DE102020202313A1

DE102020202313A1 - Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE102020202313A1
Application number: DE102020202313.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Walter; Uwe Förster
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2020-02-24
Filing date: 2020-02-24
Publication date: 2021-08-26
Also published as: CN113294942A; US20210260966A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (1, 101) für einen Kältemittelkreislauf (2) einer Klimaanlage, mit einem Wärmetauscherblock (6, 106) mit einem ersten Fluidkanal (7, 107, 207, 307) als Kältemittelkanal zur Durchströmung von Kältemittel als erstes Fluid und mit einem zweiten Fluidkanal (8, 108) zur Durchströmung eines zweiten Fluids, wobei der erste Fluidkanal (7, 107, 207, 307) und der zweite Fluidkanal (8, 108) in Wärmekontakt stehen zum Austausch von Wärme zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid, wobei ein dritter Fluidkanal (15, 115, 215, 315) vorgesehen ist, welcher als zweiter Kältemittelkanal zur Durchströmung von Kältemittel vorgesehen ist, wobei ein zweiter Kältemitteleinlass (16, 116, 216) und ein zweiter Kältemittelauslass (17, 117, 217) vorgesehen sind, welche mit dem dritten Fluidkanal (15, 115, 215, 315) in Fluidverbindung (23, 123) stehen, wobei der erste Fluidkanal (7, 107, 207, 307) mit dem dritten Fluidkanal (15, 115, 215, 315) als innerer Wärmeübertrager (18, 118, 218) unmittelbar in Wärmekontakt steht zum Austausch von Wärme zwischen dem Kältemittel in dem ersten Fluidkanal (7, 107, 207, 307) mit dem Kältemittel in dem dritten Fluidkanal (15, 115, 215, 315).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für einen Kältemittelkreislauf, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
Hintergrund der Erfindung
Im Stand der Technik ist es bekannt, dass in einem Kältemittelkreislauf ein Kondensator und ein Verdampfer angeordnet sind, wobei ein Kompressor den Kältemittelstrom in dem Kältemittelkreislauf verursacht. Im Betrieb des Kältemittelkreislaufes wird das Kältemittel in dem Kondensator abgekühlt und gegebenenfalls verflüssigt und es wird in dem Verdampfer expandiert bzw. verdampft. Im Kondensator, welcher auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs angeordnet ist, wird das Kältemittel durch das zweite durchströmende Fluid von einer höheren Kältemitteltemperatur abgekühlt und in dem Verdampfer, welcher auf der Niederdruckseite angeordnet ist, wird das Kältemittel von einer geringeren Kältemitteltemperatur durch Wärmetausch wieder erwärmt. Dabei zeigt sich, dass die Effizienz des Kältemittelkreislaufs noch nicht optimal ist. Daher wird in den Kältemittelkreislauf immer häufiger ein so genannter innerer Wärmeübertrager eingebracht, welcher das Kältemittel auf der Hochdruckseite mit dem Kältemittel aus der Niederdruckseite in Wärmeübertragung bringt. Dieser innere Wärmeübertrager liegt einerseits zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer und andererseits zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor. Damit wird eine Vorkühlung des Kältemittels im hochdruckseitigen Kältemittelpfad mittels des Kältemittels des niederdruckseitigen Kältemittelpfads erreicht, was die Effizienz erhöht.
Dennoch ist es bei dieser Anordnung notwendig, dass die drei Wärmeübertrager verbaut und an den Kältemittelkreis mit jeweiligen Leitungen angeschlossen werden. Dies erhöht den Logistikaufwand und den Montageaufwand.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeübertrager und einen Kältemittelkreislauf mit einem Wärmeübertrager zu schaffen, welcher weniger aufwändig ist hinsichtlich Kosten und Montage.
