DE20208337U1 - Air conditioning system for large vehicles has an inner cooling circuit and a modular flat finned tube exterior condenser with two or more modules in parallel - Google Patents
Air conditioning system for large vehicles has an inner cooling circuit and a modular flat finned tube exterior condenser with two or more modules in parallelInfo
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Abstract
Description
JUNGYOUNG
Patentanwälte, European Patent and Trademark AttorneysPatent attorneys, European Patent and Trademark Attorneys
28. Mai 200228 May 2002
u.Z.: Z 038 Ma (Dr.S/bi)o.Z.: Z 038 Ma (Dr.S/bi)
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Anordnung zum Klimatisieren eines FahrzeugsArrangement for air conditioning a vehicle
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Klimatisieren eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.The invention relates to an arrangement for air conditioning a vehicle with the features of the preamble of claim 1.
Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der DE 44 32 272 C2 für eine überkritische Betriebsweise bekannt. Die DE 44 32 272 C2 bildet dabei die EP 0 424 474 Bl für die Verhältnisse einer Klimatisierung eines Fahrzeugs weiter. In der letztgenannten EP 0 424 472 Bl sind dabei die Verhältnisse einer unterkritischen Betriebsweise mit denen einer überkritischen Betriebsweise verglichen, wobei sich ergibt, daß die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 auch auf eine Anordnung zum Klimatisieren eines Fahrzeugs in unterkritischer Betriebsweise zutreffen. Such an arrangement is known, for example, from DE 44 32 272 C2 for a supercritical mode of operation. DE 44 32 272 C2 develops EP 0 424 474 B1 for the conditions of air conditioning in a vehicle. In the latter EP 0 424 472 B1, the conditions of a subcritical mode of operation are compared with those of a supercritical mode of operation, whereby it emerges that the features of the preamble of claim 1 also apply to an arrangement for air conditioning a vehicle in a subcritical mode of operation.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist besonders auf die Bedürfnisse von schienengebundenen und schienenungebundenen Nutzfahrzeugen abgestellt, wobei ein besonderer Schwerpunkt die Klimatisierung von Omnibussen ist. Die Erfindung hat aber auch allgemeine Bedeutung für sonstige Fahrzeuge einschließlich Personenkraftwagen. The arrangement according to the invention is particularly geared to the needs of rail-bound and non-rail-bound commercial vehicles, with a particular focus on the air conditioning of buses. However, the invention also has general significance for other vehicles, including passenger cars.
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Bei Personenkraftwagen steht von vornherein für eine Klimatisierungsanordnung selbst bei konstruktiver Einplanung nur wenig Raum zur Verfügung. Das gilt in ähnlicher Weise aber auch für Nutzfahrzeuge wie Omnibusse, bei denen beispielsweise eine Klimatisierungseinheit in einem Dachaufbau angeordnet wird (vgl. z.B. US-A-4 201 064). Im letztgenannten Fall ist es bereits bekannt, zwei baugleiche Wärmetauscher räumlich mit nebeneinanderliegenden Achsen und schaltungsmäßig in paralleler Betriebsweise anzuordnen. Für unterschiedliche Typen von Omnibussen müssen dabei aber die eingesetzten Wärmetauscher typangepaßt jeweils individuell gefertigt werden. Das bedeutet einen erheblichen Herstellungsaufwand und erschwert die Lagerhaltung für die Fertigung und für Ersatzteile. Dies ist besonders kritisch bei Nutzfahrzeugen, bei denen jeweils nur eine relativ kleine Anzahl eines bestimmten Bautyps gefertigt wird. Aber auch bei der Massenherstellung für PKW's stellen sich bei der jetzt üblichen harten Kostenkalkulation ähnliche Probleme.In passenger cars, there is very little space available for an air conditioning system from the outset, even if the design is planned in advance. This also applies in a similar way to commercial vehicles such as buses, where an air conditioning unit is installed in a roof structure (see e.g. US-A-4 201 064). In the latter case, it is already known to arrange two identical heat exchangers spatially with adjacent axles and in parallel operation. For different types of buses, however, the heat exchangers used must be manufactured individually to suit the type. This means considerable manufacturing effort and makes it difficult to keep stocks for production and spare parts. This is particularly critical for commercial vehicles, where only a relatively small number of a particular type are manufactured. But mass production of passenger cars also presents similar problems with the strict cost calculations that are now common.
In der letzten Zeit ist man bei Klimatisierungseinrichtungen für Personenkraftwagen dazu übergegangen, für die hochdruckseitige Wärmetauschereinrichtung Flachrohrwärmetauscher wegen deren besonders günstigen spezifischen Leistungsgewichtes einzusetzen (vgl. z.B. EP-A2-0 219 974). Derartige Flachrohrwärmetauscher werden jetzt üblicherweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt und miteinander hartverlötet. Bei größeren Nutzfahrzeugen, insbesondere Omnibussen, hat die Fertigung einer hochdruckseitigen Wärmetauscheinrichtung im Klimatisierungskreislauf in Flachrohrbauweise bisher praktisch noch keinen Eingang gefunden. Das gilt auch dann, wenn eine Klimatisierungseinheit in einem Dachaufbau geborgen ist. Der Grund liegt darin, daß die Herstellung von Wärmetauschern hoher Leistung, wie sie beispielsweise bei Omnibussen gefordert ist, in Flachrohrbauweise Schwierigkeiten macht, die auch mit dem Hartverlötungsprozeß relativ großer Wärmetauscher zusammenhängen, so daß die mit diesen Herstellungsschwierigkeiten verbundenenRecently, air conditioning systems for passenger cars have started to use flat-tube heat exchangers for the high-pressure side heat exchanger because of their particularly favorable specific power-to-weight ratio (see, for example, EP-A2-0 219 974). Flat-tube heat exchangers of this type are now usually made of aluminum or an aluminum alloy and brazed together. In larger commercial vehicles, especially buses, the manufacture of a high-pressure side heat exchanger in the air conditioning circuit in flat-tube construction has so far practically not found its way. This also applies when an air conditioning unit is housed in a roof structure. The reason for this is that the manufacture of high-performance heat exchangers, such as those required in buses, in flat-tube construction presents difficulties which are also related to the brazing process of relatively large heat exchangers, so that the manufacturing difficulties associated with these
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relativ großen Herstellungskosten sich bei den relativ geringen Stückzahlen nicht rechnen.The relatively high production costs are not worthwhile given the relatively small quantities.
Der Erfindung liegt allgemein die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Klimatisieren eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 weiter zu rationalisieren, wobei zunächst besonderes Augenmerk auf die hochdruckseitige Wärmetauschereinrichtung gelegt wird. Bei dieser handelt es sich bei einem unterkritischen Betrieb um eine Verflüssigereinrichtung und bei einem überkritischen Betrieb um einen Gaskühler (vgl. Ansprüche 7 und 5).The general object of the invention is to further rationalize an arrangement for air conditioning a vehicle with the features of the preamble of claim 1, with particular attention being paid to the high-pressure side heat exchanger device. In subcritical operation, this is a condenser device and in supercritical operation, it is a gas cooler (cf. claims 7 and 5).
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.
Die Erfindung verkörpert dabei die Verknüpfung von zwei jeweils für sich aus dem genannten Stand der Technik nicht nahegelegten Prinzipien.The invention embodies the combination of two principles, each of which is not obvious from the prior art mentioned.
Zum einen wird davon abgegangen, die Dimensionierung der hochdruckseitigen Wärmetauscher in Abhängigkeit vom Fahrzeugtyp vorzunehmen. Es wird vielmehr das Hauptargument auf eine Vereinfachung von Herstellung, Lagerhaltung und Bereitstellung solcher Wärmetauscher gelegt.On the one hand, the dimensioning of the high-pressure side heat exchangers is no longer based on the vehicle type. Instead, the main argument is to simplify the manufacture, storage and provision of such heat exchangers.
