EP1682838A1 - Vorrichtung zum austausch von wärme - Google Patents

Vorrichtung zum austausch von wärme

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Publication number
EP1682838A1
EP1682838A1 EP04765239A EP04765239A EP1682838A1 EP 1682838 A1 EP1682838 A1 EP 1682838A1 EP 04765239 A EP04765239 A EP 04765239A EP 04765239 A EP04765239 A EP 04765239A EP 1682838 A1 EP1682838 A1 EP 1682838A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow
collection
refrigerant
devices
section
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04765239A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe FÖRSTER
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.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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 Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1682838A1 publication Critical patent/EP1682838A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F28D1/0535—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 straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05375—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with particular pattern of flow, e.g. change of flow direction
    • 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
    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators

Definitions

  • the present invention relates to a device for exchanging heat, in particular for a motor vehicle.
  • Heat exchangers are known from the prior art which have a multiplicity of throughflow devices which are arranged essentially in two different planes. A section of refrigerant flows through individual groups of flow devices. Since the temperature of the refrigerant changes greatly during the passage through the heat exchanger and therefore the refrigerant can have very different temperatures in individual flow devices, a thermal separation of the two levels of the flow devices is necessary. This thermal separation is accomplished in the prior art, for example, by a relatively large distance between the two levels.
  • thermal separation requires additional installation space in the depth of the heat exchanger, which also causes additional costs.
  • the invention is therefore based on the object of reducing the installation space required for a heat exchanger. This is done according to the invention achieved a device according to claim 1.
  • Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the invention relates to a device for exchanging heat, in particular for a motor vehicle with at least one feed and at least one discharge for a liquid and / or gaseous refrigerant, a plurality of flow devices, at least a first portion of this plurality of flow devices in a first Plane, and a second portion of this plurality of flow devices is arranged in a second plane substantially parallel to the first plane.
  • At least one first and one second collection and / or distribution device is provided, the first and the second collection and / or distribution device being arranged at the end sections of the individual flow devices.
  • the refrigerant flows in at least a first longitudinal section of the device essentially (in parallel) simultaneously through essentially all of the flow devices located in this longitudinal section.
  • Flow devices are understood to be devices which can flow through a liquid and / or gaseous refrigerant in particular.
  • Flow devices may have expansions in a direction perpendicular to this plane, but are essentially with their entire longitudinal extent in the plane in question.
  • a collection and / or distribution device is such a device by means of which a refrigerant emerging from the flow devices can be collected and / or can be distributed to preferably several flow devices.
  • a geometric one is formed in the longitudinal direction of the collecting and / or distributing devices Understand section, including the flow facilities located in this section.
  • the first longitudinal section is the first section through which the refrigerant flows in the flow direction. This means that it is or to the said longitudinal section associated throughflow is at the first longitudinal portion to those through-flow devices, which, after the refrigerant by - istr reaches the feed in the device as ⁇ first v ⁇ n the refrigerant flows through. During the course of the refrigerant through the device for exchanging heat, this has a strong temperature gradient, particularly after it has entered through the supply. However, since precisely this section flows through all of the flow devices essentially simultaneously, only slight temperature differences occur between the individual flow devices, so that these flow devices do not have to be thermally separated from one another.
  • the flow devices located in the first longitudinal section are flowed through in time, or connected in series, so that inevitable considerable temperature differences in the individual flow devices occur, which requires thermal separation.
  • At least one collecting and / or distributing device has a section within which the flow direction of the refrigerant has a component in a component perpendicular to the longitudinal direction of the collecting and / or distributing device. This means that the refrigerant flows in at least one section not only in the longitudinal direction of the collecting and / or distributing device, but also in a direction perpendicular to these directions. This section is not only provided in the area of supply and / or discharge for the refrigerant.
  • a plurality of first and / or a plurality of second collection and / or distribution devices are provided.
  • Two distributing and / or collecting devices are provided on the upper and lower end sections of the flow devices arranged in the at least two levels.
  • substantially every rjrchfiuß adopted either in the first plane "or ⁇ the second EBE ⁇ ne is arranged.
  • the flow devices can also be arranged in more than two levels.
  • At least two flow devices preferably have a different flow cross section.
  • the refrigerant flows in at least a first section of the device essentially simultaneously through essentially all of the flow devices located in this longitudinal section. Therefore, instead of flow devices, which are arranged in pairs on two levels, a flow device can also be provided in this area, which preferably has an enlarged width.
  • this first longitudinal section of the device at least one flow device protrudes at least partially into both the first and the second level. Two flow devices in different areas are preferred. nen, which face each other, combined to form a flow device.
  • the flow devices which are arranged in the first longitudinal section have essentially twice the flow cross section compared to that of the other flow devices.
  • Essentially twice the flow cross-section is understood to mean that the flow cross-section of these flow devices is a factor of 1.5 to 3 larger than that of the other flow devices, particularly preferably by a factor of 1.7 to 2.5, and particularly preferably of 1, 8 to 2.3.