Die Aufgabe zu dem Wärmeübertrager wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für einen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage, mit einem Wärmetauscherblock mit einem ersten Fluidkanal als Kältemittelkanal zur Durchströmung von Kältemittel als erstes Fluid und mit einem zweiten Fluidkanal zur Durchströmung eines zweiten Fluids, wobei der erste Fluidkanal und der zweite Fluidkanal in Wärmekontakt stehen zum Austausch von Wärme zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid, wobei ein erster Kältemitteleinlass und ein erster Kältemittelauslass vorgesehen sind, welche mit dem ersten Fluidkanal in Fluidverbindung stehen, wobei ein erster Fluideinlass und ein erster Fluidauslass vorgesehen sind, welche mit dem zweiten Fluidkanal in Fluidverbindung stehen, wobei der erste Fluidkanal und der zweite Fluidkanal einen Wärmetauscherblock bilden, wobei ein dritter Fluidkanal vorgesehen ist, welcher als zweiter Kältemittelkanal zur Durchströmung von Kältemittel vorgesehen ist, wobei ein zweiter Kältemitteleinlass und ein zweiter Kältemittelauslass vorgesehen sind, welche mit dem dritten Fluidkanal in Fluidverbindung stehen, wobei der erste Fluidkanal mit dem dritten Fluidkanal als innerer Wärmeübertrager unmittelbar in Wärmekontakt stehen zum Austausch von Wärme zwischen dem Kältemittel in dem ersten Fluidkanal mit dem Kältemittel in dem dritten Fluidkanal. Dadurch wird in den Wärmeübertrager, wie einen Kondensator, Gaskühler oder Verdampfer, der innere Wärmeübertrager integriert, so dass eine bauraumsparende Gestaltung bei guter effektiver Wärmeübertragung erreicht werden kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es auch zweckmäßig, wenn der erste Fluidkanal in einen Enthitzungs- und Kondensierbereich und in einen Unterkühlbereich für das Kältemittel unterteilt ist. Dadurch wird das Kältemittel in dem Enthitzungs- und Kondensierbereich erst einmal von einer Ausgangstemperatur nach dem Kompressor abgekühlt und danach kondensiert, wenn die Kondensationstemperatur erreicht ist. Dieser Bereich ist räumlich optional durch einen Kältemittelsammler begrenzt, in welchem das Kältemittel idealerweise flüssig, also kondensiert, gespeichert wird.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch zweckmäßig, wenn ein Kältemittelsammler vorgesehen ist, welcher fluidisch mit dem ersten Fluidkanal verbunden ist und mit Kältemittel angeströmt oder von Kältemittel durchströmt wird, so dass der Kältemittelsammler bereichsweise Teil des ersten Fluidkanals ist. Damit wird bei einem Wärmeübertrager als kombinierter Kondensator und innerer Wärmeübertrager eine weitere Funktion des Speicherns und optional des Filterns des Kältemittels bauraumsparend integriert, was die Anzahl der abzudichtenden Schnittstellen erneut reduziert und den Kältemittelkreislauf bauraumbedingt und kostenbedingt optimiert.
Dabei ist es auch zweckmäßig, wenn der Kältemittelsammler zwischen dem Enthitzungs- und Kondensierbereich und dem Unterkühlbereich mit dem ersten Fluidkanal fluidisch verbunden ist oder dass der Kältemittelsammler nach dem Unterkühlbereich mit dem ersten Fluidkanal fluidisch verbunden ist. Damit integriert sich der Kältemittelsammler vorteilhaft und bauraumsparend in den Wärmeübertrager.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der dritte Fluidkanal im Bereich des Kältemittelsammlers mit dem ersten Fluidkanal unmittelbar in Wärmekontakt steht. Dadurch steht der dritte Fluidkanal mit dem ersten Fluidkanal in dem Bereich in thermischem Kontakt, wo das Kältemittel vorteilhaft bereits flüssig ist und damit zumindest die Kondensationstemperatur angenommen hat.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der dritte Fluidkanal den Kältemittelsammler außenseitig und/oder innenseitig kontaktiert, umgibt und/oder durchquert. Vorteilhaft kann dadurch eine bauraumsparende und effektive Gestaltung erreicht werden.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Kältemittelsammler ein rohrförmiges Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse zumindest bereichsweise doppelwandig ausgebildet ist und der erste Fluidkanal innerhalb des Gehäuses ausgebildet ist und der dritte Fluidkanal zwischen den Doppelwandungen ausgebildet ist. Dadurch wird der innere Wärmeübertrager in die Wandung des Gehäuses integriert, was besonders bauraumsparend ist.