Im Idealfall wird dabei sogar nur noch ein einziger Bautyp eines Wärmetauschermoduls eingesetzt, der mindestens in Richtung Nennleistung und Druckverlust und vorzugsweise auch hinsichtlich Aufbau und Dimensionierung aller Komponenten auf eine Bauform normiert ist. Bei höherem Bedarf an Nennleistung erfolgt dann je nach den Anforderungen eine baukastenmäßige Zusammensetzung aus derartigen einheitlich normierten Modulen. Der Erfindungsgedanke ist geometrisch besonders anschaulich dann, wenn mindestens zwei derartige Module miteinander verschaltet werden. Aber selbst wenn nur ein einziges derartiges Modul eingesetzt wird, ist der Erfindungsgedanke bereits erfüllt, wenn dieses Modell aus dem genannten Baukastensatz stammt, der auchIdeally, only a single type of heat exchanger module is used, which is standardized to one design at least in terms of nominal power and pressure loss and preferably also in terms of the structure and dimensioning of all components. If higher nominal power is required, a modular assembly of such uniformly standardized modules is then used depending on the requirements. The inventive concept is geometrically particularly clear when at least two such modules are connected to one another. But even if only a single such module is used, the inventive concept is already fulfilled if this model comes from the modular kit mentioned, which also
zum Aufbau von Wärmetauschern beispielsweise doppelter Nennleistung durch Verschaltung von zwei Modulen Anwendung finden kann. Dies ist nicht zu verwechseln mit der altbekannten Konstruktionsweise, gegebenenfalls nur einen einzigen Wärmetauscher einzusetzen, diesen jedoch aber bedarfsweise für jeden Bautyp eines Fahrzeugs neu zu dimensionieren und zu gestalten.for the construction of heat exchangers with, for example, double the nominal output by connecting two modules. This should not be confused with the well-known construction method of using only a single heat exchanger if necessary, but then re-dimensioning and designing it for each type of vehicle as required.
Zum anderen setzt die Erfindung eine neuartige Verknüpfung von derartigen Modulen für den Fall ein, daß die hochdruckseitige Wärmetauschereinrichtung aus mindestens zwei derartigen Modulen zusammengesetzt ist. Zur Definition dieser neuartigen Verknüpfungsweise wird davon ausgegangen, daß im Einklang mit der schon genannten EP-A2-0 219 974 einem üblichen Wärmetauscher in Flachrohrbauweise eine Längserstreckungsrichtung zugeordnet werden kann, welcher durch mindestens ein Sammelrohr an der einen Endseite der Flachrohre bestimmt ist, die alle mit diesem Sammelrohr kommunizieren. In dem genannten parallelen Fall sind sogar zwei Sammelrohre oder allgemein Sammler an beiden Enden der Flachrohre angeordnet.On the other hand, the invention uses a new type of connection of such modules in the case where the high-pressure side heat exchanger device is composed of at least two such modules. To define this new type of connection, it is assumed that, in accordance with the aforementioned EP-A2-0 219 974, a conventional heat exchanger in flat tube construction can be assigned a longitudinal extension direction which is determined by at least one collecting pipe on one end of the flat tubes, all of which communicate with this collecting pipe. In the parallel case mentioned, two collecting pipes or collectors in general are arranged at both ends of the flat tubes.
Nach dem zweiten Grundprinzip der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einer Leistungsanforderung über die Leistung hinaus, welche schon ein Modul zur Verfügung stellt, mindestens zwei Module in der durch die Sammler bestimmten Längsrichtung hintereinander geometrisch angeordnet werden, dabei aber jeder von diesen Modulen für sich bei dieser geometrischen Hintereinanderanordnung im Kreislauf von dem inneren Wärmetauschfluid parallel beaufschlagt werden. Bei Verwendung mehrerer Module wird dabei die Leistung vervielfacht, ohne daß der Druckabfall an der aus mehreren Modulen in dieser Weise zusammengesetzten Wärmetauschereinrichtung nennenswert verändert wird und ohne daß die Leistungsanforderung an das einzelne Modul verändert wird. Dieses erfindungsgemäße Prinzip ist in keiner Weise mit der Anordnung der US-A-4 201 064 vergleichbar, wo die beiden gleichartigen Wärmetauscher nicht geometrisch hintereinander, sondern geometrisch nebeneinander angeordnet sind. Bei dieser bekannten An-According to the second basic principle of the invention, if a power requirement exceeds the power already provided by one module, at least two modules are arranged geometrically one behind the other in the longitudinal direction determined by the collectors, but each of these modules is acted upon in parallel by the internal heat exchange fluid in this geometrical arrangement in the circuit. When several modules are used, the power is multiplied without the pressure drop across the heat exchanger device composed of several modules being significantly changed and without the power requirement for the individual module being changed. This principle according to the invention is in no way comparable with the arrangement of US-A-4 201 064, where the two similar heat exchangers are not arranged geometrically one behind the other, but geometrically next to each other. In this known arrangement,
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Ordnung würde die konsequente Anwendung der Erfindung bedeuten, beide Wärmetauscher jeweils für sich in geometrisch hintereinander angeordnete Module zu zerlegen, die aber weiterhin jeder für sich vom inneren Wärmetauschfluid parallel beaufschlagt bleiben. Diese Module bleiben dabei raummäßig klein und noch relativ einfach herstellbar.In this case, the consistent application of the invention would mean breaking down both heat exchangers into modules arranged geometrically one behind the other, but each of which would continue to be acted upon in parallel by the internal heat exchange fluid. These modules would remain small in terms of space and relatively easy to manufacture.
Es ist an sich bekannt (DE 38 43 305 Al), bei einem Verflüssiger für ein Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage, bei der das Kältemittel das innere Wärmetauschfluid darstellt, in Flachrohrbauweise mehrere parallel vom Kältemittel beaufschlagte Wärmetauscherschlangen in einer Baueinheit zusammen zu fassen, bei der die Verrippung allen Schlangen gemeinsam ist. Abgesehen davon, daß die vom Fahrzeugtyp unabhängige Bautypennormierung der erfindungsgemäßen Anordnung nicht vorgesehen ist, handelt es sich nicht, wie bei der Erfindung, um eine geometrische Hintereinanderanordnung von einzelnen Modulen, die wegen des Normierungsgedankens jeweils nur dem betreffenden Modul zugehörige gesonderte Verrippungen haben.It is known per se (DE 38 43 305 A1) to combine several heat exchanger coils in a flat tube design in a condenser for a coolant in a vehicle air conditioning system, in which the coolant is the internal heat exchange fluid, in a structural unit in which the ribbing is common to all coils. Apart from the fact that the structural standardization of the arrangement according to the invention independent of the vehicle type is not provided for, it is not, as in the invention, a geometric sequential arrangement of individual modules which, due to the standardization concept, each have separate ribbing associated only with the relevant module.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 spezialisiert die geometrische Hintereinanderordnung von mindestens zwei Modulen auf eine solche, bei der diese Hintereinanderordnung sogar mit axialer Fluchtung der Sammlereinrichtungen vorgesehen ist.The further development according to claim 2 specializes the geometrical sequential arrangement of at least two modules to one in which this sequential arrangement is even provided with axial alignment of the collector devices.
Vorzugsweise ist die Richtung der geometrischen Hintereinanderordnung auch mehr oder minder mit der Längsrichtung des Fahrzeugs gemeinsam.Preferably, the direction of the geometric arrangement is also more or less common to the longitudinal direction of the vehicle.
Anderseits kann man aber auch einen Winkel zwischen den Längserstreckungsrichtungen der mindestens zwei Module vorsehen. Das gilt insbesondere dann, wenn die geometrische Längserstrekkungsrichtung innerhalb der Wärmetauschereinrichtung quer zum Fahrzeug ausgerichtet ist.On the other hand, an angle can also be provided between the longitudinal extension directions of the at least two modules. This applies in particular if the geometric longitudinal extension direction within the heat exchanger device is aligned transversely to the vehicle.
Wie erwähnt ist bei überkritischer Auslegung des Kreislaufs dieAs mentioned, in supercritical design of the circuit, the
Wärmetauschereinrichtung üblicherweise ein Gaskühler; dann ist zweckmäßig eine Sammlereinrichtung in der Niederdruckseite des Kreislaufs einbezogen, was an sich aus der schon zur Bildung des Oberbegriffs von Anspruch 1 herangezogenen DE 44 32 272 C2 an sich bekannt ist (vgl. insbesondere deren Fig. 3 mit Beschreibung ).Heat exchanger device is usually a gas cooler; then a collector device is expediently included in the low-pressure side of the circuit, which is known per se from DE 44 32 272 C2, which was already used to form the preamble of claim 1 (cf. in particular Fig. 3 thereof with description).
Wenn dann bei unterkritischer Auslegung des Kreislaufs die Wärmetauschereinrichtung in ebenfalls schon angesprochener Weise eine Verflüssigereinrichtung ist, ist vorzugsweise vorgesehen, daß eine Sammlereinrichtung in der Hochdruckseite und/oder der Niederdruckseite des Kreislaufseinbezogen ist.If, in the case of a subcritical design of the circuit, the heat exchanger device is a condenser device in the manner already mentioned, it is preferably provided that a collector device is included in the high-pressure side and/or the low-pressure side of the circuit.
Im Idealfall ist die Erfindung dann verkörpert, wenn alle in Frage kommenden hochdruckseitigen Wärmetauschereinrichtungen aus der gleichen Modulbauart aufgebaut werden können, sei es unter Einsatz nur eines Moduls, sei es unter der geschilderten Vereinigung mehrerer Module.Ideally, the invention is embodied when all possible high-pressure side heat exchanger devices can be constructed from the same modular design, either by using only one module or by combining several modules as described.
