DE102006055837A1 - Heat exchanger i.e. evaporator, for vehicle air conditioning system, has two heat exchanger registers with respective ports that are arranged diagonally and third heat exchanger register with third port that is arranged on same side - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optimierten Durchströmung von Wärmeübertragern, insbesondere für den Einsatz als Verdampfer in Klimaanlagen von Fahrzeugen.The The invention relates to an arrangement for optimized flow of Heat exchangers, in particular for the Use as evaporator in air conditioning systems of vehicles.
Im Verdampfer einer Klimaanlage nimmt das Kältemittel Wärme aus dem Luftstrom auf und verdampft dabei. Durch den Wärmeentzug aus dem Luftstrom wird dieser gekühlt.in the Evaporator of an air conditioner, the refrigerant absorbs heat from the airflow and evaporates. By the heat extraction from the air stream this is cooled.
Wärmeübertrager als Verdampfer in Fahrzeugklimaanlagen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt.Heat exchanger As evaporators in vehicle air conditioners are available in various designs known.
Zumeist
werden als Verdampfer in Fahrzeugklimaanlagen zweireihige Wärmeübertrager
eingesetzt. Um den Strömungsweg
zu verlängern
und damit die kältemittelseitige
Temperaturspreizung über
den Wärmeübertrager
zu vergrößern, wurden gemäß der
Andererseits ist die Temperaturverteilung über den Austrittsquerschnitt des Luftstroms ungleichmäßig. Ebenso wird der Druckverlust über den Wärmeübertrager durch die häufige Strömungsumlenkung vergrößert. Nachteilig ist auch, dass das Einbringen der Trennwände einen vergleichsweise hohen technologischen Aufwand erfordert und die Positionen der Trennwände bei Dimensionsänderungen jeweils neu zu ermitteln sind.on the other hand is the temperature distribution over the outlet cross section of the air flow uneven. As well the pressure loss is over the heat exchanger through the frequent flow deflection increased. adversely is also that the introduction of the partitions a comparatively high requires technological effort and the positions of the partitions at Dimensional changes respectively be re-determined.
Ähnliche
Strömungsvarianten
finden sich in der
In
der
Zweireihige Verdampfer haben den Nachteil, dass die Temperaturverteilung der austretenden Luft über den Querschnitt des Wärmeübertragers ungleichmäßig ist. Weiterhin ist wünschenswert, dass für den Wärmeübertrager möglichst wenig Platz im Fahrzeug erforderlich ist. Daher ist eine große Wärmeübertragungsleistung auf kleinem Raum anzustreben.Double row Evaporators have the disadvantage that the temperature distribution of leaking air over the cross section of the heat exchanger is uneven. Furthermore, it is desirable that for the heat exchanger preferably Little space is required in the vehicle. Therefore, a great heat transfer performance to aim for in a small space.
Das kann durch eine große Wärmeübertragerfläche und/oder durch eine vorteilhafte Anordnung und Durchströmung der Verdampferrohre, wie z. B. in Gegenstromwärmeübertragern oder Kreuzstromwärmeübertragern, realisiert werden. Insbesondere ist ein guter Wärmedurchgang vom Wärmeträger bzw. Kältemittel auf den Luftstrom anzustreben. Daher ist eine Reihenschaltung der einzelnen Wärmeübertragerregister vorteilhaft, um über die gesamte Wärmeübertrageroberfläche eine möglichst hohe Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeträgermedium und der Luft zu realisieren. In dieser Hinsicht bieten gut dimensionierte, dreireihige Wärmeübertrager Vorteile.The can by a big one Heat transfer surface and / or by an advantageous arrangement and flow through the evaporator tubes, such. B. in Gegenstromwärmeübertragern or cross flow heat exchangers, will be realized. In particular, a good heat transfer from the heat transfer medium or refrigerant to aim for the airflow. Therefore, a series connection of individual heat exchanger register beneficial to over the entire heat exchanger surface a highest possible Temperature difference between the heat transfer medium and the air to realize. In this regard, well-sized, three-row heat exchangers Advantages.
Andererseits befinden sich bei dreireihigen Wärmeübertragern die Anschlussleitungen in der Regel auf verschiedenen Seiten und erfordern damit eine aufwendigere Rohrführung. Zugleich wird dadurch die Montage erschwert.on the other hand are located in three-row heat exchangers the connection lines usually on different sides and thus require a more expensive pipe guide. At the same time it will the assembly difficult.
