EP1816424A1 - Wärmetauscher für einen Kältekreislauf - Google Patents

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EP1816424A1
EP1816424A1 EP07002053A EP07002053A EP1816424A1 EP 1816424 A1 EP1816424 A1 EP 1816424A1 EP 07002053 A EP07002053 A EP 07002053A EP 07002053 A EP07002053 A EP 07002053A EP 1816424 A1 EP1816424 A1 EP 1816424A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
exchanger element
refrigerant
exchanger according
flat tube
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07002053A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Hirsch
Kurt Molt
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 EP1816424A1 publication Critical patent/EP1816424A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F28F2009/0287—Other particular headers or end plates having passages for different heat exchange media

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger for a refrigeration cycle according to the preamble of claim 1.
  • Heat exchangers for refrigeration circuits are in particular in connection with air conditioning systems of motor vehicles, this particular car air conditioning systems, against the requirements of the smallest possible space and the most cost-effective production.
  • CO2 air conditioning systems these demands are met by the need for additional components such as an internal heat exchanger and the design of the equipment to high pressures and maximum temperatures of the refrigerant.
  • DE 103 25 605 A1 describes a heat exchanger device for a CO2 Klimaanalage of a motor vehicle, in which a gas cooler, an inner heat exchanger, a collector and an ejector are designed as an integrated unit.
  • the refrigerant of the refrigeration cycle carbon dioxide (CO2) wherein the second exchanger element is an inner heat exchanger of a CO2 air conditioning system for a motor vehicle.
  • the heat exchanger according to the invention is particularly well suited.
  • the connecting piece is preferably designed as a substantially one-piece metal part, which is connected in particular to the first exchanger element as well as to the second exchanger element, in particular by soldering.
  • the channel is formed as a bore whose wall has a groove extending in the longitudinal direction of the bore, wherein a flat tube of the second exchanger element is received in the groove.
  • the connection of the second exchanger element to the connection piece is made particularly simple and secure.
  • At least one first channel with a first groove and a second channel with a second groove are particularly preferably provided, wherein a first flat tube of the second exchanger element is received in the first groove and wherein a second flat tube has a projection to the first flat tube and in the second groove is added.
  • each of the flow paths of the second exchanger element is associated with at least one flat tube, each having a plurality of parallel channels.
  • the first, in particular high-pressure-side flow path is assigned exactly one first flat tube
  • the second, in particular low-pressure side Flow path are assigned exactly two flat tubes, wherein the one high-pressure side flat tube between the two low-pressure side flat tubes is arranged.
  • a thermal barrier is provided between two refrigerant-carrying areas of the connection piece. This can be formed in a simple manner preferably as a cross-sectional taper and / or at least partially recess (s) of the connecting piece.
  • one fitting is provided on each of two end portions of the second exchanger element.
  • the second exchanger element can have, for example, U-shaped flat tubes.
  • the flow paths of the second exchanger element extend substantially perpendicular to the tubes of the first exchanger element and lie in a plane therewith.
  • the available installation space for the first exchanger element regularly requires that the first exchanger element be provided with horizontally arranged tubes in the radiator region of the vehicle, a space for the second exchanger element being provided regularly in a vertical side region of the first exchanger element.
  • the refrigerant flows through the first flow path in a direction opposite to the second flow path.
  • a collector of the refrigeration circuit is not integrally formed with the first and the second exchanger element, thereby taking into account the space requirements.
  • the collector and possibly other parts of the refrigerant circuit are not arranged in the flow of cooling air, which can lead to a disturbance of the efficiency of the refrigeration circuit.
  • thermo barrier formed in particular as an air gap between the first exchanger element and the second exchanger element, thereby avoiding disadvantageous heat flows between the exchanger elements.
  • the heat exchanger according to the invention comprises a first exchanger element 1, which comprises a number of flat tubes 2, which are arranged in parallel and horizontally. Between the tubes 2 there are rib elements 3 which serve to enlarge the surface of the first exchanger element 1.
  • the parallel tubes 1 are all connected at their respective ends with distributor elements 4, 4b.
  • the distributor elements 4, 4b are elongated hollow bodies with suitable openings and intermediate webs, so that a refrigerant, after flowing through an opening 4a in the first distributor element 4, the first exchanger element 1 on a reciprocating path in the order abcd as indicated by the arrows in Fig. 1 passes.
  • the refrigerant is present carbon dioxide (CO2).
