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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kältemittel-Kühlwärmetauscher, wie er insbesondere
in Kraftfahrzeugsklimaanlagen zum Einsatz kommt und ein Verfahren
zu dessen konzeptionierung. Der Kältemittel-Kühlwärmetauscher kann sowohl als
Kondensator ausgebildet sein, wie auch z. B. im Falle einer CO2-Anwendung als Gaskühler. Solch ein Kältemittel-Kühlwärmetauscher ist üblicherweise
mit einer Vielzahl an quer mit Luft beaufschlagbaren Rohren ausgebildet.
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Bei
Kältemittel-Kühlwärmetauschern
wird üblicherweise
das zu kühlende
Kältemittel
am oberen Ende des Wärmetauschers
eingeführt
und durchströmt
sukzessive Untereinheiten von Flachrohren, z. B. unter Beschreibung
eines S-Pfades oder Mehrfach-Zick-Zack-Pfades um im unteren Bereich,
ggf. unter Zwischenschaltung eines Flüssigkeitsabscheiders von dem
Wärmetauscher
abgeführt
zu werden. Solch ein Wärmetauscher
ist beispielhaft beschrieben in der
EP-A-1147930 , die einen Kondensator für eine Klimaanlage
eines Kraftfahrzeuges mit einer Unterkühlungszone beschreibt.
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Um
den Wirkungsgrad eines solchen Kältemittel-Kühlwärmetauschers
in akzeptablen Bereichen zu halten, sollte er möglichst mit Luft beaufschlagt
werden, die über
die gesamte Wärmetauscherfläche über eine
annähernd
homogene Strömungsgeschwindigkeit
und Temperatur verfügt. Nachdem
sich solche Bedingungen insbesondere bei Fahrzeugklimaanlagen jedoch
nur schwerlich und nur für
bestimmte Betriebszustände
des Fahrzeugs darstellen lassen, besteht ein erheblicher Bedarf
für einen
verbesserten Kältemittel-Kühlwärmetauscher der
spezifischen Umgebungsparametern und Zuständen besser Rechnung tragen
kann. Es ist demgemäß Aufgabe
der vorliegenden Erfindung einen solchen verbesserten Kältemittel-Kühlwärmetauscher bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch einen Kältemittel-Kühlwärmetauscher
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei bevorzugte Ausführungsformen
in den abhängigen
Ansprüchen angegeben
sind. Die Erfindung stellt ferner auch ein Verfahren bereit, um
einen solchen Kältemittel-Kühlwärmetauscher
zu konzeptionieren, wie im Anspruch 8 angegeben, wobei bevorzugte
Ausführungsformen des
Verfahrens Gegenstand der abhängigen
Verfahrensansprüche
sind.
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Insbesondere
schlägt
die vorliegende Erfindung bei einem Kältemittel-Kühlwärmetauscher mit einer Vielzahl
an quer mit Luft beaufschlagbaren Flachrohren, die in Untereinheiten
von einem Kältemittel
sukzessive durchströmbar
sind vor, dass zumindest eine Untereinheit, die sich tiefer als
eine andere Untereinheit befindet, Kältemittel-strömungstechnisch
diesbezüglich
vorschaltbar ist. Anders ausgedrückt,
stellt die Erfindung einen Wärmetauscher bereit,
der bzgl. der Umgebungs- und/oder Betriebsparameter optimiert ist,
wobei man in vollkommener Abkehr zu bisherigen Ansätzen vorsieht,
dass ein strömungstechnisch
vorgelagerter oder vorschaltbarer Teil des Wärmetauschers tiefer angeordnet
ist bzw. werden kann, als ein strömungstechnisch nachgeschalteter
Teil. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
ist es z. B. möglich
einen fahrzeugspezifisch optimierten Wärmetauscher bereitzustellen,
der ggf. bestehende Wärmenester
berücksichtigen
kann, wie sie z. B. auftreten, wenn dem Kältemittel-Kühlwärmetauscher
ein Ladeluftkühler
vorgeschaltet ist, oder auch wenn ein Teil des Kältemittel-Kühlwärmetauschers lediglich mit
Luft beaufschlagt wird, die über
eine niedrigere Geschwindigkeit verfügt als in einem anderen Teil
des Wärmetauschers.
