DE102018214871A1

DE102018214871A1 - Wärmepumpenheizer

Info

Publication number: DE102018214871A1
Application number: DE102018214871.6A
Authority: DE
Inventors: Uwe Förster; Martin Sievers
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2020-03-05
Also published as: US11117440B2; US20200070620A1; CN110873539A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmepumpenheizer (1) für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Der Wärmepumpenheizer (1) weist eine erste Rohrreihe (2a) mit mehreren Flachrohren (3a) und eine zweite Rohrreihe (2b) mit mehreren Flachrohren (3b) auf, wobei die erste Rohrreihe (2a) der zweiten Rohrreihe (2b) parallel angeordnet ist und dadurch ein Rohrblock (4) des Wärmepumpenheizers (1) geformt ist. An einer Anschlussstelle (8) des Rohrblocks (4) münden die Flachrohre (3a) der ersten Rohrreihe (2a) über einen Eintrittsboden (9) in ein Eintrittsrohr (10) und die Flachrohre (3b) der zweiten Rohrreihe (2b) über einen Austrittsboden (11) in ein Austrittsrohr (12) ein.Erfindungsgemäß sind das Eintrittsrohr (10) und das Austrittsrohr (12) über wenigstens einen Bypasskanal (19) fluidisch miteinander verbunden, so dass eine flüssige Phase des Kältemittels über den wenigstens einen Bypasskanal (19) die Flachrohre (3a, 3b) umgehend aus dem Eintrittsrohr (10) in das Austrittsrohr (12) strömen kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmepumpenheizer für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wärmepumpenheizer können in einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, um in eine Fahrgastkabine strömende Luft zu heizen. Ein Wärmepumpenheizer weist dabei mehrere vom Kältemittel durchströmbare Flachrohre auf, die zueinander beabstandet in einem Heizerblock angeordnet sind. Die Flachrohre in dem Heizerblock werden durch in die Fahrgastkabine strömende Luft umströmt, so dass Luft die Wärme mit dem Kältemittel in den Flachrohren austauscht und aufgeheizt wird. Die aufgeheizte Luft wird nach dem Wärmepumpenheizer auf Luftdüsen der Klimaanlage aufgeteilt und zu den Auslässen gefördert. Angestrebt wird dabei eine möglichst gleichmäßige Lufttemperatur an allen Auslässen der Klimaanlage. Um dies zu erreichen, sollte die Lufttemperatur über eine gesamte luftseitige Austrittsfläche des Wärmepumpenheizers möglichst gleich sein. Dies ist insbesondere bei Betriebspunkten mit einem großen Temperaturgang des Kältemittels und einer großen Temperaturdifferenz zwischen der aufzuheizenden Luft und dem Kältemittel nicht ohne weiteres möglich.
Aus dem Stand der Technik sind sowohl einreihige als auch mehrreihige Wärmepumpenheizer, wie beispielweise in WO 2012 041441 A3 beschrieben, bekannt. Dabei sind die Flachrohre in dem mehrreihigen Wärmepumpenheizer im Unterschied zu dem einreihigen Wärmepumpenheizer in mehreren Reihen zu mehreren Teilblöcken angeordnet, die hintereinander zu dem Heizerblock festgelegt sind und nacheinander mit Luft durchströmt werden. Der einreihige Wärmepumpenheizer weist nachteiligerweise eine stark ungleichmäßige Lufttemperatur über die Austrittsfläche auf, da das Kältemittel in Kältemittelströmungsrichtung abkühlt. Dadurch verringert sich die treibende Temperaturdifferenz der Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und Luft. Zusätzlich sinkt der Wärmeübergangskoeffizient in den Flachrohren aufgrund des sinkenden Dampfgehalts. In dem zweireihigen Wärmepumpenheizer strömt das heiße Kältemittel zuerst durch den zweiten Teilblock und danach strömt das bereits abgekühlte Kältemittel durch den ersten Teilblock. Auf diese Weise kann die Verteilung der Lufttemperatur über die Austrittsfläche des Wärmepumpenheizers zumindest teilweise ausgeglichen werden.