  • CO2 air conditioning systems for motor vehicles a so-called internal heat exchanger is regularly provided, in which the CO2 from one part of the refrigeration circuit experiences a thermal exchange with CO2 on another part of the refrigeration circuit. Due to the peculiarities of the state diagram of carbon dioxide, the provision of such an internal heat exchanger is expedient. In principle, however, an internal heat exchanger can also be useful for other refrigerants.
  • the inner heat exchanger is formed by a second exchanger element 5.
  • the second exchanger element 5 essentially consists of three flat tubes 6, 7, 8 arranged on top of each other, each having a plurality of channels 6a, 7a, 8a.
  • the flat tubes 6, 7, 8 are soldered flat to each other for the purpose of a good thermal contact, so that a compact bundle of flat tubes is formed.
  • This bundle of flat tubes opens in its end regions in each case into a first connecting piece 9 and a second connecting piece 10.
  • Both the first connector 9 and the second connector 10 are in this case made of a single metal block, but may alternatively be composed of individual parts.
  • the connector 9 is a cuboid with a number of holes or channels for guiding refrigerant and grooves for fixing the flat tubes 6, 7, 8.
  • Each of the connecting pieces 9, 10 is soldered to a face flat with the distributor element 4.
  • the first connection piece 9 has a first refrigerant-carrying channel 9a, which passes through the connection piece 9 over its entire length as a substantially circular bore.
  • This channel 9a serves to supply the refrigerant to the latter first exchanger element 1 (see the guidance of the refrigerant according to the arrows in Fig. 1).
  • a second channel 9b of the connector 9 is formed as a blind hole, wherein it has a groove or slots 9c over part of its length.
  • the channel 9b is parallel to the channel 9a.
  • a third channel 9d of the fitting 9 has a larger bore diameter than the second channel 9b and is arranged parallel thereto.
  • the slot or groove 9c is a connection between the second channel 9b and the third channel 9d with respect to the connecting piece 9, which however is closed by a flat tube 7 as described below.
  • the third channel 9d also has a slot or groove 9e which has approximately three times the width of the groove 9c and forms an opening of the third channel 9d towards an end face of the cuboid 9.
  • the middle flat tube 7 corresponds to the width of the groove 9c and the thickness of the entire flat tube stack 6, 7, 8 corresponds to the width of the groove 9e.
  • the suitably stepped end portion of the tubes 6, 7, 8 can be inserted into the grooves 9c, 9e and soldered flat with the walls of the grooves. This results in a connection of the channel 9b only with the middle flat tube 7 and a connection of the channel 9d only with the outer flat tubes 6, 8th
  • the second connecting piece 10 has a first channel 10a and a larger second channel 10c, wherein a narrower groove 10b connects the two channels 10a, 10c with each other and a wider groove 10d connects the wider channel 10c to the outside.
  • the middle flat tube 7 has a projection over the two outer flat tubes 6, 8, so that after appropriate surface soldering the middle flat tube 7 has a contact with the channel 10a and the two outer flat tubes 6, 8 respectively Have contact with the channel 10c.
  • the channels 10a and 9a are each open to the side of the first exchanger element 1 and form a supply line and a discharge of the refrigerant of the first exchanger element 1 through their surface-soldered connection to the distributor means 4
  • Channels 9a, 9b, 9d and 10c are also open to the opposite side, which is a connection side of the connecting pieces 9, 10.
  • a total of four ports of the combined heat exchanger having the first exchanger element 1 and the second exchanger element 5 are present: two high-pressure side ports formed through the channels 9a and 9b and two low-pressure side ports formed through the channels 9d and 10c.
  • the refrigerant is fed from the compressor under high pressure and temperature via a feed line 11 into the channel 9a, in which it the first connection piece 9 flows through and opens into the first flow path a of the first exchanger element 1.
  • the refrigerant from the first exchanger element 1 enters the blind-hole-like channel 10a of the second connecting piece 10. From this channel, it enters the flat tube 7 via the previously described connection and passes through the second exchanger element 5 from bottom to top on the flow path e.
  • the refrigerant enters from the flat tube 7 in the Channel 9b of the first connector 9 and is continued via a line 12 to other components of the refrigerant circuit.
  • the refrigerant is at a lower pressure and a lower temperature than in the first exchanger element 1. From here it enters via a feed line 13 in the channel 9d of the first connector 9 and from there into the two outer Flat tubes 6, 8.
