EP1712866B1 - Sammelrohr eines Kondensators und Kondensator mit einem solchen Sammelrohr - Google Patents

Sammelrohr eines Kondensators und Kondensator mit einem solchen Sammelrohr Download PDF

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EP1712866B1
EP1712866B1 EP06002769A EP06002769A EP1712866B1 EP 1712866 B1 EP1712866 B1 EP 1712866B1 EP 06002769 A EP06002769 A EP 06002769A EP 06002769 A EP06002769 A EP 06002769A EP 1712866 B1 EP1712866 B1 EP 1712866B1
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condenser
manifold
flat pipes
condenser according
floor
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Martin Dipl.-Ing. Kaspar
Kurt Dr.-Ing. Molt
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Mahle Behr GmbH and Co KG
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Behr GmbH and Co KG
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • 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
    • F28D1/053—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
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    • F28F9/0224—Header boxes formed by sealing end plates into covers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/01—Geometry problems, e.g. for reducing size

Definitions

  • the invention relates to a condenser for cooling a coolant according to the preamble of claim 1.
  • a condenser for cooling a coolant according to the preamble of claim 1.
  • Such a condenser is, for example, in WO 02/0 12 816 shown.
  • Capacitors or heat exchangers as used for example for air conditioning systems of a motor vehicle, usually comprise a plurality of parallel flat tubes whose ends are arranged on both sides in passages of two opposing manifolds.
  • the refrigerant to be cooled or cooling medium is introduced by means of a supply into a collecting pipe, flows through the flat tubes with release of heat and is removed again through a removal opening from one of the manifolds.
  • the refrigerant-carrying internal cross-section in a header of a thermal condenser should preferably be designed so that the flow resistance is as low as possible in order to minimize the internal pressure drop for efficient operation. Furthermore, the total internal volume of the manifold should be as low as possible to the total mass of the refrigerant, and thus of the vehicle, to minimize.
  • the analogous weight argument also applies to the material feed of the manifold.
  • dead water areas are, for example undercuts or pockets in the interior of the manifold.
  • common flat-tube condensers with regard to the refrigerant-carrying parts consist of a network of parallel flat tubes and two opposite collecting tubes.
  • the flat tubes are in this case inserted in a plurality of lateral transverse slots or passages of the manifolds.
  • the refrigerant is meandering passed through different groups of flat tubes, which results locally a longitudinal flow in the interior of the headers.
  • a condenser for cooling a coolant with a multiplicity of flat tubes arranged in parallel is known, the ends of each of which open into one of two opposing headers.
  • the flat tubes of the known capacitor do not protrude into the headers, which leads to a more cost-intensive production due to the adaptation of the contour of the flat tubes to the bottom shape of the header.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a manifold for a generic capacitor and such a capacitor in which the obstructed by flat tubes manifold cross-section is minimized.
  • the collecting pipe comprises a lid and a bottom, wherein the bottom has a plurality of passages for receiving substantially parallel arranged flat tubes, lies the quotient X. from the remaining free inner cross-sectional area of the manifold with inserted flat tubes to the blocked by the inserted flat tubes manifold cross-sectional area in the interval 1.5 ⁇ X ⁇ 3.5.
  • the manifold is made in two pieces and consists of two curved half-shells, namely the lid and the bottom, which are pushed one inside the other.
  • manifolds are also used, which are manufactured from one piece by a suitable method, for example by extrusion.
  • the lid has a substantially semicircular shape while the bottom has a flattened shape.
  • the flattened shape of the effective insertion depth of the flat tubes is reduced in the manifold, thereby reducing the depth of dead water areas in the manifold between the flat tubes, while the free flow area between the lid and flat tubes remains unchanged by the flattening of the soil.
  • the flattened shape of the bottom reduces the material cost of producing the same, and thus weight and cost.