Die Temperatur des Kältemittels in dem jeweiligen Flachrohr sinkt in Kältemittelströmungsrichtung. Ferner bestehen die Unterschiede in der Temperatur des Kältemittels auch zwischen den einzelnen Flachrohren. Dies kann unter anderem auf die ungleiche Verteilung des Massenstroms und der flüssigen und gasförmigen Phase des Kältemittels in dem durchströmten Flachrohr geführt werden. Dadurch heizt der Wärmepumpenheizer auf gegenüberliegenden Seiten unterschiedlich stark und die Lufttemperatur ist über die Austrittsfläche des Wärmepumpenheizers ungleichmäßig verteilt. In einer Klimaanlage ist jedoch eine derartige ungleichmäßige seitenbezogene Verteilung und insbesondere eine ungleichmäßige Links-Rechts-Verteilung - hier auf das Kraftfahrzeug bezogen - der Lufttemperatur über die Austrittsfläche des Wärmepumpenheizers zu vermeiden. Aus diesem Grund ist der Wärmepumpenheizer üblicherweise derart in der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs eingebaut, dass die Flachrohre des Wärmepumpenheizers vertikal ausgerichtet sind. Die ungleichmäßige Änderung der Temperatur des Kältemittels in Kältemittelströmungsrichtung und dadurch die ungleichmäßige Verteilung der Lufttemperatur über die Austrittsfläche des Wärmeübertragers ist dann vertikal ausgerichtet. Grundsätzlich stellt ein Ausgleichen der Lufttemperatur über die Austrittsfläche des Wärmepumpenheizers eine Herausforderung dar.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für einen Wärmepumpenheizer der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein gattungsgemäßer Wärmepumpenheizer für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs weist eine erste Rohrreihe mit mehreren beabstandet zueinander angeordneten Flachrohren und eine zweite Rohrreihe mit mehreren beabstandet zueinander angeordneten Flachrohren auf. Die erste Rohrreihe ist dabei der zweiten Rohrreihe parallel angeordnet und dadurch ist ein Rohrblock des Wärmepumpenheizers geformt. An einer Anschlussstelle des Rohrblocks münden zumindest einige Flachrohre der ersten Rohrreihe über einen Eintrittsboden in ein Eintrittsrohr und zumindest einige Flachrohre der zweiten Rohrreihe über einen Austrittsboden in ein Austrittsrohr ein. Der Wärmepumpenheizer ist durch ein Kältemittel von dem Eintrittsrohr über die Flachrohre der ersten Reihe und über die Flachrohre der zweiten Reihe zu dem Austrittsrohr durchströmbar. Erfindungsgemäß sind das Eintrittsrohr und das Austrittsrohr über wenigstens einen Bypasskanal fluidisch miteinander verbunden, so dass eine flüssige Phase des Kältemittels über den wenigstens einen Bypasskanal die Flachrohre umgehend aus dem Eintrittsrohr in das Austrittsrohr strömen kann.
Der Massenstrom der flüssigen ölreichen Phase des Kältemittels wird auf diese Weise durch den Bypasskanal geleitet und passiert die Flachrohre des Wärmepumpenheizers nicht mehr. Dadurch kann der Massenstrom der gasförmigen Phase in den Flachrohren erhöht werden. Insbesondere kann dadurch die ungleichmäßige Verteilung der Lufttemperatur beim Austritt aus dem Rohrblock reduziert werden. Da die spezifische Enthalpiedifferenz der gasförmigen Phase des Kältemittels höher als die Enthalpiedifferenz der flüssigen Phase des Kältemittels in dem Eintrittsrohr und in dem Austrittsrohr ist, kann ferner mehr Wärme in dem Rohrblock an die den Rohrblock durchströmende Luft übertragen werden.