Es ist aber nicht ausgeschlossen, daß auch noch andersartig ausgelegte Bauarten von Modulen mit verwendet werden.However, it cannot be ruled out that other types of module design may also be used.
Ein Sonderfall hiervon besteht darin, daß mindestens ein weiteres Modul für eine Spezialfunktion anders als die sonstigen Module gestaltet ist. Das gilt beispielsweise dann, wenn in einem zusätzlichen Weg des Kreislaufs eine Gegenstromwärmetauscheinrichtung zwischen dem hochdruckseitigen und dem niederdruckseitigen inneren Wärmetauschfluid vorgesehen ist, was an sich bekannt ist (wiederum DE 44 32 272 C2, Fig. 3 mit Beschreibung). Da in einem solchen Fall beide Wärmetauschflächen des Sammlers von dem inneren Wärmetauschfluid beaufschlagt werden, erübrigt sich in einem solchen Wärmetauschermodul eine äußere Verrippung. A special case of this is that at least one additional module for a special function is designed differently from the other modules. This applies, for example, if a countercurrent heat exchange device is provided in an additional path of the circuit between the high-pressure side and the low-pressure side internal heat exchange fluid, which is known per se (again DE 44 32 272 C2, Fig. 3 with description). Since in such a case both heat exchange surfaces of the collector are exposed to the internal heat exchange fluid, external ribbing is unnecessary in such a heat exchanger module.
Es ist aber nicht ausgeschlossen, daß auch Module mit äußerer Verrippung in einem zusätzlichen Kreislauf oder einem zusätzli-However, it is not excluded that modules with external ribbing can also be used in an additional circuit or an additional
chen Weg eingesetzt werden und dabei in die normierte Bauart gemäß der Erfindung mit einbezogen sind (vgl. Anspruch 30).chen way and are thereby included in the standardized design according to the invention (cf. claim 30).
Ferner ist nicht ausgeschlossen, daß die Wärmetauschereinrichtung mindestens zwei Sätze von jeweils in beliebiger Anzahl jeweils gleich in Nennleistung und Druckverlust untereinander bauartgleichen Modulen aufweist, wobei in verschiedenen Sätzen mindestens die Nennleistung unterschiedlich ist. Es kann dabei dem Fachmann überlassen bleiben, ob dabei die Gestaltung derartiger Module allein aus numerischen Gesichtspunkten wie Halbierung oder Verdoppelung der Leistung abgeleitet wird oder sich nach spezielleren Anforderungen der zu bedienenden Bautypen von Fahrzeugen richtet.Furthermore, it is not excluded that the heat exchanger device has at least two sets of any number of modules, each of which has the same nominal output and pressure loss, with at least the nominal output being different in different sets. It can be left to the expert to decide whether the design of such modules is derived solely from numerical aspects such as halving or doubling the output or whether it is based on more specific requirements of the types of vehicles to be served.
Bei der unterschiedlichen Leistungsanforderung an hochdruckseitige Wärmetauschereinrichtungen für unterschiedliche Fahrzeugtypen kommt der durch die Erfindung erreichbare Vorteil schon dann voll zur Geltung, wenn er sich allein bei der Herstellung von hochdruckseitigen Wärmetauschern unterschiedlicher Leistung auswirkt. Diese können nämlich dann bei der Herstellung baukastenmäßig aus den mindestens leistungsmäßig genormten Modulen aufgebaut werden. Aus diesen kann dann, gegebenenfalls mit anderen Teilen, ein Wärmetauscher jeweils gewünschter Leistung aufgebaut werden, bei dem dann die Module dauerhaft integriert sind (vgl. Anspruch 10). In diese dauerhafte Integration kann man dann auch noch andere Teile mit einbeziehen, wie etwa eine Anschlußverzweigung (vgl. Ansprüche 12 bis 16). Bei entsprechender konstruktiver Vorbereitung kann man aber auch geometrisch hintereinander und schaltungsmäßig parallel angeordnete Module lösbar in der hochdruckseitigen Wärmetauscheinrichtung anordnen, etwa wenn dies aus den Gesichtspunkten leichterer Wartung bzw. leichterer Reparatur erwünscht ist. Diese lösbare Anordnung schließt nicht aus, die genannten weiteren Teile dann auch wahlweise lösbar oder dauerhaft integriert in der betreffenden hochdruckseitigen Wärmetauscheinrichtung anzuordnen.Given the different performance requirements for high-pressure side heat exchanger devices for different vehicle types, the advantage achievable by the invention is fully evident when it only has an effect on the manufacture of high-pressure side heat exchangers with different performance. These can then be built up in a modular manner from modules that are at least standardized in terms of performance. From these, if necessary with other parts, a heat exchanger of the desired performance can then be built, in which the modules are then permanently integrated (see claim 10). Other parts can then also be included in this permanent integration, such as a connection branch (see claims 12 to 16). With appropriate structural preparation, however, modules arranged geometrically one behind the other and in parallel circuitry can also be detachably arranged in the high-pressure side heat exchanger device, for example if this is desired from the point of view of easier maintenance or repair. This detachable arrangement does not exclude the possibility of arranging the additional parts mentioned either detachably or permanently integrated into the relevant high-pressure side heat exchanger device.
Bei Flachrohrwärmetauschern verlaufen die verrippten Flachrohre konventionell geradlinig zwischen zwei parallel zueinander verlaufenden Sammeleinrichtungen, beispielsweise zwei Sammelrohren (vgl. z.B. erneut EP 0 219 974 A2). Im Rahmen der Erfindung wird die achsparallele Anordnung von Sammlereinrichtungen zweckmäßig beibehalten, dem Verlauf der Flachrohre zwischen den beiden Sammlereinrichtungen jedoch eine Krümmung verliehen (vgl. Ansprüche 17 bis 19). Hierdurch wird mindestens ein Freiraum für den Einbau mindestens eines weiteren Elementes gewonnen, beispielsweise eines Axiallüfters, wenn dies erfindungsgemäß der Anordnung in einem Dachaufbau des Fahrzeugs bereitgestellt wird. Derartige Dachaufbauten sind beispielsweise bei Omnibussen oder größeren Nutzfahrzeugen üblich, vgl. die schon erwähnte US-PS 4 201 064 oder auch die DE 32 24 895 C2 und die DE 34 06 249 C2.In flat tube heat exchangers, the ribbed flat tubes conventionally run in a straight line between two parallel collector devices, for example two collector tubes (cf., for example, EP 0 219 974 A2). Within the scope of the invention, the axially parallel arrangement of collector devices is expediently retained, but the course of the flat tubes between the two collector devices is given a curve (cf. claims 17 to 19). This creates at least one free space for the installation of at least one further element, for example an axial fan, if this is provided according to the invention in the arrangement in a roof structure of the vehicle. Such roof structures are common, for example, in buses or larger commercial vehicles, cf. the aforementioned US Pat. No. 4 201 064 or also DE 32 24 895 C2 and DE 34 06 249 C2.
Bei den letztgenannten bekannten Dachaufsätzen sind jeweils baugleiche Verdampfer in Betracht gezogen, welche zu beiden Seiten des Dachaufsatzes angeordnet sind und beispielsweise bei einem Omnibus solche Luft klimatisieren, die an den beiden seitlichen Fensterfronten des Omnibusses in den Fahrgastraum eingeleitet wird. Man kann im Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung aber auch dieselbe hochdruckseitige Wärmetauscheinrichtung mit verschiedenen Verdampfern zur Klimatisierung unterschiedlicher Klimatisierungszonen des Fahrzeugs verwenden (vgl. Anspruch 21).In the case of the last-mentioned known roof attachments, identical evaporators are considered, which are arranged on both sides of the roof attachment and, for example, in a bus, condition the air that is introduced into the passenger compartment at the two side window fronts of the bus. However, within the scope of the arrangement according to the invention, the same high-pressure side heat exchange device can also be used with different evaporators to condition different air conditioning zones of the vehicle (cf. claim 21).
Eine im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugte Konstruktionsweise - für die auch selbständiger Schutz beansprucht wird besteht dann darin, mindestens einen Verdampfer der Verdampfereinrichtung analog zu den Modulen der hochdruckseitigen Wärmetauscheinrichtung aus mindestens zwei Verdampfermodulen zusammen zu setzen, welche unter Bezug auf ihre Sammeleinrichtung geometrisch hintereinander angeordnet werden, jedoch untereinander parallel vom inneren Wärmetauschfluid beaufschlagt werden. A particularly preferred design within the scope of the invention - for which independent protection is also claimed - consists in assembling at least one evaporator of the evaporator device, analogous to the modules of the high-pressure side heat exchange device, from at least two evaporator modules which are arranged geometrically one behind the other with reference to their collecting device, but are acted upon by the internal heat exchange fluid in parallel with one another.