  • the flattening of the bottom shape a smaller length of the flat tubes inserted into the headers, which means at the same outer dimension of the condenser, that an additionally usable flat pipe section for the condensate network is free, creating more air-side heat exchange surface is available.
  • the wall thickness of the soil is 0.8 to 1.2 mm.
  • characteristic values ⁇ 1.5 for round bottom headers are achieved.
  • Key figure values> 3.5 can only be achieved with high material thickness for the ground, since the bending stress in the soil increases sharply with increasing flattening.
  • a capacitor according to the invention has a plurality of substantially parallel flat tubes, which are arranged on both sides in passages of two opposing collecting tubes according to the invention, as described above.
  • the flat tubes have a straight cutting edge and, more preferably, at least one partition wall is arranged in the collecting tubes, whereby the refrigerant is passed through the flat tubes in meandering fashion.
  • the headers and the flat tubes of a capacitor according to the invention are made of aluminum and / or an aluminum alloy.
  • the inventive manifold and the corresponding capacitor results in an increase in performance by reducing the refrigerant side pressure drop in the condenser and increasing the usable network height with constant outside dimensions of the capacitor. Furthermore, there is a reduction in the weight of the condenser by the flattening of the bottom and a reduction in the total amount of refrigerant.
  • Fig. 1 shows a conventional collection tube 1 in two-piece version, consisting of a cover 2 and a bottom 3, whose cross-sections are substantially semicircular.
  • the flat tube 4 By inserting the flat tube 4 in the bottom 3, the total cross-sectional area of the manifold 1 is divided into a free inner cross-sectional area A, as well as a through the inserted flat tube obstructed inner cross-sectional area B of the manifold 1.
  • the other dimensions are a tube thickness of 19.4 mm with a bottom wall thickness of 1.2 mm.
  • Fig. 2a shows a first embodiment of the collection tube according to the invention, in which the radius of curvature of the bottom is 13 mm. This results in a total height of 16 mm, a free cross-sectional area of 126 mm 2 against a covered by the inserted flat tube 4 cross-sectional area of 57 mm 2 , resulting in a ratio of 2.2.
  • the thickness of the floor is 1 mm.
  • Fig. 3 shows a condenser 10 for cooling a coolant, as used for example in an air conditioning system of a motor vehicle, with a left and a right manifold 1, 1 ', in which flat tubes 4 are inserted in passages, not shown.
  • the left header 1 has an inlet 11 and the right header 1 'has an outlet 12 for the cooling liquid.
  • heat conducting plates (not shown) can still be mounted in order to maximize the removal of the heat of the coolant.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kondensator zum Kühlen eines Kühlmittels nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Kondensator ist zum Beispiel in WO 02/0 12 816 gezeigt.
  • Kondensatoren oder Wärmetauscher, wie sie beispielsweise für Klimaanlagen eines Kraftfahrzeuges verwendet werden, umfassen üblicherweise eine Vielzahl von parallel angeordneten Flachrohren, deren Enden beidseitig in Durchzügen von zwei sich gegenüberstehenden Sammelrohren angeordnet sind. Das zu kühlende Kältemittel oder Kühlmedium wird mittels einer Zuführung in ein Sammelrohr eingeführt, fließt durch die Flachrohre unter Abgabe der Wärme und wird durch eine Entnahmeöffnung aus einem der Sammelrohre wieder entnommen.
  • Der Kältemittel führende Innenquerschnitt in einem Sammelrohr eines Wärmekondensators sollte vorzugsweise so gestaltet sein, dass der Strömungswiderstand möglichst gering ist, um für einen effizienten Betrieb den inneren Druckabfall zu minimieren. Ferner sollte das gesamte innere Volumen des Sammelrohrs so gering wie möglich sein, um die Gesamtmasse des Kältemittels, und somit des Fahrzeugs, zu minimieren. Das analoge Gewichtsargument gilt natürlich auch für den Materiafeinsatz des Sammelrohrs.