Vorteilhafterweise kann der Wärmepumpenheizer sowohl zweireihig als auch mehrreihig ausgebildet sein. Bei dem zweireihigen Wärmepumpenheizer ist vorgesehen, dass an einer Umlenkstelle des Rohrblocks zumindest einige Flachrohre der ersten Rohrreihe und zumindest einige Flachrohre der zweiten Rohrreihe über einen Umlenkboden in einen gemeinsamen Umlenksammler einmünden. Bei dem mehrreihigen Wärmepumpenheizer ist vorgesehen, dass wenigstens zwei weitere Rohrreihen zwischen der ersten Rohrreihe und der zweiten Rohrreihe angeordnet sind. Dabei münden an Umlenkstellen des Rohrblocks zumindest einige Flachrohre der jeweiligen nebeneinander angeordneten Rohrreihen über jeweils einen Umlenkboden in jeweils einen gemeinsamen Umlenksammler ein.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizers ist vorgesehen, dass die Anschlussstelle an einer Anschlussseite des Rohrblocks und die Umlenkstelle an einer der Anschlussseite gegenüberliegenden Umlenkseite des Rohrblocks angeordnet sind. Dadurch sind die Flachrohre der ersten Rohrreihe in eine erste Strömungsrichtung und die Flachrohre der zweiten Rohrreihe in eine der ersten Strömungsrichtung entgegen gerichtete zweite Strömungsrichtung von dem Kältemittel durchströmbar. Ist der Wärmepumpenheizer mehrreihig aufgebaut, so weicht die Strömungsrichtung in den benachbarten Rohrreihen des Rohrblocks ab. Der Umlenksammler erstreckt sich dann zweckgemäß über die gesamte Umlenkseite und das Eintrittsrohr und das Austrittsrohr erstrecken sich zweckgemäß über die gesamte Anschlussseite des Rohrblocks. Das Kältemittel kann dann über das Eintrittsrohr in alle Flachrohre der ersten Reihe zu dem Umlenksammler strömen. In dem Umlenksammler kann das Kältemittel umgeleitet werden und strömt in dem zweireihigen Wärmepumpenheizer über alle Flachrohre der zweiten Rohrreihe zu dem Austrittsrohr und in dem mehrreihigen Wärmepumpenheizer über alle Flachrohre der weiteren Rohrreihen und anschließend über alle Flachrohre der zweiten Rohrreihe zu dem Austrittsrohr.
Bei einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizers ist vorgesehen, dass die Anschlussstelle und die Umlenkstelle an einer gemeinsamen Anschlussseite des Rohrblocks angeordnet sind. Einige der Flachrohren der ersten Rohrreihe und der zweiten Rohrreihe sind dann in eine erste Strömungsrichtung und einige der Flachrohren der ersten Rohrreihe und der zweiten Rohrreihe sind in eine der ersten Strömungsrichtung entgegen gerichtete zweite Strömungsrichtung von dem Kältemittel durchströmbar. In dem zweireihigen Wärmepumpenheizer strömt das Kältemittel aus dem Eintrittsrohr über einige der Flachrohren der ersten Rohrreihe zu einem ersten Rohrsammler, der auf einer der Anschlussseite gegenüberliegenden Umlenkseite angeordnet ist. In dem ersten Rohrsammler wird das Kältemittel umgeleitet und strömt über die restlichen Flachrohre der ersten Reihe zu dem Umlenksammler. In dem Umlenksammler kann das Kältemittel umgeleitet werden und strömt durch einige der Flachrohren der zweiten Rohrreihe zu der Umlenkseite hin. Hier kann das Kältemittel in einem zweiten Rohrsammler umgelenkt werden und strömt über die restlichen Flachrohre der zweiten Rohrreihe zu dem Austrittsrohr auf der Anschlussseite. In dem mehrreihigen Wärmepumpenheizer strömt das Kältemittel aus dem Eintrittsrohr über einige der Flachrohren der ersten Rohrreihe zu dem ersten Rohrsammler auf der Umlenkseite. In dem ersten Rohrsammler wird das Kältemittel umgeleitet und strömt über die restlichen Flachrohre der ersten Reihe zu dem Umlenksammler. In dem Umlenksammler kann das Kältemittel umgeleitet werden und strömt durch einige der Flachrohre der weiteren Rohrreihe zu der Umlenkseite hin. Hier kann das Kältemittel in einem weiteren Rohrsammler umgelenkt werden und strömt durch einige der Flachrohre der weiteren Rohrreihe zu einem weiteren Umlenksammler auf der Anschlussseite hin. Das Kältemittel wird nun auf gleiche Weise durch die weiteren Rohrreihen zu der zweiten Rohrreihe und anschließen zu dem Austrittsrohr geleitet.
