DE102010039511A1 - Kältemittelkondensatorbaugruppe - Google Patents

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Dipl.-Ing. Förster Uwe
Dipl.-Ing. Guillaume David
Dipl.-Ing. Jung Matthias
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Abstract

Bei einer Kältemittelkondensatorbaugruppe für eine Kraftfahrzeugklimaanlage, umfassend eine Einlassöffnung (9) zum Einleiten eines Kältemittels, eine Auslassöffnung (10) zum Ausleiten eines Kältemittels und Kühlrohre (2) zum Durchleiten eines Kältemittels, zwei Sammelrohre zum Fluidverbinden der Kühlrohre (2), einen Sammelbehälter mit wenigstens einer Überströmöffnung mittels der der Sammelbehälter in Fluidverbindung zu den Kühlrohren (2) und/oder dem Sammelrohr steht, wobei der Sammelbehälter an einer ersten Längsseite der Kältemittelkondensatorbaugruppe angeordnet ist, die Kühlröhre (2) einen Überhitzungsbereich (11) zum Kühlen des dampfförmigen Kältemittels, einen Kondensationsbereich (12) zum Kondensieren des Kältemittels und einen Unterkühlungsbereich (13) zum Kühlen des flüssigen Kältemittels aufweisen, soll das Kältemittel in dem Unterkühlungsbereich (13) der Kältemittelkondensatorbaugruppe stark abgekühlt werden ohne dass in der Kältemittelkondensatorbaugruppe der Kondensationsdruck wesentlich ansteigt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im Unterkühlungsbereich (13) wenigstens zwei Kühlrohre (2) als erster Unterkühlparallelabschnitt (14) fluidleitend mit dem Kältemittel parallel beaufschlagt sind, das aus dem ersten Unterkühlparallelabschnitt (14) ausströmende Kältemittel in einen ersten Unterkühlzwischenströmungskanal (15) mündet und der erste Unterkühlzwischenströmungskanal (15) in wenigstens zwei Kühlrohre (2) als zweiter Unterkühlparallelabschnitt (16) mündet und der zweite Unterkühlparallelabschnitt (16) in einen zweiten Unterkühlzwischenströmungskanal (17) mündet und der zweite Unterkühlzwischenströmungskanal (17) in wenigstens zwei Kühlrohre (2) als dritter Unterkühlparallelabschnitt (18) mündet, so dass die Auslassöffnung (10) auf einer zweiten Längsseite der Kältemittelkondensatorbaugruppe angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kältemittelkondensatorbaugruppe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreises einer Kraftfahrzeugklimaanlage gemäß, dem Oberbegriff des Anspruches 8 und eine Kraftfahrzeugklimaanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10.
  • In Kältemittelkondensatorbaugruppen für eine Kraftfahrzeugklimaanlage wird dampfförmiges Kältemittel in einen flüssigen Aggregatzustand übergeführt und anschließend das flüssige Kältemittel weiter in einem Unterkühlungsbereich „unterkühlt”. Die Kältemittelkondensatorbaugruppe bildet einen Teil eines Kältekreises einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem Verdampfer, einem Expansionsorgan und einem Verdichter.
  • Die DE 10 2007 018 722 A1 zeigt einen Kondensator für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, der zwei Sammelrohre aufweist und einen neben dem einen Sammelrohr angeordneten Behälter zur Aufnahme des Trocknungsmittels des Kältemittels der Klimaanlage.
  • Beim Einsatz des neuen Kältemittels R1234yf im Vergleich zum bisherigen Kältemittel R134a kommt es aufgrund veränderter Stoffeigenschaften des neuen Kältemittels R1234yf zu einer Leistungsminderung des Kältekreises einer Kraftfahrzeugklimaanlage im Bereich von bis zu 10%. Die Leistung eines Kältekreises in einer Kraftfahrzeugklimaanlage kann unter anderem dadurch erhöht werden, dass an einem Unterkühlungsbereich der Kältemittelkondensatorbaugruppe das bereits verflüssigte Kältemittel stärker abgekühlt wird.
  • In einer Kältemittelkondensatorbaugruppe tritt das Kältemittel in Gasform an einer Einlassöffnung in die Kältemittelkondensatorbaugruppe ein und wird an einem Überhitzungsbereich auf eine Sättigungstemperatur abgekühlt. Anschließend strömt das Kältemittel in einen Kondensationsbereich und in diesem wird das gasförmige Kältemittel weiter auf eine Siedetemperatur abgekühlt und damit verflüssigt. Anschließend strömt das flüssige Kältemittel in einen Unterkühlungsbereich und wird unterhalb der Siedetemperatur, beispielsweise auf eine Temperatur von 6 oder 7 K unterhalb der Siedetemperatur, des Kältemittels abgekühlt. Durch eine stärkere Abkühlung des Kältemittels in dem Unterkühlungsbereich unterhalb der Siedetemperatur des Kältemittels kann eine höhere Leistung des Kältekreises erreicht werden. Im Allgemeinen steht jedoch der Kältemittelkondensatorbaugruppe innerhalb des Kraftfahrzeuges ein vorgegebener Bauraum, beispielsweise vorgegeben durch eine gewisse Bautiefe, Bauhöhe und Baubreite zur Verfügung, so dass zwar eine stärkere Abkühlung des Kältemittels am Unterkühlungsbereich durch eine größere Oberfläche an dem Unterkühlungsbereich und einem damit verbundenen größerem Bauraum der Kältemittelkondensatorbaugruppe zwar möglich ist, jedoch im Allgemeinen aufgrund der vorgegebenen Abmessungen des Bauraumes für die Kältemittelkondensatorbaugruppe kein größerer Bauraum zur Verfügung steht.