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Es
ist anzumerken, dass bei dem erfindungsgemäßen Kältemittel-Kühlwärmetauscher der Strömungsmittelpfad
sowohl fest vorgegeben sein kann, als auch schaltbar, z. B. durch
den Einsatz von dem Fachmann geläufigen
Ventilanordnungen. Ein fest vorgeschriebener Kältemittel-Strömungspfad
wird insbesondere in den Fällen
in Frage kommen, wo sich die Luft-, Strömungs- und Temperaturverteilungen
bei unterschiedlichen Fahrzuständen
nur unwesentlich verändern,
während
ein variabler Kältemittelströmungspfad
unterschiedlichen Luft-, Geschwindigkeits- und/oder Temperaturverteilungen
bei unterschiedlichen Betriebszuständen Rechnung tragen kann.
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Vorteilhafterweise
ist eine Verbindung zwischen der vorschaltbaren Untereinheit und
der anderen Untereinheit zur Kältemittelentnahme
im unteren Bereich der vorschaltbaren Einheit vorgesehen, um Öl und ggf.
verflüssigtes
Kältemittel
effektiv abtransportieren zu können
und ein Zusetzen des Kältemittel-Kühlwärmetauschers
zu vermeiden. Eine entsprechende Wirkung kann alternativ auch dadurch
erzielt werden, dass man das aus den Flachrohren der vorschaltbaren
Untereinheit austretende Kältemittel
im unteren Bereich einer Austrittskammer zusammenführt, indem
man z. B. ein entsprechend ausgeformtes Umlenkblech vorsieht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die vorgenannte Verbindung als Steigrohr oder Steigleitung ausgebildet.
Durch das Bereitstellen separater, externer Steigrohre oder Leitungen
kann eine Verwirbelung in einer aufsteigenden Kältemittelströmung vermieden
werden, so dass Öl
und ggf. verflüssigte
Kältemittel
effektiv zu einem darüber
gelegenen Abschnitt, respektive einer darüber gelegenen Untereinheit
transportiert werden kann.
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In
dieser Weise ist es insbesondere auch möglich eine konstante Ölfilm-Dicke über im wesentlichen
den gesamten Wärmetauscher
aufrechtzuerhalten, wodurch sich zusätzlich zu der Erhöhung des Wirkungsgrades
durch die Temperatur- und/oder Strömungsgeschwindigkeiten-Optimierung
der Wirkungsgrad nochmals steigern lässt.
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Vorzugsweise
sind bei dem erfindungsgemäßen Kältemittel-Kühlwärmetauscher
Mittel vorgesehen, die es ermöglichen
die Strömungsgeschwindigkeit
in einem unteren Bereich der vorschaltbaren Untereinheit relativ
zu einem oberen Bereich davon zu erhöhen. Indem man die Geschwindigkeit
im unteren Bereich der vorschaltbaren Untereinheit erhöht, kann die
Transportfähigkeit
von Öl
und ggf. verflüssigtem Kältemittel
verbessert werden. Als Mittel, die es ermöglichen, solch eine Geschwindigkeitsverteilung bereitzustellen,
sind insbesondere eintritts- und/oder austrittsseitig der Flachrohre
vorgesehene Umlenkbleche oder Baffles zu nennen, die jeweils den
dynamischen Druck in den Flachrohren entsprechend beeinflussen können, wobei
auch anzumerken ist, dass man alternativ auch Flachrohre mit unterschiedlichen Querschnitten
verwenden könnte,
um zu einer entsprechenden Geschwindigkeitsverteilung zu gelangen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform kann
man den in dem Kältemittel
vorhandenen dynamischen Druck zum Erhalten einer höheren Geschwindigkeit
im unteren Bereich der vorschaltbaren Untereinheit bzgl. eines oberen
Bereiches davon dadurch nutzen, dass man eine Kältemittelzufuhr zu der vorschaltbaren
Untereinheit in einem unteren Bereich davon vor sieht. Durch das
Bereitstellen der Kältemittelzufuhr
im unteren Bereich wird die Strömung in
unmittelbar benachbarten Flachrohren, d. h. in unteren Flachrohren
bevorzugt, so dass der untere Bereich der vorschaltbaren Untereinheit
mit höherer Geschwindigkeit
beströmt
wird als der obere Bereich, wodurch wiederum ein Öltransport
verbessert dargestellt werden kann, insbesondere wenn auch die Kältemittelabfuhr
zu einer nachgeschalteten Untereinheit im unteren Bereich der vorschaltbaren
Untereinheit stattfindet.