Auch ist es eine vorteilhafte Gestaltung, wenn der dritte Fluidkanal im Bereich des Unterkühlbereichs mit dem ersten Fluidkanal unmittelbar in Wärmekontakt steht. Dadurch wird ein effektiver Wärmeaustausch ermöglicht, weil das Kältemittel im Unterkühlbereich eine relativ niedrige Temperatur annimmt und damit mittels der Vorkühlung mit dem inneren Wärmeübertrager noch weiter abgekühlt wird.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der dritte Fluidkanal im Bereich des ersten Kältemittelauslasses und/oder des zweiten Kältemittelauslasses mit dem ersten Fluidkanal unmittelbar in Wärmekontakt steht. Auch damit kann eine bauraumsparende und effektive Gestaltung erreicht werden.
Weiterhin ist es auch zweckmäßig, wenn der dritte Fluidkanal stromabwärts des Kältemittelsammlers und/oder stromabwärts des Unterkühlbereichs mit dem ersten Fluidkanal unmittelbar in Wärmekontakt steht. Auch damit kann eine bauraumsparende und effektive Gestaltung erreicht werden.
Auch ist es bei einem Ausführungsbeispiel vorteilhaft, wenn der erste Fluidkanal durch zumindest einen ersten Kanal in zumindest einem Rohr ausgebildet ist und der dritte Fluidkanal durch zumindest einen zweiten Kanal in zumindest einem Rohr gebildet ist, wobei das zumindest eine Rohr des ersten Kanals mit dem zumindest einen Rohr des zweiten Kanals in Berührung und/oder in Wärmekontakt steht bzw. stehen oder das zumindest eine Rohr des ersten Kanals auch das zumindest eine Rohr des zweiten Kanals ist und das zumindest eine Rohr den ersten Kanal und den zweiten Kanal ausbildet oder aufnimmt. So kann in Bezug auf die Herstellung eine effektive Gestaltung erreicht werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das zumindest eine Rohr des ersten Fluidkanals mit dem zumindest einen Rohr des dritten Fluidkanals einen Kanalstapel ausbildet bzw. ausbilden. So kann in Bezug auf die Herstellung eine effektive Gestaltung erreicht werden.
Auch so ist es vorteilhaft, wenn das zumindest eine Rohr des ersten Fluidkanals und/oder das zumindest eine Rohr des dritten Fluidkanals ein Flachrohr ist bzw. Flachrohre sind. So kann in Bezug auf die Herstellung eine effektive und bauraumsparende Gestaltung erreicht werden.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn das zumindest eine Rohr des ersten Fluidkanals und/oder das zumindest eine Rohr des dritten Fluidkanals ein gerades, gewickeltes oder gewundenes Flachrohr ist bzw. gerade, gewickelte oder gewundene Flachrohre sind. Auch damit kann eine bauraumsparende effektive Gestaltung erreicht werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der erste Fluidkanal und der dritte Fluidkanal im Gegenstrom und/oder im Gleichstrom durchströmbar sind. Damit kann je nach Gestaltung eine effektive Wärmeübertragung bei gegebenen Bauraumverhältnissen erreicht werden.
Die Aufgabe zu dem Kältemittelkreislauf wird mit den Merkmalen von Anspruch 15 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
Figurenliste
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Figuren der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische, perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,
2 eine Detaildarstellung des Wärmeübertragers gemäß 1,
3 eine schematische, perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,
4 eine Detaildarstellung des Wärmeübertragers gemäß 3,
5 eine Schnittdarstellung des Wärmeübertragers gemäß 4,
6 eine Detaildarstellung eines alternativen erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,
7 eine Detaildarstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, und
8 eine weitere Detaildarstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Wärmeübertragers.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager 1 für einen Kältemittelkreislauf 2 einer Klimaanlage. Dabei betrifft die Erfindung optional einen Wärmeübertrager 1 für einen Kältemittelkreislauf 2 eines Kraftfahrzeugs. In dem Kältemittelkreislauf 2 ist der Wärmeübertrager 1, ein Kompressor 3, ein Expansionsventil 4 und ein Verdampfer 5 vorgesehen. In dem Kältemittelkreislauf 2 strömt ein Kältemittel, beispielsweise R1234yf, R134a etc.
