EP1411310B1 - Wärmeübertrager in Serpentinenbauweise - Google Patents

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EP1411310B1
EP1411310B1 EP03020914A EP03020914A EP1411310B1 EP 1411310 B1 EP1411310 B1 EP 1411310B1 EP 03020914 A EP03020914 A EP 03020914A EP 03020914 A EP03020914 A EP 03020914A EP 1411310 B1 EP1411310 B1 EP 1411310B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
component
heat exchanger
cooling line
refrigerant
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP03020914A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1411310A3 (de
EP1411310A2 (de
Inventor
Karl Hofbauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Modine Manufacturing Co
Original Assignee
Modine Manufacturing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Modine Manufacturing Co filed Critical Modine Manufacturing Co
Publication of EP1411310A2 publication Critical patent/EP1411310A2/de
Publication of EP1411310A3 publication Critical patent/EP1411310A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1411310B1 publication Critical patent/EP1411310B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0477—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits being bent in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0478—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits being bent in a serpentine or zig-zag the conduits having a non-circular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/022—Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger in serpentine construction with the features of the preamble of claim 1.
  • This heat exchanger is off DE 100 49 256 A1 known.
  • special deflection spaces are provided for forwarding the inner heat transfer medium (refrigerant) from a rear cooling line on the front cooling line (or vice versa), which are designed as individual tubes in which the ends of two constructed from serpentine curved multi-chamber flat tubes cooling strands or sections lead.
  • the cooling air flows through a plurality of cooling strands arranged one behind the other in the direction of the same.
  • This design is to be further improved because the provision of the deflection spaces seems to be problematic both logistically and because of the dense soldering of the deflection spaces.
  • the object of the invention is therefore in the provision of an improved heat exchanger, which seen in the cooling air flow direction, although to have multiple strands but no separate deflection spaces needed.
  • This object is achieved according to the invention in the heat exchanger according to the preamble by the characterizing features of claim 1. Due to the fact that the components forming the distributor channel and / or the collecting channel extend approximately over all cooling strands, wherein first and second deflection chambers are integrated in the components, no separate deflection spaces are required, which leads to a structural simplification of the heat exchanger. It is understood that it depends on the number of cooling strands, whether in both components a deflection space is present or not. Even with more than three Chillers is the inventive idea of integrating the deflection in the components applicable.
  • a heat exchanger is also provided, which has a higher efficiency of heat exchange, because he works in cross-countercurrent principle.
  • the heat exchanger has at least three cooling strands, which are reduced in the tube cross-section, the cooling air flows through the first cooling line, the cross-section is smallest, then meets the medium-sized cooling line to finally flow through the largest cooling line, and that the refrigerant flows first through the largest cooling line, then through the middle and finally through the smallest. (Cross-countercurrent) This provides a highly efficient condenser for the air conditioner, especially in a motor vehicle.
  • Another embodiment has a cooling line with a larger cross-section, in which the refrigerant enters first, and it has two following cooling strands reduced but the same cross section. There may also be more than two following cooling strands, of which z. B. two reduced compared to the first cooling line but have the same size cross-section and wherein further following cooling strands over the two equal cooling strands are again reduced in cross section.
  • the inventive idea is further, as can be seen, equally successfully applied to evaporators, although it has been described above using the example of a capacitor.
  • the distribution channel-containing component has a peripheral wall and a longitudinal partition, which extends approximately over the depth of two adjacent cooling strands and a transverse partition, wherein the longitudinal partition wall and the transverse partition part of the cross section of the component, wherein in this separated part, the second deflection of the refrigerant from a cooling line into the next cooling line, and further has an inlet channel (distribution channel) which extends along the longitudinal partition wall and the peripheral wall and leads to the inlet side Mehrkanalflachrohrende.
  • the collecting channel-containing component has a peripheral wall and a transverse partition, wherein the transverse partition wall two adjacent cooling strands of the hydraulically disconnects the third cooling line.
  • the first deflection of the refrigerant takes place from one cooling line into the next cooling line.
  • the outlet-side Mehrkanalflachrohrende the third (smallest) cooling line opens in the remaining part of the component, namely in the collecting channel.
  • the cooling fins are preferably designed continuously over all cooling cords, which is favorable from the point of view of manufacturability.
  • the components are preferably generally tubular in shape and each receive the entire cross-section of a single multi-channel flat tube or multiple multi-channel flat tubes which are / are soldered therein tightly and firmly.