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Ferner
ist es bevorzugt, dass die Anzahl an Flachrohren in den Untereinheiten
unterschiedlich ist, insbesondere derart, dass die Anzahl in der
vorschaltbaren Untereinheit größer ist
als in der anderen Untereinheit. In dieser Weise kann man beispielhaft gewährleisten,
dass der dynamische Druck in den Untereinheiten im wesentlichen
gleich ist, so dass eine Ölansammlung
effektiv vermieden werden kann. In diesem Zusammenhang ist anzumerken,
dass alternativ ein konstanter dynamischer Druck in den Untereinheiten
auch durch entsprechende Dimensionierung der Querschnittsflächen der
Flachrohre, wenn aufsummiert betrachtet, gewährleistet werden kann.
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Schließlich ist
es bevorzugt, dass bei einem erfindungsgemäßen Kältemittel-Kühlwärmetauscher Kältemittelzu-
und -abfuhr örtlich
im wesentlichen zusammenfallen. Durch das Vorsehen von Zu- und Abfuhr
nahe zueinander lässt
sich der Verrohrungsaufwand zur Einbindung in eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage
deutlich reduzieren. Bei solch einer Ausgestaltung könnte man
z. B. die Kältemittelzu-
und -abfuhr benachbart auf halber Höhe des Wärmetauschers ausbilden, um
das Kältemittel
bei einem beispielhaft in vier Untereinheiten unterteilten Wärmetauscher durch
eine von oben gesehen dritte Untereinheit einströmen zu lassen, um das Kältemittel
anschließend nach
unten zu leiten zu der vierten Untereinheit, von wo mittels einer
Steigleitung das Kältemittel
zur obersten oder ersten Untereinheit geführt wird, wonach das Kältemittel über die
zweite Untereinheit hin zu dem Auslass geführt wird, der benachbart oder nahe
zu dem Kältemitteleinlass
ausgebildet ist.
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Die
vorliegende Erfindung stellt neben dem Kältemittel-Kühlwärmetauscher auch ein Verfahren zur
Konzeptionierung eines solchen Kältemittel-Kühlwärmetauschers
bereit. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann sowohl ein statisch betreibbarer Kältemittelwärmetauscher konzipiert werden,
wie auch ein dynamisch oder schaltbar betreibbarer Kältemittel-Kühlwärmetauscher. Das erfindungsgemäße Verfahren
zur Konzeptionierung eines mit Luft beaufschlagbaren Kältemittel-Kühlwärmetauschers
umfasst die Schritte: bestimmen der Temperatur der den Wärmetauscher
beaufschlagenden Luft; bestimmen der Geschwindigkeit der den Wärmetauscher
beaufschlagenden Luft; unterteilen des Wärmetauschers in Untereinheiten
in Abhängigkeit
der bestimmten Temperatur und/oder Luftgeschwindigkeit; ausbilden eines
Kältemittelströmungspfades
durch die Untereinheiten derart, dass eine untereinheitenweise Aufsummierung
der Produkte von ΔT·V0,25 maximal ist, wobei ΔT die Temperaturdifferenz zwischen
der bestimmten Temperatur und der Kältemitteltemperatur und V die
bestimmte Luftgeschwindigkeit ist. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann sowohl zur statischen als auch zur dynamischen Optimierung
eines Kältemittel-Kühlwärmetauschers
verwendet werden, wobei das Verfahren auch als Insitu-Steuerroutine verwendet
werden kann, wenn sich in einem Fahrzeug bei unterschiedlichen Fahrzuständen die
Temperaturverteilung vor dem Kältemittel-Kühlwärmetauscher
oder die Geschwindigkeitsverteilung stark verändert. Weiters können auch
unterschiedliche Konfigurationen für spezifische Fahrzustände vorab
bestimmt werden, um eine entsprechende Steuerung bzw. Regelung bereitstellen
zu können.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
legt man horizontale Abschnitte, die aufwärts durchströmt werden
vorzugsweise derart aus, dass aus dynamischem Druck resultierende
Kräfte
größer als
die Schwerkraft sind, wobei insbesondere die Kältemittelströmungsgeschwindigkeit
zumindest 1,5 m pro Sekunde beträgt.
