DE102015122681A1 - Safety heat exchanger for a climate system with flammable and / or toxic refrigerant - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (9) für ein Klimasystem, mit mindestens einem Kältemittelrohr (20), das sich durch einen Luftführungskanal (L) erstreckt, und einem Sicherheitsrohr (26), das das Kältemittelrohr innerhalb des Luftführungskanals umgibt. Die Erfindung betrifft auch ein Klimasystem mit einem Verdichter (1), einem Umgebungsluft-Wärmetauscher und einem solchen Raumluft-Wärmetauscher (9).The invention relates to a heat exchanger (9) for an air conditioning system, comprising at least one refrigerant pipe (20) extending through an air duct (L) and a safety pipe (26) surrounding the refrigerant pipe within the air duct. The invention also relates to an air conditioning system with a compressor (1), an ambient air heat exchanger and such a room air heat exchanger (9).
Description
Die Erfindung betrifft einen Sicherheitswärmetauscher für ein Klimasystem und ein Klimasystem mit einem solchen Wärmetauscher. The invention relates to a safety heat exchanger for an air conditioning system and an air conditioning system with such a heat exchanger.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein sogenanntes Klimagerät, das zum Kühlen von Innenräumen von Caravans, Booten, etc. geeignet ist. Die Erfindung kann aber auch zur Raumklimatisierung von Wohnungen oder Gebäuden verwendet werden. In particular, the invention relates to a so-called air conditioner, which is suitable for cooling the interior of caravans, boats, etc. The invention can also be used for room air conditioning of apartments or buildings.
Solche Klimageräte sind beispielsweise aus der
Ein Verdichter
Das im Umgebungsluft-Wärmetauscher
Beim Entspannen geht das Kältemittel in den dampfförmigen Zustand über. Gleichzeitig verringert sich die Temperatur des Kältemittels. Das expandierte Kältemittel wird in einen Klimatisierungs-Wärmetauscher
Die Raumluft für den zu klimatisierenden Raum wird durch den Raumluft-Wärmetauscher
Bei der Raumluft, die durch den Raumluft-Wärmetauscher
Vom Raumluft-Wärmetauscher
Dieses Klimasystem kann nicht nur als Klimaanlage zum Kühlen von Raumluft verwendet werden, sondern auch als Wärmepumpe zum Erwärmen von Raumluft. This air conditioning system can be used not only as an air conditioner for cooling room air, but also as a heat pump for heating room air.
Als Kältemittel werden üblicherweise sogenannte Sicherheitskältemittel (beispielsweise R134a) verwendet, also Kältemittel auf der Basis von halogenierten Kohlenwasserstoffen. Aus Umweltschutzgesichtspunkten gibt es in jüngster Zeit vermehrt das Bestreben, Kältemittel mit einem niedrigen Treibhauspotential zu verwenden, beispielsweise Propan oder R32. Da Propan und R32 jedoch brennbar sind, können sie aus Sicherheitsgründen in einer herkömmlichen Klimaanlage nicht eingesetzt werden. The refrigerants used are usually so-called safety refrigerants (for example R134a), ie refrigerants based on halogenated hydrocarbons. From an environmental point of view, there has recently been an increasing desire to use refrigerants with a low global warming potential, for example propane or R32. However, since propane and R32 are flammable, they can not be used in a conventional air conditioner for safety reasons.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Klimaanlage zu schaffen, bei der brennbare und/oder toxische Kältemittel eingesetzt werden können. The object of the invention is to provide an air conditioning system in which combustible and / or toxic refrigerants can be used.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Wärmetauscher für ein Klimasystem vorgesehen, mit mindestens einem Kältemittelrohr, das sich durch einen Luftführungskanal erstreckt, und mindestens einem Sicherheitsrohr, das das Kältemittelrohr innerhalb des Luftführungskanals umgibt. Das Sicherheitsrohr gewährleistet, dass im eventuellen Falle einer Undichtigkeit das Kältemittel nicht in den Luftführungskanal und von dort in den zu klimatisierenden Raum eintreten kann, sondern vom Sicherheitsrohr aufgefangen wird. Auf diese Weise ist ein Sicherheitswärmetauscher geschaffen, in dem Kältemittel, die brennbar und/oder toxisch sind, verwendet werden können, ohne dass im Falle einer Leckage das Risiko besteht, dass ausströmendes Kältemittel über die Raumluft in Räume gelangt, in denen sich Personen aufhalten. Somit können sich dort keine gefährlichen (brennbaren und/oder toxischen) Luftgemische bilden. To achieve this object, a heat exchanger for an air conditioning system is provided according to the invention, with at least one refrigerant pipe which extends through an air duct, and at least one safety tube which surrounds the refrigerant pipe within the air duct. The safety pipe ensures that in the event of a leak, the refrigerant can not enter the air duct and from there into the room to be air-conditioned, but is caught by the safety pipe. In this way, a safety heat exchanger is provided in which flammable and / or toxic refrigerants can be used without the risk, in the event of leakage, that escaping refrigerant passes through the air in rooms in which people are present. Thus, no dangerous (combustible and / or toxic) air mixtures can form there.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sicherheitsrohr außerhalb des Luftführungskanals zur Umgebung geöffnet ist. Somit kann das Kältemittel, falls es zu einem Defekt kommt, gezielt zu einem Bereich außerhalb des zu klimatisierenden Raumes hin abgeführt werden. According to one embodiment of the invention, it is provided that the safety tube outside the air duct is open to the environment. Thus, the refrigerant can, if it comes to a defect, are selectively discharged to an area outside of the room to be air conditioned.
