DE10135859A1

DE10135859A1 - Kondensator mit Verteilungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10135859A1
Application number: DE10135859A
Authority: DE
Inventors: Hans-H Angermann; Roland Burk; Herbert Damsohn
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2003-02-13

Abstract

Bei einem Kondensator mit kältemittelführenden Leitungen (102), wobei das Kältemittel unter Verdampfung einer mittels einer Verteilungsvorrichtung (104) verteilten zu verdunstenden Flüssigkeit unterkühlt wird, ist die Verteilungsvorrichtung (104) für die zu verdunstende Flüssigkeit luftanströmseitig bezüglich der kältemittelführenden Leitung (102) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kondensator mit einer Verteilungsvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
Es ist bekannt, zur Steigerung der Kühlleistung und/oder des Wirkungsgrades einer Klimaanlage, insbesondere bei einer Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug, das anfallende Kondenswasser zu sammeln, um es am Kondensator der Klimaanlage wieder zu verdunsten. Bei der Verdunstung wird die benötigte Verdampfungswärme zumindest partiell dem Kältemittel als Energie entzogen, so dass das Kältemittel noch weiter abgekühlt (unterkühlt) wird.

Ein derartiger Verdunstungs-Wärmeübertrager für einen Kondensator ist aus der DE 199 59 566 A1 der Anmelderin bekannt. Dieser Verdunstungs-Wärmeübertrager weist eine aus Faltrippen gebildete Verdunstungsstruktur mit einem S-förmigen Querschnitt auf, wobei auf einer Seite jeder Faltrippe Kapillarspalte gebildet werden. Das Kondenswasser wird durch die in den Faltrippen ausgebildeten Kanäle geleitet und kann an den Kapillarspalten austreten, so dass es in einem die Faltrippen überstreichenden Luftstrom verdunsten kann. Nachteilig bei diesem Verdunstungs-Wärmeübertrager ist, dass es sich um ein separates Teil handelt, welches relativ teuer ist und zudem zusätzlichen Bauraum erfordert.

Bei einem weiteren, aus der ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehenden DE 199 28 172 A1 bekannten Kondensator ist ein mit in Rohrlängsrichtung verlaufenden, außenseitig angeordneten Vertiefungen versehenes Rohr für die Kühlflüssigkeit vorgesehen. Gemäß einer ersten Variante sind die Vertiefungen durch Metalldrähte unter Bildung von Kapillarspalten verschlossen, so dass Verdunstungskanäle ausgebildet werden. Durch die Kapillarspalte kann die zu verdunstende Flüssigkeit austreten. Gemäß einer zweiten Variante sind in den Vertiefungen Dochte oder Zwirne angeordnet, welche ebenfalls die zu verdunstende Flüssigkeit verteilen. Jedoch ist dieser Kondensator relativ schwer und teuer. Ferner bietet diese Verdunstungsstruktur eine zu geringe Verdunstungsoberfläche, um eine wirksame Unterkühlung des Kältemittels zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kondensator der eingangs genannten Art zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kondensator mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Hierbei wird bei dem erfindungsgemäßen Kondensator mit kältemittelführenden Leitungen, insbesondere Flachrohren, eine Verteilungsvorrichtung für die zu verdunstende Flüssigkeit, insbesondere Kondenswasser, auf einer Stirnseite, vorzugsweise luftanströmseitig, ggf. auch luftabströmseitig bezüglich der kältemittelführenden Leitung angeordnet. Die zu verdunstende Flüssigkeit wird mittels Zuleitungen zugeführt oder aber von einem Rippenbereich, der bereits ausreichend mit zu verdunstender Flüssigkeit versorgt ist, zum benachbarten Rippenpaket weitergeleitet (Kapillarbrücke). Die Flüssigkeit kann, unterstützt von dem Luftstrom und zusätzlich von den Kapillarkräften, in den Rippenbereich des Kondensators eindringen und durch die infolge der Verdunstung entzogenen Verdampfungswärme das in den Leitungen strömende Kältemittel unterkühlen.