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Schließlich ist
es bevorzugt, dass man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren den Wärmetauscher
derart konzipiert, dass der dynamische Druck in den Untereinheiten
im Wesentlichen gleich ist, um einen zufriedenstellenden Transport
an mitgeführtem und/oder
an gegebenenfalls verflüssigtem
Kältemittel gewährleisten
zu können.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher
aus der folgenden Beschreibung von derzeit bevorzugten Ausführungsformen,
die rein illustrativ und nicht einschränkend beabsichtigt ist und
in der auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in
welchen. gilt:
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1 zeigt in schematischer
Seitenschnittansicht die prinzipielle Anordnung eines Kältemittel-Kühlwärmetauschers
im Frontbereich eines Kraftfahrzeug.
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2 zeigt in schematischer
Frontansicht eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen bzw.
erfindunggemäss
konzeptionierten Wärmetauscher.
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2a zeigt in schematischer
Teilfrontansicht eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen bzw.
erfindunggemäss
konzeptionierten Wärmetauscher.
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3 zeigt in schematischer
Frontansicht eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen bzw.
erfindunggemäss
konzeptionierten Wärmetauscher.
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4 zeigt in schematischer
Frontansicht eine vierte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen bzw.
erfindunggemäss
konzeptionierten Wärmetauscher.
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4a zeigt in schematischer
Schnittansicht den in 4 dargestellten
Wärmetauscher.
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5 zeigt in schematischer
Frontansicht eine fünfte
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemässen
bzw. erfindunggemäss
konzeptionierten Wärmetauscher.
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5a-5c zeigen unterschiedliche Alternativen
und Stömungspfade
in einem erfindungsgemässen
Wärmetauscher.
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Wie
es in 1 dargestellt
ist wird üblicherweise
der zu einem nicht dargestellten Kältekreis gehörige Kältemittel-Kühlwärmetauscher 2 vor
einem zu Motorkühlzwecken
dienenden Radiator oden Motorkühler 4 angeordnet,
wobei sich nachgestaltet ein Gebläse 6 befinden kann.
Wie dargestellt liegt diese Anordnung im Frontbereich eines Motorraumes 22 vor,
der von einer Motorhaube 20 begrenzt wird. Idealerweise
ist eine Dichtung 18 vorgesehen, um Luft aus dem Motorraum 22 davon
abzuhalten von oben her vor die Wärmetauscheranordnung zu gelangen. Vielmehr
ist es vorgesehen, dass Luft entsprechend den Pfeilen 8 und 16 zu
der Wärmetauscheranordnung
gelangt, wobei optional und wie dargestellt im unteren Bereich ein
Ladeluftkühler 10 vorgesehen sein
kann, sowie ein strömungstechnisch
vorgeschaltetes Gebläse
mit entsprechender Abschirmung 14. Wie es in 1 bereits angedeutet ist,
ist der Kältemittelkühlwärmetauscher 2 in
vier Untereinheiten unterteilt, die mit den Bezugszeichen 2a, 2b, 2c und 2d versehen
sind. In dem hier dargestellten Anwendungsbeispiel ist die Untereinheit 2b mit
Luft beaufschlagt oder durchströmt,
die über
eine sehr hohe Geschwindigkeit verfügt, während die Untereinheit 2d mit
relativ warmer Luft beaufschlagt wird, bedingt einerseits durch
das vorhanden sein eines Ladeluftkühlers 10, und andererseits
dadurch, dass die angedeutete Luftströmung beim Bezugszeichen 8 bei niedrigen
Geschwindigkeiten des Fahrzeuges auch Luft von unterhalb des Motorraums
ansaugt, die klassischerweise wärmer
ist als Umgebungsluft. Bei den nachfolgend näher beschriebenen bevorzugten
Ausführungsformen
wird die vorbenannte Anordnung, d.h. die Temperatur und Luftgeschwindigkeitsverteilung
angenommen, wobei selbstverständlich
der Fachmann erkennen wird, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
in entsprechender Weise andere Rahmenbedingungen zufriedenstellend
gehandhabt werden können.