  • a longitudinal slot in the component is present in a conventional manner, in which one end of the / multi-channel flat tubes / s is inserted / are.
  • a refrigerant inlet is disposed on an end face of the manifold-containing component seated at the distal end of the component from the entrance-side multi-channel flat tube end.
  • a refrigerant outlet is arranged on an end face of the component containing the collecting channel, which adjoins where the outlet-side Mehrkanalflachrohrende opens in the component.
  • the transverse partition in the distributor channel-containing component is arranged where the cooling line with the largest cross-section adjacent to the adjacent cooling line, or where the Mehrkanalflachrohr is hydraulically separated between the largest cooling line and the adjacent cooling line.
  • FIG. 7 shows a basic cross section through a single multi-channel flat tube 1 .
  • This multi-channel flat tube 1 includes all (in the embodiment, three) cooling strands 4 , 5 , 6 in itself, which is illustrated by the corresponding reference numerals on the cross section.
  • the reference numerals 22 and 24 denote the partial transverse wall 22 in the component 7 and the transverse wall 24 in the component 9 , which can be seen in Fig. 6.
  • the reference numerals 22 and 24 have been registered, in order to show clearly that the transverse walls 22 and 24 provide there for the hydraulic separation between the cooling strands 4 , 5 , 6 , because the Transverse walls 22 , 24 are arranged at the points in the components 7 and 9 , respectively, which correspond to the points marked 22 and 24 in the multi-channel flat tube 1 .
  • the multi-channel flat tube 1 itself can be formed identically with channel walls 28 , as shown, over all cooling strands 4 , 5 , 6 . Furthermore, it can clearly be seen that the pipe cross section of the cooling line 6 is greater than the same cross section of the cooling strands 5 and 4 .
  • the multi-channel flat tube 1 has only two channel walls 28 , which correspond to the positions of the partitions 22 and 24 in the components 7 and 9, respectively.
  • Another embodiment not shown has more than two but significantly fewer channel walls 28 than shown in Fig. 7, wherein the distances between the channel walls 28 and thus the cross sections of the individual channels, not the same size need.
  • the channel walls 28 give the multi-channel flat tube 1 a greater stability against internal pressure.
  • the components 7 and 9 are generally tubular, preferably circular in cross-section, with a peripheral wall 20 and 23. They extend approximately over the depth (Z direction, Fig. 1 and 6) of all cooling strands 4, 5, 6.
  • the components 7 and 9 are equipped with a longitudinal slot 30 (FIG.
  • the arrangement of the partitions 21 , 22 , 24 is best shown in FIG. 6.
  • the partial transverse wall 22 in the component 7 causes an inlet-side Mehrkanalflachrohrende 11 is hydraulically divided from the remaining cross-section of the Mehrkanalflachrohres 1 , which is to be understood that within the component 7 no hydraulic connection to the remaining cross-section of Mehrkanalflachrohrendes 1 .
  • the remaining cross section of the multi-channel flat tube end 1 is assigned to the end of the cooling strand 5 and the beginning of the cooling strand 4 .
  • the mentioned end and the mentioned beginning open in the second deflection space 13.2 , which is formed by the longitudinal partition wall 21 and the transverse partition wall 22 in the component 7 .
  • the distribution channel 8 is connected on one side via the passage 34 between the longitudinal wall 21 and the peripheral wall 20 with the inlet 25 and on the other side with the inlet-side Mehrkanalflachrohrende 11th
  • the component 9 is somewhat simpler compared to the component 7 , because it has only the transverse partition wall 24 which extends over the entire cross section of the component 9 .
  • two separate compartments are formed in the component 9 , of which the larger compartment is the first deflection 13.1 , in which the cooling strand 6 associated end of the Mehrkanalflachrohres 1 and the cooling line 5 associated with the beginning of Mehrkanalflachrohres 1 open.
  • the second department is the collecting space 10 , in which the outlet side Mehrkanalflachrohrende 12 associated with the cooling line 4 opens.
  • 4, 5 and 9 show, as already mentioned, the heat exchanger, consisting of three individual, approximately rectangular in cross section Mehrkanalflachrohren.
