EP2144029A1 - Heat transfer unit, in particular that of a motor vehicle, for cooling a cooling agent and method for cooling a cooling agent - Google Patents
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- EP2144029A1 EP2144029A1 EP08290685A EP08290685A EP2144029A1 EP 2144029 A1 EP2144029 A1 EP 2144029A1 EP 08290685 A EP08290685 A EP 08290685A EP 08290685 A EP08290685 A EP 08290685A EP 2144029 A1 EP2144029 A1 EP 2144029A1
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- F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
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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
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- F28F9/0214—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions having only longitudinal partitions
Definitions
- the invention relates to a heat exchanger, in particular of a motor vehicle for cooling a refrigerant, with refrigerant pipes, which open into lateral refrigerant collecting boxes of the heat exchanger, and with corrugated fins, which are arranged between two immediately adjacent refrigerant tubes, wherein the refrigerant can circulate in a closed circuit.
- the invention also relates to a method for cooling a refrigerant in a refrigerant circuit.
- generic heat exchangers generally have a block which is essentially composed of refrigerant tubes and corrugated ribs, wherein the ends of the refrigerant tubes are in refrigerant collecting boxes of the heat exchanger open, so that a refrigerant introduced into a first refrigerant collecting box can flow through the refrigerant tubes into a second refrigerant collecting box of the heat exchanger.
- Such a heat exchanger is for example from the published patent application DE 101 56 944 A1 in which a refrigerant flows into a first portion of a first refrigerant collecting case, passes through first refrigerant tubes into a first header section of a second refrigerant header, flows from there into a second header section of the second refrigerant header and from there back into the direction of further refrigerant tubes the first refrigerant collecting box flows and in this case passes into a second header section of the first refrigerant collecting box and from there, the heat exchanger leaves heated again.
- the refrigerant can absorb heat energy from the ambient air particularly well, whereby the ambient air cooled very quickly and the effectiveness of the air conditioner shown there can be significantly improved.
- the object of the invention is achieved by a heat exchanger in particular of a motor vehicle for cooling a refrigerant with refrigerant pipes, which open into lateral refrigerant collecting boxes of the heat exchanger, and with corrugated fins, which are arranged between two immediately adjacent refrigerant tubes, wherein the refrigerant in a single Closed refrigerant circuit can circulate, and the heat exchanger is characterized in that a refrigerant pipe has both a flow and a return for the refrigerant of the refrigerant circuit.
- thermal silver carrier describes any device by means of which heat can be transferred from a first medium to another medium, so that the first medium can be cooled in this case.
- heat exchangers are detected by motor vehicles, such as cross-flow heat exchangers used there, in which a refrigerant to be cooled is passed as liquid through refrigerant pipes, which are in contact with corrugated fins, and in which the corrugated fins can be flowed around by ambient air, so that the heat energy the refrigerant can be discharged in particular via the corrugated fins in the ambient air.
- the flow direction of the ambient air crosses the flow direction or the flow directions of the refrigerant.
- refrigerant collection boxes describes means of the heat exchanger that provide cavities into which open ends of the refrigerant tubes may open, so that refrigerant can flow through the refrigerant tubes from a first refrigerant collection box of the heat exchanger into another refrigerant collection box of the heat exchanger and vice versa.
- corrugated ribs in the present case means, preferably made of a good heat-conducting metal sheet, such as a rib shaft, which are in direct operative connection with the refrigerant tubes, so that contained in a refrigerant heat energy from the refrigerant tubes can go particularly well into the corrugated fins.
- the corrugated fins can then because of their relatively large surface providing this Heat energy particularly well to the environment, especially when they are flowed through by the ambient air or.
- R134a which can circulate in the closed refrigerant circuit, is currently preferably used with regard to the refrigerant.
- such a refrigerant pipe has a single refrigerant flow and return of the aforementioned single closed refrigerant circuit, so that the refrigerant is preferably returned to a second refrigerant side box of the heat exchanger and back again with each of the existing refrigerant pipes from a first side refrigerant box of the heat exchanger can.