Grundsätzlich ist gemäß einer alternativen Ausgestaltung auch denkbar, dass das Sicherheitsrohr in einem geschlossenen System endet, dem ein Sensor zugeordnet ist. Dieser spricht an, wenn sich im Sicherheitsrohr Kältemittel befindet. In principle, according to an alternative embodiment, it is also conceivable that the safety tube ends in a closed system to which a sensor is assigned. This will respond if there is refrigerant in the containment tube.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Sicherheitsrohr und das Kältemittelrohr in gut wärmeleitender Verbindung stehen. Hierdurch wird eine gute Wärmeübertragung vom Kältemittel über das Kältemittelrohr und das Sicherheitsrohr auf die durch den Luftführungskanal strömende, zu kühlende Luft gewährleistet. According to a preferred embodiment it is provided that the safety pipe and the refrigerant pipe are in good heat-conducting connection. In this way, a good heat transfer from the refrigerant through the refrigerant pipe and the safety tube is ensured on the air flowing through the air duct, to be cooled.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Sicherheitsrohr und das Kältemittelrohr aneinander anliegen. Somit ergibt sich eine gute Wärmeübertragung durch Wärmeleitung. It is preferably provided that the safety tube and the refrigerant tube abut each other. This results in a good heat transfer by heat conduction.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sicherheitsrohr auf seiner Innenseite und/oder das Kältemittelrohr auf seiner Außenseite aufgeraut ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Sicherheitsrohr auf seiner Innenseite und/oder das Kältemittelrohr auf seiner Außenseite mit mindestens einem Abfuhrkanal versehen ist. Mittels der Oberflächenrauigkeit bzw. des Abfuhrkanals wird sichergestellt, dass das Kältemittel im Falle einer Undichtigkeit aus dem Bereich zwischen Sicherheitsrohr und Kältemittelrohr seitlich heraus geleitet werden kann. According to one embodiment of the invention it is provided that the safety tube is roughened on its inside and / or the refrigerant tube on its outside. It can also be provided that the safety tube is provided on its inside and / or the refrigerant tube on its outside with at least one discharge channel. By means of the surface roughness or the discharge channel it is ensured that the refrigerant can be led out laterally out of the area between the safety pipe and the refrigerant pipe in the event of a leak.
Der Abfuhrkanal kann durch mindestens eine Nut oder Rille in der Außenfläche des Kältemittelrohres und/oder der Innenfläche des Sicherheitsrohres gebildet sein. Der Abfuhrkanal kann auch durch unterschiedliche Geometrien und/oder Oberflächenbeschaffenheiten der Außenfläche des Kältemittelrohres und der Innenfläche des Sicherheitsrohres gebildet sein, beispielsweise ein leicht ovales Kältemittelrohr, das in einem runden Sicherheitsrohr angeordnet ist, oder umgekehrt. The discharge channel may be formed by at least one groove or groove in the outer surface of the refrigerant tube and / or the inner surface of the safety tube. The discharge channel can also be formed by different geometries and / or surface textures of the outer surface of the refrigerant tube and the inner surface of the safety tube, for example, a slightly oval refrigerant tube, which is arranged in a round safety tube, or vice versa.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Luftführungskanal durch Außenwände (sogenannte „Endplates“) abgegrenzt ist, durch die hindurch sich mehrere Kältemittelrohre erstrecken, durch die das Kältemittel fließen kann, und dass die die Kältemittelrohre umgebenden Sicherheitsrohre außerhalb des Luftführungskanals zur Umgebung geöffnet sind. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich ein mechanisch einfacher Aufbau. Preferably, it is provided that the air duct is delimited by outer walls (so-called "endplates") through which extend a plurality of refrigerant tubes through which the refrigerant can flow, and that the surrounding the refrigerant tubes safety pipes outside the air duct are open to the environment. In this embodiment, a mechanically simple structure results.
Vorzugsweise steht das Sicherheitsrohr mit Wärmeübertragerrippen in Verbindung. Die Wärmeübertragerrippen vergrößern die Oberfläche, die zur Wärmeübertragung von der durch den Luftströmungskanal strömenden Luft zum Kältemittel hin zur Verfügung steht. Preferably, the safety tube communicates with heat transfer ribs. The heat transfer fins increase the surface area available for transferring heat from the air flowing through the air flow passage to the refrigerant.
