des Flachrohrverdampfers aufgetragen. Die Wärmetauscherkennzahl wird gebildet aus dem Produkt der Wärmedurchgangszahl (k) und der gesamten äußeren luftberührten Fläche (A) und besitzt die Einheit Watt/Kelvin. Die Bautiefe ist in Millimeter aufgetragen. Die gestrichelte Kurve gilt für einen von der Lamelle eingenomme- nen Zwischenraum LH = 5 mm, die strichpunktierte Kurve gilt für LH = 7 mm, die durchgezogene Kurve für LH = 9 mm.

Die gesamte Kurvenschar (LH) gilt für eine Rohr- dicke d = 1,8 mm und eine Lamellenteilung T = 2,8 mm.

Fig. 4 veranschaulicht den überraschenden Effekt der Erfindung, daß bei entsprechender Wahl der Rohrdicke (d) sowie des von der Lamelle eingenommenen Zwischenraums (LH) die Wärmetauscherkennzahl (k x AA) bei Halbierung der Bau- tiefe (B) noch konstant gehalten werden kann.

So kann z. B. ein Verdampfer mit einer Bautiefe von 60 mm auf eine solche von ca. 30 mm verkleinert werden, wenn der von der Lamelle eingenommene Zwischenraum (LH) von 9 mm auf 5 mm reduziert wird und eine Rohrdicke von d = 1,8 mm zum Einsatz kommt. Trotz erheblich geringerer äußerer Flache, aber auch bei geringerer innerer Wärmeübertragungsfläche wird diese Leistungsgleichheit bei halbierter Bautiefe (B) er- reicht, da die fehlende innere und äußere Wärmeübertragungs- fläche durch eine verbesserte Kältemittelverteilung in den Flachrohren reduzierter Bautiefe (B) und durch erheblich hö- here Wärmeübergangszahlen sowohl auf der Innen-als auch auf der Außenseite kompensiert wird.

Durch die Bautiefenhalbierung entstehen beim Ein- satz des Verdampfers in Kraftfahrzeugklimaanlagen erhebliche Vorteile bezüglich des Einbauraumes und des Gewichtes.

Bei der Reduzierung des von der Lamelle eingenomme- nen Zwischenraumes (LH) muß gemäß Fig. 5 darauf geachtet wer- den, daß die luftseitige Versperrung (V) der Flachrohre, die in Fig. 5 als Ordinate in Prozent aufgetragen ist, nicht zu groß wird, da sonst bei einer vorgegebenen Luftmenge die Luftgeschwindigkeiten in dem von der Lamelle eingenommenen Zwischenraum (LH) zu groß werden und das Kondenswasser nicht mehr im Lamellenblock in den Zickzacklamellen ablaufen kann, ohne daß es von der Luft mitgerissen wird.

Bei den in Kraftfahrzeugen vorgegebenen Bauräumen und Luftvolumenströmen sollte daher eine luftseitige Versper- rung von 22% nicht überschritten werden. Dies bedeutet, daß bei Reduzierung des von der Lamelle eingenommenen Zwischen- raumes (LH) ebenfalls die Rohrdicke (d) reduziert werden muß.

Bei einem Zwischenraum (LH) von 5 mm sollte daher eine Rohr- dicke (d) von 1-1,5 mm und bei einem Zwischenraum (LH) von z. B. 7 mm eine solche von 1,5-2 mm zum Einsatz kommen.

Neben der luftseitigen Versperrung der Flachrohre, die entscheidend für den Kondenswasserablauf, aber auch für den luftseitigen Druckverlust ist, ist weiterhin die Strö- mungsfläche (F) von entscheidender Bedeutung.

Fig. 6 zeigt den Zusammenhang der Strömungsfläche (F) (mm) und der Bautiefe (B) (mm) mit dem freien Zwischen- raum (LH) für eine Rohrdicke von d = 1,8 mm. Die gestrichelte Linie gilt dabei für einen Zwischenraum (LH) von 5 mm, wäh- rend die durchgezogene Linie für LH = 9 mm gilt.

Für eine maximale Leistung muß einerseits die in- nere Wärmeübergangszahl sehr hoch sein, was durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und einen kleinen Strömungsquer- schnitt (F) erreicht wird, und andererseits darf auch der kältemittelseitige Druckverlust durch eine zu hohe Strömungs- geschwindigkeit nicht zu groß werden, da sonst die wirksame Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und der anströ- menden Umgebungsluft zu stark reduziert wird. Für das Maximum des Produkts zwischen der wirksamen Temperaturdifferenz und der inneren Wärmeübergangszahl ist für den mittleren Lei- stungsbereich der Kraftfahrzeugklimaanlagen eine Strömungs- fläche (F) von 400-600 mm erfoderlich. Diese Mindestströ- mungsfläche (F) kann bei Reduzierung der Bautiefe (B) gemäß Fig. 6 durch eine Erhöhung der Rohranzahl und damit durch eine Reduzierung des von der Lamelle eingenommenen Zwischen- raumes (LH) wirkungsvoll erreicht werden.

Bei gleichzeitiger Verringerung der Rohrdicke (d) in Verbindung mit einer verkleinerten Wandstärke (w) kann auch bei reduziertem Zwischenraum (LH) ein Anstieg der luft- seitigen Versperrung (V) vermieden werden.

Durch die aufeinander abgestimmte Auslegung des Zwischenraumes (LH), der Rohrdicke (d) sowie der Wandstärke des Rohres (w) kann die in Fig. 4 gezeigte Konstanthaltung der Wärmetauscherkennzahl (k x AA) bei halbierter Bautiefe erreicht werden. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn die Lamellenteilung (T) z. B. wie in Fig. 1 mit T = 2,8 mm nicht zu groß gewählt ist.

Fig. 7 zeigt den Einfluß der Lamellenteilung (T) auf den Wärmetauscherwirkungsgrad (n), der als Ordinate über der Bautiefe (B) als Abszisse aufgetragen ist. Die Parameter- kurven für die Lamellenteilung (T) gelten für eine konstante Lamellenhöhe (LH) von 7 mm sowie für eine konstante Rohrdicke von d = 1,8 mm.

Überraschenderweise ist bei Flachrohrverdampfern der im Oberbegriff beschriebenen Bauart der Einfluß der La- mellenteilung bei kleinen Bautiefen erheblich stärker als bei sonst üblichen großen Bautiefen von mehr als 60 mm. Diese Wirkung kann zusätzlich zu den Einflüssen des Zwischenraumes (LH), der Rohrdicke (d) und der Wandstärke (w) bei Verdamp- fern mit kleinen Bautiefen nutzbar gemacht werden, so daß ge- rade im Bereich der Bautiefen von 20-40 mm eine erhebliche Steigerung im Wärmetauscherwirkungsgrad durch eine engere La- mellenteilung von T = 2 bis T = 3 mm erreicht wird, die bei bisher üblichen Bautiefen von mehr als 60 mm nicht absehbar war.