  • the refrigerant passes through the flow path f of the first connector 9 from top to bottom to the second connector 10, where it enters the channel 10c of the second connector 10 and subsequently into a conduit 14, over which it again the other components of the refrigerant circuit is supplied.
  • another component such as, for example, a collector with an integrated expansion element can be formed integrally with the second exchanger element 5, so that the connections 11, 12, 13, 14 open directly into this further component.
  • a further component is preferably connected via lines to the second exchanger element 5 or the connecting pieces 9, 10.
  • the installation space in the region of the cooling air (indicated by the arrow 15 in FIG. 1) can be used optimally for the flow around the exchanger elements 1, 5.
  • the other components are generally not circulated to ensure the proper efficiency of the air conditioning of the cooling air 15.
  • the second exchanger element 5 is not arranged in the region of the cooling air 15, but causes only a heat exchange between the flow paths e and f of the refrigerant-
  • the flow paths e and f are directed opposite, so that the second exchanger element 5 is operated according to the countercurrent principle ,
  • a slit 16 which crosses through sections of the exchanger element 9, is provided in the first exchanger element 9.
  • a thermal barrier between the channel 9a and the channel 9b is realized, so that at this point undesirable heat exchange between the feeding high-pressure channel 9a and the wegsetden High pressure channel 9b is avoided.
  • the cross-sectional area of the connecting piece 9 is thus tapered in the plane of the slit_
  • connecting pieces 9, 10 is a spaced support of the second exchanger element 5 of the first exchanger element 1, so that between the exchanger elements 1, 5, an air gap 17 remains as a thermal barrier This results in a heat exchange between the flat tubes 6, 7, 8 on the one hand and the adjacent distributor element 4 on the other hand effectively avoided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für einen Kältekreislauf, umfassend ein erstes Tauscherelement (1) mit einer Mehrzahl von in einer Ebene angeordneten Rohren (2), die zwischen Verteilerelementen (4, 4b) aufgenommen sind und zur Kühlung eines in den Rohren geführten Kältemittels von Luft umströmbar sind, ein zweites Tauscherelement (5), wobei das zweite Tauscherelement (5) einen ersten Strömungspfad (e) und einen thermisch mit diesem in Kontakt stehenden zweiten Strömungspfad (f) aufweist, wobei das zweite Tauscherelement (5) als integrale Baueinheit mit dem ersten Tauscherelement (1) ausgebildet ist, und wobei das zweite Tauscherelement (5) mittels wenigstens einem von Kältemittel durchströmbaren Anschlussstück (9, 10) mit dem ersten Tauscherelement (1) verbunden ist, wobei das Anschlussstück (9, 10) wenigstens einen in der Ebene der Rohre verlaufenden, kältemittelführenden Kanal (9a, 9b, 9d, 10a, 10c) aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für einen Kältekreislauf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Wärmetauscher für Kältekreisläufe stehen insbesondere im Zusammenhang mit Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, hierbei insbesondere von PKW-Klimaanlagen, vor den Anforderungen eines möglichst geringen Bauraums und einer möglichst kostengünstigen Herstellung. Im Fall von CO2-Klimaanalagen treffen diese Forderungen auf die Notwendigkeit zusätzlicher Bauteile wie etwa einem inneren Wärmetauscher sowie der Auslegung der Anlagen auf hohe Drücke und Maximaltemperaturen des Kältemittels.
  • DE 103 25 605 A1 beschreibt eine Wärmetauschervorrichtung für eine CO2-Klimaanalage eines Kraftfahrzeugs, bei der ein Gaskühler, ein innerer Wärmetauscher, ein Sammler und ein Ejektor als integrierte Baueinheit ausgebildet sind.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher für einen Kältekreislauf anzugeben, der auf einfache Weise kostengünstig herstellbar ist und einen gute Druckfestigkeit aufweist.
  • Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten Wärmetauscher erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Dadurch, dass ein kältemittelführender Kanal des Anschlussstücks im wesentlichen in der Ebene der Rohre des ersten Tauscherelements verläuft, wird eine kompakte Bauweise bei guter Druckfestigkeit ermöglicht.
  • Besonders bevorzugt ist das Kältemittel des Kältekreislaufs Kohlendioxid (CO2), wobei das zweite Tauscherelement ein innerer Wärmetauscher einer CO2-Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug ist. Für diesen Einsatzzweck ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher besonders gut geeignet.