Vorzugsweise weist die Verteilungsvorrichtung mindestens einen Spalt auf, durch den die zu verdunstende Flüssigkeit austritt. Dieser Spalt verläuft vorzugsweise luftanströmseitig parallel zu der kältemittelführenden Leitung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im und/oder vor und/oder nach dem Spalt ein fluiddurchlässiges Medium, insbesondere ein anorganischer Filz oder aber ein anderes poröses Material, jeweils vorzugsweise mit hydrophilen Eigenschaften, angeordnet. Der Flüssigkeitsaustritt wird dadurch vergleichmäßigt und reguliert, insbesondere in horizontaler Richtung. Alternativ kann auch der Filz o. ä. an den inneren Flächen der Verteilungsvorrichtung oder aber direkt an der Stirnseite der Leitung angebracht sein. Eine das fluiddurchlässige Medium bildende Schicht kann bspw. auch durch thermisches Spritzen von Pulvern, Prallbeschichtung von Pulvern oder Kepla-Coating erzeugt werden, an den inneren Flächen der Verteilungsvorrichtung und/oder der Stirnseite der Leitung.

Der Spalt zur Optimierung der Zufuhr der zu verdunstenden Flüssigkeit kann zwei Engstellen aufweisen.

Vorzugsweise weist der Verdunstungs-Wärmeübertrager zur Unterstützung der Flüssigkeitsverteilung und zur Vergrößerung der Verdunstungsoberfläche zumindest bereichsweise mindestens eine hydrophile Schicht auf. Dies kann bereits durch eine Gelb- oder Grünchromatierung gewährleistet werden, die zusätzlich eine korrosionsschützende Wirkung hat. Die Hydrophilität kann durch zusätzliche Hydrophilierung, z. B. durch einen hydrophilen Lack, weiter gesteigert werden. Die Chromatierung dient dazu als Haftgrund. Es ist aber auch möglich, einen hydrophilen Lack oder eine sonstige Hydrophilierung direkt auf den Kondensator-Grundwerkstoff aufzubringen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die kältemittelführenden Leitung vorzugsweise stirnseitig, vor- und/oder rückseitig Querriefen auf. Dabei verlaufen die Querriefen im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der Luft und des Kältemittels. Die Flüssigkeit kann dadurch unterstützt durch die Kapillarkräfte besser in die darunter liegenden Rippenpakete abfließen. Eine geringere Versperrung der luftseitigen Querschnittsfläche durch zwischen den Rippen stehendes Wasser und damit ein geringerer luftseitiger Druckabfall sind die Folge. Weiterhin wird die Verdunstungsoberfläche erhöht.

Dies kann auch dadurch erreicht werden, dass die luftanströmseitigen und/oder luftabströmseifigen Stirnseiten der kältemittelführenden Leitungen, die sich unterhalb der kältemittelführenden Leitungen befinden, an deren luftanströmseitigen Stirnseiten die zu verdunstende Flüssigkeit mittels der Verteilungsvorrichtung zugeführt wird, mit einem saugfähigen Material, z. B. einem hydrophilen Filz oder einer mit Fasern beflochtenen oder beklebten Metall-Leiste belegt werden (Kapillarbrücken). Dies kann bspw. durch Aufclipsen oder Aufkleben erfolgen. Die Breite des saugfähigen Materials entspricht ungefähr der Breite der Stirnseite der kältemittelführenden Leitung. Das saugfähige Material kann aber auch über die Breite der Stirnseite der kältemittelführenden Leitung hinausstehen, so dass sowohl das oben als auch das unten liegende Rippenpaket berührt wird. Dies sichert einen schnellen Transport der zu verdunstenden Flüssigkeit von dem oberen in das darunter liegende Rippenpaket. Die mit einem saugfähigen Material belegten Leisten können bspw. auch aus Kunststoff bestehen und/oder andere Querschnittsformen aufweisen.