  • Zur Leistungssteigerung des Kältemittelkreislaufs beziehungsweise zur Kompensation der Minderleistung des Kältemittels, insbesondere des Kältemittels R1234yf wird angestrebt, die Unterkühlung auf beispielsweise 15 K zu erhöhen. Hierfür werden mehr Kühlrohre beziehungsweise anteilig mehr Fläche vom Kondensator benötigt. Dies hat zur Folge, dass für den Kondensationsbereich weniger Fläche zur Verfügung steht, die Abkühlung auf einer höheren Sättigungstemperatur erfolgt und der zugehörige Sättigungsdruck ansteigt. Dies bewirkt im Kältemittelkreislauf einen negativen Effekt auf die Kälteleistung, was den angestrebten Vorteil mindert oder sogar zunichte macht.
  • Hierzu schlägt die US 6 470 704 B2 einen Unterkühlungsbereich vor, der in einen ersten und einen zweiten Unterkühlparallelabschnitt unterteilt ist. Der Nachteil an dieser Anordnung liegt daran, dass Auslassöffnung und Sammelbehälter auf der gleichen Seite der Kältemittelkondensatorbaugruppe angeordnet sind. In vielen Einbausituationen ist es wünschenswert, dass Auslassöffnung und Sammelbehälter auf verschiedenen Längsseiten der Kältemittelkondensatorbaugruppe angeordnet sind.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Kältemittelkondensatorbaugruppe, ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreises einer Kraftfahrzeugklimaanlage und eine Kraftfahrzeugklimaanlage zur Verfügung zu stellen, bei der das Kältemittel in einem Unterkühlungsbereich der Kältemittelkondensatorbaugruppe stark abgekühlt wird ohne dass in der Kältemittelkondensatorbaugruppe der Kondensationsdruck wesentlich ansteigt und dass Auslassöffnung und Sammelbehälter auf verschiedenen Längsseiten der Kältemittelkondensatorbaugruppe angeordnet sind Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Kältemittelkondensatorbaugruppe für eine Kraftfahrzeugklimaanlage, umfassend eine Einlassöffnung zum Einleiten eines Kältemittels, eine Auslassöffnung zum Ausleiten eines Kältemittels, Kühlrohre zum Durchleiten eines Kältemittels, zwei Sammelrohre zum Fluidverbinden der Kühlrohre, einen Sammelbehälter mit wenigstens einer Überströmöffnung mittels der der Sammelbehälter in Fluidverbindung zu den Kühlrohren und/oder einem Sammelrohr steht, wobei der Sammelbehälter an einer ersten Längsseite der Kältemittelkondensatorbaugruppe angeordnet ist, die Kühlrohre einen Überhitzungsbereich zum Kühlen des dampfförmigen Kältemittels, einen Kondensationsbereich zum Kondensieren des Kältemittels und einen Unterkühlungsbereich zum Kühlen des flüssigen Kältemittels aufweisen, wobei im Unterkühlungsbereich wenigstens zwei Kühlrohre als erster Unterkühlparallelabschnitt fluidleitend mit dem Kältemittel parallel beaufschlagt sind, das aus dem ersten Unterkühlparallelabschnitt ausströmende Kältemittel in einen ersten Unterkühlzwischenströmungskanal mündet und der erste Unterkühlzwischenströmungskanal in wenigstens zwei Kühlrohre als zweiter Unterkühlparallellabschnitt mündet und der zweite. Unterkühlparallelabschnitt in einen zweiten Unterkühlzwischenströmungskanal und der zweite Unterkühlzwischenströmungskanal in wenigstens zwei Kühlrohre als dritter Unterkühlparallelabschnitt mündet, so dass die Auslassöffnung auf einer zweiten Längsseite der Kältemittelkondensatorbaugruppe angeordnet ist
  • Der Unterkühlungsbereich der Kältemittelkondensatorbaugruppe ist damit in insgesamt drei Unterkühlparallelabschnitte unterteilt die jeweils durch einen Unterkühlzwischenströmungskanal miteinander verbunden sind. Dadurch kann das Kältemittel an dem Unterkühlungsbereich noch weiter unterhalb der Siedetemperatur des Kältemittels abgekühlt werden.
  • Ferner sind durch die drei Unterkühlparallelabschnitte die Auslassöffnung und der Sammelbehälter auf gegenüberliegenden Längsseiten der Kältemittelkondensatorbaugruppe angeordnet. Somit kann bevorzugt ein Sammelbehälter mit einem größeren Sammelvolumen zur Verfügung gestellt werden, als gemäß dem Stand der Technik. Bevorzugt sind weiterhin Einlassöffnung und Auslassöffnung auf derselben Längsseite der Kältemittelkondensatorbaugruppe angeordnet.
  • Der Unterkühlungsbereich der Kältemittelkondensatorbaugruppe ist somit in einen ersten und zweiten und dritten Unterkühlparallelabschnitt unterteilt und in den Unterkühlparallelabschnitten sind jeweils wenigstens zwei Kühlrohre hydraulisch bzw. fluidleitend parallel beaufschlagt mit dem Kältemittel. Dabei wird das Kältemittel, welches aus dem ersten Unterkühlparallelabschnitt austritt in einen ersten Unterkühlzwischenströmungskanal eingeleitet und in diesem vermischt und aus dem ersten Unterkühlzwischenströmungskanal wird das Kältemittel in den zweiten Unterkühlparallelabschnitt eingeleitet Anschließend wird das Kältemittel, welches aus dem zweiten Unterkühlparallelabschnitt austritt in einen zweiten Unterkühlzwischenströmungskanal eingeleitet und in diesem vermischt und aus dem zweiten Unterkühlzwischenströmungskanal wird das Kältemittel in den dritten Unterkühlparallelabschnitt eingeleitet. Anschließend wird das Kältemittel durch die Auslassöffnung aus der Kältemittelkondensatorbaugruppe ausgeleitet. Damit kann in vorteilhafter Weise am Unterkühlungsbereich das Kältemittel stärker abgekühlt werden, beispielsweise auf eine Temperatur von 14 K unterhalb der Siedetemperatur des Kältemittels, ohne dass dabei die Abmessungen der Kältemittelkondensatorbaugruppe zu erhöhen sind und damit die Kältemittelkondensatorbaugruppe in einen vorgegebenen Bauraum eines Kraftfahrzeuges Platz findet. Damit kann die Leistung eines Kältekreises einer Kraftfahrzeugklimaanlage verbessert werden und dadurch die Leistungsminderung beim Einsatz des neuen Kältemittels R1234yf wenigstens teilweise ausgeglichen werden.