Anders ausgedrückt
wurden die nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschriebenen
Ausführungsformen
als statische Anordnungen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren konzipiert, z.
B. unter der in 1 gezeigten
Ausgestaltung.
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In 2 ist eine erste bevorzugte
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kältemittel-Kühlwärmetauschers 2 in
Frontansicht dargestellt. Der Wärmetauscher 2 ist
in klassischer Weise aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten Flachrohren 36 ausgebildet.
Der Wärmetauscher
von 2 wurde konzipiert
nachdem man in einem Fahrzeug bestimmt hatte, dass die Temperatur
der den Wärmetauscher
beaufschlagenden Luft im unteren Bereich hoch ist, während im
oberen Bereich die Luftströmungsgeschwindigkeit
hoch ist. Anders ausgedrückt
führt das
erfindungsgemäße Verfahren
dazu, dass man in vollständiger
Abkehr des bisher üblichen Vorgehens
einen Kältemittel-Kühlwärmetauscher konzipiert,
der unten mit warmem Kältemittel
beschickt wird während
oben das abgekühlte
Kältemittel
oben entnommen wird.
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Wie
es in 2 dargestellt
ist wird das Kältemittel über eine
Zufuhrleitung 32 in eine erste Verteilerkammer 34 eingeleitet,
um in einer untersten Untereinheit 2d, die den weiteren
Un tereinheiten 2c, 2b und 2a strömungstechnisch
vorgeschaltet ist, zu einer ersten Auslassskammer 38 zu
gelangen, von wo es in einem untersten Abschnitt davon über eine Steigleitung 44 zu
einer zweiten Verteilerkammer 40 gelangt, um durch eine
andere Untereinheit 2d an Flachrohren geführt zu werden
um wiederum in einer Kammer 42 gesammelt zu werden, an
deren unterem Ende eine weitere Steigleitung 44 vorgesehen
ist, die wiederum zu einer Untereinheit 2b führt, um
letztendlich in entsprechender Weise über noch eine weitere Steigleitung
zu der zuoberst angeordneten Untereinheit 2a geführt zu werden,
wo das Kältemittel
noch weiter abgekühlt
wird, um in die Austrittskammer 50 zu gelangen, von wo
das Kältemittel über eine
Abfuhrleitung 52 abgeführt
werden kann. Wie es deutlich zu erkennen ist, ist auch die Abfuhrleitung 52 im unteren
Bereich der Austrittskammer 50 vorgesehen, um eine Ansammlung
von Öl
im Falle vorwiegend gasförmiger
Phase des Kältemittels
zu vermeiden. Die Anordnung der saugseitigen Enden der Steigleitungen 44 ist
bei der hier gezeigten Ausführungsform von
extremer Bedeutung, da diese Positionierung eine homogene Ölfilmdichte
in dem gesammten Wärmetauscher
ermöglicht,
indem eine Ansammlung an Öl
verhindert werden kann, da dieses strömungstechnisch in den Steigleitungen 44 mitgerissen
wird. Um einen zufriedenstellenden Transport des Öles bzw.
von kondensiertem Kältemittel
zu gewährleisten sollten
die Steigleitungen derart ausgebildet sein, dass die aus dem dynamischen
Druck resultierenden Kräfte
die Schwerkraft überschreiten.