Als optionales weiteres Merkmal können die Kapillarbrücken und/oder auch das Verteilerrohr zum zusätzlichen oder alternativen Korrosionsschutz aus einer unedleren Metalllegierung bestehen, so dass sie eine zusätzliche Funktion als Opferanode erfüllen.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Verteilungsvorrichtung für die zu verdunstende Flüssigkeit mit einer Clipverbindung luftanströmseitig an eine Leitung aufgeclipst. Dabei kann die Clipverbindung aus Metall oder Plastik sein. Auch eine Aufklammerung der Verteilvorrichtung ist möglich. Eine derartige Anbringung der Verteilungsvorrichtung bietet den Vorteil einer einfachen Montage und Demontage auf einen nicht zu verändernden Serienkondensator.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird die Verteilungsvorrichtung für die zu verdunstende Flüssigkeit im wesentlichen durch ein Blech gebildet, das fest mit dem Kondensator, insbesondere einer Leitung verbunden ist und in seiner Längsrichtung umgebogen ist. Dadurch entsteht eine Leitung für die zuzuführende zu verdunstende Flüssigkeit. Die Verbindung kann durch Löten, Kleben o. ä. erfolgen.

Eine besonders kostenreduzierte Fertigung ist möglich, wenn das Blech vor dem Biegen gemeinsam mit dem restlichen Kondensator gelötet wird und erst danach umgebogen wird, ggf. nach dem Einlegen, Aufkaschieren o. ä. eines wasserdurchlässigen Filzes o. ä. zur besseren Verteilung der zu verdunstenden Flüssigkeit.