Der Wärmeübertrager 1 gemäß der 1 und 2 weist einen Wärmetauscherblock 6 mit einem ersten Fluidkanal 7 als Kältemittelkanal zur Durchströmung des Kältemittels als erstes Fluid und einen zweiten Fluidkanal 8 zur Durchströmung eines zweiten Fluids, beispielsweise Luft oder ein anderes gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser oder ein Wassergemisch, auf.
Der der erste Fluidkanal 7 und der zweite Fluidkanal 8 stehen in einem Wärmekontakt zum Austausch von Wärme zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Wärmetauscherblock 6 aus einem Rohr-Rippenblock, wobei zwischen den Rohren 9, welche den ersten Fluidkanal 7 bilden, Rippenreihen 10, welche den zweiten Fluidkanal 8 für die Durchströmung von Luft bilden, angeordnet sind.
Es sind ein erster Kältemitteleinlass 11 und ein erster Kältemittelauslass 12 vorgesehen, welche mit dem ersten Fluidkanal 7 in Fluidverbindung stehen.
Auch sind ein erster Fluideinlass 13 und ein erster Fluidauslass 14 vorgesehen, welche mit dem zweiten Fluidkanal 8 in Fluidverbindung stehen.
Weiterhin ist ein dritter Fluidkanal 15 vorgesehen, welcher als zweiter Kältemittelkanal zur Durchströmung von Kältemittel vorgesehen ist. Dieser dritte Fluidkanal 15 ist in den Wärmeübertrager 1 und in den Wärmetauscherblock 6 integriert. Der Wärmeübertrager 1 weist einen zweiten Kältemitteleinlass 16 und einen zweiten Kältemittelauslass 17 auf, welche mit dem dritten Fluidkanal 15 in Fluidverbindung stehen.
Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager 1 ist derart ausgebildet, dass der erste Fluidkanal 7 mit dem dritten Fluidkanal 15 als innerer Wärmeübertrager 18 unmittelbar in Wärmekontakt steht zum Austausch von Wärme zwischen dem Kältemittel in dem ersten Fluidkanal 7 mit dem Kältemittel in dem dritten Fluidkanal 15.
Die 2 zeigt dies noch einmal in einer vergrößerten Darstellung. Der Fluidkanal 7 und der Fluidkanal 15 sind in unmittelbaren Kontakt miteinander, so dass ein guter Wärmekontakt zwischen den beiden Fluidkanälen 7, 15 besteht.
Der Wärmeübertrager 1 weist mit seinem Wärmetauscherblock 6 eine typische im Wesentlichen typische Kondensatorbauform auf, wobei der erste Fluidkanal 7 in einen Enthitzungs- und Kondensierbereich 19 und in einen Unterkühlbereich 20 für das Kältemittel unterteilt ist.
Auch ist ein Kältemittelsammler 21 vorgesehen, welcher fluidisch mit dem ersten Fluidkanal 7 verbunden ist und mit Kältemittel angeströmt oder von Kältemittel durchströmt wird, so dass der Kältemittelsammler 21 bereichsweise Teil des ersten Fluidkanals 7 ist.
Bevorzugt ist der Kältemittelsammler 21 fluidisch zwischen dem Enthitzungs- und Kondensierbereich 19 und dem Unterkühlbereich 20 mit dem ersten Fluidkanal 7 fluidisch verbunden bzw. in diesem integriert. Alternativ kann der Kältemittelsammler 21 auch fluidisch nach dem Unterkühlbereich 20 mit dem ersten Fluidkanal 7 verbunden sein.
Der Kältemittelsammler 21 ist als rohrförmiger Körper ausgebildet, welcher mit Fluidverbindungen 23 mit dem ersten Fluidkanal 7 in Verbindung steht, wobei der Innenraum des Kältemittelsammlers 21 zum ersten Fluidkanal 7 gehört bzw. mit diesem verbunden ist. Typischerweise steht der Kältemittelsammler 21 benachbart zu einem Sammelrohr 22 des Wärmetauscherblocks 6.