  • the multi-channel flat tube with the reference numeral 1.6 forms the cooling line 6 , with 1.5 the cooling line 5 and 1.4 consequently the cooling strand 4th
  • the multi-channel flat tubes 1.6 , 1.5 and 1.4 have been bent in an identical manner serpentine, and they are soldered together at their narrow sides 32 , which is shown only in principle. (Fig. 9)
  • the connected narrow sides 32 are located at the positions corresponding to the position of the partition walls 22 and 24, respectively.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager in Serpentinenbauweise mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    Dieser Wärmeübertrager ist aus DE 100 49 256 A1 bekannt. Bei dem bekannten Wärmeübertrager sind zur Weiterleitung des inneren wärmeübertragenden Mittels (Kältemittels) aus einem hinteren Kühlstrang auf den vorderen Kühlstrang (oder umgekehrt) spezielle Umlenkräume vorgesehen, die als einzelne Rohre gestaltet sind, in denen die Enden zweier aus serpentinenartig gebogenen Mehrkammerflachrohren aufgebauten Kühlstränge oder Abschnitte münden. Die Kühlluft strömt durch mehrere in Richtung derselben hintereinander angeordnete Kühlstränge. Diese Konstruktion ist weiter zu verbessern, weil das Vorsehen der Umlenkräume sowohl logistisch als auch wegen des dichten Lötens der Umlenkräume problematisch zu sein scheint.
    Ein weiterer Wärmeübertrager ist aus US 5 036 909 bekannt, der als Verdampfer in einer Klimaanlage konzipiert ist. Auch dieser Wärmeübertrager besitzt ein separates Rohr, das zur Umlenkung des Kältemittels vom eintrittsseitigen Kühlstrang auf zwei nachfolgende Kühlstränge vorgesehen ist und das gleichzeitig als Mischkammer zur Vergleichmäßigung der Temperatur dienen soll. Ein weiterer Wärmeübertrager mit einem separaten Rohr als Umlenkraum ist der Anmelderin aus JP 06317363 A bekannt. Auf die dort veröffentlichte Lösung trifft das zu, was bereits zu den Lösungen aus den vorstehenden Dokumenten ausgeführt wurde.
    Die aus den weiteren japanischen Veröffentlichungen Nr. 04-068297A bzw. Nr. 61-191 889 A bekannten Wärmeüberträger besitzen keinen separaten Umlenkraum, weil sie lediglich zwei Stränge aufweisen.
    Die Aufgabe der Erfindung besteht demzufolge in der Bereitstellung eines verbesserten Wärmeübertragers, der in Kühlluftströmungsrichtung gesehen, zwar mehrere Stränge aufweisen soll aber keine separaten Umlenkräume benötigt.
    Diese Aufgabe wird bei dem Wärmeübertrager gemäß Oberbegriff erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
    Dadurch, dass sich die den Verteilerkanal und/oder den Sammelkanal bildenden Bauteile etwa über sämtliche Kühlstränge erstrecken, wobei erste bzw. zweite Umlenkräume in den Bauteilen integriert sind, sind keine separaten Umlenkräume erforderlich, was zu einer baulichen Vereinfachung des Wärmeübertragers führt. Es versteht sich, dass es von der Anzahl der Kühlstränge abhängig ist, ob in beiden Bauteilen ein Umlenkraum vorhanden ist oder nicht. Auch bei mehr als drei Kühlsträngen ist die erfinderische Idee der Integration der Umlenkräume in die Bauteile anwendbar.
    Weil zusätzlich gemäß Anspruch 2 vorgesehen ist, dass die Kühlluftströmungsrichtung und die Strömungsrichtung des Kältemittels so gewählt sind, dass die Wärmeübertragung im Kreuzgegenstrom erfolgt, wird außerdem ein Wärmeübertrager geschaffen, der eine höhere Effizienz des Wärmeaustausches aufweist, weil er im Kreuzgegenstromprinzip arbeitet. Der Wärmeübertrager weist mindestens drei Kühlstränge auf, die im Rohrquerschnitt reduziert sind, wobei die Kühlluft zuerst durch den Kühlstrang strömt, dessen Querschnitt am kleinsten ist, dann auf den Kühlstrang mittlerer Größe trifft, um schließlich durch den größten Kühlstrang zu strömen, und dass das Kältemittel zuerst durch den größten Kühlstrang strömt, dann durch den mittleren und schließlich durch den kleinsten. (Kreuzgegenstrom) Dadurch wird ein hocheffizient arbeitender Kondensator für die Klimaanlage, insbesondere in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt. Ein anderes Ausführungsbeispiel weist einen Kühlstrang mit größerem Querschnitt auf, in den das Kältemittel zuerst eintritt, und es besitzt zwei folgende Kühlstränge reduzierten aber gleich großen Querschnitts. Es können auch mehr als zwei folgende Kühlstränge vorhanden sein, wovon z. B. zwei einen gegenüber dem ersten Kühlstrang reduzierten aber gleich großen Querschnitt aufweisen und wobei weiter folgende Kühlstränge gegenüber den zwei gleich großen Kühlsträngen nochmals im Querschnitt reduziert sind. Die erfinderische Idee ist ferner, wie leicht zu sehen ist, mit gleichem Erfolg bei Verdampfern anzuwenden, obwohl sie vorstehend am Beispiel eines Kondensators beschrieben wurde.