Vorzugsweise ist die Verteilungsvorrichtung für die zu verdunstende Flüssigkeit luftanströmseitig vor dem Endbereich des Kondensators in einem Bereich angeordnet, in dem das Kältemittel nahezu oder vollständig kondensiert ist. Vorzugsweise erfolgt die Anbringung in Höhe des Beginns der Unterkühlstrecke oder noch höher. Dies erhöht die Verdunstungsoberfläche, da die zu verdunstende Flüssigkeit zu den darunter liegenden Reihen fließen kann, sofern sie noch nicht verdunstet ist. Bei Kondensatoren ohne Unterkühlstrecke ist die Verteilvorrichtung vorzugsweise im unteren Drittel oder Viertel des Kondensators anzubringen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von vier Ausführungsbeispielen, wovon zwei in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Verdunstungs-Wärmeübertrager gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Verdunstungs-Wärmeübertrager gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel und
Fig. 4 einen Schnitt durch eine Kapillarbrücke.
Fig. 1 zeigt einen Kondensator 1 einer Klimaanlage eines Fahrzeuges, bei dem durch Flachrohre 2 ein Kältemittel strömt. Das Kältemittel wird unter Verwendung von Kondenswasser als zu verdunstende Flüssigkeit weiter abgekühlt, insbesondere unterkühlt, um den Wirkungsgrad der Klimaanlage zu verbessern. Zur Vergrößerung der Verdunstungsoberfläche sind zwischen den Flachrohren 2 Bleche mit Rippen 3 angeordnet.
Das Kondenswasser wird mit Hilfe einer Verteilungsvorrichtung 4 luftanströmseitig einer Stirnseite 5 eines entsprechenden Flachrohres 2 zugeführt, wo es über einen Spalt 6 mit zwei Engstellen - einer inneren Engstelle 7 und einer äußeren Engstelle 8 - dosiert austritt. Zur Optimierung der Kondenswasserverteilung ist in den Spalt 6 ein Filz 9 eingelegt. Das Kondenswasser gelangt infolge des Luftstroms und der Kapillarkräfte zwischen die Rippen 3 der Bleche, wo es verdunstet und die dadurch entzogene Verdampfungswärme für zusätzliche Abkühlung des in den Flachrohren 2 strömenden Kältemittels sorgt.
Die Herstellung der Verteilungsvorrichtung 4 erfolgt teilweise bereits mit der Herstellung des Kondensators 1. So werden in den zu lötenden Kondensator 1 zwischen den Flachrohren 2 und den Blechen der Rippen 3 Bleche 10 eingelegt. Nach dem Lötvorgang werden die Bleche 10 unter Einlegung des Filzes 9 so umgeformt, dass die zuvor beschriebene Verteilungsvorrichtung 4 mit dem Spalt 6 und seinen beiden Engstellen 7, 8 entsteht.
Gemäß dem zweiten in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen sind, wird die Verteilungsvorrichtung 104 getrennt hergestellt und mittels einer Clipverbindung 111 auf den fertig gelöteten Kondensator geclipst.
Die Verteilungsvorrichtung 104 besteht aus einem Blech 110, das einen Bereich 112, in der Fig. 3 links dargestellt, mit etwa kreisförmigem Querschnitt, einem spaltförmigen Bereich 113, der die innere Engstelle 107 bildet und einem Endbereich 114, dessen Ränder aufgebogen sind, und einem anorganischen Filz 109, der von einem Randbereich des Bereichs 112 bis vor den Endbereich 114 reicht. Der Bereich 112 bildet dabei die Zuleitung für das Kondenswasser, welches als zu verdunstende Flüssigkeit über nicht dargestellte Leitungen zugeleitet wird. Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel wird das Kondenswasser durch den spaltförmiger Bereich 113, d. h. die innere Engstelle 107 und die äußeren Engstellen 108 aufgrund der Anpressung durch die Clipverbindung 111 zwischen dem Endbereich 113 und dem Flachrohr 102, wovon es aufgrund der symmetrischen Ausgestaltung zwei gibt, dosiert der Stirnseite 105 des Flachrohres 102 zugeleitet. Auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Zuleitung luftanströmseitig, wobei die Luftströmung in Fig. 3 durch einen Pfeil angedeutet ist.
Zur Optimierung der Kondenswasserverteilung ist die Oberfläche der Flachrohre 102, an welchen eine Verteilungsvorrichtung 104 aufgeclipst ist, sowie der dazugehörigen Bleche mit Rippen mit zumindest einer hydrophilen Schicht versehen. Alternativ kann auch der gesamte Kondensator mit einer entsprechenden Schicht versehen sein.
Die Verteilungsvorrichtung 104 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in der viertletzten Reihe angebracht. In diesem Bereich des Kondensators ist das Kältemittel bereits vollständig kondensiert, so dass es weiter unterkühlt werden kann. Das Kondenswasser kann, sofern die davor liegenden Rippen ihr maximales Kondenswasservolumen aufgenommen haben, auch bis zu den letzten Reihen gelangen, so dass das Kondenswasser optimal ausgenutzt werden kann. Ferner können die nach den bei der Verteilungsvorrichtung 104 liegenden Rippen zur Verdunstungsunterkühlung beitragen.
Teil der Verteilungsvorrichtung 104 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner Kapillarbrücken 115, die ebenfalls stirnseitig an den beiden darunterliegenden Reihen von Flachrohren 102 auf entsprechende Weise angeclipst sind (nicht dargestellt). Hierfür ist eine Metall-Leiste 116 vorgesehen, die an ihrer zur Stirnseite des entsprechenden Flachrohres 102 gerichteten Längsseite mit einer Faserbeflockung 117 versehen ist. In Fig. 4 ist der Transportweg des zu verdunstenden Kondenswassers von einer Wellenrippe 118 mit Kiemen 119 zur benachbarten Wellenrippe 118 durch eine Pfeil angedeutet.
Zum Schutz des Kondensators und insbesondere der Flachrohre 102 vor Korrosion ist die Verteilungsvorrichtung 104 als Opferanode ausgebildet, die aufgrund der Clipverbindungen bei Bedarf einfach ausgetauscht werden kann.
Gemäß dem dritten, nicht in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel, das im wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht, sind an den langen Seiten der Querrohre Querriefen in Strömungsrichtung der Luft vorgesehen. Diese Querriefen unterstützen das Eindringen des Kondenswassers in das darunterliegende Rippenpaket.
Gemäß einem weiteren, ebenfalls nicht in der Zeichnung dargestellten vierten Ausführungsbeispiel ist die Verteilungsvorrichtung nicht direkt an der Stirnseite eines Flachrohres angebracht, sondern ein Stück weit hiervon entfernt. Die Verteilungsvorrichtung kann bspw. durch entsprechend ausgeführte Klammern in einem solchen Abstand gehalten werden, dass der aus dem Wasserverteilrohr stehende Filz nach Abstellen der Klimaanlage schnell austrocknen kann. Dadurch wird die Korrosionsneigung des den Filz berührenden Teils des Flachrohres reduziert. In diesem Fall wird das Kondenswasser durch den Filz zur Stirnseite des Flachrohres transportiert, von wo es in den Rippenbereich eintritt und verdunstet. Bezugszeichenliste 1 Kondensator
2, 102 Flachrohre
3 Rippe
4, 104 Verteilungsvorrichtung
5, 105 Stirnseite
6, 106 Spalt
7, 107 innere Engstelle
8, 108 äußere Engstelle
9, 109 Filz
10, 110 Blech
111 Clipverbindung
112 Bereich (links)
113 spaltförmiger Bereich
114 Endbereich
115 Kapillarbrücke
116 Metall-Leiste
117 Faserbeflockung
118 Wellenrippen
119 Kiemen