  • Weiterhin bevorzugt ist im Interesse einer einfachen Herstellbarkeit und hohen Druckfestigkeit das Anschlussstück als im Wesentlichen einstückiges Metallteil ausgebildet, das sowohl mit dem ersten Tauscherelement als auch mit dem zweiten Tauscherelement insbesondere durch Verlötung verbunden ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kanal als eine Bohrung ausgebildet, deren Wandung eine in Längsrichtung der Bohrung verlaufende Nut aufweist, wobei ein Flachrohr des zweiten Tauscherelements in der Nut aufgenommen ist. Hierdurch wird der Anschluss des zweiten Tauscherelements an das Anschlussstück besonders einfach und sicher ermöglicht. Besonders bevorzugt ist dabei wenigstens ein erster Kanal mit einer ersten Nut und ein zweiter Kanal mit einer zweiten Nut vorgesehen, wobei ein erstes Flachrohr des zweiten Tauscherelement in der ersten Nut aufgenommen ist und wobei ein zweites Flachrohr einen Überstand zu dem ersten Flachrohr aufweist und in der zweiten Nut aufgenommen ist. Hierdurch wird eine Verbindung mehrerer Flachrohre, die insbesondere unterschiedlichen Strömungspfaden zugeordnet sind, mit dem Anschlussstück auf einfache und besonders sichere Weise ermöglicht.
  • Allgemein bevorzugt ist jedem der Strömungspfade des zweiten Tauscherelements wenigstens ein Flachrohr mit jeweils einer Mehrzahl von parallelen Kanälen zugeordnet. Hierdurch ist eine hohe Wärmetauscherleistung des zweiten Tauscherelements ermöglicht. In besonders bevorzugter Ausführung ist dabei dem ersten, insbesondere hochdruckseitigen Strömungspfad genau ein erstes Flachrohr zugeordnet, und dem zweiten, insbesondere niederdruckseitigen Strömungspfad sind genau zwei Flachrohre zugeordnet, wobei das eine hochdruckseitige Flachrohr zwischen den beiden niederdruckseitigen Flachrohren angeordnet ist. Hierdurch wird bei einfacher Bauform und guter Kombination mit einem erfindungsgemäßen Anschlussstück dem Umstand Rechnung getragen, dass auf der Niederdruckseite ein höherer Strömungsquerschnitt als auf der Hochdruckseite erforderlich ist, um den gleichen Massenstrom an Kältemittel zu erzielen. Zudem ist durch diese bevorzugte Anordnung eine besonders gute Wärmetauscherleistung ermöglicht.
  • Zur Vermeidung eines Wärmeaustauschs in hierfür nicht vorgesehenen Bereichen des Kältekreises ist eine thermische Sperre zwischen zwei kältemittelführenden Bereichen des Anschlussstücks vorgesehen. Diese kann auf einfache Weise bevorzugt als Querschnittsverjüngung und/oder zumindest bereichsweise Ausnehmung(en) des Anschlussstücks ausgebildet sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist jeweils ein Anschlussstück an jedem von zwei Endbereichen des zweiten Tauscherelements vorgesehen. Je nach Anforderungen an die Ausgestaltung des zweiten Tauscherelements kann jedoch auch nur genau ein Anschlussstück vorgesehen sein, welches entsprechend sämtliche Anschlüsse der Strömungspfade des zweiten Tauscherelements und des ersten Tauscherelemenfis zur Verfügung stellt. In einer solchen Ausführung kann das zweite Tauscherelement zum Beispiel U-förmig verlaufende Flachrohre aufweisen.
  • Im Interesse einer Anpassung an die angegebene Bauraumanforderungen kann es vorgesehen sein, dass die Strömungspfade des zweiten Tauscherelements im Wesentlichen senkrecht zu den Rohren des ersten Tauscherelements verlaufen und mit diesen in einer Ebene liegen. Insbesondere im Falle von Personenkraftfahrzeugen bedingt der zur Verfügung stehende Bauraum für das erste Tauscherelement regelmäßig, dass das erste Tauscherelement mit waagerecht angeordneten Rohren im Kühlerbereich des Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei ein Bauraum für das zweite Tauscherelements regelmäßig in einem senkrechten Seitenbereich des ersten Tauscherelements gegeben ist.