Zufriedenstellende Ergebnisse werden insbesondere bereitgestellt wenn
die Strömungsgeschwindigkeit
in den Steigrohren 44 bei zumindest 1,5 m pro Sekunde vorsieht.
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Bei
der Teilansicht von 2a ist
gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausführungsform
eine Ausgestaltung gezeigt, die im Wesentlichen die selbe Funktion
bereitstellt, wie die in 2a gezeigten Steigleitungen.
Austrittsseitig der untersten Untereiheit 2d wird das Kältemittel über ein
Leitblech 44a nach unten umgelenkt, um anschließend zu
der Untereinheit 2c aufzusteigen, wobei sich ansammelndes Öl und/oder
Kältemittel
effektiv mitgerissen wird. Die in 2a gezeigte
Variante hat zudem den Vorteil, dass das Kältemittelleitblech 44a dazu
führt, dass
die Kältemittelströmungsgeschwindigkeit
in dem zuunterst gelegenen Flachrohren höher ist als in höher gelegenen
Flachrohren, was das mitreißen von Öl noch weiter
unterstüzt.
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In 3 ist eine weitere bevorzugte
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kältemittel-Kühlwärmetauschers
dargestellt, vom prinzipiellen Aufbau und von der Konzeptionierung ähnlich zu den
vorangegangenen Ausführungsformen,
wobei jedoch einerseits der in der Zufuhrleitung herrschende dynamische
Druck genutzt wird, um die Geschwindigkeit in den tiefer gelegenen
Flachrohren zu erhöhen,
und zusätzlich
auch ein Baffle 34a in der ersten Eintrittskammer dargestellt
ist, wodurch sich die Geschwindigkeitsverteilung in der zuunterst
angeordneten Untereinheit noch deutlicher ausbilden lässt, um
somit in der Austrittskammer 40 zu gewährleisten, dass ein Großteil des
auftretenden Öles
mitgerissen wird.
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In 4 wird eine weitere bevorzugte
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kältemittel-Kühlwärmetauschers
angegeben, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in solch einer
Weise konzipiert wurde, dass die Temperatur in etwa aus der Mitte
nach unten hin abnimmt und wiederum vom oberen Ende her gesehen
auf einem niedrigeren Temperaturniveau zur Mitte hin abnimmt. Bei
der hier dargestellten Ausführungsform
ist es möglich
die Zu- und Abfuhr an Kältemittel örtlich zusammenzufassen,
was sich bei der Verrohrung im Fahrzeug vorteilhaft auswirken kann.
Wie dargestellt gelangt das Kältemittel
in den hier dargestellten Wärmetauscher über die
Zufuhrleitung 32, wird dort über die Verteilerkammer 34 in
den Flachrohren der Untereinheit 2c zur Austrittskammer 38 geführt, von
wo das Kältemittel über Schwerkraft
zu dem unteren Teil davon, als Verteilerkammer 40 dienend
gelangt, von wo das Kältemittel über die
unterste Untereinheit 2d zur Sammlerkammer 42 gelangt.
Ausgehend von dieser zuunterst angeordneten Untereinheit 2d wird
das Kältemittel über eine
Steigleitung 44 zu der strömungstechnisch nachgeschalteten
und zuoberst angeordneten Untereinheit 2a geführt, indem
die Leitung 44 in der Verteilerkammer 48 mündet.
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Nach
Durchtritt der obersten Untereinheit 2a durchströmt das Kältemittel
schließlich
zur abschließenden
Abkühlung
die Untereinheit 2b, um über die Sammlerkammer 50 und
die Austrittsleitung 52 den Wärmetauscher zu verlassen.
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Wie
es in 4a dargestellt
ist, kann vorteilhafterweise die Steigleitung 44 äußerst platzsparend an
dem Anschlussstutzen 30 für die Kältemittel Zu- und Abfuhr vorbeigeführt werden.
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Obwohl
vorangehend von einer statischen Konzeptionierung eines erfindungsgemäßen Kältemittel-Kühlwärmetauschers
ausgegangen wurde, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren und auch der erfindungsgemäße Wärmetauscher
auch zur dynamisch veränderbaren
Kältemittelführung wie dies
in 5 dargestellt ist.