- the refrigerant is passed through the refrigerant pipe in a single refrigerant pipe in two opposite directions.
- the refrigerant pipe is particularly resistant to bending, so that the heat exchanger can be designed to be particularly torsionally rigid and particularly solid.
- the inner tube and the outer tube are in this case approximately as a refrigerant tubes connected to different circuits, for example, a first fluid of a first cooling circuit can cool a second fluid of a second cooling circuit in the countercurrent flow through the refrigerant tubes.
- heat exchangers are not meant in the present case, since they have two separate closed circuits with respect to the inner tube and the outer tube, and therefore, because of the two required closed cooling circuits, they are also particularly complex and large.
- the refrigerant pipe according to the invention provides a flow and a return for a single refrigerant circuit, in which the refrigerant between two refrigerant collecting boxes can advantageously flow back and forth.
- the present refrigerant pipes having the flow and return for the single refrigerant passed through the refrigerant pipe can be tightly joined by known joining methods such as a soldering method or a sticking method, particularly to the refrigerant collecting boxes.
- the refrigerant pipe with its flow and its return and related refrigerant pipe channels in an extrusion process be prepared, so that the provision of the refrigerant tubes can be done inexpensively.
- the refrigerant tubes can also be composed of several component components. For example, a welded tube is inserted into an extruded flat tube, so that the refrigerant tubes according to the invention can form a flow and a return for a common refrigerant.
- a preferred embodiment provides that the flow has more than one refrigerant passage, preferably a plurality of refrigerant outer passages of the refrigerant pipe.
- Forms the flow more than a refrigerant channel, for example, in a wall of the refrigerant pipe, can be derived in the refrigerant heat energy particularly well in the wall of the refrigerant pipe and thus also particularly well in the corrugated fins of the heat exchanger.
- a plurality of refrigerant outer channels are provided in the wall of the refrigerant pipe for this purpose.
- the return has a refrigerant passage, preferably a refrigerant inner passage of the refrigerant pipe. This makes it possible that already cooled down refrigerant advantageous to return in the center of the refrigerant pipe again.
- an advantageous embodiment provides that the refrigerant outer channels of the refrigerant tube and the refrigerant inner channel of the refrigerant tube are arranged in a common refrigerant circuit.
- the refrigerant tube is particularly compact and torsionally rigid when the flow or the refrigerant outer channels of the refrigerant tube and the return or the refrigerant inner channel of the refrigerant tube have a common housing.
- the refrigerant pipe has a particularly simple and effective structure.
- the structure of the heat exchanger can be further simplified if only one of the refrigerant collecting boxes has a refrigerant inlet and a refrigerant outlet, by means of which the heat exchanger can be connected to further Kafteschnikankonnekomponenten.
- Such additional refrigerant circuit components may be, for example, external refrigerant line strands to an internal combustion engine or from an internal combustion engine.
- a first of the refrigerant collecting boxes forms a terminal collecting box, by means of which the heat exchanger can be connected to the further refrigerant circuit components.
- the terminal collecting box has the refrigerant inlet and the refrigerant outlet.
- the weight of the heat exchanger can be further reduced.
- a second of the refrigerant collecting boxes forms a Umlenksammelkasten by means of which the refrigerant is deflected within the Umlenksammelkastens of the flow of the refrigerant pipe in the return of the refrigerant pipe.
- a problem-free separation of the flow and the return of the refrigerant pipe in the area of the refrigerant collection boxes of the heat exchanger can be structurally easily achieved when a refrigerant collection box having an inner header and an outer header.
- the refrigerant outer channels of the refrigerant pipe open into the outer header boxes of the refrigerant collecting boxes and the refrigerant inner channel into the inner header boxes of the refrigerant collecting boxes of the heat exchanger.
- the return can extend into the inner manifolds of the refrigerant collection boxes, it is advantageous if the return is designed to be longer than the flow.
- the return flow of the refrigerant pipe is arranged at a distance from a cooling medium for cooling the refrigerant. This ensures that the flow and thus also the still warm refrigerant can advantageously come into contact with the cooling medium.