  • Ein erhöhter Druckabfall im Unterkühlungsbereich, der durch die drei Unterkühlparallelabschnitte erzeugt wird, ist für die Leistung der Kältemittelkondensatorbaugruppe hierbei nicht schädlich beziehungsweise leistungsmindernd. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Druckabfall nach dem Nassdampfgebiet stattfindet, während sich der Hochdruck des Systems an der Sättigungstemperatur vor dem Unterkühlungsbereich beziehungsweise nach dem Kondensationsbereich orientiert.
  • Bevorzugt und insbesondere für die Ausnutzung des Füllvolumens eines seitlich angeordneten Sammelbehälters werden die drei Unterkühlparallelabschnitte von unten nach oben durchströmt. Der dritte Unterkühlparallelabschnitt ist somit geodätisch höher als der zweite Unterkühlparallelabschnitt angeordnet, während der zweite Unterkühlparallelabschnitt geodätisch höher als der erste Unterkühlparallelabschnitt angeordnet ist. Alternativ können selbstverständlich die drei Unterkühlparallelabschnitte auch von oben nach unten durchströmt werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung weist je ein Unterkühlparallelabschnitt zwei, drei oder vier parallel beaufschlagte Kühlrohre auf und/oder die Oberfläche der Kühlrohre und vorzugsweise der Sammelrohre des Unterkühlungsbereiches beträgt weniger als 50%, 40%, 35%, 30%, 25% oder 15% der Oberfläche des Wärmeübertragers der Kältemittelkondensatorbaugruppe und insbesondere besteht der Wärmeübertrager aus den Kühlrohre und vorzugsweise den Sammelrohren.
  • In einer ergänzenden Ausführungsform sind in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem ersten Unterkühlparallelabschnitt wenigstens zwei Kühlrohre als erster Parallelabschnitt fluidleitend parallel beaufschlagt, das aus dem ersten Parallelabschnitt ausströmende Kältemittel mündet in einen ersten Zwischenströmungskanal und der erste Zwischenströmungskanal mündet in wenigstens zwei Kühlrohre als zweiter Parallelabschnitt. In Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem ersten Unterkühlparallelabschnitt, d. h. vor dem Unterkühlungsbereich der Kältemittelkondensatorgruppe, d. h. damit am Überhitzungsbereich und/oder am Kondensationsbereich der Kältemittelkondensatorbaugruppe ist damit ein erster und ein zweiter Parallelabschnitt angeordnet. Damit sind der Überhitzungsbereich und/oder der Kondensationsbereich in den ersten und zweiten Parallelabschnitt unterteilt zwischen denen das Kältemittel durch den ersten Zwischenströmungskanal geleitet wird.
  • In einer ergänzenden Ausführungsform mündet in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem ersten Unterkühlparallelabschnitt das aus dem zweiten Parallelabschnitt ausströmende Kältemittel in einen zweiten Zwischenströmungskanal und der zweite Zwischenströmungskanal mündet in wenigstens zwei Kühlrohre als dritter Parallelabschnitt. Vor dem Unterkühlungsbereich, d. h. damit am Überhitzungsbereich und/oder am Kondensationsbereich der Kältemittelkondensatorbaugruppe, ist somit die Kältemittelkondensatorbaugruppe in insgesamt drei Parallelabschnitte mit wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens vier oder sechs oder acht, Kühlrohre unterteilt, die jeweils durch den Zwischenströmungskanal miteinander fluidleitend verbunden sind. Vorzugsweise weist dabei ein Parallelabschnitt eine größere Anzahl an Kühlrohren auf als ein Unterkühlparallelabschnitt und vorzugsweise ist die Anzahl der Kühlrohre eines Parallelabschnittes um zwei, drei, fünf oder sieben Kühlrohre größer als die Anzahl der Kühlrohre eines Unterkühlparallelabschnittes.
  • Vorzugsweise mündet der zweite Parallelabschnitt in einen zweiten Zwischenströmungskanal und der zweite Zwischenströmungskanal mündet in den Sammelbehälter oder der dritte Parallelabschnitt mündet in einen dritten Zwischenströmungskanal und der dritte Zwischenströmungskanal mündet in den Sammelbehälter. Weist der Überhitzungs- und/oder Kondensationsbereich der Kältemittelkondensatorbaugruppe den ersten und zweiten Parallelabschnitt auf, wird somit das aus dem zweiten Parallelabschnitt ausgeleitete Kältemittel in den Sammelbehälter und anschließend in den ersten Unterkühlparallelabschnitt eingeleitet oder der Überhitzungs- und/oder Kondensationsbereich weist drei Parallelabschnitte auf, wird das aus dem dritten Parallelabschnitt ausgeleitete Kältemittel in den Sammelbehälter und anschließend in den ersten Unterkühlparallelabschnitt eingeleitet. Dies gilt auch analog, sofern der Überhitzungs- und/oder Kondensationsbereich in mehr als drei Parallelabschnitte, beispielsweise vier oder fünf Parallelabschnitte, unterteilt ist.
  • Durch intensive Messungen hat sich herausgestellt, dass folgendes Verhältnis der Kühlrohranzahl zu bevorzugen ist:
    Überhitzungsbereich: 15 Kühlrohre
    Kondensationsbereich: 12 Kühlrohre (wobei der Kondensationsbereich in einen ersten Parallelabschnitt mit 7 Kühlrohren und einen zweiten Parallelabschnitt mit 5 Kühlrohren unterteilt ist)
    Unterkühlungsbereich: 9 Kühlröhre (wobei der Unterkühlungsbereich in einen ersten, zweiten und dritten Unterkühlparallelabschnitt mit jeweils 3 Kühlrohren unterteilt ist).