Bei der in 5 gezeigten
Ausführungsform ist
ein Aufbau ähnlich
zu der Ausführungsform 4 dargestellt, wobei jedoch
die Kältemittelzufuhrleitung 32,
die Kältemittelabfuhrleitung 52,
die zwischen den Kammern 34 und 50 ausgebildete
Trennwandung und die Steigleitung 44 in einer Ventilanordnung 53 münden bzw.
durch diese ausgebildet sind, die umschaltbar vier verschiedene Strömungspfade
durch den Heizwärmetauscher
bereitstellen kann, nämlich
einerseits einen Strömungspfad
wie er in 4 angegeben
ist, zweitens einen Strömungspfad
exakt in umgekehrter Reihenfolge zu dem in 4 gezeigten, einen an und für sich klassischen
Strömungspfad,
d. h. das Kältemittel
wird über den
oberen Leitungsabschnitt 44b zu der obersten Untereinheit 2a geführt, von
wo das Kältemittel
durch die Untereinheit 2b tritt und durch die Ventilanordnung 53 in
die Kammer 34 gelangen kann, um suksezessive die Untereinheiten 2c und 2d zu
durchströmen,
und viertens einen Strömungspfad,
wie er in den 2 und 3 angedacht ist, d. h. das
Kältemittel wird
von der Ventileinheit 53 aufgenommen, über den unteren Leitungsabschnitt 44a in
den unteren Teil des Wärmetauschers
eingespeist, um die zuunterst gelegenen Flachrohre der Untereinheit 2d bevorzugt
zu durchströmen,
anschließend
jene der Untereinheiten 2c, 2b und 2a,
wobei der Übergang
von der Untereinheit 2c und 2d erneut über die
Ventilanordnung 53 erfolgt.
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In
den 5a bis 5c sind Schaltungsmöglichkeiten
für unterschiedliche
Temperaturverteilungen in dem Fahrzeug dargestellt, wobei der Teil
des Wärmetauschers,
der zur aufwärtigen
Förderung
des Kältemittels
vorgesehen ist bei der hier dargestellten Ausführungsform gleichzeitig eine
Filter- und Gas-Abscheiderfunktion erfüllt.
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Bei
der in 5a gezeigten
Verschaltung des Kältemittelpfades
wird das warme Kältemittel
am unteren Ende des Wärmetauschers
eingeführt
und durchströmt
diesen, wobei einem hohen Lufttemperaturniveau Rechnung getragen
wird, indem man durch das warme Kältemittel im untersten Abschnitt eine
ausreichende Temperaturdifferenz gewährleistet. Das Kältemittel
steigt anschließend
in nachgeschaltete Abschnitte auf, um aus der Kammer 48 in einen
Sammler 58 abgeführt
zu werden, welcher einen Filter 64 enthält und eine Gasabscheiderfunktion erfüllt. Über das
Steigrohr 44 wird dann das flüssige Kältemittel aus dem unteren Teil
des Sammlers 58 einer oberen Sammlerkammer 70a zugeführt und über den
Anschluss 70 der ersten Teilkammer 49a des dem
Sammler 58 nachgeschalteten Wärmetauschers zugeführt, wonach
es nach unten gerichtet Zick-Zack förmig den Wärmetauscher durchläuft, um in
etwa auf halbem Niveau über
die Leitung 52 von dem Wärmetauscher abgeführt zu werden.
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Durch
Bereitstellen eines Bypassloches 60 kann aus dem unteren
Bereich des Sammlers 58 angesaugter Flüssigkeit gesättigtes
Gas beigefügt
werden, um zunächst
in der weiteren Untereinheit 82 des Wärmetauschers Kondensation zu
bewirken, wobei in der weiteren Untereinheit 84 das in
der Untereinheit 82 vollständig kondensierte Kältemittel
unterkühlt
wird. Durch die Grösse
de Bypassloches 60 kann die Kondensationszone in der Untereinheit 82 noch
weiter nach unten verschoben werden.