    Das den Verteilerkanal beinhaltende Bauteil weist eine Umfangswand und eine Längstrennwand auf, die etwa über die Tiefe zweier benachbarter Kühlstränge reicht und eine Quertrennwand, wobei die Längstrennwand und die Quertrennwand einen Teil des Querschnitts des Bauteils abtrennen, wobei in diesem abgetrennten Teil die zweite Umlenkung des Kältemittels von einem Kühlstrang in den nächsten Kühlstrang erfolgt, und weiter weist es einen Eintrittskanal (Verteilerkanal) auf, der sich entlang der Längstrennwand und der Umfangswand erstreckt und zum eintrittsseitigen Mehrkanalflachrohrende führt.
    Das den Sammelkanal beinhaltende Bauteil besitzt eine Umfangswand und eine Quertrennwand, wobei die Quertrennwand zwei benachbarte Kühlstränge von dem dritten Kühlstrang hydraulisch abtrennt. In dem Teil des Bauteils der zwei Kühlstränge umfaßt, findet die erste Umlenkung des Kältemittels von einem Kühlstrang in den nächsten Kühlstrang statt. Das austrittsseitige Mehrkanalflachrohrende des dritten (kleinsten) Kühlstrangs mündet im verbleibenden Teil des Bauteils, nämlich im Sammelkanal.
  • Die Kühlrippen sind vorzugsweise durchgehend über alle Kühlstränge gestaltet, was aus Sicht der Herstellbarkeit günstig ist.
  • Die Bauteile sind vorzugsweise im allgemeinen rohrförmig ausgebildet und nehmen jeweils den gesamten Querschnitt eines einzigen Mehrkanalflachrohres oder mehrerer Mehrkanalflachrohre auf, das/die darin dicht und fest verlötet ist/sind. Dazu ist in an sich bekannter Weise ein Längsschlitz im Bauteil vorhanden, in dem ein Ende der/des Mehrkanalflachrohre/s eingesteckt ist/sind.
  • Ein Kältemitteleinlass ist an einer Stirnseite des den Verteilerkanal beinhaltenden Bauteils angeordnet, der am vom eintrittsseitigen Mehrkanalflachrohrende entfernten Ende des Bauteils sitzt.
  • Ein Kältemittelauslass ist an einer Stirnseite des den Sammelkanal beinhaltenden Bauteils angeordnet, der dort anschließt, wo das austrittsseitige Mehrkanalflachrohrende im Bauteil mündet.
  • Die Quertrennwand im den Verteilerkanal beinhaltenden Bauteil ist dort angeordnet, wo der Kühlstrang mit dem größten Querschnitt an den benachbarten Kühlstrang angrenzt, bzw. wo das Mehrkanalflachrohr zwischen dem größten Kühlstrang und dem benachbarten Kühlstrang hydraulisch getrennt ist.
  • Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, anhand der beiliegenden Zeichnungen.