- the object of the invention is also achieved by a method for cooling a refrigerant in a refrigerant circuit, in which the refrigerant from a first circulation line strand enters an inlet collecting chamber of a connection box of a heat exchanger, the refrigerant flows from there into a flow of a refrigerant pipe of the heat exchanger, the During the passage of the flow line of the refrigerant pipe, the refrigerant preferably releases heat energy to the environment via corrugations of the heat exchanger, the refrigerant passes into a first header chamber of a heat exchanger, and the refrigerant flows from the first header chamber to a second header chamber of the header box and from there through a connection port flows in a return line of the refrigerant pipe, the refrigerant is passed through the return passage into a drain collecting chamber of the terminal collecting box, and then walked the refrigerant from the terminal box is introduced into a further circulation line of the refrigerant circuit.
- a refrigerant can be directed and cooled in a confined space particularly effective in a heat exchanger of the motor vehicle.
- the first collecting chamber of the Umlenksammelkastens be formed for example by an outer Umlenksammelkasten the Umlenkksammelkastens and the second collection chamber of an inner Umlenksammelkasten the Umlenkksammelkastens.
- the Indian FIG. 1 shown heat exchanger 1 is used for cooling a refrigerant 2.
- the refrigerant 2 can flow through a plurality of refrigerant tubes 3 therethrough.
- the heat exchanger 1 in addition corrugated fins 4 (here only exemplified) on.
- the refrigerant tubes 3 and the corrugated fins 4 extend approximately horizontally between a first refrigerant collecting box 5 and a second refrigerant collecting box 6 of the heat exchanger 1.
- the first refrigerant collecting box 5 of the heat exchanger 1 is in this embodiment a terminal collecting box 7, by means of which the heat exchanger 1 at another Not shown here refrigerant circuit components of a likewise not shown here in detail single refrigerant circuit can be connected.
- connection collecting box 7 has an inlet 8 and a drain 9.
- the inlet 8 is connected to an inlet collecting chamber 10 of the connection collecting box 7 and the outlet 9 is accordingly connected to a drain collecting chamber 11 of the connecting collecting box 7.
- the inlet collection chamber 10, an outer collection box 12 (see FIG. 2 ) of the first refrigerant header 5 and the drain collection chamber 11 has an inner header 13 (see FIG FIG. 2 ) of the first refrigerant collecting box 5.
- the inlet collection chamber 10 and the drainage collection chamber 11 is spatially separated from each other, so that between them, the refrigerant 2 can not flow directly.
- the second refrigerant collecting box 6 does not constitute a terminal collecting box 7 but a deflecting collecting box 14 by means of which the refrigerant 2 inside the heat exchanger 1 can be deflected.
- the Umlenksammelkasten 14 an inner Umlenksammelkasten 15 and an outer Umlenksammelkasten 16 which are connected in this embodiment in a lower portion 17 of the heat exchanger 1 by means of a connection opening 18 spatially directly with each other.
- a connection opening 18 spatially directly with each other.
- an exchange of the refrigerant 2 between the inner Umlenksammelkasten 15 and the outer Umlenksammelkasten 16 take place directly.
- the refrigerant tubes 3 of the heat exchanger 1 both a flow 19 and a return 20.
- the refrigerant 2 flows via the inlet 8 into the inlet collecting chamber 10 of the first refrigerant collecting box 5. From the inlet collecting chamber 10, the refrigerant 2 flows further into the respective headers 19 of the refrigerant tubes 3 of the heat exchanger 1. Here, the refrigerant 2 flows through each of the existing refrigerant tubes 3 according to a flow direction 21, so that from the refrigerant 2 via the refrigerant tubes 3 and the connected refrigerant fins 4 can deliver heat energy to the environment 22.
- the refrigerant 2 reaches the second refrigerant collecting box 6 of the heat exchanger 1, where it enters the outer Umlenksammelkasten 16 Umlenksammelkastens 14 and flows through the connection opening 18 in the inner Umlenksammelwaits 14, rises there and flows into the returns 20 of the refrigerant tubes 3.