  • Somit ergibt sich insgesamt ein bevorzugtes Verhältnis Überhitzungsbereich:Kondensationsbereich:Unterkühlungsbereich von 5:4:3. Der Unterkühlungsbereich nimmt somit bevorzugt 25 Prozent, besonders bevorzugt Werte kleiner 25 Prozent der Gesamtfläche der Kältemittelkondensatorbaugruppe ein.
  • In einer Variante ist die Summe der Strömungsquerschnittsflächen der Kühlrohre eines Unterkühlparallelabschnittes kleiner als das Produkt aus 1,0 oder 0,9 oder 0,7 oder 0,5 oder 0,3 oder 0,1 und der Summe der Strömungsquerschnittsflächen der Kühlrohre eines Parallelabschnittes und/oder die Kühlrohre sind als Flachrohre ausgebildet und zwischen den Flachrohren sind Wellrippen angeordnet. Die Strömungsquerschnittfläche ist die Querschnittsfläche der Kühlrohre zum Durchleiten des Kältemittels.
  • Erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Kältekreises einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit den Schritten: Leiten von Kältemittel durch Leitungen eines Kältemittelkreislaufes, Verdichten des gasförmigen Kältemittels in einem Verdichter, so dass der Druck des gasförmigen Kältemittels erhöht wird, Kühlen und Kondensieren des gasförmigen Kältemittels in einer Kältemittelkondensatorbaugruppe, das durch Kühlrohre geleitet wird, indem das gasförmige Kältemittel in einem Überhitzungsbereich auf eine Sättigungstemperatur abgekühlt wird, anschließend in einem Kondensationsbereich das gasförmige Kältemittel auf eine Siedetemperatur abgekühlt und verflüssigt wird und in einem Unterkühlungsbereich das flüssige Kältemittel unterhalb der Siedetemperatur abgekühlt wird, Expandieren des flüssigen Kältemittels an einem Expansionsorgan, so dass der Druck des flüssigen Kältemittels reduziert wird, Erwärmen und Verdampfen des Kältemittels in einem Verdampfer, Leiten des aus dem Verdampfer austretenden gasförmigen Kältemittels zu dem Verdichter, wobei in dem Unterkühlungsbereich das Kältemittel durch wenigstens zwei Kühlrohre eines ersten Unterkühlparallelabschnittes parallel geleitet wird, das aus dem ersten Unterkühlparallelabschnitt ausströmende Kältemittel in einen ersten Unterkühlzwischenströmungskanal geleitet wird und das durch den ersten Unterkühlzwischenströmungskanal geleitete Kältemittel anschließend durch wenigstens zwei Kühlrohre eines zweiten Unterkühlparallelabschnittes parallel geleitet wird und der zweite Unterkühlparallelabschnitt in einen zweiten Unterkühlzwischenströmungskanal mündet und der zweite Unterkühlzwischenströmungskanal in wenigstens zwei Kühlrohre als dritter Unterkühlparallelabschnitt mündet und/oder in dem Unterkühlungsbereich das Kältemittel durch Kühlrohre mit einer kleineren Strömungsquerschnittsfläche geleitet wird als das Kältemittel das durch die Kühlrohre des Überhitzungsbereiches und/oder des Kondensationsbereiches geleitet wird, so dass das durch die Kühlrohre in dem Unterkühlungsbereich geleitete Kältemittel einen größeren Volumenstrom aufweist als das in dem Überhitzungsbereich und/oder dem Kondensationsbereich durch die Kühlrohre geleitete Kältemittel.
  • Zweckmäßig ist der Volumenstrom des Kältemittel in den Kühlrohren des Unterkühlungsbereiches um das 1,0 oder 1,2 oder 1,5 oder 2-Fache größer als der Volumenstrom des Kältemittels in den Kühlrohren des Überhitzungsbereiches und/oder des Kondensationsbereiches und/oder das Kältemittel in dem Unterkühlungsbereich wird um mehr als 7, 10, 12 oder 14 K abgekühlt und wird vorzugsweise um weniger als 30 K oder 20 K abgekühlt. Aufgrund des größeren Volumenstromes des Kältemittels in den Kühlrohren des Unterkühlungsbereiches und der damit verbundenen größeren Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels im Unterkühlungsbereich kann dadurch eine bessere Wärmeübertragung von dem Kältemittel auf die Luft, welche die Kältemittelkondensatorbaugruppe umströmt, erreicht werden.
  • Erfindungsgemäße Kraftfahrzeugklimaanlage, umfassend eine Kältemittelkondensatorbaugruppe, einen Verdampfer, einen Verdichter, vorzugsweise ein Gebläse, vorzugsweise ein Gehäuse zur Aufnahme des Gebläses und des Verdampfers, wobei die Kältemittelkondensatorbaugruppe als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Kältemittelkondensatorbaugruppe ausgebildet ist und/oder von der Kraftfahrzeugklimaanlage ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar ist.
  • In einer zusätzlichen Ausführungsform ist das Kältemittel R1234yf oder R134a.
  • In einer Variante weist die Kältemittelkondensatorbaugruppe eine an dem Sammelbehälter ausgebildete Verschlusseinrichtung zum Verschließen einer Verschlussöffnung des Sammelbehälters auf.
  • Vorzugsweise sind im Sammelbehälter und/oder in der Verschlusseinrichtung ein Trockner und/oder ein Filter angeordnet.
  • Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer Kältemittelkondensatorbaugruppe,
  • 2 eine perspektivische Teilansicht der Kältemittelkondensatorbaugruppe gemäß 1 und
  • 3 ein Strömungsschaltbild des Kältemittels in der Kältemittelkondensatorbaugruppe gemäß 1.