  • Beide vorgenannte Forderungen werden durch Zonen im Sammelrohr beeinträchtigt, die keine Kernströmung des Kältemittels, sondern sogenannte Totwassergebiete darstellen. Solche Totwassergebiete sind beispielsweise Hinterschnitte oder Taschen im Innenraum des Sammelrohrs.
  • Wie oben bereits kurz erwähnt, bestehen gängige Flachrohrkondensatoren bezüglich der Kältemittel führenden Teile aus einem Netz vom parallelen Flachrohren und zwei gegenüberliegenden Sammelrohren. Die Flachrohre sind hierbei in einer Vielzahl von seitlichen Querschlitzen oder Durchzügen der Sammelrohre eingeschoben. Durch ferner in die Sammelrohre eingesetzte Trennwände wird das Kältemittel mäanderförmig durch verschiedene Gruppen von Flachrohren geleitet, wobei sich örtlich eine Längsdurchströmung im Innem der Sammelrohre ergibt.
  • Hierbei stellen die seitlich in die Sammelrohre eingeschobenen Flachrohre, die aus Kostenersparnisgründen eine gerade Schnittkante aufweisen, durch die Verringerung des durchströmbaren Sammelrohrquerschnitts eine Behinderung der Durchströmung dar. Zwischen den eingeschobenen Flachrohrenden ergeben sich folglich im Innem des Sammelrohres eine Vielzahl von Totwassergebieten, die das Innenvolumen des Kondensators sowie den Strömungswiderstand durch Wirbelbildung unnötig vergrößern.
  • Aus der EP 1 347 259 A1 ist ein Kondensator zur Kühlung eines Kühlmittels mit einer Vielzahl von parallel angeordneten Flachrohren bekannt, deren Enden jeweils in eines von zwei gegenüberstehenden Sammelrohren münden. Die Sammelrohre der bekannten Vorrichtung umfassen dabei einen im wesentlichen halbkreisförmigen Deckelteil sowie einen abgeflachten Boden, wobei das Verhältnis des Querschnitts X und der benetzte Querschnittsumfang Y die Gleichung X = a · Y 2 4 ⁢ π
    Figure imgb0001
    mit 0 , 9 ≤ a < 1.0
    Figure imgb0002
    erfüllen muss.
  • Allerdings ragen die Flachrohre des bekannten Kondensators nicht in die Sammelrohre hinein, was zu einer kostenintensiveren Herstellung aufgrund der Anpassung der Kontur der Flachrohre an die Bodenform des Sammelrohrs führt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Sammelrohr für einen gattungsgemäßen Kondensator sowie einen solchen Kondensator zu schaffen, bei denen der durch Flachrohre versperrte Sammelrohrquerschnitt minimiert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Sammelrohr eines Kondensators mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen solchen Kondensator mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Sammelrohr eines Kondensators zum Kühlen eines Kältemittels umfasst das Sammelrohr einen Deckel und einen Boden, wobei der Boden eine Vielzahl von Durchzügen zur Aufnahme von im wesentlichen parallel angeordneten Flachrohren aufweist, liegt der Quotient X aus der verbleibenden freien Innenquerschnittsfläche des Sammelrohrs bei eingeschobenen Flachrohren zu der von den eingeschobenen Flachrohren versperrten Sammelrohrquerschnittsfläche im Intervall 1,5≤X≤3,5.
  • Vorzugsweise ist das Sammelrohr zweistückig ausgeführt und besteht aus zwei gebogenen Halbschalen, nämlich dem Deckel und dem Boden, die gegenseitig ineinander geschoben sind. Es kommen in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch Sammelrohre zum Einsatz, die durch geeignetes Verfahren, beispielsweise durch Extrudieren, aus einem Stück gefertigt sind.