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Diese modulare Aufbauweise der Verdampfer kann man im Grenzfall für die ganze Verdampfereinrichtung vorsehen. Sie bietet aber auch bereits dann deutliche Vorteile, wenn nur ein Verdampfer für eine bestimmte Klimazone derart modular aufgebaut wird, der besonders hohe Leistungsanforderungen hat und bei dem bei unterschiedlichen Fahrzeugtypen die Leistungsanforderungen sehr unterschiedlich sind. Das kann beispielsweise für die Klimatisierung eines Fahrgastraumes oder eines größeren Nutzraumes der Fall sein, während man mit einem einzigen Bautyp eines Verdampfers für den Fahrerplatz auskommen kann (vgl. Ansprüche 22 und 23). Für den Fall, daß nur ein einziger Verdampfer für die Klimatisierung des Fahrerplatzes benötigt wird, ist dabei vorzugsweise vorgesehen, auch diesen einzigen Verdampfer aus dem Baukasten von Verdampfermodulen einzusetzen, die sonst für den Zusammenbau Leistungsstärkerer Verdampfer eingesetzt werden.In extreme cases, this modular design of the evaporator can be used for the entire evaporator system. However, it also offers clear advantages if only one evaporator is designed in this way for a specific climate zone, which has particularly high performance requirements and for which the performance requirements are very different for different vehicle types. This can be the case, for example, for the air conditioning of a passenger compartment or a larger usable space, while a single type of evaporator can be used for the driver's seat (see claims 22 and 23). In the event that only a single evaporator is required for the air conditioning of the driver's seat, it is preferably provided that this single evaporator is also used from the kit of evaporator modules that are otherwise used to assemble more powerful evaporators.
Die Verdampfermodule sind ebenso wie die Module der hochdrucksei tigen Wärmetauschereinrichtung jeweils für sich zum Wärmetausch mit dem äußeren Wärmetauschfluid, im allgemeinen der Umgebungsluft, verrippt. Man kommt jedoch in der Praxis mit einer Bauweise aus, bei der die verrippten Rohre Rundrohre oder allenfalls ovale Rohre sind, da Flachrohre nur im relativ seltenen Einzelfall für die Verdampfer weitere Vorteile bieten.The evaporator modules, like the modules of the high-pressure side heat exchanger device, are each individually finned for heat exchange with the external heat exchange fluid, generally the ambient air. In practice, however, a design in which the finned tubes are round tubes or at most oval tubes is sufficient, since flat tubes only offer additional advantages for the evaporator in relatively rare individual cases.
Eine Verdampfereinrichtung ist funktionell mit der Expansionseinrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung verknüpft. Die Ansprüche 26 bis 28 geben verschiedene Möglichkeiten an, diese Verknüpfung auch in Bezug auf die Verdampfermodule zu realisieren. An evaporator device is functionally linked to the expansion device of the arrangement according to the invention. Claims 26 to 28 specify various possibilities for implementing this link also in relation to the evaporator modules.
Unabhängig davon, ob die erfindungsgemäße Anordnung Module der hochdruckseitigen Wärmetauschereinrichtung und/oder Verdampfermodule enthält, wird die erfindungsgemäße Anordnung zweckmäßig gemäß den Ansprüchen 29 bzw. 30 ausgelegt.Irrespective of whether the arrangement according to the invention contains modules of the high-pressure side heat exchanger device and/or evaporator modules, the arrangement according to the invention is expediently designed according to claims 29 and 30, respectively.
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Nach Anspruch 29 kann ein bestimmtes Modul der hochdruckseitigen Wärmetauschereinrichtung oder auch ein Verdampfermodul aus dem Baukasten solcher Module auch für einen Sonderzweck eingesetzt werden, nämlich beispielsweise innerhalb eines zusätzlichen Kreislaufes oder aber auch nur eines zusätzlichen Weges desselben Kreislaufs.According to claim 29, a specific module of the high-pressure side heat exchanger device or also an evaporator module from the modular system of such modules can also be used for a special purpose, namely, for example, within an additional circuit or even just an additional path of the same circuit.
Andererseits erhält man eine Rationalisierung des Aufbaus der ganzen Anordnung im Sinne von Anspruch 30 dann, wenn von verschiedenen Quellen herangeführte Luft als äußeres Wärmetauschfluid mit derselben hochdruckseitigen Wärmetauscheinrichtung in Wärmetausch tritt.On the other hand, a rationalization of the structure of the entire arrangement in the sense of claim 30 is obtained when air supplied from different sources enters into heat exchange as an external heat exchange fluid with the same high-pressure side heat exchange device.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using schematic drawings of several embodiments. They show:
Figur 1 eine Basisschaltung einer Anordnung zum Klimatisieren eines Fahrzeugs;Figure 1 shows a basic circuit of an arrangement for air conditioning a vehicle;
Figur 2 und Figur 3 zwei ergänzte Varianten von Figur 1; Figur 4a bis 7a Seitenansichten sowieFigure 2 and Figure 3 show two supplemented variants of Figure 1; Figures 4a to 7a show side views and
Figur 4b bis 7b Stirnansichten eines modularen Aufbaus einer Hochdruckseitigen Wärmetauschereinrichtung, wie sie bei den Figuren 1 bis 3 Anwendung finden kann;Figures 4b to 7b are front views of a modular structure of a high-pressure side heat exchanger device, as can be used in Figures 1 to 3;
Figur 8 eine perspektivische Ansicht einer abgewandelten Anschlußweise von Modulen der hochdruckseitigen Wärmetauschereinrichtung ;Figure 8 is a perspective view of a modified connection of modules of the high-pressure side heat exchanger device;
Figur 9 und Figur 10 zwei weitere Anordnungsvarianten von Figur 1, wobei Figur 10 eine erste Möglichkeit der Anordnung von mehreren Verdampfermodulen zeigt;Figure 9 and Figure 10 show two further arrangement variants of Figure 1, wherein Figure 10 shows a first possibility of arranging several evaporator modules;
Figur 11 in Seitenansicht eine prinzipielle Darstellung der geometrischen Anordnung und Verschaltung von zwei Verdampfermodulen; Figure 11 shows a side view of the basic representation of the geometric arrangement and connection of two evaporator modules;
Figur 12 eine weitere Variante von Figur 1 mit Einbeziehung von zwei Verdampfermodulen sowieFigure 12 shows another variant of Figure 1 with the inclusion of two evaporator modules and
Figur 13 eine seitliche Schnittdarstellung eines die erfindungsgemäße Anordnung enthaltenden Dachaufsatzes auf einem Fahrzeug, insbesondere Omnibusse oder großem Nut&zgr;fahrzeug.Figure 13 is a side sectional view of a roof attachment containing the arrangement according to the invention on a vehicle, in particular a bus or large commercial vehicle.
Figur 1 zeigt einen geschlossenen Kreislauf eines inneren Wärmetauschfluids zum Klimatisieren eines Fahrzeugs, insbesondere eines Omnibusses oder größeren Nut&zgr;fahrzeuges.Figure 1 shows a closed circuit of an internal heat exchange fluid for air conditioning a vehicle, in particular a bus or larger commercial vehicle.
Es gibt zwei typische Betriebsweisen eines solchen Kreislaufs, nämlich einen unterkritischen Betrieb und einen überkritischen Betrieb. Die unterkritische Betriebsweise ist die bisher konventionelle, bei der als inneres Wärmetauschfluid früher FCKW, jetzt weniger umweltgefährliche Kältemittel, wie beispielsweise R134a, eingesetzt werden. Bei der unterkritischen Betriebsweise erfolgt auf der Hochdruckseite ein Phasenwechsel. Neuerdings zieht man als inneres Wärmetauschfluid beispielsweise CO2 in Betracht, welches geringere Umweltrisiken mit sich bringt. Hierbei kommt es auf der Hochdruckseite zu sehr hohen Drucken, ohne daß es dabei auf der Hochdruckseite zu einem Phasenwechsel kommt.There are two typical operating modes for such a circuit, namely subcritical operation and supercritical operation. Subcritical operation is the conventional one, in which CFCs were previously used as the internal heat exchange fluid, but now less environmentally hazardous refrigerants such as R134a are used. In subcritical operation, a phase change takes place on the high-pressure side. Recently, CO 2 , for example, has been considered as the internal heat exchange fluid, which poses fewer environmental risks. In this case, very high pressures occur on the high-pressure side without a phase change occurring on the high-pressure side.
