DE102006035994A1 - Automotive air conditioning system, heat exchanger, in particular radiator, for such a motor vehicle air conditioning system and method for operating a heat exchanger of an automotive air conditioning system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugklimaanlage, einen Wärmeübertrager, insbesondere Heizkörper, für eine derartige Kraftfahrzeugklimaanlage, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmeübertragers einer Kraftfahrzeugklimaanlage.The The invention relates to an automotive air conditioning system, a heat exchanger, especially radiators, for one Such automotive air conditioning system, and a method of operation a heat exchanger an automotive air conditioning system.
Wärmeübertrager sind häufig so ausgelegt, dass dann, wenn eine Umlenkung des Gases bzw. Fluids im Inneren der Rohre in der Tiefe erfolgt, die Strömungsrichtung der den Wärmeübertrager durchströmenden Luft, über das gesamte Wärmeübertragernetz gleich ist.Heat exchanger are common designed so that, if a diversion of the gas or fluid inside the tubes takes place in depth, the flow direction the heat exchanger flowing through Air, over the entire heat exchanger network is equal to.
Wird der Volumenstrom auf der Innenseite eines Wärmeübertragers in der Tiefe umgelenkt, so geschieht dies bei bisher bekannten Ausführungsformen über das gesamte Heiznetz durchgängig.Becomes the volume flow on the inside of a heat exchanger deflected in depth, So this happens in previously known embodiments of the entire heating network throughout.
In der Regel ist die Strömungsrichtung der Luft durch das Wärmeübertragernetz in den bekannten Wärmeübertragern so, dass der Volumenstrom im Inneren der Rohre bezüglich der durchströmten Luft eine Kreuzgegenströmung darstellt bzw. bewirkt. Dies ist auch thermodynamisch zweckmäßig, da die Luft auf diese Art und Weise bei der Ausgestaltung als Heizkörper die höchste bzw. eine hohe oder bei der Ausgestaltung als Verdampfer die geringste bzw. eine geringe gewünschte Austrittstemperatur erreicht.In the rule is the flow direction the air through the heat exchanger network in the known heat exchangers such that the volume flow inside the tubes with respect to the flowed through air a cross counterflow represents or causes. This is also thermodynamically appropriate since the air in this way in the design as a radiator, the highest or a high or in the embodiment as the evaporator the lowest or a small desired Outlet temperature reached.
Für bestimmte Anwendungsfälle kann es allerdings zweckmäßig oder gar notwendig sein, den Wärmeübertrager, speziell das Wärmeübertragernetz, "aufzuteilen" und unter unschiedlichen Luftrichtungen zu durchströmen.For certain use cases However, it may be appropriate or even necessary, the heat exchanger, specifically the heat exchanger network, "split" and under different Airstreams to flow through.
Ein
Beispiel für
eine solche Ausgestaltung ist in der
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen leistungsfähigen Wärmeübertrager zu schaffen, und zwar insbesondere einen leistungsfähigen Wärmeübertrager, welcher sich als Heizkörper für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs einsetzen lässt.Of the The invention is based on the object, a powerful heat exchanger to create, and in particular a powerful heat exchanger, which turns out to be a radiator for air conditioning a motor vehicle can be used.
Erfindungsgemäß wird nun ein Wärmeübertrager gemäß Anspruch 1 oder gemäß Anspruch 4 vorgeschlagen. Eine erfindungsgemäße Klimaanlage ist Gegenstand des Anspruchs 12. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 14. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention will now a heat exchanger according to claim 1 or according to claim 4 proposed. An air conditioning system according to the invention is the subject of claim 12. An inventive method is the subject of claim 14. Preferred developments are subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird nun insbesondere eine Wärmeübertrager-Vorrichtung für eine Kraftfahrzeugklimaanlage vorgeschlagen, die beispielsweise als Heizkörper-Vorrichtung für eine Kraftfahrzeugklimaanlage ausgebildet ist. Die Wärmeübertrager-Vorrichtung weist einen ersten Kühlmittelkasten und einen von diesem ersten Kühlmittelkasten beabstandeten zweiten Kühlmittelkasten auf. Ferner weist die Wärmeübertrager-Vorrichtung eine Vielzahl von Rohren auf, die beispielsweise als Flachrohre ausgebildet sind und mittels welchen der erste Kühlmittelkasten und der zweite Kühlmittelkasten strömungstechnisch verbunden sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass diese Rohre, die insbesondere als Flachrohre ausgebildet sein können, parallel zueinander ausgerichtet sind. Es kann vorgesehen sein, dass die