  • At least one collection and / or distribution device is divided at least in sections into at least a first and a second collection and / or distribution area, the end sections of the first portion of the throughflow devices in the first collection and / or distribution area and the end sections of the second portion of the plurality of flow devices open into the second collection and / or distribution area.
  • the device has only two collection and / or distribution devices ⁇ - -on which however at least partially through. get in . Longitudinal direction of the """ collecting and distribution device extending partition are separated from each other.
  • At least one flow connection is provided between the first and the second distribution area, through which the refrigerant can flow. In this way it is achieved that the refrigerant can also flow from the flow devices, which are arranged in one plane, to flow devices, which are arranged in the other plane.
  • At least one collecting and / or distributing device has at least one separating device which essentially allows the refrigerant to flow in the longitudinal direction . prevented.
  • This separating device prevents the cold can flow through a collection and / or distribution device substantially along its entire length immediately after entering the device. Rather, the refrigerant is passed in sections through individual areas of the flow devices.
  • the flow devices have an essentially flat tube-like cross section.
  • substantially flat-tube-like is understood to mean that, viewed in cross section, the extent in one direction is substantially greater than the extent in a direction perpendicular to this direction.
  • Flat tube-like would therefore be understood to mean, for example, a rectangular cross section in which the long sides are substantially longer than the transverse sides.
  • the cross section of the flow device is preferably selected from a group of cross sections which have rectangular, elliptical mixed forms and mixed forms of such cross sections.
  • the flow devices have two or more flow channels for the refrigerant.
  • turbolence-increasing devices are provided in the longitudinal direction between the individual flow devices, such as cooling fins ⁇ ⁇ nd ⁇ tergleiuhBn. "
  • At least one flow device is provided, which is in flow connection with at least one section of essentially all collection and distribution devices.
  • This flow device is preferably arranged in the first longitudinal section of the device, that is to say in the region in which the refrigerant flows through all the flow devices essentially simultaneously.
  • At least one flow device is provided, which is in flow connection with only one section each of two collection and / or distribution devices.
  • FIG. 3 shows the refrigerant guide in a second embodiment of the present invention
  • Fig. 5 shows the refrigerant guide in a fourth embodiment of the invention.
  • FIGR 1 shows a device for the exchange of "heat in the prior 'art 15.
  • the device has a feed 1 and a discharge 2 for the refrigerant.
  • Reference numeral 5 denotes a first collecting and distributing device and reference numeral 6 denotes a second collecting and distributing device.
  • Two collection and distribution devices 8 and 9 20 are also provided at the lower end of the device for exchanging heat.
  • the reference numerals 7, T and 7 "refer to flow devices through which the refrigerant can flow.
  • the reference symbol 10 denotes cooling fins arranged between two individual flow devices.
  • the refrigerant first flows through the feed 1 into the collecting and / or distributing device 5, or section 5a of the collecting and / or distributing device 5.
  • the refrigerant reaches a partition which is arranged approximately at the level of the connecting device inside the collecting and distributing device 5. From there, the refrigerant flows down into the collection and distribution device 5 8, which is only partially shown.
  • the refrigerant can be distributed over its entire longitudinal extent and reaches the area of the collection and distribution device 5 that is arranged on the left in the flow connection 13 via the flow devices 7.
  • the refrigerant flows through the flow connection 13 into the collecting and distributing device 6, which also has another separating device at the level of the flow connection 13, more precisely in the drawing to the left of the flow connection 13, which also separates this collecting and / or distributing device into two sections 6a and 6b5 divides.
  • section 6b of the collecting and distributing device 6 the refrigerant passes through flow devices 7 (not shown) into the collecting and distributing device 9, and from there upwards into section 6b of the collecting and distributing device 6. From here the refrigerant finally passes the derivative 2 from the device.
  • a thermal separation is necessary between the flow Q 'flow devices 7 and the further flow devices (not shown) behind them, since the individual flow devices are flowed through in sections in succession.
  • Fig. 2 shows the refrigerant guides in a first embodiment of the 5 present invention.
  • the device for exchanging heat consists of an at least two-row system (that is, in at least two pipes one behind the other, which form the structural depth).
  • the medium or the refrigerant enters the device in areas 1 and 2, both areas being in flow communication. After the essentially simultaneous flow through the flat tubes 21a and 21b, the medium flows into the areas 3 and 4, which are also in flow connection with one another. From these two areas, the medium can only flow further in area 5.
  • a separating device such as a dividing wall (not shown), which prevents the medium from flowing in the longitudinal direction. In this embodiment, the device is only flowed through in one row in the further course of the fluid.
  • the fluid flows from the area 5 via the flow devices 23 into the area 6 and from there through a flow connection 24 into the area 7. From there, the fluid flows through the flow devices 25 into the area 8.
  • the refrigerant is passed diagonally from the area 8 to the area 9, diagonal here being understood to mean that the flow direction of the refrigerant has both a component in the longitudinal direction of the flow device 11 and in a direction perpendicular thereto.