  • Die beigefügten Figuren zeigen Folgendes:
    • Fig. 1 Vorderansicht auf den Wärmeübertrager;
    • Fig. 2 Draufsicht, erste Ausführung;
    • Fig. 3 Seitenansicht, erste Ausführung;
    • Fig. 4 Perspektivansicht einer zweiten Ausführung;
    • Fig. 5 Seitenansicht der zweiten Ausführung;
    • Fig. 6 Gestaltung der Bauteile im Prinzip;
    • Fig. 7 Schnitt durch das ein Mehrkammerflachrohr;
    • Fig. 8 Perspektivansicht der ersten Ausführung
    • Fig. 9 Schnitt durch drei Mehrkammerrohre
    Der Wärmeübertrager gemäß den Fig. 2, 3, 6, 7 und 8 besteht aus einem einzigen serpentinenartig gebogenen Mehrkanalflachrohr 1, wodurch sich eine erste Ausführung auszeichnet. Die Fig. 4 und 5 zeigen den Wärmeübertrager mit drei einzelnen Mehrkanalflachrohren 1, wodurch die zweite Ausführung charakterisiert ist. Beide Ausführungen weisen drei Kühlstränge 4, 5, 6 auf. Aus den Fig. 1, 4 und 8 ist am besten verdeutlicht, dass das / die Mehrkanalflachrohr/e insgesamt 18 Biegungen um 180° aufweist, so dass 19 horizontale Strömungswege vorhanden sind, wobei die Zahl der Biegungen und Strömungswege freigestellt ist. Zwischen den Strömungswegen sind Wellrippen 3 angeordnet, durch die die Kühlluft hindurchströmt. In Fig. 1 wurden lediglich einige angedeutet. In fünf der erwähnten Biegungen befindet sich je ein Befestigungselement 30, zur Halterung des Wärmeübertragers, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, in dessen Klimaanlage der Wärmeübertrager in nicht gezeigter Weise eingebunden ist. Zum Zweck der Halterung besitzt jedes Befestigungselement 30 ein Durchgangsloch 31 zur Hindurchführung eines Stiftes oder dergleichen. Die hülsenförmigen Befestigungselemente 30 mit flanschartigen Abschlüssen an den beiden Enden geben dem Wärmeübertrager eine größere Stabilität, denn sie sind in den Biegungen des Mehrkanalflachrohres 1 eingelötet. Der Wärmeübertrager besitzt am in den Fig. 1, 4 und 8 zu sehenden unteren Ende des Mehrkanalflachrohres 1 ein Bauteil 9 und am oberen Ende ein anderes Bauteil 7. Am Bauteil 7 ist ein Einlass 25 für Kältemittel angeordnet und am Bauteil 9 der entsprechende Auslass 26. Sie befinden sich etwa an den Stirnseiten der Bauteile 7 bzw. 9 und verlängern dieselben geringfügig. Sie könnten jedoch auch in der Umfangswand 20, 23, d. h. nur in der Nähe der Stirnseite angeordnet sein, ohne dabei die Bauteile 7 bzw. 9 wesentlich zu verlängern. Im Bauteil 7 ist ein Verteilerkanal 8 integriert und ein zweiter Umlenkraum 13.2. Das Kältemittel strömt durch den Einlass 25 in den Verteilerkanal 8 und über das eintrittsseitige Mehrkanalflachrohrende 11 in den größten Kühlstrang 6, wie die Fig. 4 deutlich zeigt. Sämtliche Serpentinen des Kühlstrangs 6 werden zunächst durchströmt, was also bedeutet, dass das Kältemittel im Bild 4 von rechts nach links pendelt und dabei von oben nach unten wandert. Die eingezeichneten Pfeile zeigen allgemein die Fließrichtung des Kältemittels an. Am unteren Ende des Kühlstrangs 6 fließt das Kältemittel in das Bauteil 9 bzw. in den dort integrierten ersten Umlenkraum 13.1, was beispielsweise in den Fig. 4 und 6 zu sehen ist. Das Kältemittel gelangt von dort in den benachbarten und im Querschnitt reduzierten Kühlstrang 5, der der mittlere der drei Kühlstränge 4, 5, 6 ist. Dort strömt das Kältemittel durch den serpentinenartigen Strömungsweg von unten nach oben - dabei ständig von links nach rechts pendelnd - und gelangt so in das Bauteil 7 zurück, aber jetzt in den dort integrierten zweiten Umlenkraum 13.2, wie die Fig. 2 und 6 zeigen. Dieser Umlenkraum 13.2 ist durch die Anordnung einer partiellen Längswand 21 und einer partiellen Querwand 22 im Bauteil 7 gebildet worden, die einen Teil des von der Umfangswand 20 umfaßten Raumes des Bauteils 7 abtrennen. (genauer - siehe unten) Das Kältemittel wird dort in den letzten Kühlstrang 4 umgelenkt, der im Ausführungsbeispiel etwa den gleichen Querschnitt aufweist wie der mittlere Kühlstrang 5 aber gegenüber dem ersten Kühlstrang 6 deutlich reduziert ist, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass sich das Kältemittel nach und nach aus dem am Einlass 25 gasförmigen Aggregatzustand durch Abkühlung mittels Kühlluft in den flüssigen Aggregatzustand wandelt und demzufolge weniger Raum beansprucht.