  • In 1 und 2 ist eine Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 in einer perspektvischen Ansicht dargestellt. Die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 ist Bestandteil einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem Verdampfer und einem Verdichter (nicht dargestellt). Durch horizontal angeordnete Kühlrohre 2 als Flachrohre 3 strömt zu kondensierendes und zu kühlendes Kältemittel (1 und 2). Die Kühlrohre 2 münden an ihren jeweiligen Enden in ein vertikales Sammelrohr 5, d. h. es sind zwei Sammelrohre 5 jeweils an den Enden der Kühlrohre 2 vorhanden. In 2 ist nur ein Sammelrohr 5 dargestellt. Das Sammelrohr 5 weist hierfür Kühlrohröffnungen auf, durch welche die Enden der Kühlrohre 2 in das Sammelrohr 5 ragen. Innerhalb der Sammelrohre 5 sind Leitbleche (nicht dargestellt) ausgebildet mit denen ein bestimmter Strömungsweg des Kältemittels durch die Kühlrohre 2 erreicht werden kann, so dass das Kältemittel durch die Kühlrohre 2 gemäß dem Strömungsschaltbild in 3 durch die Kühlrohre 2 strömt.
  • Zwischen den Kühlrohren 2 sind mäanderförmige Wellrippen 4 angeordnet, welche mit den Kühlrohren 2 in thermischer Verbindung mittels Wärmeleitung stehen. Dadurch wird die Fläche vergrößert, welche zum Kühlen des Kältemittels zur Verfügung steht. Die Kühlrohre 2, die Wellrippen 4 und die beiden Sammelrohre 4 bestehen im Allgemeinen aus Metall, insbesondere Aluminium, und sind stoffschlüssig als Lötverbindung miteinander verbunden. In vier Eckbereichen der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 ist eine Befestigungseinrichtung 8 angeordnet, mit der die Kältemittelkondensatorbaugruppe an einem Kraftfahrzeug, insbesondere an einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges, befestigt werden kann.
  • An dem Sammelrohr 4 ist, ebenfalls vertikal ausgerichtet, ein Sammelbehälter 6 an einer ersten Längsseite angeordnet (1, 2). Der Sammelbehälter 6 steht mittels zweier Überströmöffnungen (nicht dargestellt) in Fluidverbindung mit dem Sammelrohr 5 und damit auch mittelbar in Fluidverbindung mit den Kühlrohren 2. In dem Sammelbehälter 6 ist ein Trockner und ein Filter (nicht dargestellt) angeordnet. Der Trockner ist hygroskopisch und kann Wasser bzw. Feuchtigkeit aus dem Kältemittel aufnehmen. Der Sammelbehälter 6 ist am unteren und oberen Ende mit dem Sammelrohr 5 mechanisch mit einem konkaven Auflagebereich verbunden. Am unteren Ende ist der Sammelbehälter 6 von einer Verschlusseinrichtung 7 fluiddicht verschlossen. Die abnehmbare Verschlusseinrichtung 7 ermöglicht einen Austausch des Trockners und des Filters in dem Sammelbehälter 6.
  • Die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 weist eine Einlassöffnung 9 zum Einleiten des Kältemittels R1234yf in die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 auf und eine Auslassöffnung 10 zum Ausleiten des Kältemittels aus der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 (1 und 3). Die Enden der Kühlrohre 2 enden dabei in den Sammelrohren 5. In den Sammelrohren 5 sind nicht dargestellte Leitbleche bzw. Strömungsführungsbleche angeordnet, mit Hilfe denen ein bestimmtes vorgegebenes Strömungsschaltbild des Kältemittels erzielt werden kann, d. h. mit welchem Strömungsweg das Kältemittel durch die Vielzahl von übereinander angeordneten Kühlrohre 2 der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 strömt. Das in 3 dargestellte Strömungsschallbild dient nur zur anschaulichen Darstellung des Strömungsweges des Kältemittels durch die Kühlrohre 2 und stellt nicht geometrische Ausrichtung der Kühlrohre 2 zueinander in der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 dar. Ein erster Zwischenströmungskanal 20, ein zweiter Zwischenströmungskanal 22, ein dritter Zwischenströmungskanal 24 sowie ein erster Unterkühlzwischenströmungskanal 15 und ein zweiter Unterkühlzwischenströmungskanal 17, welche in 3 dargestellt sind, werden somit innerhalb der Sammelrohre 5 von den nicht dargestellten Strömungsleitblechen gebildet.
  • Die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 stellt einen Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme von dem Kältemittel auf Luft dar, welche die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 umgibt und diese umströmt. Dabei wird der Wärmeübertrager im Wesentlichen von den Kühlrohren 2 und den beiden Sammelrohren 5 gebildet. Der Wärmeübertrager als Teil der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 weist dabei eine Einlassöffnung 9 auf, durch welche gasförmiges Kältemittel von einem nicht dargestellten Verdichter zu der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 geleitet wird. Das gasförmige Kaltemittel wird dabei an einem Überhitzungsbereich 11 auf eine Sättigungstemperatur abgekühlt, d. h. an der Sättigungstemperatur tritt entsprechend dem vorhandenen Druck eine Kondensation des Kältemittels ein. In der Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Überhitzungsbereich 11 schließt sich ein Kondensationsbereich 12 an, in welchem das Kältemittel kondensiert und somit verflüssigt wird. Das im Kondensationsbereich 12 verflüssigte Kältemittel wird als Flüssigkeit dem Unterkühlungsbereich 13 zugeführt und im Unterkühlungsbereich 13 unterhalb der Siedetemperatur des Kältemittels abgekühlt. Die in 3 vorgegebene klare Trennung in Überhitzungsbereich 11, Kondensationsbereich 12 und Unterkühlungsbereich 13 kann dabei beim Betrieb einer Kraftfahrzeugklimaanlage geringfügig abweichen, so dass beispielsweise in Abänderung von der Darstellung in 3 der Überhitzungsbereich 11 geringfügig größer ist und dadurch der Kondensationsbereich 12 kleiner wird, so dass beispielsweise ein zweiter Parallelabschnitt 21 auch teilweise den Überhitzungsbereich 11 bildet. Dies gilt in analoger Weise für die Trennung zwischen dem Kondensationsbereich 12 und dem Unterkühlungsbereich 13, der sich entweder in einen ersten Unterkühlparallelabschnitt 14 verschieben kann in Strömungsrichtung des Kältemittels oder in einen dritten Parallelabschnitt 23 entgegen der Strömungsrichtung des Kältemittels zurück verschieben kann.