In
der
Nachteilig ist bei allen bekannten Wärmeübertragern, dass entweder die Verdampferrohre zweireihig angeordnet sind oder dass sich bei dreireihig angeordneten Verdampferrohren die Anschlüsse der Sammelleitungen, in die die Verdampferrohre eingebunden sind, auf verschiedenen Seiten befinden und damit die Führung der Sammelleitungen aufwendig bzw. die Durchströmung der Verdampferrohre nicht optimal ist oder zur besseren Kältemittelverteilung zusätzliche Einbauten, wie Trennscheiben oder Drosselstufen, in die Sammelleitungen erforderlich sind.adversely is with all known heat exchangers, that either the evaporator tubes are arranged in two rows or that in three-row evaporator tubes, the connections of the Manifolds, in which the evaporator tubes are integrated, on different sides and thus the management of the manifolds consuming or the flow the evaporator tubes is not optimal or for better refrigerant distribution additional Built-in components, such as cutting discs or throttle stages, into the manifolds required are.
Das Problem besteht letztlich darin, dass jeder Vorteil die nachteilige Veränderung eines oder mehrerer anderer Parameter bedingt.The Ultimately, the problem is that every advantage is the disadvantageous one change one or more other parameters.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager derart auszubilden, dass über den Querschnitt des Luftaustritts eine gleichmäßige Temperaturverteilung realisierbar ist.Of the Invention is therefore the object of a heat exchanger in such a way that over the cross section of the air outlet a uniform temperature distribution feasible is.
Weiterhin sollen sich die beiden Anschlüsse des Wärmeübertragers auf derselben Seite befinden, ohne dass eine komplizierte Rohrführung oder Einbauten in die Sammelleitungen erforderlich wird.Farther should the two connections of the heat exchanger be on the same side without a complicated pipe guide or Fittings in the manifolds is required.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das in Luftströmung erste und letzte Wärmeübertragerregister diagonal angeordnete Anschlüsse aufweist und sich die Anschlüsse des mittleren Wärmeübertragerregisters auf der gleichen Seite befinden. Dadurch sind die Wärmeübertrageranschlüsse auf einer Seite und die Verbindungen zwischen dem ersten und dem mittleren sowie dem mittleren und dem zweiten Wärmeübertragerregister gegenüberliegend angeordnet und sind damit in einem kurzen Abstand zueinander ausgebildet. Insbesondere durch das diagonal angeschlossene letzte Wärmeübertragerregister wird aufgrund der gleichen Druckverluste über alle Flachrohre des Registers eine sehr gleichmäßige Kältemittelverteilung und damit eine gleichmäßige Oberflächentemperatur des Wärmeübertragerregisters realisiert. Diese Verschaltung wird auch als Tichelmannsystem bezeichnet. In der Folge führt die Anordnung zu der angestrebten, über den Austrittsquerschnitt sehr gleichmäßig verteilten Lufttemperatur.The The object is achieved in that that in airflow first and last heat exchanger registers diagonally arranged connections has and the connections the middle heat exchanger register located on the same page. As a result, the heat exchanger connections are on one side and the connections between the first and the middle as well as the middle and the second heat exchanger register opposite arranged and are thus formed at a short distance from each other. In particular, by the diagonally connected last heat transfer register due to the same pressure losses across all flat tubes of the register one very even refrigerant distribution and thus a uniform surface temperature of the heat exchanger register realized. This interconnection is also referred to as the Tichelmann system. In the consequence leads the arrangement to the desired, on the outlet cross-section distributed very evenly Air temperature.
Weiterhin ist die Konstruktion der Sammelleitungen vereinfacht; eine Bestimmung der Trennwände und/oder Drosselstellen der Verdampfer ist nicht erforderlich. Ebenso lassen sich hohe interne Drücke im Kältemittelkreislauf, insbesondere für Systeme mit Kohlendioxid als Kältemittel (R744-Systeme), durch einfachere Möglichkeiten der Sammelleitungskonstruktion besser beherrschen.Farther the construction of the manifolds is simplified; a provision the partitions and / or throttling the evaporator is not required. As well can be high internal pressures in the Refrigerant circulation, especially for Systems with carbon dioxide as a refrigerant (R744 systems), through simpler ways of manifold construction better control.
Die Anschlussleitungen des Wärmeübertragers sind auf derselben Seite angebracht. Damit entfällt eine aufwendige zusätzliche Rohrführung.The Connection lines of the heat exchanger are attached on the same side. This eliminates a costly additional Pipe guide.