Es ist in 1 zu erkennen, dass der dritte Fluidkanal 15 im Bereich des Unterkühlbereichs 20 mit dem ersten Fluidkanal 7 unmittelbar in Wärmekontakt steht. Dazu ist der dritte Fluidkanal 15 stromabwärts des Kältemittelsammlers 21 bezüglich des Kältemittelstroms angeordnet.
Gemäß 1 ist der erste Fluidkanal 7 durch zumindest einen ersten Kanal 25 in zumindest einem Rohr 24 ausgebildet und der dritte Fluidkanal 17 ist durch zumindest einen zweiten Kanal 26 in zumindest einem Rohr 27 gebildet.
Dabei kann das zumindest eine Rohr 24 des ersten Kanals 25 mit dem zumindest einen Rohr 27 des zweiten Kanals 26 in Berührung stehen, insbesondere in Berührung und in Wärmekontakt stehen oder das zumindest eine Rohr 24 des ersten Kanals 25 auch das zumindest eine Rohr 27 des zweiten Kanals 26 sind einteilig ausgebildet und nehmen damit als einteiliges Rohr die beiden Kanäle 25, 26 gemeinsam auf.
So kann das zumindest eine Rohr 24 des ersten Fluidkanals 7 mit dem zumindest einen Rohr 27 des dritten Fluidkanals 15 einen Kanalstapel ausbilden.
Besonders vorteilhaft ist das zumindest eine Rohr 24 des ersten Fluidkanals 7 und/oder das zumindest eine Rohr 27 des dritten Fluidkanals 15 als ein Flachrohr ausgebildet.
Dabei durchströmt den ersten Fluidkanal 7 das Kältemittel in der Hochdruckphase kommend vom Kompressor 3. Der dritte Fluidkanal 15 wird von dem Kältemittel in der Niederdruckphase durchströmt, kommend von dem Verdampfer 5.
Die 3 bis 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 101. Der Wärmeübertrager 101 ist für einen Kältemittelkreislauf 2 einer Klimaanlage vorgesehen, wie dies für die 1 und 2 bereits erläutert wurde. Dabei betrifft die Erfindung optional einen Wärmeübertrager 101 für einen Kältemittelkreislauf 2 eines Kraftfahrzeugs. In dem Kältemittelkreislauf 2 ist gemäß 1 der Wärmeübertrager 101, ein Kompressor 3, ein Expansionsventil 4 und ein Verdampfer 5 vorgesehen. In dem Kältemittelkreislauf 2 strömt ein Kältemittel, beispielsweise R1234yf, R134a etc. Dabei strömt das Kältemittel in der Hochdruckphase kommend vom Kompressor 3 und in der Niederdruckphase kommend von dem Verdampfer 5.
Der Wärmeübertrager 101 gemäß der 3 bis 5 weist einen Wärmetauscherblock 106 mit einem ersten Fluidkanal 107 als Kältemittelkanal zur Durchströmung des Kältemittels als erstes Fluid und einen zweiten Fluidkanal 108 zur Durchströmung eines zweiten Fluids, beispielsweise Luft oder ein anderes gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser oder ein Wassergemisch, auf.
Der erste Fluidkanal 107 und der zweite Fluidkanal 108 stehen in einem Wärmekontakt zum Austausch von Wärme zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Wärmetauscherblock 106 aus einem Rohr-Rippenblock, wobei zwischen den Rohren 109, welche den ersten Fluidkanal 107 bilden, Rippenreihen 110, welche den zweiten Fluidkanal 108 für die Durchströmung von Luft bilden, angeordnet sind.
Es sind ein erster Kältemitteleinlass 111 und ein erster Kältemittelauslass 112 vorgesehen, welche mit dem ersten Fluidkanal 107 in Fluidverbindung stehen.
Auch sind ein erster Fluideinlass 113 und ein erster Fluidauslass 114 vorgesehen, welche mit dem zweiten Fluidkanal 108 in Fluidverbindung stehen.