- the refrigerant tubes 3 can be connected to the refrigerant collecting boxes 5 and 6 using the known joining methods.
- FIG. 3 shows how a refrigerant pipe 3 on the one hand in the outer Umlenksammelkasten 16 and on the other hand into the inner Umlenksammelkasten 15 opens.
- ends of the shorter flow 19 of the refrigerant pipe 3 in the outer Umlenksammelkasten 16 so that the refrigerant 2 can flow in unhindered there.
- Has the refrigerant 2 in the FIG. 1 Passes through the opening 18, it passes into the inner Umlenksammelkasten 15 of the second refrigerant tank 6 and the Umlenksammelkastens 14. From there, the refrigerant 2 flows in the return line 20 of the refrigerant pipe.
- refrigerant tube 3 has a housing 26 which forms both the flow 19 of the refrigerant tube 3 and the return 20 of the refrigerant tube.
- the flow 19 in this case comprises a plurality of refrigerant outer channels 27 (numbered here only by way of example), whereas, on the other hand, the return 20 only has a single refrigerant inner channel 28.
- the refrigerant outer channels 27 of the flow 19 in the wall 29 of the return 20 and the refrigerant inner channel 28 are arranged.
- the refrigerant pipe 3 is particularly compact and extremely rigid, especially since additional dividers 30 are provided between the individual refrigerant outer channels.
- the refrigerant 2 flows in the refrigerant outer passages 27 in the forward flow direction 21. As shown in FIG. 4 directed into the paper plane. In the refrigerant internal passage 28, the refrigerant 2 flows in the reverse return flow direction 23, as shown in FIG. 4 thus directed out of the paper plane.
- the inlet 8 of the heat exchanger 1 is shown again in detail, it being well recognized that the inlet 8 extends into the inlet collecting chamber 10, in which also the open ends 31 of the refrigerant outer channels 27 open, the terminal collecting box 7. Accordingly, in each case an open end 32 of the refrigerant inner channel 28 opens into the drainage collection chamber 11 of the terminal collecting box 7.
- Both the inlet collecting chamber 10 and the drainage collecting chamber 11 of the terminal collecting box 7 are axially closed in the region above the inlet 8 by means of an upper closure 33. Accordingly, the inlet collecting chamber 10 and the drainage collection chamber 11 are axially closed below the outlet 9 by means of a lower closure 34.
- the refrigerant 2 After the presentation of the FIG. 6 flows the refrigerant 2, after it has flowed through the refrigerant tubes 3 of the heat exchanger 1, from the outlet 9, which is connected to the drainage collection chamber 11, again from the heat exchanger 1 from.
- the outlet 9 is equipped with further fastening means 35, by means of which the heat exchanger 1 can be permanently secured to a suitable holding device, for example a motor vehicle, in a reliable manner.
- a suitable holding device for example a motor vehicle
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager insbesondere eines Kraftfahrzeuges zum Kühlen eines Kältemittels, mit Kältemittelrohren, welche in seitliche Kältemittelsammelkästen des Wärmeübertragers münden, und mit Wellrippen, welche zwischen zwei unmittelbar benachbarte Kältemittelrohre angeordnet sind, wobei das Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf zirkulieren kann. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Kühlen eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf.The invention relates to a heat exchanger, in particular of a motor vehicle for cooling a refrigerant, with refrigerant pipes, which open into lateral refrigerant collecting boxes of the heat exchanger, and with corrugated fins, which are arranged between two immediately adjacent refrigerant tubes, wherein the refrigerant can circulate in a closed circuit. The invention also relates to a method for cooling a refrigerant in a refrigerant circuit.
Derartige Wärmeübertrager sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden insbesondere bei Kraftfahrzeugen erfolgreich eingesetzt.Such heat exchangers are well known from the prior art and are used successfully especially in motor vehicles.