  • FIG. 3 shows the refrigerant guide in a further embodiment of the present invention.
  • the refrigerant initially reaches regions 1 and 2 essentially simultaneously and from there via regions 21a and 21b to regions 3 and 4. From there, the refrigerant arrives, as in the case of the exemplary embodiment of FIG Fig. 2 first in the area 5 and then in the areas 6, 7 and 8.
  • the device in the embodiment shown in Fig. 3 is divided into four sections, with a third section essentially analogous to the second section adjoins this second section.
  • the refrigerant flows through a flow Binding 26 in area 9, and from there via flow devices 28 into flow area 10, and from there via flow connection 29 into area 11.
  • the refrigerant reaches the area 12 via the flow devices 30, and from there a diagonal flow connection 31 leads to the area 13.
  • the refrigerant passes through a further coolant guide 32 to the area 14 and from there essentially simultaneously the flow devices 33a and 33b into the areas 15 and 16, from where it can flow off via the discharge line 34.
  • the refrigerant reaches regions 1 and 2 via the feed, and from there via regions 21a and 21b to regions 3 and 4.
  • the refrigerant flows from area 4 into area 5 and via a flow connection 22b into area 6.
  • the refrigerant then flows essentially simultaneously through the flow devices 3H ⁇ j ⁇ d " 23b " into the regions 7 and ⁇ rVorrrR Scheme
  • the refrigerant flows into area 9, and from there via flow devices 26 into area 10.
  • the refrigerant flows from the area 10 via a flow connection 27 into the area 11, and from there via flow devices 28 into the area 12. From the area 12, the refrigerant flows into the area 13, and there via the flow devices 30 into the area 14. and then via the flow connection 31 into the flow devices 32 into the area 16 and from there out of the device via the discharge line 33.
  • FIG. 5 shows the refrigerant guide in a further embodiment according to the invention.
  • the refrigerant flow up to area 5 corresponds to the above-mentioned embodiments.
  • the refrigerant now passes through the Flow devices 23 into areas 6 and 7, and from there via flow devices 24 into area 8, and from there via a diagonal flow connection 25 into flow devices 26, from there into areas 10 and 11 and into flow devices 27 and finally into the derivative 28.
  • refrigerant guides are also possible.
  • several sections can be connected in series, in which the refrigerant can flow essentially simultaneously through the flow devices of the different levels.
  • all the designs have in common that in the first section after the supply line, the refrigerant flows simultaneously through the flow devices arranged in parallel with one another, each of which is identified by the letters a and b in the figures.
  • any guidance of the refrigerant is possible, and, as shown in FIG. 5, the refrigerant can also flow back along the longitudinal direction into the collection and distribution devices.
  • the supply for the refrigerant can also be provided at other positions of the devices, such as in areas 3 or 4 or in the other areas.

Landscapes

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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Zuführung und wenigstens einer Ableitung für ein Kältemittel, einer Vielzahl von Durchflusseinrichtungen (21a, 21b, 23, 25, 27, 29) wobei wenigstens ein erster Anteil (21a, 25, 29) dieser Vielzahl von Durchflusseinrichtungen (21a, 21b, 23, 25, 27, 29) in wenigstens einer ersten Ebene und ein zweiter Anteil (21b, 23,27) dieser Vielzahl von Durchflusseinrichtungen in wenigstens einer zweiten, zu der ersten Ebene im wesentlichen parallelen Ebene, angeordnet ist, wenigstens einer ersten und einer zweiten Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung (1-12), wobei die erste und die zweite Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung (1-12) an den Endabschnitten der einzelnen Durchflusseinrichtungen (21a, 21b, 23, 25, 27, 29) angeordnet ist. Daher fliesst das Kältemittel in wenigstens einem ersten Längsabschnitt der Vorrichtung im wesentlichen gleichzeitig durch im wesentlichen alle in diesem Längsabschnitt befindlichen Durchflusseinrichtungen (21a, 21b, 23, 25, 27, 29).

Description

BEHR GmbH & Co. KG Mauserstraße 3, 70469 Stuttgart
Vorrichtung zum Austausch von Wärme
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik sind Wärmetauscher bekannt, welche eine Vielzahl von Durchflusseinrichtungen aufweisen, welche im wesentlichen in zwei verschiedenen Ebenen angeordnet sind. Dabei fließt ein Kältemittel ab- schnittsweise durch einzelne Gruppen von Durchflußeinrichtungen. Da sich die Temperatur des Kältemittels während des Durchlaufs durch den Wärmetauscher stark verändert und daher das Kältemittel in einzelnen Durchflußeinrichtungen stark unterschiedliche Temperaturen aufweisen kann, ist eine thermische Trennung der beiden Ebenen der Durchflußeinrichtungen nötig. Diese thermische Trennung wird im Stand der Technik beispielsweise durch einen relativ großen Abstand zwischen den beiden Ebenen bewältigt.