Unabhängig davon, ob es sich um eine unterkritische oder eine überkritische Betriebsweise handelt, enthält der Kreislauf basismäßig folgende Komponenten: eine Expansionseinrichtung 4, eine entsprechend dem Kreislaufsymbol nachfolgende Verdampfereinrichtung 6, eine Verdichtereinrichtung 8 und eine nachfolgende hochdruckseitige, im Wärmetausch zwischen dem inneren Wärmetauschfluid und Umgebungsluft stehende Wärmetauscheinrichtung 10 für das innere Wärmetauschfluid des Kreislaufs. DieseRegardless of whether it is a subcritical or a supercritical mode of operation, the circuit basically contains the following components: an expansion device 4, an evaporator device 6 following according to the circuit symbol, a compressor device 8 and a subsequent high-pressure side heat exchange device 10 for the internal heat exchange fluid of the circuit, which is in heat exchange between the internal heat exchange fluid and ambient air. This
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hochdruckseitige Wärmetauscheinrichtung 10 ist dann über eine ausgangsseitig folgende Anschlußleitung 12 an die Eingangsseite der Expansionseinrichtung 4 zurückgeführt.high-pressure side heat exchanger device 10 is then returned to the inlet side of the expansion device 4 via a connecting line 12 on the outlet side.
Die hochdruckseitige Wärmetauscheinrichtung 10 ist bei unterkritischem Betrieb ein Verflüssiger und bei überkritischem Betrieb ein Gaskühler.The high-pressure side heat exchange device 10 is a condenser in subcritical operation and a gas cooler in supercritical operation.
Es ist dabei konventionell, bei dem unterkritischen Betrieb gemäß Figur 2 eine hochdruckseitige Sammlereinrichtung 14 in Kreislaufrichtung zwischen dem Ausgang des Verflüssigers 10 und dem Eingang der Expansionseinrichtung 4, also innerhalb der Anschlußleitung 12, zwischen zu schalten.In the subcritical operation according to Figure 2, it is conventional to interpose a high-pressure side collector device 14 in the circuit direction between the outlet of the condenser 10 and the inlet of the expansion device 4, i.e. within the connecting line 12.
Man kann aber auch eine niederdruckseitige Sammlereinrichtung 16 vorsehen; dies ist sowohl bei unterkritischer als auch bei überkritischer Betriebsweise möglich.However, a low-pressure side collector device 16 can also be provided; this is possible both in subcritical and supercritical operating modes.
Bei der Anordnung der Figuren 1, 2 und 3 ist die hochdruckseitige Wärmetauscheinrichtung von mehreren, hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit drei, Modulen 18 gebildet, die gemäß den drei parallelen Wegen 2a, 2b und 2c des Kreislaufs 2 parallel zueinander im geschlossenen Kreislauf des inneren Wärmetauschfluids geschaltet sind. Die Anzahl dieser Module ist allgemein &eegr; = 1, 2, 3, etc.. Der eigentliche Effekt der Erfindung einer Zusammensetzung eines leistungsstarken Wärmetauschers aus normierten Modulen kleinerer Leistung ist anschaulich erst ab &eegr; = 2 und höher. Wenn jedoch aus demselben Baukasten auch ein einzelnes Modul eingesetzt wird, und dieses nicht gesondert für die Schaltung gefertigt wird, wird dies auch noch als innerhalb der Erfindung liegend angesehen.In the arrangement of Figures 1, 2 and 3, the high-pressure side heat exchange device is formed by several, here without loss of generality three, modules 18, which are connected parallel to one another in the closed circuit of the internal heat exchange fluid according to the three parallel paths 2a, 2b and 2c of the circuit 2. The number of these modules is generally η = 1, 2, 3, etc. The actual effect of the invention of a composition of a high-performance heat exchanger from standardized modules of lower performance is only clearly visible from η = 2 and higher. However, if a single module is also used from the same kit and this is not manufactured separately for the circuit, this is also considered to be within the scope of the invention.
In den Figuren 4 und 5 wird für &eegr; = 2 die tatsächliche Bauweise und Zusammensetzung der Module 18 mehr im einzelnen beschrieben. Dabei sind Figur 4a und 5a identisch; der Unterschied liegt jeweils in den Figuren 4b und 5b.In Figures 4 and 5, the actual construction and composition of the modules 18 is described in more detail for η = 2. Figures 4a and 5a are identical; the difference lies in Figures 4b and 5b.
♦ ·♦ ·
Jedes Modul 18 hat eine Sammlereinrichtung in Gestalt von zwei achsparallelen Sammelrohren 20, zwischen denen sich Flachrohre 22 erstrecken. Das eine, in der Zeichnung obere, Sammelrohr 20 hat jeweils einen Eintritt 24 und einen Austritt 26, welche zweien der Strömungswege 2a, 2a bzw. 2b, 2b gemäß Figur 1 bis entsprechen. Alternativ könnte der Austritt auch an dem anderen, in der Zeichnung unteren Sammelrohr angeordnet sein. Dieses könnte gegebenenfalls aber auch bei der gezeichneten Anschlußweise des oberen Sammelrohres zu einer Umlenkeinrichtung beliebiger Bauart degeneriert sein, je nachdem, mit wieviel Fluten die zwischen den beiden Sammelrohren 20 angeordneten Flachrohre 22 beaufschlagt werden. Die Aufteilung der Fluten erfolgt in der dargestellten Weise durch die Trennwände 28 in den Sammelrohren.Each module 18 has a collector device in the form of two axially parallel collector pipes 20, between which flat tubes 22 extend. The one collector pipe 20, the upper one in the drawing, has an inlet 24 and an outlet 26, which correspond to two of the flow paths 2a, 2a and 2b, 2b, respectively, according to Figures 1 to 4. Alternatively, the outlet could also be arranged on the other collector pipe, the lower one in the drawing. However, this could also be degenerated into a deflection device of any design, depending on the connection method of the upper collector pipe shown, depending on how many flows are applied to the flat tubes 22 arranged between the two collector pipes 20. The distribution of the flows takes place in the manner shown by the partition walls 28 in the collector pipes.
In jedem Modul 18 haben die parallel zueinander und rechtwinkelig zu den Sammelrohren 20 verlaufenden Flachrohre 22 eine gemeinsame Verrippung 30, etwa durch eingeschachtelte Zick-Zack-Lamellen. Die Verrippungen sind jedoch jeweils nur einem Modul 18 eigen und erstrecken sich insbesondere nicht von einem Modul zum anderen. Vielmehr ist jedes Modul für sich eine eigene Baueinheit. Die Trennlinie 32 gibt daher eine tatsächliche materielle Trennlinie zwischen benachbarten Modulen 18 wieder.In each module 18, the flat tubes 22, which run parallel to one another and at right angles to the header tubes 20, have a common ribbing 30, for example by means of nested zigzag lamellae. However, the ribbing is only specific to one module 18 and in particular does not extend from one module to the other. Rather, each module is its own structural unit. The dividing line 32 therefore represents an actual material dividing line between adjacent modules 18.
Die Flachrohre 22, ihre Verrippung 30 sowie die Sammelrohre 20 und gegebenenfalls anschließende Elemente, die weiter unten beschrieben werden, bestehen zweckmäßig aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.The flat tubes 22, their ribbing 30 as well as the collecting tubes 20 and any adjoining elements described below are suitably made of aluminum or an aluminum alloy.
In Figur 4b ist zu erkennen, daß im Normalfall die Flachrohre 22 geradlinig zwischen den beiden Sammelrohren 20 verlaufen.In Figure 4b it can be seen that normally the flat tubes 22 run in a straight line between the two collecting tubes 20.
In der Variante von Figur 5b beschreibt statt dessen das einzelne Flachrohr 22 eine gekrümmte Linie entsprechend dem als Phantomlinie eingezeichneten Kreisbogenstück 34, dessen Krüm-In the variant of Figure 5b, the single flat tube 22 describes instead a curved line corresponding to the circular arc section 34 drawn as a phantom line, the curvature of which
mung um die Biegeachse 36 verläuft, unter deren Verwendung auch die Krümmung der Flachrohre 22 mitsamt deren Verrippung 30 bei der Herstellung leicht gewonnen werden kann. Man erkennt, daß bei dieser Krümmung der Anschluß der Flachrohre 22 an die Sammelrohre 18 geneigt verläuft.mation runs around the bending axis 36, using which the curvature of the flat tubes 22 together with their ribbing 30 can easily be obtained during manufacture. It can be seen that with this curvature the connection of the flat tubes 22 to the collecting tubes 18 runs at an incline.
In Figur 6 entspricht Figur 6b der beschriebenen Figur 5b von Figur 5.In Figure 6, Figure 6b corresponds to the described Figure 5b of Figure 5.