einander gegenüberliegenden Stirnseiten dieser Flachrohre offen ausgebildet sind und zwischen diesen Stirnseiten ein jeweils durchgehender, gerader Kanal in den Rohren ausgebildet wird.According to the invention will now in particular a heat exchanger device for one Automotive air conditioning system proposed, for example, as a radiator device for one Automotive air conditioning system is formed. The heat exchanger device has a first coolant box and one of this first coolant box spaced second coolant box on. Furthermore, the heat exchanger device a variety of tubes, for example, as flat tubes are formed and by means of which the first coolant box and the second Coolant tank aerodynamically are connected. It can be provided that these tubes, the may be formed in particular as flat tubes, aligned parallel to each other are. It can be provided that the opposing End faces of these flat tubes are open and formed between These end faces in each case a continuous, straight channel in the Pipes is formed.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Flachrohre so zueinander angeordnet sind, dass sie Rohrzwischenräume für eine Luftdurchströmung ausbilden. In zweckmäßiger Weiterbildung ist vorgesehen, dass in derartigen Rohrzwischenräumen Wellrippen vorgesehen sind. Die Anordnung der Rohre bildet somit einen Rohr-Block bzw. wird von der Anordnung von Rohren und Wellrippen ein Rohr/Rippen-Block gebildet.It is provided in particular that the flat tubes are arranged to each other are that they have pipe spaces for one Form air flow. In an expedient development is provided that provided in such pipe interstices corrugated fins are. The arrangement of the tubes thus forms a tube block or From the arrangement of pipes and corrugated fins is a tube / rib block educated.
Die Kühlmittelkästen mit den diese Kühlmittelkästen strömungstechnisch verbindenden Rohren sind für die Bildung eines – bei einer Luftdurchströmung der in einem ersten Abschnitt des Rohr- oder Rohr/Rippenblockes gegebenen Rohrzwischenräume und einer zeitgleich hierzu entgegengesetzt gerichteten Luftdurchströmung der in einem zweiten Abschnitt dieses Rohr- oder Rohr/Rippenblockes gegebenen Rohrzwischenräume – in diesen beiden Abschnitten, d.h. im ersten und im zweiten Abschnitt, jeweils nach dem Kreuzgegenstrom-Prinzip wirkenden Wärmeübertragers ausgebildet.The Coolant boxes with the flow of these coolant boxes connecting pipes are for the formation of a - at an air flow in a first section of the tube or tube / fin block given pipe spaces and at the same time oppositely directed air flow of the in a second section of this pipe or pipe / rib block given pipe interspaces - in this both sections, i. in the first and in the second section, respectively formed according to the cross counterflow principle acting heat exchanger.
Die Rohre bzw. Flachrohre können auch mehrere parallel zueinander ausgebildete Kanäle aufweisen.The Tubes or flat tubes can Also have a plurality of channels formed parallel to each other.
Die Rohre bzw. Flachrohre können beispielsweise so angeordnet sein, dass sie eine (Flach-)Rohrreihe ausbilden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Rohre bzw. Flachrohre so angeordnet sind, dass sie mehrere parallel zueinander angeordnete (Flach-)Rohrreihen ausbilden.The Tubes or flat tubes can For example, be arranged so that they have a (flat) tube row form. It can also be provided that the tubes or flat tubes are arranged so that they are arranged several parallel to each other Form (flat) tube rows.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Wärmeübertrager so gestaltet, dass Kühlmittel in den einen der beiden Kühlmittelkästen zuströmt, von diesem über Rohre bzw. Flachrohre in den anderen der beiden Kühlmittelkästen strömt, dort umgelenkt wird und über Rohre bzw. Flachrohre zurück in den ersten Kühlmittelkasten strömt, den es dann durch entsprechende Austrittsöffnungen verlässt.In an advantageous embodiment of the heat exchanger is designed so that coolant flows into one of the two coolant tanks, flows from this through pipes or flat tubes in the other of the two coolant tanks, is deflected there and flows back through pipes or flat tubes in the first coolant box, which it then leaves through corresponding outlet openings.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Rohre bzw. Flachrohre so zueinander angeordnet sind, dass sie Rohrzwischenräume für eine Luftdurchströmung ausbilden. In zweckmäßiger Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in derartigen Rohrzwischenräumen Wellrippen vorgesehen sind.It is particularly provided that the tubes or flat tubes to each other are arranged to form pipe spaces for air flow. In an expedient embodiment is provided that provided in such pipe interstices corrugated fins are.