Weiterhin ist ein dritter Fluidkanal 115 vorgesehen, welcher als zweiter Kältemittelkanal zur Durchströmung von Kältemittel vorgesehen ist. Dieser dritte Fluidkanal 115 ist in den Wärmeübertrager 101 integriert. Der Wärmeübertrager 101 weist einen zweiten Kältemitteleinlass 116 und einen zweiten Kältemittelauslass 117 auf, welche mit dem dritten Fluidkanal 115 in Fluidverbindung stehen. Dabei wird je nach Richtung der Durchströmung des dritten Fluidkanals 115 der zweite Kältemitteleinlass 116 und der zweite Kältemittelauslass 117 gewählt.
Der Wärmeübertrager 101 weist mit seinem Wärmetauscherblock 106 eine typische im Wesentlichen typische Kondensatorbauform auf, wobei der erste Fluidkanal 107 in einen Enthitzungs- und Kondensierbereich 119 und in einen Unterkühlbereich 120 für das Kältemittel unterteilt ist.
Auch ist ein Kältemittelsammler 121 vorgesehen, welcher fluidisch mit dem ersten Fluidkanal 107 verbunden ist und mit Kältemittel angeströmt oder von Kältemittel durchströmt wird, so dass der Kältemittelsammler 121 bereichsweise Teil des ersten Fluidkanals 107 ist.
Bevorzugt ist der Kältemittelsammler 121 fluidisch zwischen dem Enthitzungs- und Kondensierbereich 119 und dem Unterkühlbereich 120 mit dem ersten Fluidkanal 107 fluidisch verbunden bzw. in diesem integriert. Alternativ könnte der Kältemittelsammler 121 auch fluidisch nach dem Unterkühlbereich 120 mit dem ersten Fluidkanal 107 verbunden sein.
Der Kältemittelsammler 121 ist als rohrförmiger Körper ausgebildet, welcher mit Fluidverbindungen 123 mit dem ersten Fluidkanal 107 in Verbindung steht, wobei der Innenraum des Kältemittelsammlers 121 zum ersten Fluidkanal 107 gehört bzw. mit diesem verbunden ist. Typischerweise steht der Kältemittelsammler 121 benachbart zu einem Sammelrohr 122 des Wärmetauscherblocks 106.
Der dritte Fluidkanal 115 ist in den Kältemittelsammler 121 integriert.
Es ist bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 101 vorgesehen, dass der erste Fluidkanal 107 mit dem dritten Fluidkanal 115 als innerer Wärmeübertrager 118 unmittelbar in Wärmekontakt steht zum Austausch von Wärme zwischen dem Kältemittel in dem ersten Fluidkanal 107 mit dem Kältemittel in dem dritten Fluidkanal 115.
Die 4 und 5 zeigen dies noch einmal detaillierter in einer vergrößerten Darstellung. Der Fluidkanal 107 und der Fluidkanal 115 sind in unmittelbaren Kontakt miteinander, so dass ein guter Wärmekontakt zwischen den beiden Fluidkanälen 107, 115 besteht. Der dritte Fluidkanal 115 ist im Bereich des Kältemittelsammlers 121 mit dem ersten Fluidkanal 107 unmittelbar in Wärmekontakt. Dabei kontaktiert der dritte Fluidkanal 115 den Kältemittelsammler 121 außenseitig und umgibt diesen vorteilhaft, siehe die 4 und 5.
Der Kältemittelsammler 121 weist dabei ein rohrförmiges Gehäuse 130 auf, wobei das Gehäuse 130 zumindest bereichsweise doppelwandig ausgebildet ist und der erste Fluidkanal 107 innerhalb des Gehäuses 130 ausgebildet ist und der dritte Fluidkanal 115 zwischen den Doppelwandungen ausgebildet ist. Hierzu kann vorteilhaft und optional die innere Wandung nach außen vorstehende Rippen 131 aufweisen, die optional radial vorstehen. Dabei durchströmt den ersten Fluidkanal 107 das Kältemittel in der Hochdruckphase kommend vom Kompressor 3. Der dritte Fluidkanal 115 wird von dem Kältemittel in der Niederdruckphase durchströmt, kommend von dem Verdampfer 5.
Dabei ist es für alle Ausführungsbeispiele so, dass der erste Fluidkanal 107 und der dritte Fluidkanal 115 im Gegenstrom und/oder im Gleichstrom durchströmbar sind.