Um eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen dem Sicherheitsrohr und dem Kältemittelrohr zu gewährleisten, kann vorgesehen sein, dass das Kältemittelrohr und das Sicherheitsrohr mittels einer Preßpassung aneinander anliegen. Diese kann dadurch erzielt werden, dass für das Kältemittelrohr ein Außendurchmesser gewählt wird, der geeignet größer ist als der Innendurchmesser des Sicherheitsrohres, und das Kältemittelrohr in das Sicherheitsrohr eingeschoben wird. Hierbei kann auch das Sicherheitsrohr aufgeweitet werden, so dass sich eine gut wärmeleitende Verbindung mit vorher aufgeschobenen Wärmeübertragungsrippen ergibt. In order to ensure a good heat-conducting connection between the safety tube and the refrigerant tube, it can be provided that the refrigerant tube and the safety tube abut each other by means of a press fit. This can be achieved by selecting an outer diameter for the refrigerant tube that is suitably larger than the inner diameter of the safety tube and pushing the refrigerant tube into the safety tube. In this case, the safety tube can be widened, so that there is a good heat-conducting connection with previously deferred heat transfer ribs.
Die Preßpassung kann auch dadurch erhalten werden, dass das Sicherheitsrohr erwärmt und/oder das Kältemittelrohr abgekühlt wird, bevor die Rohre ineinander montiert werden. Es ist auch möglich, das Kältemittelrohr, nachdem es innerhalb des Sicherheitsrohres angeordnet wurde, unter einen hohen Innendruck zu setzen, so dass es sich aufweitet und dabei plastisch verformt. The interference fit can also be obtained by heating the safety tube and / or cooling the refrigerant tube before the tubes are assembled together. It is also possible to set the refrigerant tube, after it has been placed inside the safety tube, under a high internal pressure, so that it widens and thereby plastically deforms.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kältemittelrohr und das Sicherheitsrohr einstückig miteinander ausgeführt sind. Hierdurch werden Trennstellen vermieden, die für die Wärmeleitung nachteilig wären. It can also be provided that the refrigerant pipe and the safety pipe are made in one piece with each other. As a result, separation points are avoided, which would be detrimental to the heat conduction.
Gemäß einer Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass das Kältemittelrohr und das Sicherheitsrohr Abschnitte eines Strangpreßprofilteils sind. Auf diese Weise können die beiden Rohre in gut wärmeleitender Verbindung und mit der gewünschten Geometrie hergestellt werden. According to one embodiment, it is provided that the refrigerant tube and the safety tube are sections of an extruded profile part. In this way, the two tubes can be made in good heat conducting connection and with the desired geometry.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Kältemittelrohr und dem Sicherheitsrohr ein gut wärmleitendes Material angeordnet ist, welches mindestens einen Gasleitungskanal definiert. Bei dem gut wärmeleitenden Material kann es beispielsweise um ein poröses Material handeln, durch das hindurch eventuell ausströmendes Kältemittel geleitet wird. Als gut wärmeleitendes Material kann beispielsweise Graphit verwendet werden. According to one embodiment of the invention, it is provided that a good heat-conducting material is arranged between the refrigerant tube and the safety tube, which defines at least one gas conduit. The highly thermally conductive material may be, for example, a porous material through which any escaping refrigerant is passed. As a good heat conducting material, for example, graphite can be used.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist erfindungsgemäß auch ein Klimasystem mit einem Verdichter, einem Umgebungs-Wärmetauscher und einem Raumluft- Wärmetauscher der vorstehend genannten Art vorgesehen. Hinsichtlich der sich ergebenden Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen. To achieve the above object, an air conditioning system with a compressor, an ambient heat exchanger and a room air heat exchanger of the aforementioned type is provided according to the invention. With regard to the resulting advantages, reference is made to the above explanations.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen: The invention will be described below with reference to various embodiments, which are illustrated in the accompanying drawings. In these show:
In
Der Raumluft-Wärmetauscher
Zwischen den Außenwänden
Die Kältemittelrohre
Die Außenwände
Jedes Kältemittelrohr
Die Kältemittelrohre
Um zu gewährleisten, dass Kältemittel, das im Falle einer Undichtigkeit aus dem Kältemittelrohr
Bei dem in
Eine alternative Ausgestaltung ist in
Auf die Sicherheitsrohre
Für eine gute Wärmeübertragung vom Kältemittel über das Kältemittelrohr
Der gewünschte innige Kontakt kann beispielweise dadurch erzielt werden, dass zunächst ein Kältemittelrohr
Hierzu kann innerhalb des Kältemittelrohres
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Sicherheitsrohr geeignet erwärmt und/oder das Kältemittelrohr
Es können auch zwei Rohre verwendet werden, zwischen denen ein Ringraum verbleibt. Dieser wird mit einem gut wärmeleitenden Material gefüllt, das gleichzeitig einen Gasdurchsatz ermöglicht, beispielsweise aufgrund von Porosität. Ein geeignetes Material ist beispielsweise Graphit. It can also be used two tubes between which an annulus remains. This is filled with a good heat-conducting material, which also allows a gas throughput, for example due to porosity. A suitable material is graphite, for example.
In
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