Ferner wird durch die thermische Trennung zusätzlicher Bauraum in der Tiefe des Wärmetauschers benötigt, wodurch auch zusätzliche Kosten verursacht werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den für einen Wärmetauscher benötigten Bauraum zu verringern. Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Zuführung und wenig- stens einer Ableitung für ein flüssiges und/oder gasförmiges Kältemittel, einer Vielzahl von Durchflußeinrichtungen, wobei wenigstens ein erster Anteil dieser Vielzahl von Durchflußeinrichtung in einer ersten Ebene, und ein zweiter Anteil dieser Vielzahl von Durchflußeinrichtungen in einer zweiten, zu der ersten Ebene im wesentlichen parallelen Ebene angeordnet ist.
Daneben ist wenigstens eine erste und eine zweite Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung vorgesehen, wobei die erste und die zweite Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung an den Endabschnitten der einzelnen Durchflußeinrichtungen angeordnet ist. Dabei fließt das Kältemittel in wenigstens einem ersten Längsabschnitt der Vorrichtung im wesentlichen (parallel) gleichzeitig durch im wesentlichen alle in diesem Längsabschnitt befindlichen Durchflußeinrichtungen.
Unter Durchflußeinrichtungen werden Einrichtungen verstanden, welche ein insbesondere flüssiges und/oder gasförmiges Kältemittel hindurchfließen kann.
Unter dem Begriff in einer Ebene angeordnet wird verstanden, dass die
Durchflußeinrichtungen zwar Ausdehnungen in eine zu dieser Ebene senkrecht stehenden Richtung haben können, jedoch im wesentlichen mit ihrer kompletten Längsausdehnung in der betreffenden Ebene liegen.
Bei einer Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung handelt es sich um sol- ehe Einrichtungen, mittels derer ein aus den Durchflußeinrichtungen austretendes Kältemittel gesammelt werden und/oder auf bevorzugt mehrere Durchflußeinrichtungen verteilt werden kann.
Unter einem Längsabschnitt der Vorrichtung wird ein geometrischer in Längsrichtung der Sammel- und/oder Verteilungseinrichtungen gebildeter Abschnitt verstanden, unter Einbeziehung der in diesem Abschnitt befindlichen Durchflußeinrichtungen.
Unter im wesentlichen gleichzeitig wird verstanden, dass zu einem vorgegebenen Zeitpunkt im wesentlichen ein Bereich jeder der in dem Längsab- schnitt befindlichen Durchflußeinrichtungen von dem Kältemittel durchströmt wird, wobei das Kältemittel dabei im wesentliche konstante thermodynami- sche Eigenschaften aufweist. Anders ausgedrückt, werden die sich in dem betreffenden Längsabschnitt befindenden Durchflußeinrichtungen parallel geschaltet. Umgekehrt würde ein nicht gleichzeitiges Durchströmen zweier Abschnitte bedeuten, dass zuerst ein erster und dann ein zweiter Abschnitt der Vorrichtung von dem Kältemittel durchströmt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der erste Längsabschnitt der erste in Strömungsrichtung des Kältemittels von diesem durchflossene Abschnitt. Dies bedeutet, dass es sich bei dem ersten Längsabschnitt bzw. den diesem Längsabschnitt zugeordneten Durchflußeinrichtungen um diejenigen Durchflußeinrichtungen handelt, die, nachdem das Kältemittel durch - die Zuführung in die Vorrichtung gelangt istr als~erste vσn dem Kältemittel durchströmt werden. Während des Verlaufs des Kältemittels durch die Vorrichtung zum Austausch von Wärme, weist dieses insbesondere nach dem Eintritt durch die Zuführung einen starken Temperaturgradienten auf. Da gerade in diesem Abschnitt jedoch sämtliche Durchflußeinrichtungen im wesentlichen gleichzeitig durchströmt werden, treten zwischen den einzelnen Durchflußeinrichtungen nur geringfügige Temperaturunterschiede auf, so daß diese Durchflußeinrichtungen nicht voneinander thermisch getrennt werden müssen.
Im Stand der Technik werden die in dem ersten Längsabschnitt befindlichen Durchflußeinrichtungen zeitlich hintereinander durchströmt, bzw. in Reihe geschaltet, so daß zwangsläufig erhebliche Temperaturunterschiede in den einzelnen Durchflußeinrichtungen auftreten, wodurch eine thermische Trennung nötig wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eine Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung einen Abschnitt auf, innerhalb dessen die Flußrichtung des Kältemittels eine Komponente in einer senkrecht auf der Längsrichtung der Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung stehenden Komponente aufweist. Dies bedeutet, daß das Kältemittel in wenigstens einem Abschnitt nicht nur in Längsrichtung der Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung fließt, sondern auch in einer zu diesen Richtungen senkrechten Richtung. Dabei ist dieser Abschnitt nicht nur im Bereich Zuführung und/oder der Ableitung für das Kältemittel vorgesehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mehrere erste und/oder mehrere zweite Sammel- und/oder Verteilungseinrichtungen vorgesehen. Dabei sind an den oberen und unteren Endabschnitten der in den wenig- stens zwei Ebenen angeordneten Durchflußeinrichtungen je zwei Vertei- lungs- und/oder Sammeleinrichtungen vorgesehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im wesentlichen jede rjrchfiußeinrichtung entweder in der ersten Ebene" oder πτ der zweiten Ebe-~ ne angeordnet. Ferner können die Durchflußeinrichtungen auch in mehreren als zwei Ebenen angeordnet werden.