Die 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem der Kältemittelsammler 221 den inneren Wärmeübertrager 218 zwischen dem ersten Fluidkanal 207 und dem dritten Fluidkanal 215 integriert. Dabei sind in dem Kältemittelsammler 221 Rohre oder Platten gestapelt, welche eine Anordnung der abwechselnden Fluidkanäle 207, 215 zur Ausbildung des inneren Wärmeübertragers 218 bilden. Es ist ein zweiter Kältemitteleinlass 216 und ein zweiter Kältemittelauslass 217 vorgesehen.
Die bisher gezeigten Ausführungsbeispiele zeigen, dass der innere Wärmeübertrager 18, 118, 218 in den Wärmeübertragerblock oder in den Kältemittelsammler integriert sind. Es ist auch möglich, dass der dritte Fluidkanal im Bereich des ersten Kältemittelauslasses und/oder des zweiten Kältemitteauslasses mit dem ersten Fluidkanal unmittelbar in Wärmekontakt steht.
Auch kann der dritte Fluidkanal stromabwärts des Kältemittelsammlers und/oder stromabwärts des Unterkühlbereichs mit dem ersten Fluidkanal unmittelbar in Wärmekontakt stehen.
Die 2 zeigt, dass das zumindest eine Rohr 24 des ersten Fluidkanals 7 und/oder das zumindest eine Rohr 27 des dritten Fluidkanals 15 ein gerades Rohr ist.
Die 7 und 8 zeigen, dass das zumindest eine Rohr 324 des ersten Fluidkanals 307 und/oder das zumindest eine Rohr 327 des dritten Fluidkanals 315 ein gewickeltes oder gewundenes Flachrohr bzw. gewickelte oder gewundene Flachrohre sind.

Claims

Wärmeübertrager (1, 101) für einen Kältemittelkreislauf (2) einer Klimaanlage, mit einem Wärmetauscherblock (6, 106) mit einem ersten Fluidkanal (7, 107, 207, 307) als Kältemittelkanal zur Durchströmung von Kältemittel als erstes Fluid und mit einem zweiten Fluidkanal (8, 108) zur Durchströmung eines zweiten Fluids, wobei der erste Fluidkanal (7, 107, 207, 307) und der zweite Fluidkanal (8, 108) in Wärmekontakt stehen zum Austausch von Wärme zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid, wobei ein erster Kältemitteleinlass (11, 111) und ein erster Kältemittelauslass (12, 112) vorgesehen sind, welche mit dem ersten Fluidkanal (7, 107, 207, 307) in Fluidverbindung (23, 123) stehen, wobei ein erster Fluideinlass (13, 113) und ein erster Fluidauslass (14, 114) vorgesehen sind, welche mit dem zweiten Fluidkanal (8, 108) in Fluidverbindung (23, 123) stehen, wobei der erste Fluidkanal (7, 107, 207, 307) und der zweite Fluidkanal (8, 108) einen Wärmetauscherblock (6, 106) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Fluidkanal (15, 115, 215, 315) vorgesehen ist, welcher als zweiter Kältemittelkanal zur Durchströmung von Kältemittel vorgesehen ist, wobei ein zweiter Kältemitteleinlass (16, 116, 216) und ein zweiter Kältemittelauslass (17, 117, 217) vorgesehen sind, welche mit dem dritten Fluidkanal (15, 115, 215, 315) in Fluidverbindung (23, 123) stehen, wobei der erste Fluidkanal (7, 107, 207, 307) mit dem dritten Fluidkanal (15, 115, 215, 315) als innerer Wärmeübertrager (18, 118, 218) unmittelbar in Wärmekontakt steht zum Austausch von Wärme zwischen dem Kältemittel in dem ersten Fluidkanal (7, 107, 207, 307) mit dem Kältemittel in dem dritten Fluidkanal (15, 115, 215, 315).
Wärmeübertrager (1, 101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidkanal (7, 107, 207, 307) in einen Enthitzungs- und Kondensierbereich (19, 119) und in einen Unterkühlbereich (20, 120) für das Kältemittel unterteilt ist.