  • Der Überhitzungsbereich 11 ist von dem ersten Parallelabschnitt 19 gebildet. Der erste Parallelabschnitt 19 weist dabei elf Kühlrohre auf, die fluidleitend bzw. hydraulisch parallel geschalten sind bzw. durchströmt werden. Nach dem Ausströmen des Kältemittels aus den elf Kühlrohren 2 des ersten Parallelabschnittes 19 wird das Kältemittel in den ersten Zwischenströmungskanal 20 eingeleitet und von dem ersten Zwischenströmungskanal 20 in den zweiten Parallelabschnitt 21 eingeleitet. Der zweite Parallelabschnitt 21 weist acht Kühlrohre 2 auf, durch welche das Kältemittel gleichzeitig parallel strömt. Das aus dem zweiten Parallelabschnitt 21 ausströmende Kältemittel wird in den zweiten Zwischenströmungskanal 22 eingeleitet und von diesem in den dritten Parallelabschnitt 23 mit ebenfalls acht Kühlrohren 2 eingeleitet.
  • Das aus dem dritten Parallelabschnitt 23 ausströmende Kältemittel wird in den dritten Zwischenströmungskanal 24 eingeleitet und wird anschließend, nachdem es den Sammelbehälter 6 durchströmt hat, dem Unterkühlungsbereich 13 der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 zugeführt. Der Unterkühlungsbereich 13 umfasst einen ersten Unterkühlparallelabschnitt 14, einen zweiten Unterkühlparallelabschnitt 16 und einen dritten Unterkühlparallelabschnitt 18. Die drei Unterkühlparallelabschnitte 14, 16 und 18 weisen dabei jeweils drei Kühlrohre 2 auf. Der erste Unterkühlparallelabschnitt 14 ist mit dem zweiten Unterkühlparallelabschnitt 16 durch den ersten Unterkühlzwischenströmungskanal 15 verbunden und in analoger Weise ist der zweite Unterkühlparallelabschnitt 16 mit dem dritten Unterkühlparallelabschnitt 18 durch den zweiten Unterkühlzwischenströmungskanal 17 verbunden. Damit sind in der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 die Parallelabschnitte 19, 21 und 23 sowie die Unterkühlparallelabschnitte 14, 16 und 18 fluidleitend in Reihe geschaltet und die Kühlrohre 2 an den Parallelabschnitten 19, 21 und 23 sowie an den Unterkühlparallelabschnitten 14, 16 und 18 sind hydraulisch bzw. fluidleitend parallel geschaltet.
  • Das gesamte durch die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 geleitete Kältemittel durchströmt somit jeweils die Parallelabschnitte 19, 21 und 23 sowie die Unterkühlparallelabschnitte 14, 16 und 18. Dabei weisen die Unterkühlparallelabschnitte 14, 16 und 18 eine wesentlich geringere Anzahl an Kühlrohre 2 auf als die Parallelabschnitte 19, 21 und 23. Aufgrund der fluidleitenden bzw. hydraulischen Schaltung der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 steht damit dem Kältemittel an den Unterkühlparallelabschnitten 14, 16 und 18 eine wesentliche geringere Strömungsquerschnittsfläche zur Verfügung als an den Parallelabschnitten 19, 21 und 23, weil die Kühlrohre 2 die gleiche Strömungsquerschnittsfläche aufweisen. Dadurch tritt an den Unterkühlparallelabschnitten 14, 16 und 18 eine größere Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels bzw. ein größerer Volumenstrom des Kältemittels auf als an den Parallelabschnitten 19, 21 und 23. Aufgrund dieser größeren Strömungsgeschwindigkeit bzw. des größeren Volumenstromes des Kältemittels an dem Unterkühlungsbereich 13 im Verhältnis zu dem Überhitzungsbereich 11 und/oder dem Kondensationsbereich 12 kann die Wärmeübertragung von dem Kältemittel auf die Luft im Unterkühlungsbereich 13 erhöht werden und dadurch mehr Wärme von dem Kältemittel auf die die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 umströmende Luft übertragen werden und somit das Kältemittel im Unterkühlungsbereich 13 stärker unter die Siedetemperatur des Kältemittels abgekühlt werden, beispielsweise um 14 K unterhalb der Siedetemperatur des Kältemittels abgekühlt werden. Damit kann in vorteilhafter Weise der COP eines Kältekreises erhöht werden. Aufgrund der ausreichend dimensionierten Strömungsquerschnittsfläche am Unterkühlungsbereich 13 wird der Druckabfall in der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 nicht oder nur sehr geringfügig erhöht, so dass dadurch der Hochdruck an der Einlassöffnung 9 nur geringfügig ansteigt und somit die Leistungssteigerung des Kältekreises aufgrund der größeren Abkühlung an dem Unterkühlungsbereich 13 wesentlich größer ist, als die Leistungsminderung aufgrund des evtl. Anstieges des Hochdruckes an der Einlassöffnung 9 ist. Nach Durchströmen des Unterkühlungsbereiches 13 wird das Kältemittel durch die Auslassöffnung 10 aus der Kältemittelkondensatorbaugruppe ausgeleitet. Durch die Ausbildung von drei Unterkühlparallelabschnitten ist die Auslassöffnung an einer zweiten Längsseite der Kältemittelkondensatorbaugruppe angeordnet. Somit sind Auslassöffnung und Sammelbehälter 6 an verschiedenen Längsseiten der Kältemittelkondensatorbaugruppe angeordnet.