  • Allgemein bevorzugt ist es zur Erlangung einer guten Tauscherleistung des zweiten Tauscherelements vorgesehen, dass das Kältemittel den ersten Strömungspfad in zum zweiten Strömungspfad entgegengesetzter Richtung durchströmt.
  • Insbesondere bevorzugt ist ein Sammler des Kältekreises nicht integral mit dem ersten und dem zweiten Tauscherelement ausgebildet, Hierdurch wird den Bauraumanforderungen Rechnung getragen. Zum anderen wird vermieden, dass der Sammler und ggf. weitere Teile des Kältekreises nicht im Strom der kühlenden Luft angeordnet sind, was zu einer Störung des Wirkungsgrades des Kältekreises führen kann.
  • Allgemein vorteilhaft ist eine insbesondere als Luftspalt ausgebildete thermische Sperre zwischen erstem Tauscherelement und zweitem Tauscherelement vorgesehen, wodurch nachteilige Wärmeflüsse zwischen den Tauscherelementen vermieden sind.
  • Weitere Vorteile und Merkmale eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
    • Fig. 1
    zeigt eine räumliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, wobei Strömungspfade eines Kältemittels durch Pfeile angedeutet sind.
    Fig. 2
    zeigt einen Querschnitt durch ein zweites Tauscherelement der Vorrichtung aus Fig. 1.
    Fig. 3
    zeigt eine räumliche Ansicht des zweiten Tauscherelements der Vorrichtung aus Fig. 1.
    Fig. 4
    zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus Fig. 3.
    Fig. 5
    zeigt eine Draufsicht auf das zweite Tauscherelement aus Fig. 3 von hinten.
    Fig. 6
    zeigt eine Schnittansicht durch das zweite Tauscherelement entlang der Linie B-B aus Fig. 5.
  • Der erfindungsgemäße Wärmetauscher umfasst ein erstes Tauscherelement 1, das eine Anzahl von flachen Rohren 2 umfasst, die parallel und waagerecht angeordnet sind. Zwischen den Rohren 2 befinden sich Rippenelemente 3, die einer Vergrößerung der Oberfläche des ersten Tauscherelements 1 dienen. Die parallelen Rohre 1 sind sämtlich an ihren jeweiligen Enden mit Verteilerelementen 4, 4b verbunden. Die Verteilerelemente 4, 4b sind längliche Hohlkörper mit geeigneten Öffnungen und Zwischenstegen, so dass ein Kältemittel nach Einströmen durch eine Öffnung 4a in das erste Verteilerelement 4 das erste Tauscherelement 1 auf einem hin- und herlaufenden Weg in der Reihenfolge a-b-c-d gemäß der Kennzeichnung der Pfeile in Fig. 1 durchläuft.
  • Das Kältemittel ist vorliegend Kohlendioxid (CO2). Bei CO2-Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge ist regelmäßig ein sogenannter innerer Wärmetauscher vorgesehen, bei dem das CO2 aus dem einen Teil des Kältekreises mit CO2 auf einem anderen Teil des Kältekreises einen thermischen Austausch erfährt. Aufgrund der Besonderheiten des Zustandsdiagramms von Kohlendioxid ist das Vorsehen eines solchen inneren Wärmetauschers zweckmäßig. Grundsätzlich kann ein innerer Wärmetauscher jedoch auch für andere Kältemittel sinnvoll sein.
  • Der innere Wärmetauscher ist durch ein zweites Tauscherelement 5 ausgebildet. Das zweite Tauscherelement 5 besteht im Wesentlichen aus drei aufeinander angeordneten Flachrohren 6, 7, 8, die jeweils eine Mehrzahl von Kanälen 6a, 7a, 8a aufweisen. Die Flachrohre 6, 7, 8 sind zum Zweck eines guten thermischen Kontakts flächig miteinander verlötet, so dass ein kompaktes Bündel von Flachrohren ausgebildet ist. Dieses Bündel von Flachrohren mündet in seinen Endbereichen jeweils in ein erstes Anschlussstück 9 und ein zweites Anschlussstück 10.
  • Sowohl das erste Anschlussstück 9 als auch das zweite Anschlussstück 10 sind vorliegend aus einem einzelnen Metallblock gefertigt, können jedoch alternativ auch aus Einzelteilen zusammengesetzt sein. Das Anschlussstück 9 ist ein Quader mit einer Anzahl von Bohrungen bzw. Kanälen zur Führung von Kältemittel und Nuten zur Festlegung der Flachrohre 6, 7, 8. Selbiges gilt für das zweite Anschlussstück 10, welches hinsichtlich der Anzahl und Position der Kanäle anders ausgeformt ist als das erste Anschlussstück 9. Jedes der Anschlusstücke 9, 10 ist mit einer Stirnseite flächig mit dem Verteilerelement 4 verlötet.