Wärmeübertrager (1, 101) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältemittelsammler (21, 121, 221) vorgesehen ist, welcher fluidisch mit dem ersten Fluidkanal (7, 107, 207, 307) verbunden ist und mit Kältemittel angeströmt oder von Kältemittel durchströmt wird, so dass der Kältemittelsammler (21, 121, 221) bereichsweise Teil des ersten Fluidkanals (7, 107, 207, 307) ist.
Wärmeübertrager (1, 101) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelsammler (21, 121, 221) zwischen dem Enthitzungs- und Kondensierbereich (19, 119) und dem Unterkühlbereich (20, 120) mit dem ersten Fluidkanal (7, 107, 207, 307) fluidisch verbunden ist oder dass der Kältemittelsammler (21, 121, 221) nach dem Unterkühlbereich (20, 120) mit dem ersten Fluidkanal (7, 107, 207, 307) fluidisch verbunden ist.
Wärmeübertrager (1, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Fluidkanal (115, 215) im Bereich des Kältemittelsammlers (121, 221) mit dem ersten Fluidkanal (107, 207) unmittelbar in Wärmekontakt steht.
Wärmeübertrager (1, 101) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Fluidkanal (115, 215) den Kältemittelsammler (121, 221) außenseitig und/oder innenseitig kontaktiert, umgibt und/oder durchquert.
Wärmeübertrager (1, 101) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelsammler (121) ein rohrförmiges Gehäuse (130) aufweist, wobei das Gehäuse (130) zumindest bereichsweise doppelwandig ausgebildet ist und der erste Fluidkanal (107) innerhalb des Gehäuses (130) ausgebildet ist und der dritte Fluidkanal (115) zwischen den Doppelwandungen ausgebildet ist.
Wärmeübertrager (1, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Fluidkanal (15) im Bereich des Unterkühlbereichs (20) mit dem ersten Fluidkanal (7) unmittelbar in Wärmekontakt steht.
Wärmeübertrager (1, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Fluidkanal im Bereich des ersten Kältemittelauslasses und/oder des zweiten Kältemitteauslasses mit dem ersten Fluidkanal unmittelbar in Wärmekontakt steht.
Wärmeübertrager (1, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Fluidkanal (15) stromabwärts des Kältemittelsammlers (21, 121, 221) und/oder stromabwärts des Unterkühlbereichs mit dem ersten Fluidkanal (7) unmittelbar in Wärmekontakt steht.
Wärmeübertrager (1, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidkanal (7) durch zumindest einen ersten Kanal (25) in zumindest einem Rohr (24) ausgebildet ist und der dritte Fluidkanal (15) durch zumindest einen zweiten Kanal (26) in zumindest einem Rohr (27) gebildet ist, wobei das zumindest eine Rohr (24) des ersten Kanals (25) mit dem zumindest einen Rohr (27) des zweiten Kanals (26) in Berührung und/oder in Wärmekontakt steht bzw. stehen oder das zumindest eine Rohr (24) des ersten Kanals (25) auch das zumindest eine Rohr (27) des zweiten Kanals (26) ist und das zumindest eine Rohr (24) den ersten Kanal (25) und den zweiten Kanal (26) ausbildet oder aufnimmt.
Wärmeübertrager (1, 101) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rohr (24) des ersten Fluidkanals (7) mit dem zumindest einen Rohr (27) des dritten Fluidkanals (15) einen Kanalstapel ausbildet bzw. ausbilden.
Wärmeübertrager (1, 101) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rohr (24) des ersten Fluidkanals (7) und/oder das zumindest eine Rohr (27) des dritten Fluidkanals (15) ein Flachrohr ist bzw. Flachrohre sind.
Wärmeübertrager (1, 101) nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rohr (24) des ersten Fluidkanals (7) und/oder das zumindest eine Rohr (27) des dritten Fluidkanals (15) ein gerades, gewickeltes oder gewundenes Flachrohr ist bzw. gerade, gewickelte oder gewundene Flachrohre sind.
Wärmeübertrager (1, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidkanal (7, 107, 207, 307) und der dritte Fluidkanal (15, 115, 215, 315) im Gegenstrom und/oder im Gleichstrom durchströmbar sind.
Kältemittelkreislauf (2) mit einem Wärmeübertrager (1, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiterhin ein Kältemittelkompressor vorgesehen ist.