Figur 6a ist im Vergleich zu Figur 5a noch durch das Modul 18b ergänzt, welches in axialer Verlängerung an die beiden Module 18a anschließt.Compared to Figure 5a, Figure 6a is supplemented by the module 18b, which is connected to the two modules 18a in axial extension.
Das Modul 18b kann wiederum in beliebiger Anzahl von &eegr; = 1 (wie hier gezeigt) bis N = 2, 3, 4, etc. vorhanden sein. Es gehört jedoch zu einer anderen Serie als die Module 18a. Bei der gezeigten Dimensionierung des Moduls 18b im Vergleich zu Modul 18a ist bei dem Modul 18b die Nennleistung etwa halb so groß, während, jedenfalls im theoretischen Idealfall, der aufgrund der Parallelschaltung vorliegende Druckabfall in allen Modulen etwa gleich bleibt. Durch praktische Betriebsverhältnisse kann es dabei zu Abweichungen kommen.The module 18b can be present in any number from η = 1 (as shown here) to N = 2, 3, 4, etc. However, it belongs to a different series than the modules 18a. With the dimensions of the module 18b shown, the nominal power of the module 18b is about half as high as that of the module 18a, while, at least in the theoretical ideal case, the pressure drop due to the parallel connection remains about the same in all modules. Deviations can occur due to practical operating conditions.
An den Figuren 5 und 6 wird darüber hinaus deutlich, daß die Module nur schaltungsmäßig bezüglich des inneren Wärmetauschfluids parallel geschaltet sind, während sie geometrisch hintereinander angeordnet sind, wobei die Hintereinanderordnung durch die Achsrichtung der Sammelrohre 20 definiert ist. Diese sind dabei aber nicht bei verschiedenen Modulen durchlaufend, sondern endseitig abgeschlossen, auch im Bereich der Trennlinie oder Trennfuge 32.Figures 5 and 6 also show that the modules are only connected in parallel in terms of the circuitry with respect to the internal heat exchange fluid, while geometrically they are arranged one behind the other, with the arrangement in series being defined by the axial direction of the header pipes 20. However, these are not continuous in different modules, but are closed at the ends, including in the area of the dividing line or joint 32.
In einer denkbaren Modifikation könnte man auch die Module im wesentlichen nur durch die Flachrohre 22 und ihre Verrippung definieren und bei einer Herstellung, bei der schließlich ein nicht lösbarer integraler Aufbau gewonnen wird, durchlaufendeIn a conceivable modification, the modules could also be defined essentially only by the flat tubes 22 and their ribbing and, in a production process that ultimately results in a non-detachable integral structure, continuous
Sanunelrohre 20 einsetzen und in diesen in gewünschten Rhythmus die Trennwände 28 einsetzen.Insert Sanunel pipes 20 and insert the partitions 28 into them in the desired rhythm.
Die Anordnung von Figur 7 bildet die grundsätzliche Bauweise gemäß Figur 5 in folgender Hinsicht weiter:The arrangement of Figure 7 further develops the basic design according to Figure 5 in the following respects:
Zunächst ist von der Modifikation ausgegangen, daß die Eintritte 24 und die Austritte 26 an verschiedenen Sammelrohren 20 vorgesehen sind, wie oben bisher ohne zeichnerische Darstellung als mögliche Modifikation erwähnt wurde.First of all, the modification assumes that the inlets 24 and the outlets 26 are provided on different collecting pipes 20, as previously mentioned above without graphic representation as a possible modification.
Ferner ist eingangsseitig, also im Bereich der Eintritte 24, jeweils eine eingangsseitige Anschlußverzweigung 38 und ausgangsseitig im Anschluß an die Austritte 26 jeweils eine ausgangsseitige Anschlußverzweigung 40 vorgesehen, die jeweils an ihrer zeichnerisch rechten Stirnseite eingangsseitig und ausgangsseitig in den Kreislauf 2 eingebunden sind. Die beiden Anschlußverzweigungen 38 und 40 ersetzen dabei die parallelen Leitungswege 2a, 2b und 2c in den Figuren 1 bis 3.Furthermore, on the input side, i.e. in the area of the inlets 24, there is an input-side connection branch 38 and on the output side, in connection with the outlets 26, there is an output-side connection branch 40, which are each integrated into the circuit 2 on the input side and the output side at their right-hand end face in the drawing. The two connection branches 38 and 40 replace the parallel line paths 2a, 2b and 2c in Figures 1 to 3.
Die Anschlußverzweigungen 38 und 40 und gegebenenfalls auch die Sammelrohre 20 können jeweils Strangpreßprofile sein, wiederum zweckmäßig aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.The connecting branches 38 and 40 and, if applicable, also the collecting pipes 20 can each be extruded profiles, again suitably made of aluminum or an aluminum alloy.
Ausgangsseitig ist in der Ausgangsseitigen Anschlußverzweigung 40 eine Filtereinrichtung 42 zur Filterung des inneren Wärmetauschfluids eingebaut.On the output side, a filter device 42 for filtering the internal heat exchange fluid is installed in the output side connection branch 40.
Bei allen hier beschriebenen Ausfuhrungsformen sind aufeinander folgende Module jeweils in Achsrichtung ihrer Sammelrohre geometrisch hintereinander angeordnet. Figur 8 zeigt, daß zwei aneinander angrenzende Module 18x und 18y, die aus der gleichen Bauserie stammen oder verschiedenen Bauserien angehören oder im Grenzfall gar einer Sonderbauform angehören können (siehe Beschreibung weiter unten), unter einem vorzugsweise stumpfen Winkel &agr; relativ zueinander angeordnet sein können. Dies er-In all embodiments described here, successive modules are arranged geometrically one behind the other in the axial direction of their manifolds. Figure 8 shows that two adjacent modules 18x and 18y, which come from the same series or belong to different series or, in extreme cases, even belong to a special design (see description below), can be arranged at a preferably obtuse angle α relative to each other. This enables
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möglicht ebenso wie die gekrümmte Bauweise einzelner Module die Gewinnung von Raum für andere Bauelemente, wie beispielsweise ein Axialgebläse in einem Dachaufsatz, wie auch später noch beschrieben wird.Just like the curved design of individual modules, it is possible to gain space for other components, such as an axial fan in a roof attachment, as will be described later.
Die Figuren 9 und 10 zeigen zwei anordnungsmäßige Varianten wiederum von der Basisanordnung gemäß Figur 1.Figures 9 and 10 show two arrangement variants of the basic arrangement according to Figure 1.
In Figur 9 beschreibt der geschlossene Kreislauf 2 über eine bestimmte Wegstrecke einen zusätzlichen Weg 44, welcher im Bereich der hochdruckseitigen Wärmetauscheinrichtung 10 außer durch die Module 18 (n = 3) auch noch durch einen Gegenstromwärmetauscher 46 geführt ist, bei dem sowohl das innere als auch das äußere Wärmetauschfluid dem inneren Wärmetauschfluid der zuvor beschriebenen Wärmetauscher im Kreislauf 2 entspricht. Dabei erfolgt im Gegenstromwärmetauscher 46 ein Wärmetausch zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des inneren Wärmetauschfluids. Deswegen ist bei dem Gegenstromwärmetauscher 46 auch nicht die Verrippung 30 erforderlich, welche sonst regelmäßig mit Umgebungsluft im Wärmetausch steht.In Figure 9, the closed circuit 2 describes an additional path 44 over a certain distance, which in the area of the high-pressure side heat exchange device 10 is guided not only through the modules 18 (n = 3) but also through a countercurrent heat exchanger 46, in which both the inner and the outer heat exchange fluid correspond to the inner heat exchange fluid of the previously described heat exchangers in circuit 2. In the countercurrent heat exchanger 46, heat is exchanged between the high-pressure side and the low-pressure side of the inner heat exchange fluid. For this reason, the countercurrent heat exchanger 46 does not require the ribbing 30, which is otherwise regularly in heat exchange with ambient air.
Der Gegenstromwärmetauscher hat somit eine eigenständige Bauform, die auch nicht zwingend Flachrohre erfordert, sondern im allgemeinen mit Rundungen auskommen kann. Trotzdem kann man ihn äußerlich so gestalten, daß er in den modularen Zusammenbau der Module 18 mit einbezogen sein kann.The counterflow heat exchanger therefore has an independent design that does not necessarily require flat tubes, but can generally manage with curves. Nevertheless, its external design can be designed in such a way that it can be included in the modular assembly of the modules 18.