Sofern mehrere Rohrreihen oder Kanalreihen vorgesehen sind, kann vorgesehen sein, dass für jede dieser Rohr- oder Kanalreihen separate Wellrippen vorgesehen sind, oder es kann vorgesehen sein, dass für diese Rohr- oder Kanalreihen gemeinsame Wellrippen vorgesehen sind.Provided several rows of tubes or channel rows are provided, can be provided be that for each these pipe or channel rows are provided separate corrugated fins, or it may be provided that for these pipe or channel rows common corrugated ribs are provided.
In zweckmäßiger Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sämtliche Zulaufstutzen, von denen in zweckmäßiger Ausgestaltung einer oder mehrere vorgesehen sind, und sämtliche Ablaufstutzen, von denen in zweckmäßiger Ausgestaltung ebenfalls einer oder mehrere vorgesehen sind, an dem gleichen Kühlmittelkasten angeordnet sind bzw. in den gleichen Kühlmittelkasten münden.In expedient embodiment is provided that all Zulaufstutzen, of which in an appropriate embodiment of one or several are provided, and all Drain sockets, of which in an appropriate embodiment also one or more are provided on the same coolant box are arranged or open into the same coolant box.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Wärmeübertrager so ausgebildet ist, dass die ihn durchströmenden Medien zumindest in einem Abschnitt einen Kreuzgegenstrom bewirken und in zumindest in einem Abschnitt einen Kreuzstrom. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Wärmeübertrager so ausgebildet ist, dass er trotz unterschiedlich orientierter Luftdurchströmung nicht sowohl einen Kreuzgegenstrom als auch einen Kreuzgleichstrom bewirkt bzw. bewirken kann.In advantageous embodiment is provided that the heat exchanger is designed so that the media flowing through it at least in one Section cause a cross counterflow and in at least one Section a cross-flow. It is especially provided that the heat exchanger is designed so that it does not despite differently oriented air flow causes both a cross countercurrent and a cross dc or can cause.
Zumindest einer der beiden Kühlmittelkästen ist in vorteilhafter Ausgestaltung mittels einer oder mehrerer Trennwände in mehrere Kammern unterteilt. In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass die Anzahl der Zulaufstutzen von der Anzahl der Ablaufstutzen abweicht. Insbesondere bei einer solchen Ausgestaltung, bei der die Anzahl der Zulaufstutzen von der Anzahl der Ablaufstutzen abweicht und bei der sämtliche dieser Stutzen in den gleichen Kühlmittelkasten münden, ist zwangsläufig vorgesehen, dass entweder wenigstens zwei Ablaufstutzen oder wenigstens zwei Zulaufstutzen vorgesehen sind. In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass zumindest die Stutzen, von denen zwei oder mehr vorgesehen sind, in unterschiedliche, mittels Trennwänden voneinander abgetrennte Kammern münden.At least one of the two coolant boxes is in an advantageous embodiment by means of one or more partitions in several Divided into chambers. In a particularly advantageous embodiment is thereby provided that the number of inlet nozzles on the number of Drain nozzle deviates. In particular, in such an embodiment, where the number of inlet nozzles of the number of outlet nozzles deviates and at the all this neck into the same coolant box lead, is inevitable provided that either at least two drain sockets or at least two inlet nozzles are provided. In a particularly advantageous embodiment It is provided that at least the nozzle, of which two or more are provided, in different, by means of partitions from each other separate chambers open.
In vorteilhafter Weiterbildung ist dabei vorgesehen, dass eine in Breitenrichtung gegebene gedachte oder körperliche (z.B. Trennwand) Ebene in dem (ersten) Kühlmittelkasten gegeben ist, wobei zumindest zwei dieser Stutzen der gleichen Art, also zwei Ablaufstutzen bzw. zwei Zulaufstutzen, auf unterschiedlichen Seiten dieser gedachten oder körperlichen Ebene vorgesehen sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass diese Ebene von einer (Längs-)Trennwand gebildet wird, was in vorteilhafter Ausgestaltung der Fall ist.In Advantageous development is provided that one in the width direction given imaginary or physical (e.g., bulkhead) level in the (first) coolant box, where at least two of these nozzles of the same kind, so two Outlet nozzle or two inlet nozzles, on different sides this imaginary or physical Level are provided. It can also be provided that these Level formed by a (longitudinal) partition becomes what is the case in an advantageous embodiment.
Eine solche (Längs-)Trennwand kann sich durchgehend über die gesamte Breite des betreffenden Kühlmittelkastens erstrecken.A such (longitudinal) partition can be over continuously extend the entire width of the respective coolant box.