  • Vorzugsweise weist der Deckel im wesentlichen eine Halbkreisform auf, während der Boden eine abgeflachte Form hat. Durch die abgeflachte Form wird die effektive Einschubtiefe der Flachrohre in das Sammelrohr verkleinert, wodurch sich die Tiefe der Totwassergebiete im Sammelrohr zwischen den Flachrohren verringert, während die freie Strömungsfläche zwischen Deckel und Flachrohren durch die Abflachung des Bodens unverändert bleibt. Zusätzlich wird durch die abgeflachte Form des Bodens der Materialaufwand für die Herstellung desselben, und somit Gewicht und Kosten, verringert. Weiterhin wird durch die Abflachung der Bodenform eine kleinere Länge der Flachrohre in die Sammelrohre eingeschoben, was bei gleicher Außenabmessung des Kondensators bedeutet, dass ein zusätzlich nutzbarer Flachrohrabschnitt für das Kondensatometz frei ist, wodurch mehr luftseitige Wärmeaustauschfläche zur Verfügung steht.
  • Vorzugsweise liegt die Wandstärke des Bodens bei 0,8 bis 1,2 mm. Zu dem obengenannten Quotienten X ist anzumerken, dass Kennzahlwerte < 1,5 für Sammelrohre mit rundem Boden erreicht werden. Kennzahlwerte > 3,5 lassen sich nur mit hoher Materialstärke für den Boden erreichen, da die Biegespannung im Boden mit wachsender Abflachung stark ansteigt.
  • Eine erfindungsgemäßer Kondensator weist einen Vielzahl von im wesentlichen parallel angeordneten Flachrohren auf, die beidseitig in Durchzügen zweier gegenüberliegender erfindungsgemäßer Sammelrohre, wie sie oben beschrieben sind, angeordnet sind. Vorzugsweise haben die Flachrohre eine gerade Schnittkante und, weiter bevorzugt ist in den Sammelrohren mindestens eine Trennwand angeordnet, wodurch das Kältemittel mäanderförmig durch die Flachrohre geleitet wird.
  • Vorzugsweise sind die Sammelrohre und die Flachrohre eines erfindungsgemäßen Kondensators aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung gefertigt.
  • Durch das erfindungsgemäße Sammelrohr und den entsprechenden Kondensator ergibt sich eine Leistungssteigerung durch die Verringerung des kältemittelseitigen Druckabfalls im Kondensator und eine Vergrößerung der nutzbaren Netzhöhe bei gleichbleibenden Außenmaßen des Kondensators. Femer ergibt sich eine Gewichtsreduzierung des Kondensators durch die Abflachung des Bodens und eine Verringerung der Gesamtfüllmenge an Kältemittel.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.
    • Fig. 1a und Fig. 1b
    zeigen konventionelle Sammelrohre in Querschnittsdarstellung;
    Fig. 2a und 2b
    zeigen erfindungsgemäße Sammelrohre, und
    Fig. 3
    zeigt einen Kondensator in schematischer Darstellung.
  • Fig. 1 zeigt ein konventionelles Sammelrohr 1 in zweistückiger Ausfertigung, bestehend aus einem Deckel 2 und einem Boden 3, deren Querschnitte im wesentlichen halbkreisförmig sind. Dargestellt ist ferner der Einschub eines mit einer geraden Schnittkante versehenen Flachrohres 4 in einen entsprechenden Durchzug des Bodens 3. Durch den Einschub des Flachrohres 4 in den Boden 3 wird die Gesamtquerschnittsfläche des Sammelrohrs 1 aufgeteilt in eine freie Innenquerschnittsfläche A, sowie eine durch das eingeschobene Flachrohr versperrte Innenquerschnittsfläche B des Sammelrohres 1.
  • Für Fig. 1 a beträgt die nicht versperrte Innenrohrquerschnittsfläche A 128 mm2 und die Fläche B 92 mm2, so dass für das Sammelrohr nach Fig. 1a sich eine Kennzahl X = A B
    Figure imgb0003
    von 1,4 ergibt. Die sonstigen Bemaßungen sind eine Dicke des Rohres von 19,4 mm bei einer Bodenwandstärke von 1,2 mm.