    Die Fig. 3 macht deutlich, wie der Wärmeaustausch im Kreuzgegenstrom realisiert ist. Die Kühlluft strömt dort, wie der Pfeil Air anzeigt, allgemein von rechts nach links durch die Kühlstränge 4, 5, 6, bzw. durch die Wellrippen 3 zwischen den Kühlsträngen, und zwar in der durch die Bezugszeichen angegebenen Reihenfolge. Da das Kältemittel, wie oben bereits beschrieben wurde, zunächst den Kühlstrang 6, dann 5 und schließlich 4 durchströmt, strömen das Kältemittel und die Kühlluft im Gegenstrom. Durch die gleichzeitige und ebenfalls bereits beschriebene Wanderung des Kältemittels in den Serpentinen, die die Kühlluftströmungsrichtung kreuzen, wird der hocheffiziente Kreuzgegenstrom verwirklicht, dessen verbesserte Wirkung auf größere Temperaturdifferenzen zwischen der Kühlluft und dem Kältemittel zurückzuführen ist. Die eintretende Kühlluft relativ niedriger Temperatur trifft zunächst auf den Kühlstrang 4, in dem sich bereits flüssiges Kältemittel befindet, also Kältemittel mit bereits reduzierter Temperatur. Die Kühlluft wird deshalb nicht so - stark erwärmt und besitzt beim Auftreffen auf den heißesten Kühlstrang 6 eine - über den gesamten Wärmeübertrager gesehen - bessere Kühlwirkung, als sie besitzen würde, wenn sie zuerst auf den heißesten Kühlstrang 6 träfe, also aus der entgegengesetzten Richtung anströmen würde.
  • In Fig. 7 ist ein prinzipieller Querschnitt durch ein einziges Mehrkanalflachrohr 1 zu sehen. Dieses Mehrkanalflachrohr 1 schließt alle (im Ausführungsbeispiel drei) Kühlstränge 4, 5, 6 in sich ein, was durch die entsprechenden Bezugszeichen an dem Querschnitt verdeutlicht ist. Die Bezugszeichen 22 und 24 bezeichnen die Teilquerwand 22 im Bauteil 7 bzw. die Querwand 24 im Bauteil 9, was in Fig. 6 zu sehen ist. In dem erwähnten Querschnitt des Mehrkanalflachrohres 1 in Fig. 7, wurden die Bezugszeichen 22 und 24 eingetragen, um damit ganz klar zu zeigen, dass die Querwände 22 und 24 dort für die hydraulische Trennung zwischen den Kühlsträngen 4, 5, 6 sorgen, denn die Querwände 22, 24 sind an den Stellen in den Bauteilen 7 bzw. 9 angeordnet, die den im Mehrkanalflachrohr 1 mit den Bezugszeichen 22 bzw. 24 markierten Stellen entsprechen. Das Mehrkanalflachrohr 1 selbst kann über alle Kühlstränge 4, 5, 6 identisch mit Kanalwänden 28, wie gezeigt, ausgebildet sein. Ferner ist deutlich zu sehen, dass der Rohrquerschnitt des Kühlstrangs 6 größer ist als derselbe Querschnitt der Kühlstränge 5 bzw. 4. Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt das Mehrkanalflachrohr 1 allerdings nur zwei Kanalwände 28, die den Positionen der Trennwände 22 und 24 in den Bauteilen 7 bzw. 9 entsprechen. Ein anderes nicht gezeigtes Ausführungsbeispiel hat mehr als zwei aber deutlich weniger Kanalwände 28 als in Fig. 7 gezeigt, wobei die Abstände zwischen den Kanalwänden 28 und damit die Querschnitte der einzelnen Kanäle, nicht die gleiche Größe haben müssen. Die Kanalwände 28 geben dem Mehrkanalflachrohr 1 eine größere Stabilität gegen Innendruck.
    Die Bauteile 7 und 9 sind allgemein rohrförmig, bevorzugt kreisförmig im Querschnitt, mit einer Umfangswand 20 bzw. 23. Sie erstrecken sich etwa über die Tiefe (Z-Richtung, Fig. 1 und 6) sämtlicher Kühlstränge 4, 5, 6. Die Bauteile 7 und 9 sind mit einem ebenfalls etwa über die gesamte Tiefe sämtlicher Kühlstränge 4, 5, 6 reichenden Längsschlitz 30 (Fig. 8) in der Umfangswand 20, 23 ausgestattet, was in den Figuren nicht deutlich abgebildet ist. In diesem Längsschlitz 30 ist jeweils der gesamte in Fig. 7 gezeigte Querschnitt des Mehrkanalflachrohres 1 eingefügt und mittels Löten dicht verbunden.