  • In einem weitern Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) weist der Unterkühlungsbereich 13 nur den ersten und zweiten Unterkühlparallelabschnitt 14, 16 und nicht den dritten Unterkühlparallelabschnitt 18 auf. In einem zusätzlichen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Unterkühlungsbereich 13 auch in insgesamt vier oder fünf Unterkühlparallelabschnitte unterteilt sein. Bevorzugt weist der Unterkühlungsbereich 13 jedoch eine ungerade Anzahl von Unterkühlparallelabschnitten auf, so dass Sammelbehälter 6 und Auslassöffnung 10 an verschiedenen Seiten der Kältemittelkondensatorbaugruppe angeordnet sind.
  • Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 wesentliche Vorteile verbunden. Die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Volumenstrom an dem Unterkühlungsbereich 13 wird aufgrund des vorgegebenen Strömungsschaltbildes stark erhöht, so dass dadurch eine stärkere Unterkühlung oder Abkühlung des Kältemittels am Unterkühlungsbereich 13 erreicht werden kann, ohne dass die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 mehr Bauraum oder Oberfläche benötigt, weil aufgrund der größeren Strömungsgeschwindigkeit die Wärmeübertragung von dem Kältemittel auf die Luft je Oberflächeneinheit der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1, insbesondere an den Kühlrohren 2, den Wellrippen 4 oder den Sammelrohren 5 als Wärmeübertrager der Kältemittelkondensatorbaugruppe 1, erhöht wird. Dadurch kann bei einem unveränderten Bauraum für die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 der COP eines Kältekreises mit der Kälttemittelkondensatorbaugruppe 1 erhöht werden, ohne dass zusätzlicher Bauraum für die Kältemittelkondensatorbaugruppe 1 erforderlich ist. Damit kann die Verringerung des COP aufgrund der Verwendung des Kältemittels R1234yf wenigstens teilweise ausgeglichen werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kältemittelkondensatorbaugruppe
    2
    Kühlrohr
    3
    Flachrohr
    4
    Wellrippe
    5
    Sammelrohr
    6
    Sammelbehälter
    7
    Verschlusseinrichtung am Sammelbehälter
    8
    Befestigungseinrichtung
    9
    Einlassöffnung
    10
    Auslassöffnung
    11
    Überhitzungsbereich
    12
    Kondensationsbereich
    13
    Unterkühlungsbereich
    14
    Erster Unterkühlparallelabschnitt
    15
    Erster Unterkühlzwischenströmungskanal
    16
    Zweiter Unterkühlparallelabschnitt
    17
    Zweiter Unterkühlzwischenströmungskanal
    18
    Dritter Unterkühlparallelabschnitt
    19
    Erster Parallelabschnitt
    20
    Erster Zwischenströmungskanal
    21
    Zweiter Parallelabschnitt
    22
    Zweiter Zwischenströmungskanal
    23
    Dritter Parallelabschnitt
    24
    Dritter Zwischenströmungskanal
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (10)

  1. Kältemittelkondensatorbaugruppe (1) für eine Kraftfahrzeugklimaanlage, umfassend – eine Einlassöffnung (9) zum Einleiten eines Kältemittels – eine Auslassöffung (10) zum Ausleiten eines Kältemittels – Kühlrohre (2) zum Durchleiten eines Kältemittels, – zwei Sammelrohre (5) zum Fluidverbinden der Kühlrohre (2), – einen Sammelbehälter (6) mit wenigstens einer Überströmöffnung mittels der der Sammelbehälter (6) in Fluidverbindung zu den Kühlrohren (2) und/oder dem Sammelrohr (5) steht, wobei der Sammelbehälter an einer ersten Längsseite der Kältemittelkondensatorbaugruppe angeordnet ist, – die Kühlrohre (2) einen Überhitzungsbereich (11) zum Kühlen des dampfförmigen Kältemittels, einen Kondensationsbereich (12) zum Kondensierendes Kältemittels und einen Unterkühlungsbereich (13) zum Kühlen des flüssigen Kältemittels aufweisen, wobei im Unterkühlungsbereich (13) wenigstens zwei Kühlrohre (2) als erster Unterkühlparallelabschnitt (14) fluidleitend mit dem Kältemittel parallel beaufschlagt sind, das aus dem ersten Unterkühlparallelabschnitt (14) ausströmende Kältemittel in einen ersten Unterkühlzwischenströmungskanal (15) mündet und der erste Unterkühlzwischenströmungskanal (15) in wenigstens zwei Kühlrohre (2) als zweiter Unterkühlparallelabschnitt (16) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass im Unterkühlungsbereich (13) der zweite Unterkühlparallelabschnitt (16) in einen zweiten Unterkühlzwischenströmungskanal (17) mündet und der zweite Unterkühlzwischenströmungskanal (17) in wenigstens zwei Kühlrohre (2) als dritter Unterkühlparallelabschnitt (18) mündet, so dass die Auslassöffnung (10) auf einer zweiten Längsseite der Kältemittelkondensatorbaugruppe angeordnet ist:
  2. Kältemittelkondensatorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Unterkühlparallelabschnitt (14, 16, 18) zwei, drei oder vier parallel beaufschlagte Kühlrohre (2) aufweist und/oder die Oberfläche der Kühlrohre (2) und vorzugsweise der Sammelrohre (5) des Unterkühlungsbereiches (13) weniger als 50%, 40%, 35%, 30%, 25% oder 15% der Oberfläche des Wärmeübertragers der Kältemittelkondensatorbaugruppe (1) beträgt und insbesondere der Wärmeübertrager aus den Kühlrohre (2) und vorzugsweise den Sammelrohren (5) besteht.
  3. Kältemittelkondensatorbaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem ersten Unterkühlparallelabschnitt (14) wenigstens zwei Kühlrohre (2) als erster Parallelabschnitt (19) fluidleitend parallel beaufschlagt sind, das aus dem ersten Parallelabschnitt (19) ausströmende Kältemittel in einen ersten Zwischenströmungskanal (20) mündet und der erste Zwischenströmungskanal (20) in wenigstens zwei Kühlrohre (2) als zweiter Parallelabschnitt (21) mündet.
  4. Kältemittelkondensatorbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem ersten Unterkühlparallelabschnitt (14) das aus dem zweiten Parallelabschnitt (21) ausströmende Kältemittel in einen zweiten Zwischenströmungskanal (22) mündet und der zweite Zwischenströmungskanal (22) in wenigstens zwei Kühlrohre (2) als dritter Parallelabschnitt (23) mündet.
  5. Kältemittelkondensatorbaugruppe nach, Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Parallelabschnitt (21) in einen zweiten Zwischenströmungskanal (22) mündet und der zweite Zwischenströmungskanal (22) in den Sammelbehälter (6)(14) mündet oder der dritte Parallelabschnitt (23) in einen dritten Zwischenströmungskanal (24) mündet und der dritte Zwischenströmungskanal (24) in den Sammelbehälter (6) (14) mündet
  6. Kältemittelkondensatorbaugruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Strömungsquerschnittsflächen der Kühlröhre (2) eines Unterkühlparallelabschnittes (14, 16, 18) kleiner ist als das Produkt aus 1,0 oder 0,9 oder 0,7 oder 0,5 oder 0,3 oder 0,1 und der Summe der Strömungsquerschnittsflächen der Kühlrohre (2) eines Parallelabschnittes (19, 21, 23) und/oder die Kühlrohre (2) als Flachrohre (3) ausgebildet sind und zwischen den Flachrohren Wellrippen (4) angeordnet sind.
  7. Kältemittelkondensatorbaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Unterkühlparallelabschnitt (18) geodätisch höher angeordnet ist als der zweite Unterkühlparallelabschnitt (16) und der zweite Unterkühlparallelabschnitt geodätisch höher angeordnet ist als der erste Unterkühlparallelabschnitt (14).
  8. Verfahren zum Betreiben eines Kältekreises einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit den Schritten – Leiten von Kältemittel durch Leitungen eines Kältemittelkreislaufes, – Verdichten des gasförmigen Kältemittels in einem Verdichter, so dass der Druck des gasförmigen Kältemittels erhöht wird, – Kühlen und Kondensieren des gasförmigen Kältemittels in einer Kältemittelkondensatorbaugruppe (1), das durch Kühlrohre (2) geleitet wird, indem das gasförmige Kältemittel in einem Überhitzungsbereich (11) auf eine Sättigungstemperatur abgekühlt wird, anschließend in einem Kondensationsbereich (12) das gasförmige Kältemittel auf eine Siedetemperatur abgekühlt und verflüssigt wird und in einem Unterkühlungsbereich (13) das flüssige Kältemittel unterhalb der Siedetemperatur abgekühlt wird, – Expandieren des flüssigen Kältemittels an einem Expansionsorgan, so dass der Druck des flüssigen Kältemittels reduziert wird, – Erwärmen und Verdampfen des Kältemittels in einem Verdampfer, – Leiten des aus dem Verdampfer austretenden gasförmigen Kältemittels zu dem Verdichter, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Unterkühlungsbereich (13) das Kältemittel durch wenigstens zwei Kühlrohre (2) eines ersten Unterkühlparallelabschnittes (14) parallel geleitet wird, das aus dem ersten Unterkühlparallelabschnitt (14) ausströmende Kältemittel in einen ersten Unterkühlzwischenströmungskanal (15) geleitet wird und das durch den ersten Unterkühlzwischenströmungskanal (15) geleitete Kältemittel anschließend durch wenigstens zwei Kühlrohre (2) eines zweiten Unterkühlparallelabschnittes (16) parallel geleitet wird und der zweite Unterkühlparallelabschnitt (16) in einen zweiten Unterkühlzwischenströmungskanal (17) mündet und der zweite Unterkühlzwischenströmungskanal (17) in wenigstens zwei Kühlrohre (2) als dritter Unterkühlparallelabschnitt (18) mündet und/oder in dem Unterkühlungsbereich (13) das Kältemittel durch Kühlrohre (2) mit einer kleineren Strömungsquerschnittsfläche geleitet wird als das Kältemittel das durch die Kühlrohre (2) des Überhitzungsbereiches und/oder des Kondensationsbereiches (2) geleitet wird, so dass das durch die Kühlrohre (2) in dem Unterkühlungsbereich (13) geleitete Kältemittel einen größeren Volumenstrom aufweist als das in dem Überhitzungsbereich (11) und/oder dem Kondensationsbereich (12) durch die Kühlrohre (2) geleitete Kältemittel.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom des Kältemittel in den Kühlrohren (2) des Unterkühlungsbereiches (13) um das 1,0 oder 1,2 oder 1,5 oder 2-Fache größer ist als der Volumenstrom des Kältemittels in den Kühlrohren (2) des Überhitzungsbereiches (11) und/oder des Kondensationsbereiches (12) und/oder das Kältemittel in dem Unterkühlungsbereich (13) um mehr als 7, 10, 12 oder 14 K abgekühlt wird und vorzugsweise um weniger als 30 K oder 20 K abgekühlt wird.
  10. Kraftfahrzeugklimaanlage, umfassend – eine Kältemittelkondensatorbaugruppe (1), – einen Verdampfer, – einen Verdichter, – vorzugsweise ein Gebläse, – vorzugsweise ein Gehäuse zur Aufnahme des Gebläses und des Verdampfers, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemittelkondensatorbaugruppe (1) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 biss ausgebildet ist und/oder von der Kraftfahrzeugklimaanlage ein Verfahren gemäß Anspruch 8, oder 9 ausführbar ist.
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