  • Fig. 1b zeigt dieselbe Situation wie Fig. 1a, nur das hier die freie Querschnittsfläche A 134 mm2 beträgt gegenüber einer abgedeckten Fläche von 22 mm2, was zu einer Kennzahl von X = 1,5 führt, wobei die Rohrdicke 19,2 mm und die Wandstärke des Bodens 1 mm betragen.
  • Fig. 2a zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sammelrohres, bei welcher der Krümmungsradius des Bodens 13 mm beträgt. Dadurch ergibt sich bei einer Gesamthöhe von 16 mm eine freie Querschnittsfläche von 126 mm2 gegenüber einer durch das eingeschobene Flachrohr 4 abgedeckten Querschnittsfläche von 57 mm2, was zu einer Kennzahl von 2,2 führt.
  • Noch besser wird das Verhältnis bei der Ausführungsform nach Fig. 2b, bei welcher der Boden 3 einen Krümmungsradius von 25 mm aufweist, was zu einer Rohrhöhe von 14,4 mm führt. Bei dieser Ausführungsform beträgt die freie Querschnittsfläche ebenfalls 126 mm2 gegenüber einer abgedeckten Querschnittsfläche B = 39 mm2, was zu einer Kennzahl von 3,2 führt. In den Fällen der Figuren 2a und 2b beträgt die Dicke des Bodens 1 mm.
  • Fig. 3 zeigt einen Kondensator 10 zur Kühlung eines Kühlmittels, wie er beispielsweise bei einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges verwendet wird, mit einem linken und einem rechten Sammelrohr 1, 1', in welchen Flachrohre 4 in nicht dargestellten Durchzügen eingefügt sind. Das linke Sammelrohr 1 weist einen Einlass 11 und das rechte Sammelrohr 1' einen Auslass 12 für die Kühlflüssigkeit auf. Zwischen den Flachrohren 4 können noch Wärmeleitbleche (nicht dargestellt) angebracht sein, um den Abtransport der Wärme des Kühlmittels zu maximieren.

Claims (9)

  1. Kondensator (10) zum Kühlen eines Kältemittels mit einem Sammelrohr (1, 1') mit einem Deckel (2) und einem Boden (3), wobei der Boden (3) eine Vielzahl von Durchzügen zur Aufnahme von Flachrohren (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient X aus der verbleibenden freien Innenquerschnittsfläche (A) des Sammelrohrs bei eingeschobenen Flachrohren zu der von den eingeschobenen Flachrohren versperrten Sammelrohrquerschnittsfläche (B) im Intervall 1,5 kleiner oder gleich X kleiner oder gleich 3,5 liegt.
  2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr (1, 1') zweistückig ausgeführt ist.
  3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr (1, 1') einstückig ausgeführt ist.
  4. Kondensator nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (2) im Querschnitt im wesentlichen eine Halbkreisform und der Boden (3) eine abgeflachte Form aufweisen.
  5. Kondensator nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Bodens (3) 0,8 bis 1,2 mm beträgt.
  6. Kondensator nach einem der vorangegangenen Ansprüche, welcher mit einer Vielzahl von im Wesentlichen parallel angeordneten Flachrohren (4) ausgebildet ist, die beidseitig in den Durchzügen zweier gegenüberliegender Sammelrohre (1, 1') angeordnet sind.
  7. Kondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (4) eine gerade Schnittkante aufweisen.
  8. Kondensator nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Sammelrohren (1, 1') mindestens eine Trennwand angeordnet ist, wodurch das Kältemittel mäanderförmig durch die Flachrohre (4) geleitet wird.
  9. Kondensator nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelrohre (1, 1') und die Flachrohre (4) aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sind.
EP06002769A 2005-04-12 2006-02-10 Sammelrohr eines Kondensators und Kondensator mit einem solchen Sammelrohr Active EP1712866B1 (de)

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