  • Die Anordnung der Trennwände 21, 22, 24 geht am besten aus der Fig. 6 hervor. Die Teilquerwand 22 im Bauteil 7 bewirkt, dass ein eintrittsseitiges Mehrkanalflachrohrende 11 vom restlichen Querschnitt des Mehrkanalflachrohres 1 hydraulisch abgeteilt ist, worunter zu verstehen ist, dass innerhalb des Bauteils 7 keine hydraulische Verbindung zum restlichen Querschnitt des Mehrkanalflachrohrendes 1 besteht. Der restliche Querschnitt des Mehrkanalflachrohrendes 1 ist dem Ende des Kühlstrangs 5 und dem Anfang des Kühlstrangs 4 zugeordnet. Das erwähnte Ende und der erwähnte Anfang münden im zweiten Umlenkraum 13.2, der durch die Längstrennwand 21 und die Quertrennwand 22 im Bauteil 7 gebildet ist. Der Verteilerkanal 8 ist auf einer Seite über die Passage 34 zwischen der Längswand 21 und der Umfangswand 20 mit dem Einlass 25 verbunden und auf der anderen Seite mit dem einlassseitigen Mehrkanalflachrohrende 11. Das Bauteil 9 ist im Vergleich zum Bauteil 7 etwas einfacher konfiguriert, denn es besitzt lediglich die Quertrennwand 24, die über den gesamten Querschnitt des Bauteils 9 geht. Dadurch sind im Bauteil 9 zwei getrennte Abteilungen gebildet, wovon die größere Abteilung den ersten Umlenkraum 13.1 darstellt, in dem das dem Kühlstrang 6 zugeordnete Ende des Mehrkanalflachrohres 1 und der dem Kühlstrang 5 zugeordnete Anfang des Mehrkanalflachrohres 1 münden. Die zweite Abteilung ist der Sammelraum 10, in dem das dem Kühlstrang 4 zugeordnete austrittsseitige Mehrkanalflachrohrende 12 mündet.
    Die Fig. 4, 5 und 9 zeigen, wie eingangs bereits erwähnt, den Wärmeübertrager, bestehend aus drei einzelnen, im Querschnitt etwa rechteckigen Mehrkanalflachrohren 1. Das Mehrkanalflachrohr mit dem Bezugszeichen 1.6 bildet den Kühlstrang 6, mit 1.5 den Kühlstrang 5 und mit 1.4 folglich den Kühlstrang 4. Die Mehrkanalflachrohre 1.6, 1.5 und 1.4 sind in identischer Weise serpentinenartig gebogen worden, und sie sind jeweils an ihren Schmalseiten 32 miteinander verlötet, was nur prinzipiell dargestellt ist. (Fig. 9) Die verbundenen Schmalseiten 32 befinden sich an den Stellen, die der Position der Trennwände 22 bzw. 24 entsprechen. Die Enden aller drei Mehrkanalrohre 1.6, 1.5, 1.4 sind in einem nicht deutlich gezeigten Längsschlitz 33 in den Bauteilen 7 bzw. 9 eingesetzt und dicht verlötet. In der Fig. 4 ist jedoch ein Teil des Längsschlitzes 33 in der Umfangswand 23 des Bauteils 9 angedeutet worden.

Claims (11)

  1. Wärmeübertrager in Serpentinenbauweise, der aus mindestens einem serpentinenartig gebogenen Mehrkanalflachrohr (1) mit zwischen den Serpentinen (2) angeordneten Kühlrippen (3) aufgebaut ist, wobei das oder die Mehrkanalflachrohr/e (1) hydraulisch getrennt ist/sind, um mehrere in Kühlluftströmungsrichtung hintereinanderliegende Kühlstränge (4, 5, 6) zu schaffen, die nacheinander von einem Kältemittel durchströmt sind, der ein mit seiner Längsachse in Kühlluftströmungssrichtung angeordnetes Bauteil (7) als Verteilerkanal (8) und ein anderes Bauteil (9) als Sammelkanal (10) für das Kältemittel aufweist, an dem das eintrittsseitige Mehrkanalflachrohrende (11) bzw. das austrittsseitige Mehrkanalflachrohrende (12) angeschlossen ist, und mit einem Umlenkraum (13), um das Kältemittel von einem Kühlstrang (6, 5) in den nächsten Kühlstrang (5, 4) strömen zu lassen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sich das den Verteilerkanal (8) beinhaltende Bauteil (7) und / oder das den Sammelkanal (10) beinhaltende Bauteil (9) etwa über die Tiefe (Z) sämtlicher Kühlstränge (4, 5, 6) erstreck/t/en, wobei der Umlenkraum (13.1 bzw. 13.2) in dem/n Bauteil/en (7 bzw. 8) integriert aber separiert ist.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftströmungsrichtung und die Strömungsrichtung des Kältemittels so gewählt sind, dass die Wärmeübertragung im Kreuzgegenstrom erfolgt.