Gattungsgemäße Wärmeübertrager weisen hierzu in der Regel einen Block auf, der im Wesentlichen aus Kältemittelrohren und Wellrippen zusammengesetzt ist, wobei die Enden der Kältemittelrohre in Kältemittelsammelkästen des Wärmeübertragers münden, so dass ein in einen ersten Kältemittelsammelkasten eingeleitetes Kältemittel durch die Kältemittelrohre hindurch in einen zweiten Kältemittelsammelkasten des Wärmeübertragers strömen kann.For this purpose, generic heat exchangers generally have a block which is essentially composed of refrigerant tubes and corrugated ribs, wherein the ends of the refrigerant tubes are in refrigerant collecting boxes of the heat exchanger open, so that a refrigerant introduced into a first refrigerant collecting box can flow through the refrigerant tubes into a second refrigerant collecting box of the heat exchanger.
Ein solcher Wärmeübertrager ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung gattungsgemäße Wärmeübertrager noch kompakter bauen zu können, wobei die Wärmeübertrager trotz einer Materialeinsparung weiterhin eine sehr verwindungssteife Baueinheit darstellen können.It is an object of the present invention to be able to build generic heat exchangers even more compactly, wherein the heat exchangers can continue to represent a very torsionally rigid structural unit despite a material saving.
Die Aufgabe der Erfindung wird von einem Wärmeübertrager insbesondere eines Kraftfahrzeuges zum Kühlen eines Kältemittels mit Kältemittelrohren, welche in seitliche Kältemittelsammelkästen des Wärmeübertragers münden, und mit Wellrippen, welche zwischen zwei unmittelbar benachbarte Kältemittelrohre angeordnet sind, gelöst, wobei das Kältemittel in einem einzigen geschlossenen Kältemittelkreislauf zirkulieren kann, und der Wärmeübertrager sich dadurch auszeichnet, dass ein Kältemittelrohr sowohl einen Vorlauf als auch einen Rücklauf für das Kältemittel des Kältemittelkreislaufes aufweist.The object of the invention is achieved by a heat exchanger in particular of a motor vehicle for cooling a refrigerant with refrigerant pipes, which open into lateral refrigerant collecting boxes of the heat exchanger, and with corrugated fins, which are arranged between two immediately adjacent refrigerant tubes, wherein the refrigerant in a single Closed refrigerant circuit can circulate, and the heat exchanger is characterized in that a refrigerant pipe has both a flow and a return for the refrigerant of the refrigerant circuit.
Mit dem Begriff "Wärmeilbertrager" ist jegliche Einrichtung beschrieben, mittels welcher Wärme von einem ersten Medium zu einem weiteren Medium übertragen werden kann, so dass das erste Medium hierbei gekühlt werden kann. Insbesondere werden hierbei Wärmeübertrager von Kraftfahrzeugen erfasst, wie beispielsweise dort eingesetzte Kreuzstromwärmeübertrager, bei welchen ein zu kühlendes Kältemittel als Flüssigkeit durch Kältemittelrohre geleitet wird, die mit Wellrippen in Kontakt stehen, und bei welchen die Wellrippen von Umgebungsluft umströmt werden können, so dass die Wärmeenergie aus dem Kältemittel insbesondere über die Wellrippen in die Umgebungsluft abgeleitet werden kann. Hierbei kreuzt die Strömungsrichtung der Umgebungsluft die Strömungsrichtung beziehungsweise die Strömungsrichtungen des Kältemittels.The term "thermal silver carrier" describes any device by means of which heat can be transferred from a first medium to another medium, so that the first medium can be cooled in this case. In particular, in this case heat exchangers are detected by motor vehicles, such as cross-flow heat exchangers used there, in which a refrigerant to be cooled is passed as liquid through refrigerant pipes, which are in contact with corrugated fins, and in which the corrugated fins can be flowed around by ambient air, so that the heat energy the refrigerant can be discharged in particular via the corrugated fins in the ambient air. Here, the flow direction of the ambient air crosses the flow direction or the flow directions of the refrigerant.