Dadurch, dass der hydraulische Durchlassquerschnitt der Verbindungselemente mindestens 60 % des Durchlassquerschnittes der Sammelleitungen beträgt, wird ein geringer Druckverlust über den Wärmeübertrager gewährleistet.Thereby, that the hydraulic passage cross-section of the connecting elements At least 60% of the passage cross-section of the manifolds is a slight pressure loss over the heat exchanger guaranteed.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele des Wärmeübertragers, insbesondere als Verdampfer von Fahrzeugklimaanlagen, ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous embodiments the heat exchanger, in particular as evaporator of vehicle air conditioning systems, arise from the dependent claims.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung gibt den optimalen Durchlassquerschnitt der Verbindungselemente an. Dadurch werden einerseits die Druckverluste gering gehalten und andererseits eine einfache Fertigung und Montage der Verbindungselemente möglich. Ebenso wird der durch die Verbindungselemente bedingte Platzbedarf des Wärmeübertragers reduziert. Der optimale Durchlassquerschnitt der Verbindungselemente beträgt danach 75–110 % des Durchlassquerschnittes der Sammelleitungen.A advantageous embodiment of the invention gives the optimal passage cross-section to the connecting elements. As a result, on the one hand, the pressure losses kept low and on the other hand, a simple production and assembly the connecting elements possible. Likewise, the space required by the fasteners space of the heat exchanger reduced. The optimal passage cross section of the connecting elements is then 75-110 % of the passage cross section of the manifolds.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die Verbindungselemente als 180°-Rohrbögen ausgeführt. Die 180°-Rohrbögen stellen eine einfache Verbindung dar, die leicht und kostengünstig mit Standardkomponenten realisierbar ist.According to one Further development of the invention, the connecting elements are designed as 180 ° pipe bends. The Put 180 ° pipe bends a simple connection that is easy and inexpensive with Standard components is feasible.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung werden die Verbindungselemente als Verbindungsrohrstutzen ausgeführt. Damit wird eine besonders Platz und Material sparende Verbindung der Sammelleitungen aufgezeigt.According to one Another advantageous embodiment, the fasteners designed as a connection pipe socket. This will be a special Space and material-saving connection of the manifolds shown.
Die Verbindungsrohrstutzen werden stirnseitig entsprechend an die durchbohrte Mantelfläche der Sammelleitungen angepasst und z. B. verlötet.The Connecting pipe sockets are pierced at the front accordingly to the Lateral surface of the Manifolds adapted and z. B. soldered.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Wärmeübertragungsfläche aus Mehrkanalflachrohrverdampferrohren gebildet, die in die Sammelleitungen eingebunden sind. Mit Flachrohrverdampfern, insbesondere Mehrkanalflachrohrverdampfern, lassen sich kostengünstig flexible Baugrößen und Ausführungsvarianten realisieren. Mehrkanalflachrohrverdampfer sind kostengünstig und mit geringem maschinellem Aufwand als Extruderprofil herstellbar. Sie eignen sich insbesondere für den Einsatz mit hohem Betriebsdruck bei zugleich guten spezifischen Wärmeübertragungsleistungen.To a further advantageous embodiment of the invention is the Heat transfer surface Multi-channel flat tube evaporator tubes formed in the manifolds are involved. With flat tube evaporators, in particular multi-channel flat tube evaporators, can be inexpensively flexible sizes and variants realize. Multi-channel flat tube evaporators are inexpensive and can be produced with little mechanical effort as extruder profile. They are particularly suitable for the use with high operating pressure at the same time good specific Heat transfer performance.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Anschlussverlängerungs-leitung so angeordnet, dass ein Wärmeübertrageranschluss in den Anschlussbereich des jeweils anderen Wärmeübertrageranschlusses verlängert wird. Dies ermöglicht die räumliche Nähe beider Anschlüsse des Wärmeübertragers. Durch ein oder auch zwei Anschlussverlängerungs-leitungen können beide Wärmeübertrageranschlüsse so angeordnet werden, dass ein vorteilhafter Einbau des Wärmeübertragers in das Fahrzeug und eine leichtere Montage des Wärmeübertragers ermöglicht wird. Ebenso können beide Wärmeübertrageranschlüsse zu einem gemeinsamen Wärmeübertrageranschlussstück zusammengefasst werden.In a development of the invention is a connection extension line arranged so that a heat exchanger connection is extended into the connection area of the other heat exchanger connection. this makes possible the spatial Near both connections of the heat exchanger. Through one or even two extension leads can both Heat exchanger connections arranged so be that an advantageous installation of the heat exchanger in the vehicle and easier assembly of the heat exchanger allows becomes. Likewise both heat exchanger connections to one common Wärmeübertrageranschlussstück be summarized.