Bevorzugt weisen wenigstens zwei Durchflußeinrichtungen einen unterschiedlichen Strömungsquerschnitt auf. Das Kältemittel fließt, wie oben ausgeführt, in wenigstens einem ersten Abschnitt der Vorrichtung im wesentlichen gleichzeitig durch im wesentlichen alle in diesem Längsabschnitt be- findlichen Durchflußeinrichtungen das Kältemittel. Daher können in diesem Bereich anstelle von Durchflußeinrichtungen, die jeweils paarweise in zwei Ebenen angeordnet sind, auch eine Durchflußeinrichtung vorgesehen sein, welche bevorzugt eine vergrößerte Breite aufweist. Dabei ragt in diesem ersten Längsabschnitt der Vorrichtung wenigstens eine Durchflußeinrichtung zumindest teilweise sowohl in die erste, als auch in die zweite Ebene. Bevorzugt werden dabei zwei Strömungseinrichtungen in unterschiedlichen Ebe- nen, welche einander gegenüberstehen, zu einer Durchflußeinrichtung zusammengefaßt.
Dabei weisen bei diesen Ausführungsformen die Strömungseinrichtungen, welche in dem ersten Längsabschnitt angeordnet sind, im wesentlichen den doppelten Strömungsquerschnitt verglichen mit dem der übrigen Durchflußeinrichtungen auf. Unter im wesentlichen dem doppelten Strömungsquerschnitt wird verstanden, dass der Strömungsquerschnitt dieser Durchflußeinrichtungen einen Faktor von 1 ,5 bis 3 größer ist als der der anderen Strömungseinrichtungen, besonders bevorzugt um einen Faktor von 1 ,7 bis 2,5, und besonders bevorzugt von 1 ,8 bis 2,3.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung wenigstens abschnittsweise in wenigstens einem ersten und einem zweiten Sammel- und/oder Verteilungsbereich unterteilt, wobei in den ersten Sammel- und/oder Verteilungsbereich die En- dabschnitte des ersten Anteils der Durchflusseinrichtungen und in den zweiten Sammel- und/oder Verteilungsbereich die Endabschnitte des zweiten Anteils der Vielzahl von Durchflusseinrichtungen münden. In diesem Fall weist die Vorrichtung nur zwei Sammel- und/oder Verteilungseinrichtungen ■ - -auf, welche jedoch wenigstens teilweise durch . eirre in. Längsrichtung der ~ " " Sammel- und Verteilungseinrichtung verlaufende Trennwand voneinander abgetrennt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem ersten und dem zweiten Verteilungsbereich wenigstens eine Strömungsverbindung vorgesehen, durch welche das Kältemittel fließen kann. Auf diese Weise wird er- reicht, dass das Kältemittel von den Durchflusseinrichtungen, die in einer Ebene angeordnet sind, auch in Durchflusseinrichtungen, die in der anderen Ebene angeordnet sind, gelangen kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eine Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung wenigstens eine Trenneinrichtung auf, welche ein Fließen des Kältemittels in Längsrichtung im wesentlichen . verhindert. Durch diese Trenneinrichtung wird verhindert, dass das Käl- temittel nach dem Eintritt in die Vorrichtung eine Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung im wesentlichen entlang ihrer gesamten Länge sofort durchströmen kann. Vielmehr wird das Kältemittel abschnittsweise durch einzelne Bereiche der Durchflußeinrichtungen geführt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Durchflußeinrichtungen einen im wesentlichen flachrohrartigen Querschnitt auf. Unter im wesentlichen flachrohrartig wird verstanden, dass im Querschnitt betrachtet, die Ausdehnung in einer Richtung wesentlich größer ist, als die Ausdehnung in einer zu dieser Richtung senkrecht stehenden Richtung. Unter flachrohr- artig würde daher beispielsweise ein rechteckförmiger Querschnitt verstanden, bei welchem die Längsseiten wesentlich länger sind als die Querseiten. Bevorzugt ist der Querschnitt der Durchflußeinrichtung aus einer Gruppe von Querschnitten ausgewählt, welche rechteckförmige, elipsenförmige Mischformen sowie Mischformen aus derartigen Querschnitten aufweist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Durchflußeinrichtungen zwei oder mehrere Strömungskanäle für das Kältemittel auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind in Längsrichtung zwischen den einzelnen Durchflußeinrichtungen turbolenzerhöhende Einrich- tungen vorgesehen, wie beispielsweise Kühlrippen~αndτtergleiuhBn. "
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine Durchflußeinrichtung vorgesehen, die mit wenigstens je einem Abschnitt im wesentlichen aller Sammel- und Verteilungseinrichtung in Strömungsverbindung steht. Bevorzugt ist diese Durchflußeinrichtung im ersten Längsabschnitt der Vorrichtung angeordnet, das heißt in dem Bereich, in dem das Kältemittel im wesentlichen gleichzeitig durch alle Strömungseinrichtung fließt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine Durchflußeinrichtung vorgesehen, welche mit lediglich je einem Abschnitt zweier Sammel- und/oder Verteilungseinrichtungen in Strömungsverbindung steht. Weitere Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Zeichnungen.