Unabhängig von der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizers kann die Verteilung der Lufttemperatur beim Austritt der Luft aus dem Wärmepumpenheizer durch den wenigstens einen Bypasskanal zwischen dem Eintrittsrohr und dem Austrittsrohr ausgeglichen werden.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Bypasskanal in einem Endbereich des Eintrittsrohrs angeordnet ist. Dabei ist der Endbereich einer Eintrittsöffnung des Eintrittsrohrs in Strömungsrichtung gegenüberliegend angeordnet. Auf diese vorteilhafte Weise kann bevorzugt die flüssige Phase des Kältemittels durch den Bypasskanal geleitet werden und dadurch eine mögliche Leistungsreduktion des Wärmepumpenheizers vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Bypasskanal in einem unteren Bereich des Eintrittsrohrs angeordnet ist. Der untere Bereich des Eintrittsrohrs ist dabei dem Eintrittsboden gegenüberliegend angeordnet und erstreckt sich über eine halbe Breite des Eintrittsrohrs in Längsrichtung der Flachrohre. Auf diese vorteilhafte Weise kann vermieden werden, dass die gasförmige Phase des Kältemittels durch den Bypasskanal strömt und dadurch die Leistung des Wärmepumpenheizers reduziert wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Wärmepumpenheizers ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Bypasskanal durch ein Bypassrohr geformt ist. Das Bypassrohr verbindet dabei fluidisch das Eintrittsrohr und das Austrittsrohr und ist als ein separates Bauteil ausgeführt. Zweckgemäß sind dabei Verbindungsstellen zwischen dem Bypassrohr und dem Eintrittsrohr und dem Austrittsrohr nach außen abgedichtet. In dem Wärmepumpenheizer können mehrere Bypasskanäle vorgesehen sein und entsprechend das Eintrittsrohr und das Austrittsrohr über mehrere Bypassrohre fluidisch miteinander verbunden sein.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Eintrittsrohr und das Austrittsrohr parallel und nebeneinander angeordnet und in einem Anschlusssammler des Wärmepumpenheizers ausgebildet sind. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Bypasskanal durch eine durchgehende Bypassöffnung in dem Anschlusssammler geformt ist. Die Bypassöffnung verbindet dabei das Eintrittsrohr und das Austrittsrohr fluidisch. In dem Wärmepumpenheizer können mehrere Bypasskanäle vorgesehen sein und entsprechend das Eintrittsrohr und das Austrittsrohr über mehrere Bypassöffnungen fluidisch miteinander verbunden sein.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Bypasskanal einen runden oder einen quadratischen oder einen ovalen oder einen rechteckigen oder einen mehreckigen Querschnitt aufweist. Weist der Wärmepumpenheizer mehrere Bypasskanäle auf, so können einige oder alle Bypasskanäle voneinander unterschiedliche oder gleiche Querschnitte aufweisen. Insbesondere kann durch den angepassten Querschnitt des wenigstens einen Bypasskanals eine mögliche Leistungsreduktion in dem Wärmepumpenheizer vermieden werden. Vorteilhafterweise kann eine Querschnittsfläche des wenigstens einen Bypasskanals zwischen 0,2 mm² und 9,0 mm² betragen. Weist der wenigstens eine Bypasskanal einen runden Querschnitt auf, so kann ein Durchmesser des Bypasskanals zwischen 0,5 mm und 3,4 mm liegen.
Zusammenfassend kann in dem erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizer die ungleichmäßige Verteilung der Lufttemperatur der den Rohrblock durchströmten Luft reduziert werden. Insbesondere kann in dem Wärmepumpenheizer eine seitenabhängige Verteilung der Lufttemperatur beim Austritt aus dem Rohrblock vermieden werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizers;
2 eine Ansicht eines Anschlusssammlers mit einem Eintrittsboden und mit einem Austrittsboden in dem erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizer;
3 eine Schnittansicht durch den in 2 gezeigten Anschlusssammler;
4 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizers mit der Verteilung der Lufttemperatur an einer Austrittsfläche;
5 eine Ansicht des herkömmlichen Wärmepumpenheizers mit der Verteilung der Lufttemperatur an einer Austrittsfläche.

1 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizers 1 für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Der Wärmepumpenheizer 1 weist eine erste Rohrreihe 2a mit mehreren beabstandet zueinander angeordneten Flachrohren 3a und eine zweite Rohrreihe 2b mit mehreren beabstandet zueinander angeordneten Flachrohren 3b auf. Die erste Rohrreihe 2a ist dabei an der zweiten Rohrreihe 2b angeordnet, so dass die Rohrreihen 2a und 2b einen zweireihigen Rohrblock 4 des Wärmepumpenheizers 1 bilden. An einer Umlenkstelle 5 des Rohrblocks 4 münden dabei die Flachrohre 3a und 3b der Rohrreihen 2a und 2b über einen Umlenkboden 6 in einen gemeinsamen Umlenksammler 7 ein. An einer Anschlussstelle 8 des Rohrblocks 4 münden die Flachrohre 3a der ersten Rohrreihe 2a über einen Eintrittsboden 9 in ein Eintrittsrohr 10 und die Flachrohre 3b der zweiten Rohrreihe 2b über einen Austrittsboden 11 in ein Austrittsrohr 12 ein. Das Eintrittsrohr 10 und das Austrittsrohr 12 sind in einem Anschlusssammler 17 ausgebildet und nebeneinander angeordnet. Die Anschlussstelle 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel an einer Anschlussseite 13 des Rohrblocks 4 und die Umlenkstelle 5 ist an einer der Anschlussseite 13 gegenüberliegenden Umlenkseite 14 des Rohrblocks 4 angeordnet. Entsprechend ist der Umlenksammler 7 an der Umlenkseite 14 und der Anschlusssammler 17 an der Anschlussseite 13 festgelegt.