Als eine Weiterbildung der Erfindung werden die oberen bzw. die unteren Sammelleitungen jeweils zu Sammlerblöcken zusammengefasst. In einen Sammlerblock sind die entsprechenden Durchlässe der Sammelleitungen und die Anschlussstutzen zur Einbindung der Verdampferrohre eingebracht. Damit wird eine Vereinfachung der Herstellung des Wärmeübertragers durch eine Verringerung der Bestandteile erreicht. Der Sammlerblock kann z. B. aus stranggepresstem Material als Meterware gefertigt werden und ist damit einfach und kostengünstig herstellbar. Die Sammlerblocks sind somit auch für die modulare Fertigung geeignet, für verschiedene Größen, Leistungen sowie Anschlussvarianten konfigurierbar und einfach zu montieren.As a development of the invention, the upper and the lower manifolds are combined to form collector blocks. In a collector block, the corresponding passages of the manifolds and the connecting pieces are introduced for the integration of the evaporator tubes. Thus, a simplification of the production of the heat exchanger is achieved by a reduction of the components. The collector block can z. B. made of extruded material by the meter and is therefore easy and inexpensive to produce. The collector blocks are therefore also for the modular Manufacturing suitable, configurable for various sizes, outputs and connection variants and easy to assemble.
In einer Weiterbildung werden die Durchlässe der Sammelleitungen mit Verbindungsbohrungen entsprechend der gewünschten Führung des Kältemittels verbunden. Die Verbindungsbohrungen können einfach durch Bohrung in den Sammlerblock eingebracht werden. Entsprechend der Notwendigkeit sind die Verbindungsbohrungen und Durchlässe der Sammelleitungen mit Stopfen verschließbar.In In a further development, the passages of the manifolds with Connection holes connected according to the desired guidance of the refrigerant. The connection holes can simply be introduced through hole in the collector block. Corresponding The necessity is the connection holes and passages of the manifolds closed with plugs.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird durch die Anordnung von Endblocks als Verbindungselemente an den Stirnseiten der Sammlerblocks realisiert. Dadurch ist eine kompakte Bauweise der gesamten Verrohrung (Sammelleitungen, Verbindungselemente) realisierbar. Die Endblocks können zur Befestigung der Wärmeübertragerregister durch Aufnahme der Sammelleitungen und der Befestigung des Wärmeübertragers insgesamt durch zusätzliches Anbringen von entsprechenden Halterungen dienen. Auch ergeben sich Vereinfachungen bei der Montage und für die Standardisierung der Komponenten.A Another advantageous embodiment of the invention is characterized by the Arrangement of end blocks as connecting elements on the front sides realized the collector block. This is a compact design the entire piping (manifolds, fasteners) feasible. The endblocks can for fixing the heat transfer register by receiving the manifolds and the attachment of the heat exchanger in total by additional Attach appropriate brackets serve. Also arise Simplification of the assembly and standardization of the Components.
Entsprechend sind die Endblocks, insbesondere dadurch, dass sie aus Verbindungsplatten und Endplatten zusammengesetzt sind, für verschiedene Ausführungen des Wärmeübertragers bezüglich Leistung, Anordnung und Einbindung in den Kältemittelkreislauf variierbar.Corresponding are the endblocks, especially in that they are made of connecting plates and end plates are assembled, for different designs of the heat exchanger in terms of performance, Arrangement and integration in the refrigerant circuit variable.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden in den Verbindungsplatten entsprechend der Position der zu verbindenden Sammelleitungen Verbindungskanäle vorgesehen, die durch die Endplatten verschlossen werden.In Another embodiment of the invention are in the connection plates provided connection channels according to the position of the manifolds to be connected, which are closed by the end plates.
Damit wird eine vorteilhafte Verbindung der einzelnen Sammelleitungen des Sammlerblocks realisiert und eine einfache Fertigung sowie ein standardisierter modularer Aufbau der Wärmeübertrager ermöglicht.In order to becomes an advantageous connection of the individual manifolds realized the collector block and a simple production and a standardized modular design of the heat exchanger allows.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden in die Endblocks die Wärmeübertrageranschlüsse integriert. Damit kann der Wärmeübertrager insgesamt kompakter gestaltet und insbesondere durch die Reduzierung der Einzelteile montagefreundlich hergestellt werden.In According to one embodiment of the invention, the heat exchanger connections are integrated into the end blocks. This allows the heat exchanger overall compact design and in particular by the reduction the items are made easy to install.