Darin zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme gemäß dem Stand 5 der Technik;
Fig. 2 die Kältemittelführung in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 die Kältemittelführung in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 Fig. 4 die Kältemittelführung in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und;
Fig. 5 die Kältemittelführung in einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
- • Figr 1 zeigt eine Vorrichtung zum Austausch von "Wärme- nach dem Stand " 15 der Technik. Die Vorrichtung weist eine Zuführung 1 und eine Ableitung 2 für das Kältemittel auf. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine erste Sammel- und Verteilungseinrichtung und Bezugszeichen 6 eine zweite Sammel- und Verteilungseinrichtung. Auch am unteren Ende der Vorrichtung zum Austausch von Wärme sind zwei Sammel- und Verteilungseinrichtungen 8 und 9 20 vorgesehen. Die Bezugszeichen 7, T und 7" bezieht sich auf Durchflusseinrichtungen, durch welche das Kältemittel fließen kann. Das Bezugszeichen 10 kennzeichnet zwischen zwei einzelnen Durchflusseinrichtungen angeordnete Kühlrippen.
Bei der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik fließt das Kältemittel zu- 25 nächst durch die Zuführung 1 in die Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung 5, bzw. den Abschnitt 5a der Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung 5. Im Inneren der Sammel- und Verteileinrichtung 5 gelangt das Kältemittel bis zu einer Trennwand, die in etwa auf Höhe der Verbindungseinrichtung im Inneren der Sammel- und Verteileinrichtung 5 angeordnet ist. Von dort aus fließt das Kältemittel nach unten in die Sammel- und Verteilungseinrichtung 5 8, welche nur teilweise gezeigt ist.
Innerhalb der Sammel- und Verteilungseinrichtung 8 kann sich das Kältemittel über deren gesamte Längsausdehnung verteilen und gelangt über die Durchflusseinrichtungen 7 wieder nach oben in denjenigen Bereich der Sammel- und Verteilungseinrichtung 5, die links in der Strömungsverbindung0 13 angeordnet ist. Durch die Strömungsverbindung 13 fließt das Kältemittel in die Sammel- und Verteileinrichtung 6, welche ebenfalls auf Höhe der Strömungsverbindung 13, genauer gesagt in der Zeichnung links von der Strömungsverbindung 13 eine weitere Trenneinrichtung aufweist, die auch diese Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung in zwei Abschnitte 6a und 6b5 aufteilt. Im Abschnitt 6b der Sammel- und Verteileinrichtung 6 gelangt das Kältemittel durch (nicht gezeigte) Durchflusseinrichtungen 7 in Sammel- und Verteilungseinrichtung 9, und von dort wieder nach oben in den Abschnitt 6b der Sammel- und Verteilungseinrichtung 6. Von hier gelangt das Kältemittel schließlich über die Ableitung 2 aus der Vorrichtung. Zwischen den Durch-Q ' - flusseinrichtungen 7 und den weiteren, hinterdiesen (nicht gezeigten) Durchflusseinrichtungen ist, da die einzelnen Durchflusseinrichtungen abschnittsweise hintereinander durchströmt werden, eine thermische Trennung nötig.
Fig. 2 zeigt die Kältemittelführungen in einer ersten Ausführungsform der5 vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung zum Austausch von Wärme besteht aus einem mindestens zweireihigen System (das heißt in wenigstens zwei hintereinander liegenden Rohren, welche die Bautiefe bilden). Das Medium bzw. das Kältemittel tritt in die Vorrichtung im Bereich 1 und 2 ein, wobei beide Bereiche in Strömungsverbindung stehen. Nach der im wesentlichen0 gleichzeitigen Durchströmung der Flachrohre 21a und 21 b strömt das Medium in die Bereiche 3 und 4, welche ebenfalls miteinander in Strömungsverbindung stehen. Aus diesen beiden Bereichen ist ein Weiterströmen des Mediums nur in dem Bereich 5 möglich. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Bereich 3 und dem Bereich 8 eine Trenneinrichtung, wie beispielsweise eine Trennwand (nicht dargestellt) vorgesehen, die ein Fließen des Medium in Längsrichtung verhindert. In dieser Ausführungsform wird im weiteren Verlauf des Strömungsmittels die Vorrichtung nur noch einreihig durchströmt.