Das Kältemittel strömt in dem Wärmepumpenheizer 1 in das Eintrittsrohr 10 über eine Eintrittsöffnung 10a ein und weiter durch die Flachrohre 3a der ersten Reihe 2a in eine erste Strömungsrichtung 15a zu dem Umlenksammler 7 hin. In dem Umlenksammler 7 verteilt sich das Kältemittel in die Flachrohre 3b und strömt durch diese in eine zweite Strömungsrichtung 15b zu dem Austrittsrohr 12 hin. Anschließend strömt das Kältemittel über eine Austrittsöffnung 12b aus dem Austrittsrohr 12 aus. Die Luft tritt in den Wärmepumpenheizer 1 an einer Eintrittsfläche - hier nicht sichtbar - ein und tritt an einer gegenüberliegenden Austrittsfläche 16 aus. Dabei umströmt die Luft zuerst die Flachrohre 3b der zweiten Rohrreihe 2b mit einem kühleren Kältemittel und danach die Flachrohre 3a der ersten Rohrreihe 2a mit dem heißeren Kältemittel. Erfindungsgemäß sind das Eintrittsrohr 10 und das Austrittsrohr 12 durch wenigstens einen Bypasskanal - wie im Folgenden anhand 2 und 3 näher erläutert wird - verbunden, so dass die Flachrohre 3a und 3b bevorzugt durch die gasförmige Phase des Kältemittels durchströmt werden. Auf diese Weise kann die Verteilung der Lufttemperatur über die Austrittsfläche 16 ausgeglichen werden - wie im Folgenden anhand 4 näher erläutert wird - und ferner das Aufheizen der Luft in dem Wärmepumpenheizer 1 intensiviert werden.
2 zeigt eine Ansicht des Anschlusssammlers 17 mit dem Eintrittsboden 9 und mit dem Austrittsboden 11. In 3 ist eine Schnittansicht des Anschlusssammlers 17 gezeigt. Der Anschlusssammler 17 umfasst dabei das Eintrittsrohr 10 und das Austrittsrohr 12, die in dem Anschlusssammler 17 ausgebildet sind. Der Anschlusssammler 17 kann sowohl ein- als auch mehrreihig ausgeführt sein. Der Eintrittsboden 9 weist zudem mehrere durchgehende Eintrittsdurchlässe 9a auf, über die die Flachrohre 3a der ersten Rohrreihe 2a fluidisch mit dem Eintrittsrohr 10 verbunden sind. Der Austrittsboden 11 weist analog mehrere durchgehende Austrittsdurchlässe 11b auf, über die die Flachrohre 3b der zweiten Rohrreihe 2b fluidisch mit dem Austrittsrohr 12 verbunden sind.