In Figur 10 ist zunächst gezeigt, daß die Verdampfungseinrichtung 6 in wenigstens zwei verschiedene Verdampfer bzw. wiederum partielle Verdampfungseinrichtungen 48 aufgeteilt sein kann, die verschiedenen Klimatisierungszonen im Fahrzeug zugeordnet sind und dementsprechend auch verschieden groß in ihrer Nennleistung dimensioniert werden können. Man erkennt im Zeichnungsbild der Figur 10, daß diese beiden Verdampfer parallel im Kreislauf 2 des inneren Wärmetauschfluids einbezogen sind.Figure 10 first shows that the evaporation device 6 can be divided into at least two different evaporators or partial evaporation devices 48, which are assigned to different air conditioning zones in the vehicle and can accordingly also be dimensioned to have different nominal outputs. It can be seen in the drawing in Figure 10 that these two evaporators are included in parallel in the circuit 2 of the internal heat exchange fluid.
Ferner ist in Figur 10 ohne Beschränkung der Allgemeinheit jedem der beiden Verdampfer 48a und 48b eine eigene Expansionseinrichtung 4 zugeordnet.Furthermore, in Figure 10, without loss of generality, each of the two evaporators 48a and 48b is assigned its own expansion device 4.
In Figur 10 ist ferner zu erkennen, daß die beiden Verdampfer 48 nennleistungsmäßig verschieden stark dimensioniert sein sollen. In Figure 10 it can also be seen that the two evaporators 48 are to be dimensioned with different nominal powers.
Figur 11 zeigt, daß dabei mindestens der nennleistungsmäßig größere Verdampfer 38b aus mindestens zwei bauartgleichen Verdampfermodulen 50 bestehen kann, wenn dies aus ähnlichen Gründen wie bei der vorhergehenden Betrachtung der Module 18 erwünscht ist. Man kann dabei im Grenzfall sogar den Verdampfer 48a aus demselben Baukasten der Verdampfermodule 50 nehmen.Figure 11 shows that at least the evaporator 38b, which has a larger nominal output, can consist of at least two evaporator modules 50 of the same design if this is desired for reasons similar to those in the previous consideration of the modules 18. In a borderline case, the evaporator 48a can even be taken from the same kit of evaporator modules 50.
Gemäß Figur 11 ist hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit jedes Verdampfermodul 50 aus zwei parallelen Sammelrohren 52 aufgebaut, zwischen denen hier im allgemeinen runde oder ovale Rohre 54 mit einer äußeren Verrippung 56 verlaufen, die jeweils nur jedem Verdampfermodul 50 für sich allein zugehörig ist.According to Figure 11, without any limitation of generality, each evaporator module 50 is constructed from two parallel collecting tubes 52, between which generally round or oval tubes 54 with an external ribbing 56 run, which only belongs to each evaporator module 50 individually.
Die beiden Verdampfermodule 50 sind hier wie im Falle der Module 18 gemäß Figur 4 bis 7 geometrisch axial hintereinander angeordnet, wobei die geometrische Hintereinanderordnung durch die Achsrichtung der Sammelrohre 52 bestimmt ist. Diese Sammelrohre haben hier wiederum jede für sich einen Eintritt 58 und einen Austritt 60, über die die Verdampfermodule 50 bezüglich des inneren Wärmetauschfluids parallel miteinander verschaltet sind.The two evaporator modules 50 are arranged geometrically axially one behind the other, as in the case of the modules 18 according to Figures 4 to 7, whereby the geometric arrangement is determined by the axial direction of the header pipes 52. These header pipes each have an inlet 58 and an outlet 60, via which the evaporator modules 50 are connected in parallel with one another with respect to the internal heat exchange fluid.
Auch hier können die verrippten Rohre sowie die Sammelrohre aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen und die Sammelrohre Strangpreßprofile sein. Alle weiteren Weiterbildungen, die in Bezug auf die Module der hochdruckseitigen Wärmetauscheinrichtung beschrieben wurden, sind grundsätzlich bezüglich der Verdampfermodule 50 ebenso möglich. Das gilt insbeson-Here too, the ribbed tubes and the header tubes can be made of aluminum or an aluminum alloy and the header tubes can be extruded profiles. All further developments that were described with regard to the modules of the high-pressure side heat exchanger device are basically also possible with regard to the evaporator modules 50. This applies in particular to
dere bezüglich der Zusammensetzbarkeit aus Modulen verschiedener Serien, der Ergänzbarkeit durch Sonderausführungen von Modulen und der verschiedenen Anschlußarten.especially with regard to the ability to assemble modules from different series, the ability to supplement them with special module designs and the various connection types.
Anhand von Figur 12 wird ferner gezeigt, daß auch noch andersartige Varianten als die bisher beschriebenen möglich sind, welche in das Grundkonzept der Erfindung passen.Figure 12 further shows that other variants than those described so far are also possible, which fit into the basic concept of the invention.
Analog zu Figur 1 wird wiederum davon ausgegangen, daß die hochdruckseitige Wärmetauschereinrichtung 10 aus den beispielsweise gewählten drei Modulen 18 besteht.Analogous to Figure 1, it is again assumed that the high-pressure side heat exchanger device 10 consists of the three modules 18 selected, for example.
Ferner wird von zwei Verdampfermodulen 50 ausgegangen, die ebenso wie die Module 18 im Kreislauf 2 des inneren Wärmetauschfluids parallel geschaltet sind und bedarfsweise geometrisch hintereinander angeordnet sein können, wie dies anhand von Figur 11 erläutert ist.Furthermore, two evaporator modules 50 are assumed, which, like the modules 18 in the circuit 2 of the internal heat exchange fluid, are connected in parallel and can be arranged geometrically one behind the other if required, as explained with reference to Figure 11.
Die Anzahlen der Module bzw. Verdampfermodule können dabei grundsätzlich zur Beschreibung des folgenden von &eegr; = 1, 2 bis höher variiert sein.The number of modules or evaporator modules can basically be varied from η = 1, 2 to higher to describe the following.
Die hier dargestellte Besonderheit besteht darin, daß der Gegenstromwärmetauscher 46 von Figur 9 nicht im hochdruckseitigen Ast des Kreislaufs 2 wie in Figur 9, sondern auf der Niederdruckseite des Kreislaufs 2 angeordnet ist, und zwar als Gegenstromwärmetauscher 62, der insoweit auch auf einem gesonderten Weg 64 des Kreislaufs 2 angeordnet ist. Trotz der eigenständigen Bauart dieses Gegenstromwärmetauschers kann er doch in der äußeren Gestaltung wiederum modulartig als gesonderte Baueinheit vorbereitet sein und so sogar eine Mischform von Zusammenschaltungen von Modulen ermöglichen, hier des Gegenstromwärmetauschers 62 mit den Verdampfermodulen 50.The special feature shown here is that the countercurrent heat exchanger 46 of Figure 9 is not arranged in the high-pressure side branch of circuit 2 as in Figure 9, but on the low-pressure side of circuit 2, namely as a countercurrent heat exchanger 62, which is also arranged on a separate path 64 of circuit 2. Despite the independent design of this countercurrent heat exchanger, its external design can be prepared in a modular manner as a separate structural unit and thus even enable a mixed form of interconnection of modules, here the countercurrent heat exchanger 62 with the evaporator modules 50.
Figur 13 schließlich zeigt die günstige Anordnungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Anordnung insbesondere in einem Dachauf-Finally, Figure 13 shows the favorable arrangement possibility of the arrangement according to the invention, in particular in a roof structure.
satz eines Fahrzeugs, zum Beispiel Omnibusses oder größeren Nutzfahrzeugs.use of a vehicle, for example a bus or larger commercial vehicle.
Wie bei den eingangs erörterten bekannten Dachaufsätzen ist im großen eine zur Mittelachse symmetrische Aufbauart so vorgesehen, daß ein Fahrgastraum oder ein entsprechender großer Nutzraum des Fahrzeugs an den beiden Seitenwänden des Fahrzeugs mit Klimatisierungsluft beaufschlagt werden kann.As with the known roof attachments discussed at the beginning, a structure symmetrical to the central axis is provided in such a way that a passenger compartment or a corresponding large usable space of the vehicle can be supplied with air conditioning air on the two side walls of the vehicle.