  3. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager mindestens drei Kühlstränge (4, 5, 6) aufweist, wovon wenigstens einer im Querschnitt reduziert ist, wobei die Kühlluft zuerst durch den Kühlstrang (4) strömt, dessen Querschnitt klein ist, dann auf den nächsten Kühlstrang (5) mittlerer oder gleicher Größe trifft, um schließlich durch den größten Kühlstrang (6) zu strömen und dass das Kältemittel zuerst durch den größten Kühlstrang (6) strömt, dann durch den mittleren oder kleineren Kühlstrang (5), um schließlich durch den kleinsten oder den letzten Kühlstrang (4) zu strömen.
  4. Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das den Verteilerkanal (8) beinhaltende Bauteil (7) eine Umfangswand (20) und eine Längstrennwand (21) aufweist, die etwa über zwei benachbarte Kühlstränge (4, 5) reicht und eine Quertrennwand (22), wobei die Längstrennwand (21) und die Quertrennwand (22) einen Teil des Querschnitts des Bauteils (7) abtrennen, und dass in diesem abgetrennten Teil (Raum13.2) die zweite Umlenkung des Kältemittels von einem Kühlstrang (5) in den nächsten Kühlstrang (4) erfolgt, und weiter einen Eintrittskanal (8) (Verteilerkanal) aufweist, der sich entlang der Längstrennwand (21) und der Umfangswand (20) erstreckt und zum eintrittsseitigen Mehrkanalflachrohrende (11) führt.
  5. Wärmeübertrager nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das den Sammelkanal (10) beinhaltende Bauteil (9) eine Umfangswand (23) und eine Quertrennwand (24) aufweist, wobei die Quertrennwand (24) zwei benachbarte Kühlstränge (5, 6) von dem dritten Kühlstrang (4) hydraulisch abtrennt, dass in dem Teil (Raum13.1) des Bauteils (9) der zwei Kühlstränge (5, 6) umfaßt die erste Umlenkung des Kältemittels von einem Kühlstrang (6) in den nächsten Kühlstrang (5) erfolgt, und dass das austrittsseitige Mehrkanalflachrohrende (12) des dritten Kühlstrangs (4) im verbleibenden Teil des Bauteils (9) (im Sammelkanal 10) mündet.
  6. Wärmeübertrager nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (3) durchgehend über alle Kühlstränge (4, 5, 6) gestaltet sind.
  7. Wärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (7, 9) vorzugsweise im allgemeinen rohrförmig ausgebildet sind und jeweils den gesamten Querschnitt des Mehrkanalflachrohres (1) bzw. der Kühlstränge (4, 5, 6) in einem Längsschlitz aufnehmen, der darin dicht und fest verlötet ist.
  8. Wärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältemitteleinlass (25) vorzugsweise in der Nähe einer Stirnseite des den Verteilerkanal (8) beinhaltenden Bauteils (7) angeordnet ist, der am vom eintrittsseitigen Mehrkanalflachrohrende (11) entfernten Ende des Bauteils (7) sitzt.
  9. Wärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältemittelauslass (26) vorzugsweise in der Nähe einer Stirnseite des den Sammelkanal (10) beinhaltenden Bauteils (9) angeordnet ist, der dort anschließt, wo das austrittsseitige Mehrkanalflachrohrende (12) im Bauteil (9) mündet.
  10. Wärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quertrennwand (22) im den Verteilerkanal (8) beinhaltenden Bauteil (7) dort angeordnet ist, wo der Kühlstrang (6) mit dem größten Querschnitt an den benachbarten Kühlblock (5) angrenzt, bzw. wo das Mehrkanalflachrohr (1) zwischen dem größten Kühlstrang (6) und dem benachbarten Kühlstrang (5) hydraulisch getrennt ist.
  11. Wärmeübertrager nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges Mehrkanalflachrohr (1) oder mehrere Mehrkanalflachrohre (1.6, 1.5, 1.4) vorhanden ist / sind.
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