  • Wie insbesondere die Darstellungen in Fig. 3 bis Fig. 6 zeigen, weist das erste Anschlussstück 9 einen ersten kältemittelführenden Kanal 9a auf, der als im Wesentlichen kreisrunde Bohrung das Anschlussstück 9 auf seiner ganzen Länge durchgreift Dieser Kanal 9a dient einer Zuführung des Kältemittels zu dem ersten Tauscherelement 1 (siehe die Führung des Kältemittels gemäß den Pfeilen in Fig. 1).
  • Ein zweiter Kanal 9b des Anschlussstücks 9 ist als Sackloch ausgebildet, wobei er über einen Teil seiner Länge eine Nut oder Schlitzung 9c aufweist. Der Kanal 9b verläuft parallel zu dem Kanal 9a.
  • Ein dritter Kanal 9d des Anschlussstücks 9 hat einen größeren Bohrungsdurchmesser als der zweite Kanal 9b und ist parallel zu diesem angeordnet. Die Schlitzung oder Nut 9c stellt bezüglich des Anschlussstücks 9 eine Verbindung zwischen dem zweiten Kanal 9b und dem dritten Kanal 9d dar, die jedoch wie nachfolgend beschrieben durch eines Flachrohre 7 verschlossen ist. Der dritte Kanal 9d weist zudem eine Schlitzung oder Nut 9e auf, die etwa die dreifache Breite der Nut 9c hat und eine Öffnung des dritten Kanals 9d zu einer Stirnseite des Quaders 9 hin ausbildet.
  • Wie Fig. 4 zeigt ist im Endbereich der Flachrohre 6, 7, 8 ein Überstand des mittleren Flachrohres 7 über die auf gleicher Höhe endenden äußeren Flachrohre 6, 8 gegeben. Die Dicke des Flachrohres 7 entspricht dabei der Breite der Nut 9c und die Dicke des gesamten Flachrohrstapels 6, 7, 8 entspricht der Breite der Nut 9e. Somit kann der geeignet abgestufte Endbereich der Rohre 6, 7, 8 in die Nuten 9c, 9e eingeführt und flächig mit den Wänden der Nuten verlötet werden. Hierdurch ergibt sich dann eine Verbindung des Kanals 9b nur mit dem mittleren Flachrohr 7 sowie eine Verbindung des Kanals 9d nur mit den äußeren Flachrohren 6, 8.
  • Auf ähnliche Weise ist eine Aufnahme der anderen Enden der Flachrohre 6, 7, 8 in dem zweiten Anschlussstück 10 vorgesehen. Hierzu weist das zweite Anschlussstück 10 einen ersten Kanal 10a auf sowie einen größeren zweiten Kanal 10c, wobei eine schmalere Nut 10b die beiden Kanäle 10a, 10c miteinander verbindet und eine breitere Nut 10d den breiteren Kanal 10c nach außen verbindet. Auch im Fall des zweiten Anschlussstücks 10 weist das mittlere Flachrohr 7 einen Überstand über die beiden äußeren Flachrohre 6, 8 auf, so dass nach geeigneter flächiger Verlötung das mittlere Flachrohr 7 einen Kontakt zu dem Kanal 10a hat und die beiden äußeren Flachrohre 6, 8 jeweils Kontakt zu dem Kanal 10c haben.
  • Wie sich aus der Schnittansicht gemäß Fig. 6 ergibt, sind die Kanäle 10a und 9a jeweils zur Seite des ersten Tauscherelements 1 hin offen und bilden eine Zuleitung und eine Ableitung des Kältemittels des ersten Tauscherelements 1 durch ihre flächig verlötete Verbindung mit dem Verteilermittel 4. Die Kanäle 9a, 9b, 9d und 10c sind zudem zur gegenüberliegenden Seite offen, die eine Anschlussseite der Anschlussstücke 9, 10 ist. Somit liegen insgesamt 4 Anschlüsse des kombinierten Wärmetauschers mit erstem Tauscherelement 1 und zweitem Tauscherelement 5 vor: Zwei hochdruckseitige Anschlüsse, die durch die Kanäle 9a und 9b ausgebildet werden sowie zwei niederdruckseitige Anschlüsse, die durch die Kanäle 9d und 10c ausgebildet werden.