Zunächst fließt das Strömungsmittel vom Bereich 5 über die Durchflusseinrichtungen 23 in den Bereich 6 und von dort durch eine Strömungsverbindung 24 in den Bereich 7. Von dort fließt das Strömungsmittel über die Durchflusseinrichtungen 25 in den Bereich 8.
Von dem Bereich 8 wird das Kältemittel diagonal in den Bereich 9 weiterge- leitet, wobei unter diagonal hier zu verstehen ist, dass die Strömungsrichtung des Kältemittels sowohl eine Komponente in Längsrichtung der Durchflusseinrichtung 11 als auch in einer senkrecht dazu liegenden Richtung aufweist. Es ist jedoch auch nicht möglich, das Kältemittel derart von dem Bereich 8 in den Bereich 9 zu überführen, daß dessen Strömungsrichtung in dem Verbindungsbereich 26 im wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung der Sammel- und/oder Verteiiungseinrichtungen verläuft.
Von einem Bereich 9 aus strömt das Medium, das heißt das Kältemittel über Dαrchflusseinrichtungen 27 in den Bereich 0 und von lort'ϋberetπe-'Strö-" mungsverbindung in den Bereich 11 und werden über die Durchflussein- richtungen 29 in den Bereich 12, wovon es über die Ableitung 30 aus der
Vorrichtung abfließt.
Fig. 3 zeigt die Kältemittelführung in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie im Falle von Fig. 2 gelangt das Kältemittel zunächst im wesentlichen gleichzeitig in die Bereiche 1 und 2 und von dort über die Durchflusseinrichtungen 21a und 21 b in die Bereiche 3 und 4. Von dort aus gelangt das Kältemittel, wie im Falle des Ausführungsbeispiels von Fig. 2 zunächst in den Bereich 5 und dann in die Bereiche 6, 7 und 8. Im Gegensatz zu der Ausführungsform von Fig. 2. ist die Vorrichtung in der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform in vier Abschnitte unterteilt, wobei sich ein dritter Abschnitt im wesentlichen analog dem zweiten Abschnitt an diesem zweiten Abschnitt anschließt. Das Kältemittel fließt über eine Strömungsver- bindung 26 in den Bereich 9, und von dort über die Durchflusseinrichtungen 28 in den Durchströmbereich 10, und von dort über eine Strömungsverbindung 29 in den Bereich 11.
Von dort gelangt das Kältemittel über die Durchflusseinrichtungen 30 in den Bereich 12, und von dort führt eine diagonale Strömungsverbindung 31 in den Bereich 13. In dem Bereich 13 gelangt das Kältemittel über eine weitere Kältemittelführung 32 in den Bereich 14 und von dort im wesentlichen gleichzeitig über die Durchflusseinrichtungen 33a und 33b in die Bereiche 15 und 16, von wo aus es über die Ableitung 34 abfließen kann.
Fig. 4 zeigt die Kältemittelführung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Dabei gelangt, wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen, das Kältemittel über die Zuführung in die Bereiche 1 und 2, und von dort über die Durchflusseinrichtungen 21a und 21b in die Bereiche 3 und 4.
Vom Bereich 4 aus fließt das Kältemittel in den Bereich 5 und über eine Strömungsverbindung 22b in den Bereich 6.
Anschließend fließt das Kältemittel im wesentlichen gleichzeitig durch dieDurchflusseinrichtungen 3Hπjϊτd"23b" in die Bereiche 7 und δrVorrrBereich
8 aus fließt das Kältemittel in den Bereich 9, und von dort über Durchflusseinrichtungen 26 in den Bereich 10.
Vom Bereich 10 aus fließt das Kältemittel über eine Strömungsverbindung 27 in den Bereich 11 , und von dort über Durchflusseinrichtungen 28 in den Bereich 12. Vom Bereich 12 aus fließt das Kältemittel in den Bereich 13, und dort über die Durchflusseinrichtungen 30 in den Bereich 14, und dann über die Strömungsverbindung 31 in die Durchflusseinrichtungen 32 in den Be- reich 16 und von dort aus der Vorrichtung über die Ableitung 33 ab.
Fig. 5 zeigt die Kältemittelführung in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Kältemittelführung bis zu dem Bereich 5 entspricht den oben genannten Ausführungsformen. Im Unterschied zu den oben genannten Ausführungsformen gelangt das Kältemittel nun über die Durch- flusseinrichtungen 23 in die Bereiche 6 und 7, und von dort über die Durchflusseinrichtungen 24 in den Bereich 8, und von dort über eine diagonale Strömungsverbindung 25 in die Durchflusseinrichtungen 26, von dort in die Bereiche 10 und 11 und in die Durchflusseinrichtungen 27 und schließlich in die Ableitung 28.