Bezugnehmend auf 3 sind das Eintrittsrohr 10 und das Austrittsrohr 12 durch Bypasskanäle 19 fluidisch miteinander verbunden. Der Massenstrom der flüssigen Phase des Kältemittels kann dann durch die Bypasskanäle 19 geleitet werden und passiert die Flachrohre 3a und 3b des Wärmepumpenheizers 1 nicht mehr. Dadurch kann der Massenstrom der gasförmigen Phase in den Flachrohren 3a und 3b erhöht werden. Insbesondere kann dadurch mehr Wärme in dem Rohrblock 4 an die den Rohrblock 4 durchströmende Luft übertragen werden und die Verteilung der Lufttemperatur über die Austrittsfläche 16 des Rohrblock 4 verbessert beziehungsweise ausgeglichen werden.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Bypasskanäle 19 durch jeweils eine durchgehende Bypassöffnung 20 in dem Anschlusssammler 17 geformt. Die Bypassöffnungen 20 verbinden dabei das Eintrittsrohr 10 und das Austrittsrohr 12 fluidisch. Die Bypassöffnungen 20 sind dabei in einem Endbereich 21 des Eintrittsrohrs 10 angeordnet, der der Eintrittsöffnung 10a des Eintrittsrohrs 10 gegenüberliegt. Zudem sind die Bypassöffnungen 20 in einem unteren Bereich 22 des Eintrittsrohrs 10 angeordnet. Der untere Bereich 22 ist dabei dem Eintrittsboden 9 gegenüberliegend angeordnet und erstreckt sich über eine halbe Breite des Eintrittsrohrs 10 in Längsrichtung der Flachrohre 3a beziehungsweise in erste Strömungsrichtung 15a des Kältemittels. Durch diese vorteilhafte Anordnung der Bypassöffnungen 20 kann vermieden werden, dass die gasförmige Phase des Kältemittels durch die Bypassöffnungen 20 strömt und dadurch die Leistung des Wärmepumpenheizers 1 reduziert wird. Die Bypassöffnungen 20 weisen in diesem Ausführungsbeispiel einen runden Querschnitt auf. Ein Durchmesser D_BP der Bypassöffnungen 20 liegt bevorzugt zwischen 0,5 mm und 3,4 mm.
4 zeigt eine Ansicht des Wärmepumpenheizers 1 mit der Verteilung der Lufttemperatur an der Austrittsfläche 16. Hier wurde der Wärmepumpenheizer 1 mit dem Kältemittel mit einem Ölanteil von 5 Ma.-% in Teillast betrieben und die Lufttemperatur lag beim Eintritt in den Rohrblock 4 bei 15°C. An der Austrittsfläche 16 sind jeweils Differenzen zwischen der Lufttemperatur beim Eintritt in den Rohrblock 4 und beim Austritt aus den Rohrblock 4 eingetragen. Vorteilhafterweise unterscheiden sich die Werte über die Austrittsfläche 16 lediglich um wenige °C, so dass eine seitenabhängige Verteilung der Lufttemperatur über die Austrittsfläche 16 in dem erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizer 1 vorteilhafterweise deutlich reduziert ist.
Zum Vergleich zeigt 5 eine Ansicht eines Wärmepumpenheizers 25 nach dem Stand der Technik. Der herkömmliche Wärmepumpenheizer 25 weist im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizer 1 keinen Bypasskanal auf. Im Übrigen entspricht der Aufbau des Wärmepumpenheizers 25 dem Aufbau des erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizers 1. Wie in 4, wurde hier der Wärmepumpenheizer 25 mit dem Kältemittel mit einem Ölanteil von 5 Ma.-% in Teillast betrieben und die Lufttemperatur lag beim Eintritt in den Rohrblock bei 15°C. Die Werte über die Austrittsfläche in dem herkömmlichen Wärmepumpenheizer 25 unterscheiden sich im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizer 1 um bis zu 25°C, so dass eine seitenabhängige Verteilung der Lufttemperatur über die Austrittsfläche in dem Wärmepumpenheizer 25 erheblich ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012041441 A3 [0003]

Claims

Wärmepumpenheizer (1) für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, - wobei der Wärmepumpenheizer (1) eine erste Rohrreihe (2a) mit mehreren beabstandet zueinander angeordneten Flachrohren (3a) und eine zweite Rohrreihe (2b) mit mehreren beabstandet zueinander angeordneten Flachrohren (3b) aufweist, - wobei die erste Rohrreihe (2a) der zweiten Rohrreihe (2b) parallel angeordnet ist und dadurch ein Rohrblock (4) des Wärmepumpenheizers (1) geformt ist, - wobei an einer Anschlussstelle (8) des Rohrblock (4) zumindest einige Flachrohre (3a) der ersten Rohrreihe (2a) über einen Eintrittsboden (9) in ein Eintrittsrohr (10) und zumindest einige Flachrohre (3b) der zweiten Rohrreihe (2b) über einen Austrittsboden (11) in ein Austrittsrohr (12) einmünden, - wobei der Wärmepumpenheizer (1) durch ein Kältemittel von dem Eintrittsrohr (10) über die Flachrohre (3a) der ersten Rohrreihe (2a) und über die Flachrohre (3b) der zweiten Rohrreihe (2b) zu dem Austrittsrohr (12) durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintrittsrohr (10) und das Austrittsrohr (12) über wenigstens einen Bypasskanal (19) fluidisch miteinander verbunden sind, so dass eine flüssige Phase des Kältemittels über den wenigstens einen Bypasskanal (19) die Flachrohre (3a, 3b) umgehend aus dem Eintrittsrohr (10) in das Austrittsrohr (12) strömen kann.
Wärmepumpenheizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Bypasskanal (19) in einem Endbereich (21) des Eintrittsrohrs (10) angeordnet ist, wobei der Endbereich (21) einer Eintrittsöffnung (10a) des Eintrittsrohrs (10) in Strömungsrichtung gegenüberliegend angeordnet ist.
Wärmepumpenheizer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Bypasskanal (19) in einem unteren Bereich (22) des Eintrittsrohrs (10) angeordnet ist, wobei der untere Bereich (22) des Eintrittsrohrs (10) dem Eintrittsboden (9) gegenüberliegend angeordnet ist und sich über eine halbe Breite des Eintrittsrohrs (10) in Längsrichtung der Flachrohre (3a, 3b) erstreckt.
Wärmepumpenheizer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Bypasskanal (19) durch ein Bypassrohr geformt ist, das das Eintrittsrohr (10) und das Austrittsrohr (12) fluidisch verbindet.
Wärmepumpenheizer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintrittsrohr (10) und das Austrittsrohr (12) parallel und nebeneinander angeordnet und in einem Anschlusssammler (17) des Wärmepumpenheizers (1) ausgebildet sind.
Wärmepumpenheizer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Bypasskanal (19) durch eine durchgehende Bypassöffnung (20) in dem Anschlusssammler (17) geformt ist, die das Eintrittsrohr (10) und das Austrittsrohr (12) fluidisch verbindet.
Wärmepumpenheizer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Bypasskanal (19) einen runden oder einen quadratischen oder einen ovalen oder einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Wärmepumpenheizer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche des wenigstens einen Bypasskanals (19) zwischen 0,2 mm² und 9,0 mm² beträgt.
Wärmepumpenheizer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (19) einen runden Querschnitt mit einem Durchmesser (D_BP) zwischen 0,5 mm und 3,4 mm aufweist.
Wärmepumpenheizer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Wärmepumpenheizer (1) zweireihig ausgebildet ist, wobei an einer Umlenkstelle (5) des Rohrblocks (4) zumindest einige Flachrohre (3a) der ersten Rohrreihe (2a) und zumindest einige Flachrohre (3b) der zweiten Rohrreihe (2b) über einen Umlenkboden (6) in einen gemeinsamen Umlenksammler (7) einmünden, oder - dass der Wärmepumpenheizer (1) mehrreihig ausgebildet ist und wenigstens zwei weitere zwischen der ersten Rohrreihe (2a) und der zweiten Rohrreihe (2b) angeordnete Rohrreihen aufweist, wobei an Umlenkstellen des Rohrblocks (4) zumindest einige Flachrohre der jeweiligen nebeneinander angeordneten Rohrreihen über jeweils einen Umlenkboden in jeweils einen gemeinsamen Umlenksammler einmünden.
Wärmepumpenheizer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, - dass die Anschlussstelle (8) an einer Anschlussseite (13) des Rohrblocks (4) und die Umlenkstelle (5) an einer der Anschlussseite (13) gegenüberliegenden Umlenkseite (14) des Rohrblocks (4) angeordnet sind, so dass die Flachrohre (3a) der ersten Rohrreihe (2a) in eine erste Strömungsrichtung (15a) und die Flachrohre (3b) der zweiten Rohrreihe (2b) in eine der ersten Strömungsrichtung (15a) entgegen gerichtete zweite Strömungsrichtung (15b) von dem Kältemittel durchströmbar sind, oder - dass die Anschlussstelle (8) und die Umlenkstelle (5) an einer gemeinsamen Anschlussseite (13) des Rohrblocks (4) angeordnet sind, so dass einige der Flachrohren (3a, 3b) der einen Rohrreihe (2a) und der zweiten Rohrreihe (2b) in eine erste Strömungsrichtung (15a) und einige der Flachrohren (3a, 3b) der ersten Rohrreihe (2a) und der zweiten Rohrreihe (2b) in eine der ersten Strömungsrichtung (15a) entgegen gerichtete zweite Strömungsrichtung (15b) von dem Kältemittel durchströmbar sind.