Es kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Längstrennwände vorgesehen sind, die in der gleichen Ebene liegen, allerdings innerhalb dieser Ebene versetzt zueinander angeordnet sind, und zwar insbesondere in Breitenrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.It can also be provided that a plurality of longitudinal partitions are provided, which in the same level, but offset within that level are arranged to each other, in particular in the width direction offset from one another.
Der Wärmeübertrager bzw. Heizkörper wird in entgegengesetzten Richtungen von Luft durchströmt. Dies ist insbesondere so, dass unterschiedliche, jeweils in die Tiefe des Wärmeübertragers strömende Luftströme gegeben sind, die unterschiedlich orientiert sind. Zum entsprechenden Leiten können entsprechende Luftleitmittel vorgesehen sein, die beispielsweise – z.B. bei Integration in eine Klimaanlage – durch ein Kanalsystem bereitgestellt werden können.Of the Heat exchanger or radiator is traversed in opposite directions of air. This in particular, is that different, each in depth of the heat exchanger flowing airflows are given, which are oriented differently. To the corresponding Can conduct appropriate Air guiding means may be provided, for example -. at Integration into an air conditioning system - provided by a duct system can be.
Erfindungsgemäß ist ferner eine Kraftfahrzeugklimaanlage vorgesehen, die einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager aufweist. Dieser Wärmeübertrager ist dabei vorteilhafter Weise als Heizkörper ausgebildet.The invention is further an automotive air conditioning system is provided which is a heat exchanger according to the invention having. This heat exchanger is advantageously designed as a radiator.
Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmeübertragers einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, wie Heizkörper einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, vorgeschlagen, bei dem der Rohr- bzw. Rohr/Rippen-Block in einem ersten Abschnitt von Luft in einer ersten Richtung und in einem vom ersten Abschnitt verschiedenen zweiten Abschnitt von Luft in einer zweiten, der ersten entgegengesetzten Richtung durchströmt wird. Das System aus Kühlmittelkästen und Rohren bzw. Flachrohren wird dabei von einem Kühlmittel durchströmt, wobei die Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und der Luft sowohl im ersten Abschnitt als auch im zweiten Abschnitt des Rohr- bzw. Rohr/Rippen-Block nach dem Kreuzgegenstrom-Prinzip erfolgt.Further is a method of operating a heat exchanger of a motor vehicle air conditioning system, like radiators an automotive air conditioning system, proposed in which the pipe or pipe / rib block in a first section of air in a first Direction and in a different from the first section second Section of air in a second, the first opposite Flowed through becomes. The system of coolant boxes and Pipes or flat tubes is flowed through by a coolant, wherein the heat transfer between the coolant and the air in both the first section and the second section the pipe or pipe / rib block according to the cross-countercurrent principle he follows.
Es kann vorgesehen sein, dass die Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und der Luft in einem dritten, vom ersten Abschnitt und vom zweiten Abschnitt verschiedenen Abschnitt des Rohr- bzw. Rohr/Rippen-Blocks nach dem Kreuzstrom-Prinzip erfolgt. Dieser dritte Abschnitt kann dabei in der Richtung Luft durchströmt sein, in der die Luft durch den ersten Abschnitt strömt, oder in der Richtung, in der die Luft durch den zweiten Abschnitt strömt, oder in verschiedenen Teilabschnitten in gegenläufigen bzw. entgegengesetzten Richtungen. Der dritte Abschnitt ist bevorzugt zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt gelegen.It can be provided that the heat transfer between the coolant and the air takes place in a third, different from the first portion and the second portion portion of the pipe or tube / fin block on the cross-flow principle. This third section can be traversed in the direction of air, in which the air flows through the first section, or in the direction in which the air flows through the second section or in different sections in opposite or opposite directions. The third section is preferably located between the first and second sections.