  • Die resultierenden Wege des CO2 durch das erste und das zweite Tauscherelement ergeben sich gemäß der durch Pfeile angedeuteten Strömungspfade nach Fig. 1: Zunächst wird das Kältemittel vom Verdichter kommend unter hohem Druck und Temperatur über eine Zuleitung 11 in den Kanal 9a geführt, in welchem es das erste Anschlussstück 9 durchströmt und in den ersten Strömungspfad a des ersten Tauscherelements 1 mündet. Nach Durchlaufen des ersten Tauscherelements 1 auf den Strömungspfaden a-b-c-d tritt das Kältemittel aus dem ersten Tauscherelement 1 in den sacklochartigen Kanal 10a des zweiten Anschlussstücks 10 ein. Aus diesem Kanal tritt es über die zuvor beschriebene Verbindung in das Flachrohr 7 ein und durchläuft auf dem Strömungspfad e das zweite Tauscherelement 5 von unten nach oben. Danach tritt das Kältemittel von dem Flachrohr 7 in den Kanal 9b des ersten Anschlussstücks 9 ein und wird über eine Leitung 12 zu weiteren Komponenten des Kältekreises fortgeführt. An einer anderen, geeigneten Stelle des Kältekreislaufs befindet sich das Kältemittel auf einem niedrigeren Druck und einer niedrigeren Temperatur als im ersten Tauscherelement 1. Von hier tritt es über eine Zuleitung 13 in den Kanal 9d des ersten Anschlussstücks 9 ein und von dort in die beiden äußeren Flachrohre 6, 8. In diesen Flachrohren durchläuft das Kältemittel den Strömungspfad f von dem ersten Anschlussstück 9 von oben nach unten zum zweiten Anschlussstück 10, wo es in den Kanal 10c des zweiten Anschlussstücks 10 eintritt und nachfolgend in eine Leitung 14, über die es wieder den weiteren Komponenten des Kältekreises zugeführt wird.
  • Grundsätzlich kann eine andere Komponente wie beispielsweise ein Sammler mit einem integrierten Expansionselement integral mit dem zweiten Tauscherelement 5 ausgebildet sein, so dass die Anschlüsse 11, 12, 13, 14 unmittelbar in diese weitere Komponente münden. Bevorzugt ist eine solche weitere Komponente jedoch über Leitungen mit dem zweiten Tauscherelement 5 bzw. den Anschlussstücken 9, 10 verbunden. Hierdurch kann der Bauraum im Bereich der Kühlluft (in Fig. 1 durch den Pfeil 15 angedeutet) optimal für die Umströmung der Tauscherelemente 1, 5 genutzt werden. Die weiteren Komponenten werden im Allgemeinen zur Sicherstellung des geeigneten Wirkungsgrades der Klimaanlage nicht von der kühlenden Luft 15 umströmt. Insbesondere bevorzugt ist das zweite Tauscherelement 5 nicht im Bereich der Kühlluft 15 angeordnet, sondern bewirkt lediglich eine Wärmetauschung zwischen den Strömungswegen e und f des Kältemittels- Die Strömungswege e und f sind dabei entgegengesetzt gerichtet, so dass das zweite Tauscherelement 5 nach dem Gegenstromprinzip betrieben wird.
  • Zur weiteren Verbesserung der Funktion des zuvor beschriebenen 2-komponentigen Wärmetauschers ist in dem ersten Tauscherelement 9 eine das Tauscherelement 9 abschnittsweise durchgreifende Schlitzung 16 vorgesehen. Hierdurch wird eine thermische Sperre zwischen dem Kanal 9a und dem Kanal 9b realisiert, so dass ein an dieser Stelle unerwünschter Wärmetausch zwischen dem zuführenden Hochdruckkanal 9a und dem wegführenden Hochdruckkanal 9b vermieden wird. Die Querschnittsfläche des Anschlussstücks 9 ist somit in der Ebene der Schlitzung verjüngt_
  • Ferner ist durch die Ausbildung der Anschlussstücke 9, 10 eine beabstandete Halterung des zweiten Tauscherelements 5 von dem ersten Tauscherelement 1 gegeben, so dass zwischen den Tauscherelementen 1, 5 ein Luftspalt 17 als thermische Sperre verbleibt Hierdurch ist ein Wärmeaustausch zwischen den Flachrohren 6, 7, 8 einerseits und dem angrenzenden Verteilerelement 4 andererseits wirkungsvoll vermieden.