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Bei
der Schaltung gemäß 5b ist eine im wesentlichen
entsprechende Ausgestaltung vorgesehen, wobei jedoch der Bereich
des Wärmetauschers, in
dem das Kältemittel
aufwärts
fließt
relativ größer gewählt ist.
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Schließlich ist
in 5c eine Anordnung
gezeigt, wie sie z. B. mit der fest verschalteten Kältemittelführung entsprechend
sind mit der in 4 gezeigten
Ausführungsform
oder optional mit der in 5 gezeigten
Ausführungsvariante
darstellbar ist gezeigt. Das Kältemittel
erreicht den Wärmetauscher
in etwa auf der halben Höhe,
durchströmt
S- oder Zick-Zack förmig
den Wärmetauscher
nach unten hin, um von dem untersten Abschnitt über den als Gasabscheider und
Filter dienenden Sammler zu dem obersten Abschnitt geführt zu werden
und von dort erneut nach unten hin gerichtet den Wärmetauscher
Zick-Zack förmig
durchströmt,
um letztendlich den Wärmetauscher
wiederum etwa auf halbem Niveau zu verlassen. Wie sich aus der Darstellung
von 5c deutlich ergibt,
ist es wünschenswert
gegebenenfalls eine thermische Isolation zwischen dem zuerst durchströmten Teil
und dem zuletzt durchströmten
Teil des Wärmetauschers
vorzusehen, da hier eine maximale Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel
vorliegt.
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Zusammenfassend
lässt sich
feststellen, dass die Erfindung in äußerst unkonventioneller jedoch
einfacher Weise fahrzeugspezifischen oder fahrzeugzustands spezifischen
Zuständen
einfach und effektiv Rechnung getragen werden kann, indem man in
völliger
Abkehr zu der bisher üblichen
Praxis einen tiefergelgenen Teil des Wärmetauschers vor einem darüber gelegenen
durchströmt.
Vorteilhafterweise sollte der Wärmetauscher
so ausgelegt oder konzeptioniert sein, dass ein Öltransport ausreichend gewährt ist.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorangehend vollständig und im Detail auf derzeit
bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurde, sollte der Fachmann erkennen, dass verschie denste
Veränderungen
und Modifikationen im Rahmen der Ansprüche möglich sind. So ist anzumerken,
dass der erfindungsgemäße Wärmetauscher
wie auch das erfindungsgemäße Verfahren
andenkbar sind, sowohl auf Gaskühler
als auch auf Kondensatoren. Die spezifischen Eigenarten der einzelnen
exemplarisch beschriebenen Ausführungsformen
sind frei kombinierbar, so dass z. B. auch eine Ausführungsform
als offenbart anzusehen ist, bei der bezüglich der zuunterst angeordneten
Untereinheit sowohl die Zufuhr als auch die Abfuhr am untersten
Punkt erfolgt, z. B. gemeinsam mit entsprechend zusätzlichen
Baffels oder Umleitblechen. Der Fachmann sollte ferner auch erkennen,
dass ihm geläufige
Maßnahmen
wie eine geeignete Wahl der Querschnitte und/oder der Anzahl an
Flachrohren, um z. B. einen in den Untereinheiten im wesentlichen
gleichmäßigen dynamischen
Druck bereitzustellen umfasst sind. Bezüglich der dynamisch schaltbaren
Ausgestaltung sei angemerkt, dass auch eine dezentrale Ventilanordnung denkbar
ist, letztendlich erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren – und der
erfindungsgemäße Wärmetauscher
höchst
versatil auf konstruktive Gegebenheiten bzw. auf fahrdynamische
Umstände
einzugehen, um den Wirkungsgrad des Wärmetauschers zu erhöhen. Bei
einer variablen Umschaltung wäre
es z. B. gemäß einer
besonders einfachen Ausführungsform
möglich
lediglich eine Umschaltung vorzusehen bei Leerlauf, d. h. wenn das
Fahrzeug steht, da lediglich in diesem Fall die von der Motorwärme her
rührende
Temperaturerhöhung
im untersten Abschnitt des Wärmetauschers
als kritisch anzusehen ist.