Die
Der
Heizköper
Der
Heizkörper
Die
beiden Quertrennwände
Die
Längstrennwand
Die
Längstrennwand
Anzumerken
ist, dass in alternativer Ausgestaltung auch mehrere in ihrer Längsrichtung
mit einem jeweiligen Zwischenraum in Reihe angeordneter Längstrennwände
Während bei
der Gestaltung mit durchgehender Quertrennwand
Gemäß den in
den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen
weisen die Kühlmittelkästen
Die
Rohrböden
Die
Rohrböden
Anzumerken
ist allerdings, dass in Bezug auf den ersten Kühlmittelkasten
Zwischen
Flachrohren
Strömende Luft
ist in den Figuren schematisch durch die Pfeile
Die
Flachrohre
Sie
erstrecken sich also mit den angesprochenen Ebenen im Wesentlichen
quer zur Breitenrichtung des Wärmeübertragers
bzw. Heizkörpers
Der
Heizkörper
Im
Bereich der Öffnungen
Wie
den Figuren gut zu entnehmen ist, weist die Heizkörper-Vorrichtung
In
den Ausführungsbeispielen
gemäß den Figuren
sind sämtliche
der angesprochenen Zuläufe
Der
zweite Kühlmittelkasten
Wie
durch die bereits angesprochenen Pfeile
Für das Erzeugen
bzw. Erreichen dieser entgegengesetzten Luftströmung ist eine entsprechend geeignete
Einrichtung zum Erzeugen und/oder Lenken von Luft für eine Luftdurchströmung des
Heizkörpers
vorgesehen, die so ist, dass Luft den Rohrblock bzw. Rohr/Rippen-Block
Es
kann vorgesehen sein, dass die unterschiedlichen Strömungsrichtungen
der Luft im Bereich des Heizkörpers
Es
kann aber auch vorgesehen sein, dass die den Heizkörper
Die
entsprechende Einrichtung ist – wie
bereits erwähnt – in den
Figuren nicht explizit dargestellt, und zwar insbesondere aus Gründen der Übersichtlichkeit.
In den Ausführungsbeispielen
gemäß den Figuren
ist der Heizkörper
Die
beiden Zuläufe
bzw. Anschlussstutzen
Der
bereits angesprochene Anschlussstutzen
In
den jeweiligen, dem jeweils gleichen Flachrohr zugeordneten Kanälen bzw.
Kammern ist in dem Bereich, der in Breitenrichtung zwischen den beiden
Quertrennwänden
In
dem Bereich, der außerhalb
des Zwischenbereichs zwischen den beiden Quertrennwänden
Bei
den anhand der Figuren erläuterten
Ausführungsbeispielen
ist vorgesehen, dass sich die Kanäle der Flachrohre
Von
außen
bis zur Position der Quertrennwände
Gemäß den anhand
der Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele
ist der akkumulierte Flachrohrquerschnitt, der durchströmt wird,
bevor das Kühlmittel
den Heizkörper
Wie die Ausführungsbeispiele zeigen, wird durch die Erfindung die Basis für eine Vielzahl von Vorteilen gelegt, von denen einige beispielhaft im Folgenden erläutert werden sollen, wobei anzumerken ist, dass nicht bei jeder erfindungsgemäßen Ausführungsform sämtliche oder mehrere oder zumindest einer dieser Vorteile erreicht werden muss. Es wird eine Kreuzgegenströmung ermöglicht, die in der Regel thermodynamisch besser als ein Kreuzgleichstrom ist, und zwar trotz unterschiedlicher Luftdurchströmungsrichtung. Dies ermöglicht wiederum eine höhere Leistung. Ferner wird eine variable Aufteilung über das Wärmeübertragernetz ermöglicht, und zwar insbesondere angepasst an die Luftströmung. Überdies wird kein zusätzlicher Bauraum des Wärmeübertragers notwendig. Bei bekannten Vorrichtungen sind einige Bereiche im Kreuzgleichstrom verschaltet, was im Gegensatz zum Kreuzgegenstrom eine Leistungseinbuße darstellt. Die anhand der Figuren erläuterten Wärmeübertrager sind für alle möglichen Wärmeübertrager einsetzbar, sofern eine Umlenkung in der Tiefe erfolgt.As the embodiments show, the invention provides the basis for a variety of benefits some of which are exemplified below It should be noted that not in each embodiment of the invention all or more or at least one of these benefits can be achieved got to. It becomes a cross counterflow allows usually thermodynamically better than a DC cross-flow is, in spite of different air flow direction. this makes possible again a higher one Power. Furthermore, a variable distribution over the heat exchanger network is made possible, and in particular adapted to the air flow. Moreover, no additional Space of the heat exchanger necessary. In known devices, some areas are cross-current interconnected, which represents a performance penalty in contrast to the cross countercurrent. The explained with reference to the figures Heat exchanger are for all possible heat exchangers can be used, provided that a deflection takes place in the depth.
Es iost insbesondere vorgesehen, dass der Volumenstrom im Inneren der Luftrichtung derart angepasst ist, dass immer Kreuzgegenstrom – bzw. gegebenenfalls abschnittsweise zusätzlich Kreuzstrom – gegeben ist.It iost provided in particular that the volume flow inside the Direction of air flow is adjusted so that always cross counterflow - or possibly in sections additionally Cross current - given is.
Die
in den
Anzumerken
ist, dass die in den Fig. gezeigten Wärmeübertrager
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