Hierzu sind im Anschluß an nicht dargestellte links- und rechtsseitige Dachkanale des Fahrzeugs links und rechts im Dachaufsatz Anschlußräume vorgesehen, in denen jeweils mindestens ein die Klimatisierungsluft ins Fahrzeug förderndes Radialgebläse 66 angeordnet ist. Diesem ist strömungsmäßig folgendes vorgeschaltet, was sich in der zeichnerischen Darstellung von Figur 13 von radial außen nach radial innen ergibt: ein Heizungswärmetauscher 68, ein Verdampfer 48 bzw. Verdampfermodul 50, eine Expansionseinrichtung 4 sowie eine Außenluft-Umluft-Klappe 70 für den wahlweisen oder gemischten Betrieb mit Ansaugung von Außenluft bzw. Umwälzung von Umluft. Die entsprechenden Anschlußschächte bedürfen hier keiner näheren Erläuterung, da diese konventionell und weit verbreitet sind.For this purpose, connection spaces are provided on the left and right of the roof attachment, in connection with the roof ducts on the left and right of the vehicle (not shown), in each of which at least one radial fan 66 is arranged to convey the air conditioning air into the vehicle. The following is connected upstream of this in terms of flow, which can be seen in the drawing in Figure 13 from radially outside to radially inside: a heating heat exchanger 68, an evaporator 48 or evaporator module 50, an expansion device 4 and an outside air-recirculation air flap 70 for optional or mixed operation with intake of outside air or circulation of recirculation air. The corresponding connection shafts do not require any further explanation here, as they are conventional and widely used.
Von Interesse im Rahmen der Erfindung ist, daß die hochdruckseitige Wärmetauschereinrichtung 10 mindestens ein Modul 18, vorzugsweise eine Hintereinanderanordnung derartiger Module, aufweist, welche gemäß Figur 5b, 6b und 7b gekrümmte Flachrohre 22 aufweist, die parallel zueinander in Längsrichtung des Dachaufsatzes verlaufende Sammelrohre 20 an ihren beiden Enden haben. Es ist dabei eine beliebige Anzahl von Modulen 18 von &eegr; = 1 an aufwärts möglich, die senkrecht zur Zeichnungsebene von Figur 13 geometrisch hintereinander angeordnet sein können.Of interest within the scope of the invention is that the high-pressure side heat exchanger device 10 has at least one module 18, preferably a series arrangement of such modules, which according to Figures 5b, 6b and 7b has curved flat tubes 22, which have collecting tubes 20 running parallel to one another in the longitudinal direction of the roof attachment at both ends. Any number of modules 18 from η = 1 upwards is possible, which can be arranged geometrically one behind the other perpendicular to the drawing plane of Figure 13.
Durch die Krümmung der Flachrohre 22 konvex nach unten entsteht nach oben hin eine ausgedehnte konkave Bucht. Dies ermögicht ohne große vertikale Erstreckung des Dachaufsatzes die AufnahmeThe curvature of the flat tubes 22 convexly downwards creates an extended concave bay at the top. This allows the roof attachment to accommodate
eines Axiallüfters 72 oder einer Mehrzahl davon. Dies ermöglicht einen unüblich gedrungenen und insbesondere in der Höhe reduzierten Aufbau des Dachaufsatzes.an axial fan 72 or a plurality thereof. This enables an unusually compact and, in particular, height-reduced construction of the roof attachment.
Bedarfsweise kann man, wie schon angesprochen, auch mehrere Verdampfermodule 50 an jeder Seite des Dachaufbaus vorsehen, die gemäß Figur 11 gestaltet, angeordnet und verschaltet werden können.If required, as already mentioned, several evaporator modules 50 can be provided on each side of the roof structure, which can be designed, arranged and connected according to Figure 11.
2 geschlossener Kreislauf2 closed circuit
4 Expansionseinrichtung4 Expansion device
6 Verdampfereinrichtung6 Evaporator device
8 Verdichtereinrichtung8 Compressor device
10 hochdruckseitige Wärme-10 high-pressure side heat
tauschereinrichtung 11exchanger device 11
12 Anschlußleitung 1312 Connection cable 13
14 hochdruckseitige Sammler-14 high-pressure side collector
einrichtung 15facility 15
16 niederdruckseitige Sammlereinrichtung 1716 low-pressure side collector device 17
18 Module 18a Module 18b Module18 modules 18a modules 18b modules
20 achsparallele Sammelrohre20 axially parallel manifolds
22 Flachrohre22 flat tubes
24 Eintritt24 Entrance
26 Austritt 27 28 Trennwände26 Exit 27 28 Partitions
30 gemeinsame Verrippung30 common ribbing
32 Trennlinie32 Dividing line
34 Kreisbogenstück34 circular arc
36 Biegeachse36 Bending axis
38 eingangsseitige Anschluß-38 input-side connection
verzweigung 39branch 39
40 ausgangsseitige Anschluß-40 output connection
42 Filtereinrichtung42 Filter device
44 zusätzlicher Weg44 additional way
46 Gegenstromwarmetauscher46 Counterflow heat exchangers
48 Verdampfer 48a, 48b48 Evaporator 48a, 48b
50 Verdampfermodul50 evaporator module
52 Samme1rohre52 manifolds
54 runde oder ovale Rohre54 round or oval tubes
56 äußere Verrippung56 external ribbing
58 Eintritt58 Entrance
60 Austritt60 Exit
62 Gegenstromwärmetauscher-62 Counterflow heat exchanger
modul 63module 63
64 gesonderter Weg64 separate route
66 Radialgebläse66 Radial blowers
68 Heizungswärmetauscher68 Heating heat exchangers
70 Außenluft-Umluft-Klappe70 Outside air recirculation flap
72 Axialventilator72 Axial fan
Claims (31)
daß die hochdruckseitige Wärmetauschereinrichtung (10) in einer verrippten Flachrohrbauweise ausgebildet ist, bei der verrippte (30) Flachrohre (22) mit mindestens einer Sammlereinrichtung (20) kommunizieren, welche die geometrische Längserstreckungsrichtung innerhalb der Wärmetauschereinrichtung (10) beschreibt, und
daß die hochdruckseitige Wärmetauschereinrichtung (10) einen modularen Aufbau aufweist, bei dem eine beliebige Anzahl n (n = 1, 2, 3, etc.) in Nennleistung und Druckverlust gleicher Module (18) in Bezug auf ihre jeweilige geometrische Längserstreckung hintereinander, kreislaufmäßig aber parallel schaltbar ist und jedes dieser Module (18) eine der Bauart nach selbständige Wärmetauschereinheit mit Flachrohren (22) ist, deren Verrippung (30) jeweils nur dem betreffenden Modul (18) zugehörig ist. 1. Arrangement for air conditioning a vehicle, the arrangement comprising a circuit ( 2 ) of an internal heat exchange fluid with an expansion device ( 4 ) arranged between the high-pressure side and the low-pressure side of the circuit, a subsequent evaporator device ( 6 ), a subsequent compressor device ( 8 ) and a subsequent high-pressure-side heat exchanger device ( 10 ) for the internal heat exchange fluid of the circuit, which is in heat exchange between the internal heat exchange fluid and ambient air, and a connecting line ( 12 ) following from the high-pressure-side heat exchanger device ( 10 ) on the output side to the inlet side of the expansion device ( 4 ), characterized in that
that the high-pressure side heat exchanger device ( 10 ) is designed in a ribbed flat tube construction, in which ribbed ( 30 ) flat tubes ( 22 ) communicate with at least one collector device ( 20 ) which describes the geometric longitudinal extension direction within the heat exchanger device ( 10 ), and
that the high-pressure side heat exchanger device ( 10 ) has a modular structure in which any number n (n = 1, 2, 3, etc.) of modules ( 18 ) with the same nominal power and pressure loss can be connected one behind the other in relation to their respective geometric longitudinal extent, but in parallel in terms of circuitry, and each of these modules ( 18 ) is a structurally independent heat exchanger unit with flat tubes ( 22 ), the ribbing ( 30 ) of which only belongs to the respective module ( 18 ).
daß die Verdampfereinrichtung einen modularen Aufbau aufweist, bei dem eine beliebige Anzahl n (n = 1, 2, 3, etc.) in Nennleistung und Druckverlust gleicher Verdampfermodule (50) in Bezug auf ihre jeweilige geometrische Längserstreckung hintereinander, kreislaufmäßig aber parallel schaltbar ist und jedes dieser Verdampfermodule (50) eine der Bauart nach selbständige Verdampfereinheit mit Rohren (54) ist, deren Verrippung (56) jeweils nur dem betreffenden Verdampfermodul (50) zugehörig ist. 22. Arrangement according to one of claims 1 to 21, characterized in that the evaporator device ( 6 ) is designed in a construction in which ribbed ( 56 ) tubes ( 54 ) communicate with at least one collector device ( 52 ) which describes the geometric longitudinal extension direction within the evaporator device ( 6 ), and
that the evaporator device has a modular structure in which any number n (n = 1, 2, 3, etc.) of evaporator modules ( 50 ) which are identical in nominal power and pressure loss with respect to their respective geometric longitudinal extent can be connected one behind the other but in parallel in terms of circuitry and each of these evaporator modules ( 50 ) is a structurally independent evaporator unit with tubes ( 54 ) whose ribbing ( 56 ) only belongs to the respective evaporator module ( 50 ).
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