Neben den gezeigten Ausführungsformen sind jedoch noch weitere Kältemittelführungen möglich. So können beispielsweise mehrere Abschnitte hintereinander geschaltet werden, in welchen das Kältemittel im wesentlichen gleichzeitig durch die Durchflusseinrichtungen der unterschiedlichen Ebenen fließen kann. Allen Ausführungen ist jedoch gemein, dass im ersten Abschnitt nach der Zuleitung das Kältemittel gleichzeitig durch die zueinander parallel angeordneten Durchflusseinrichtungen, die in den Figuren jeweils mit den Buchstaben a und b gekennzeichnet wurden, fließt. Nach diesen ersten Abschnitten ist eine beliebige Führung des Kältemittels möglich, wobei auch, wie in Fig. 5 gezeigt ist, das Kältemittel entlang der Längsrichtung in die Sammel- und Verteilungseinrichtungen zurückfließen kann. Die Zuführung für das Kältemittel kann auch an anderen Positionen der Vorrichtungen vorgesehen sein, wie beispielsweise an den Bereichen 3 oder 4 oder an den übrigen Bereichen.
Daneben können mehr oder weniger Abschnitte vorhanden sein, wie beispielsweise 4, 5 oder 6 Abschnitte. Diese weiteren Abschnitte können einreihig oder auch zweireihig durchströmt sein.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zum Austausch von Wärme, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Zuführung und wenigstens einer Ableitung für ein Kältemittel, einer Vielzahl von Dύrchflusseinrichtungen wobei wenigstens ein erster Anteil dieser Vielzahl von Durchflusseinrichtungen in wenigstens einer ersten Ebene und ein zweiter Anteil dieser Vielzahl von Durchflusseinrichtungen in wenigstens einer zweiten, zu der ersten Ebene im wesentlichen parallelen Ebene, angeordnet ist, wenigstens einer ersten und einer zweiten Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung, wobei die erste und die zweite Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung an den Endabschnitten der " "einzelnen Durchflusseinrichtungen angeordnet ist, dadurc "gek@nn- ' zeichnet, dass das Kältemittel in wenigstens einem ersten Längsabschnitt der Vorrichtung im wesentlichen gleichzeitig durch im wesentlichen alle in diesem Längsabschnitt befindlichen Durchflusseinrichtungen fließt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Längsabschnitt der erste in Strömungsrichtung des Kältemittels von diesem durchflossene Abschnitt ist.
3. Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung einen Abschnitt aufweist, innerhalb dessen die Flussrichtung des Kältemittels eine Komponente aufweist, welche senkrecht zu der Längsrichtung der Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung steht.
4. Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung einen Abschnitt aufweist, innerhalb dessen die Flussrichtung des Kältemittels sowohl eine Komponente in Längsrichtung der Sammel- und/oder Verteilungsein- richtung, als auch eine Komponente in einer senkrecht auf der Längsrichtung stehenden Komponente aufweist.
5. Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste und/oder mehrere zweite Sammel- und/oder Verteilungseinrichtungen vorgesehen sind.
6. Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegan- ■ - - genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,- dass im wesentlichen jede Durchflusseinrichtung entweder in der ersten Ebene oder in der zweiten Ebene angeordnet ist.
7. Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Durchflusseinrichtungen einen unterschiedlichen Strömungsquerschnitt aufweisen.
8. Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in dem ersten Längsabschnitt der Vorrichtung wenigstens eine Durch- flußeinrichtung vorgesehen ist, welche zumindest teilweise sowohl in die erste, als auch in die zweite Ebene ragt.
9. Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegan- 5 genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung wenigstens abschnittsweise in wenigstens einen ersten und einen zweiten Sammel- und/oder Verteilungsbereich unterteilt ist, wobei in den ersten Sammel- und/oder Verteilungsbereich die Endabschnitte des ersten Anteils der 10 Durchflusseinrichtungen und in den zweiten Sammel- und/oder Verteilungsbereich die Endabschnitte des zweiten Anteils Vielzahl der Durchflusseinrichtungen münden.
10. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprü- 15 ehe, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Verteilungsbereich wenigstens eine Strömungsverbindung, durch welche das Kältemittel fließen kann, vorgesehen ist.
*•- — ϊ i-.~ -Vorrichtung nach wenigstens' einem dervσrangegaπgeπen Ansprü- 20 ehe, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sammel- und/oder Verteilungseinrichtung wenigstens eine Trenneinrichtung aufweist, welche ein Fließen des Kältemittels in Längsrichtung im wesentlichen verhindert.
25 12. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusseinrichtungen einen im wesentlichen flachrohrartigen Querschnitt aufweisen.
13. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprü- 30 ehe, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Durchflusseinrichtung vorgesehen ist, die mit wenigstens je einem Abschnitt im we- sentlichen aller Verteilungs- und/oder Sammeleinrichtungen in Strömungsverbindung steht.
14. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Durchflusseinrichtung vorgesehen ist, die mit lediglich je einem Abschnitt zweier Sammel- und/oder Verteilungseinrichtungen in Strömungsverbindung steht.
15. Verwendung der Vorrichtung zum Austausch von Wärme in einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, welche wenigstens einen Verdampfer, einen Kondensator, einen Kompressor und ein Expansionsventil aufweist.
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