Claims

1. Kondensator mit kältemittelführenden Leitungen (2; 102), wobei das Kältemittel unter Verdampfung einer mittels einer Verteilungsvorrichtung (4; 104) verteilten zu verdunstenden Flüssigkeit unterkühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsvorrichtung (4; 104) an einer Stirnseite der kältemittelführenden Leitungen (2; 102) angeordnet ist.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsvorrichtung (4; 104) für die zu verdunstende Flüssigkeit luftanströmseitig bezüglich der kältemittelführenden Leitung (2; 102) angeordnet ist.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsvorrichtung (4; 104) für die zu verdunstende Flüssigkeit mindestens einen Spalt (6; 106) aufweist, durch den die zu verdunstende Flüssigkeit austritt, und welcher parallel zu der kältemittelführenden Leitung (2; 102) verläuft.

4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im und/oder vor und/oder nach dem Spalt (6; 106) ein fluiddurchlässiges Medium angeordnet ist.

5. Kondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium ein anorganischer Filz (9; 109), insbesondere mit hydrophilen Eigenschaften ist.

6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (6; 106) zwei Engstellen (7, 8; 107, 108) aufweist. .

7. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (1) zumindest bereichsweise mindestens eine hydrophile Schicht aufweist.

8. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (102) Querriefen aufweist.

9. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsvorrichtung (104) zumindest eine Kapillarbrücke (115) aufweist, welche stirnseitig an einer Leitung (102) angeordnet ist.

10. Kondensator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarbrücken (115) ein saugfähiges Material (117) aufweisen.

11. Kondensator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarbrücken (115) eine Leiste (116) aufweisen.

12. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsvorrichtung (104) als Opferanode dient.

13. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsvorrichtung (104) für die zu verdunstende Flüssigkeit an eine Leitung (102) mittels einer Clipverbindung (111) aufgeclipst ist.

14. Kondensator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsvorrichtung (104) für die zu verdunstende Flüssigkeit durch die Clipverbindung (111) in Abstand zur Leitung (102) gehalten wird.

15. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsvorrichtung (4) für die zu verdunstende Flüssigkeit im wesentlichen ein Blech (10) aufweist, das fest mit dem Kondensator (1), insbesondere einer Leitung (2) verbunden und in Längsrichtung gebogen ist.

16. Kondensator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (10) angelötet ist.

17. Kondensator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (10) in einem Lötvorgang mit dem Verlöten des Kondensators (1) angelötet ist.

18. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsvorrichtung (4; 104) für die zu verdunstende Flüssigkeit luftanströmseitig vor dem Endbereich des Kondensators (1) in einem Bereich angeordnet ist, in dem das Kältemittel nahezu oder gar vollständig kondensiert ist.