Claims (15)

  1. Wärmetauscher für einen Kältekreislauf, umfassend
    ein erstes Tauscherelement (1) mit einer Mehrzahl von in einer Ebene angeordneten Rohren (2), die zwischen Verteilerelementen (4, 4b) aufgenommen sind und zur Kühlung eines in den Rohren geführten Kältemittels von Luft umströmbar sind,
    ein zweites Tauscherelement (5), wobei das zweite Tauscherelement (5) einen ersten Strömungspfad (e) und einen thermisch mit diesem in Kontakt stehenden zweiten Strömungspfad (f) aufweist,
    wobei das zweite Tauscherelement (5) als integrale Baueinheit mit dem ersten Tauscherelement (1) ausgebildet ist, und
    wobei das zweite Tauscherelement (5) mittels wenigstens einem von Kältemittel durchströmbaren Anschlussstück (9, 10) mit dem ersten Tauscherelement (1) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Anschlussstück (9, 10) wenigstens einen in der Ebene der Rohre verlaufenden, kältemittelführenden Kanal (9a, 9b, 9d, 10a. 10c) aufweist.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel CO2 ist, wobei das zweite Tauscherelement (5) ein innerer Wärmetauscher einer CO2-Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug ist.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (9, 10) als im wesentlichen einstückiges Metallteil ausgebildet ist, das sowohl mit dem ersten Tauscherelement (1) als auch mit dem zweiten Tauscherelement (5) insbesondere durch Verlötung verbunden ist.
  4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (9b, 9d, 10a, 10c) als eine Bohrung ausgebildet ist, deren Wandung eine in Längsrichtung der Bohrung verlaufende Nut (9c, 9e, 10b, 10d) aufweist, wobei ein Flachrohr (6, 7, 8) des zweiten Tauscherelements (5) in der Nut aufgenommen ist.
  5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das wenigstens ein erster Kanal (9b) mit einer ersten Nut (9c) und ein zweiter Kanal (9d) mit einer zweiten Nut (9e) vorgesehen sind, wobei ein erstes Flachrohr (6, 8) des zweiten Tauscherelements (5) in der ersten Nut (9e) aufgenommen ist und wobei ein zweites Flachrohr (7) einen Überstand zu dem ersten Flachrohr (6, 8) aufweist und in der zweiten Nut (9c) aufgenommen ist.
  6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Strömungspfade (e, f) des zweiten Tauscherelements (5) wenigstens ein Flachrohr (6, 7, 8) mit jeweils einer Mehrzahl von parallelen Kanälen (6a, 7a, 8a) zugeordnet ist.
  7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten, insbesondere hochdruckseitigen Strömungspfad (e) genau ein erstes Flachrohr (7) zugeordnet ist, und dass dem zweiten, insbesondere niederdruckseitigen Strömungspfad (f) genau zwei Flachrohre (6, 8) zugeordnet sind, wobei das eine hochdruckseitige Flachrohr (7) zwischen den beiden niederdruckseitigen Flachrohren (6, 8) angeordnet ist.
  8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (9) eine thermische Sperre (16) zwischen zwei kältemittelführenden Bereichen aufweist_
  9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Sperre insbesondere als Querschnittsverjüngung (16) und/oder bereichsweise Ausnehmung(en) des Anschlussstücks ausgebildet ist.
  10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Anschlussstück (9, 10) an jedem von zwei Endbereichen des zweiten Tauscherelements (5) vorgesehen ist.
  11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Anschlussstück vorgesehen ist.
  12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungspfade (e, f) des zweiten Tauscherelements im wesentlichen senkrecht zu den Rohren (2) des ersten Tauscherelements (1) verlaufen und mit diesen im wesentlichen in einer Ebene liegen.
  13. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel den ersten Strömungspfad (e) in zum zweiten Strömungspfad (f) entgegengesetzter Richtung durchströmt.
  14. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sammler des Kältekreises nicht integral mit dem ersten und dem zweiten Tauscherelement (1, 5) ausgebildet ist.
  15. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine insbesondere als Luftspalt ausgebildete thermische Sperre (17) zwischen erstem Tauscherelement (1) und zweitem Tauscherelement (5) vorgesehen ist.
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