Der Wärmeübertrager ist aus modular gefertigten Komponenten aufgebaut. Durch den modularen Aufbau ist eine einfache Ausführung des Wärmeübertragers mit verschiedenen Leistungsgrößen, Abmaßen und Anschlussvarianten gut realisierbar.Of the Heat exchanger is made up of modular components. By the modular Construction is a simple design of the heat exchanger with different performance sizes, dimensions and Connection variants well feasible.
Besonders vorteilhaft ist der Wärmeübertrager in Klimaanlagen mit dem Kältemittel R744 einsetzbar. R744 (Kohlendioxid) erfordert hohe Betriebsdrücke, denen der Wärmeübertrager, insbesondere durch die hochdruckbeständig ausführbaren Mehrkanalflachrohre und Sammlerblöcke, bei entsprechender Dimensionierung der Komponenten standhält.Especially advantageous is the heat exchanger in air conditioners with the refrigerant R744 can be used. R744 (carbon dioxide) requires high operating pressures, which the heat exchanger, in particular by the high pressure resistant executable Mehrkanalflachrohre and collector's blocks, with appropriate dimensioning of the components withstands.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Wärmeübertragerrohre in drei Reihen und die Zusammenfassung zu Wärmeübertragerregistern ist eine gute Verteilung des flüssigen Kältemittels realisierbar. Besonders vorteilhaft ist, dass dadurch eine gleichmäßige Temperaturverteilung des aus dem Wärmeübertrager austretenden Luftstroms gewährleistet ist.By the inventive arrangement the heat exchanger tubes in three series and the summary to heat exchanger registers is one good distribution of the liquid refrigerant realizable. It is particularly advantageous that thereby a uniform temperature distribution of the heat exchanger exiting air flow ensured is.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht weiterhin darin, dass die wärmeträgerseitigen Druckverluste minimiert werden und der Aufbau des Wärmeübertragers vereinfacht ist. Ebenso ist der Wärmeübertrager durch den modularen Aufbau einfach in verschiedenen Größen realisierbar und kann leicht erweitert oder verkleinert und somit flexibel den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden.One Advantage of the solution according to the invention exists Furthermore, in that the heat carrier side Pressure losses are minimized and the structure of the heat exchanger is simplified. Likewise, the heat exchanger is through the modular Easy to build in different sizes and can be easily extended or reduced and thus flexible to the respective conditions be adjusted.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:Further Details, features and advantages of the invention will become apparent the following description of embodiments with reference on the associated Drawings. Show it:
Der
Wärmeübertrager,
insbesondere als Verdampfer für
Klimaanlagen in Fahrzeugklimaanlagen, wird wie folgt realisiert:
In
In
Gemäß
Von
dort aus erfolgt durch das Verbindungselement
In
einer anderen Ausführung
gemäß
Durch
zusätzliches
Anbringen einer Anschlussverlängerungsleitung
Vorteilhaft
ist die Ausführung
der Sammelleitungen
Vorteilhaft
sind die kompakte Ausführung des
Wärmeübertragers
und die einfachen Befestigungsmöglichkeiten
am Sammlerblock
In
In
- 11
- erstes Wärmeübertragerregisterfirst Wärmeübertragerregister
- 22
- drittes (letztes) Wärmeübertragerregisterthird (last) heat exchanger register
- 33
- zweites (mittleres, dazwischenliegendes) Wärmeübertragerregistersecond (middle, intermediate) heat exchanger register
- 44
- Wärmeübertrageranschluss (kalt)/Zulaufleitung (Rücklaufleitung)Wärmeübertrageranschluss (cold) / supply line (return line)
- 55
- Wärmeübertrageranschluss (warm)NorlaufleitungWärmeübertrageranschluss (Warm) Norlaufleitung
- 66
- Verbindungselemente, RohrbögenFasteners, elbows
- 77
- Sammelleitungen/SammelrohreHeaders / manifolds
- 88th
- VerbindungsrohrstutzenConnecting pipe socket
- 99
- Flachrohrverdampfer/Mehrkanalflachrohrverdampfer/VerdampferrohrFlat tube evaporator / multichannel flat tube evaporator / evaporator tube
- 1010
- AnschlussverlängerungsleitungPort extension cable
- 1111
- Sammlerblockcollector block
- 1212
- Anschlussstutzen für Verdampferrohre/Flachrohrverdampferspigot for evaporator tubes / flat tube evaporator
- 1313
- Verbindungsbohrungenconnecting bores
- 1414
- Verbindungsplatteconnecting plate
- 1515
- Endplatteendplate
- 1616
- Verbindungskanalconnecting channel
- 1717
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- Luftstromairflow
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