Der Begriff "Kältemittelsammelkästen" beschreibt Einrichtungen des Wärmeübertragers, welche Hohlräume bereitstellen, in welche offene Enden der Kältemittelrohre münden können, so dass Kältemittel durch die Kältemittelrohre hindurch von einem ersten Kältemittelsammelkasten des Wärmeübertragers in einen weiteren Kältemittelsammelkasten des Wärmeübertragers und umgekehrt strömen kann.The term "refrigerant collection boxes" describes means of the heat exchanger that provide cavities into which open ends of the refrigerant tubes may open, so that refrigerant can flow through the refrigerant tubes from a first refrigerant collection box of the heat exchanger into another refrigerant collection box of the heat exchanger and vice versa.
Der Begriff "Wellrippen" bezeichnet vorliegend Einrichtungen, vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Metallblech, wie etwa eine Rippenwelle, die in unmittelbarer Wirkverbindung mit den Kältemittelrohren stehen, so dass in einem Kältemittel enthaltene Wärmeenergie von den Kältemittelrohren besonders gut in die Wellrippen übergehen kann. Die Wellrippen können dann aufgrund ihrer relativ großen zur Verfügung stellenden Oberfläche diese Wärmeenergie besonders gut an die Umgebung abgeben, insbesondere dann, wenn sie von der Umgebungsluft durch- bzw. umströmt werden.The term "corrugated ribs" in the present case means, preferably made of a good heat-conducting metal sheet, such as a rib shaft, which are in direct operative connection with the refrigerant tubes, so that contained in a refrigerant heat energy from the refrigerant tubes can go particularly well into the corrugated fins. The corrugated fins can then because of their relatively large surface providing this Heat energy particularly well to the environment, especially when they are flowed through by the ambient air or.
Insbesondere im Kraftfahrzeugwesen wird hinsichtlich des Kältemittels bevorzugt derzeit R134a eingesetzt, welches in dem geschlossenen Kältemittelkreislauf zirkulieren kann.Particularly in the automotive industry, R134a, which can circulate in the closed refrigerant circuit, is currently preferably used with regard to the refrigerant.
Als Kältemittelrohre können Rohre mit unterschiedlichsten Querschnitten eingesetzt werden. Bevorzugt werden bei einem Wärmeübertrager oftmals jedoch Flachrohre eingesetzt, die besonders gut und großflächig mit Wellrippen eines Wärmeübertragers verbunden werden können.As a refrigerant pipes tubes can be used with different cross-sections. However, in a heat exchanger, preference is often given to using flat tubes which can be connected particularly well and over a large area to corrugated ribs of a heat exchanger.
Erfindungsgemäß hat ein solches Kältemittelrohr hier einen Vorlauf und einen Rücklauf für ein einziges Kältemittel des vorstehend genannten einzigen geschlossenen Kältemittelkreislaufes, so dass das Kältemittel vorzugsweise mit jedem der vorhandenen Kältemittelrohre von einem ersten seitlichen Kältemittelkasten des Wärmeübertragers zu einem zweiten seitlichen Kältemittelkasten des Wärmeübertragers und wieder zurückgeleitet werden kann.Here, according to the present invention, such a refrigerant pipe has a single refrigerant flow and return of the aforementioned single closed refrigerant circuit, so that the refrigerant is preferably returned to a second refrigerant side box of the heat exchanger and back again with each of the existing refrigerant pipes from a first side refrigerant box of the heat exchanger can.
Vorteilhafter Weise wird hierbei das Kältemittel in einem einzigen Kältemittelrohr in zwei entgegen gesetzten Richtungen durch das Kältemittelrohr hindurch geleitet.Advantageously, in this case the refrigerant is passed through the refrigerant pipe in a single refrigerant pipe in two opposite directions.
Dadurch, dass das Kältemittelrohr gleichzeitig sowohl einen Vorlauf als auch einen Rücklauf bildet, gestaltet sich das Kältemittelrohr besonders biegesteif, so dass der Wärmeübertrager insgesamt besonders verwindungssteif sowie besonders fest ausgebildet werden kann.Characterized in that the refrigerant pipe simultaneously forms both a flow and a return, the refrigerant pipe is particularly resistant to bending, so that the heat exchanger can be designed to be particularly torsionally rigid and particularly solid.
Zwar existieren bereits Wärmetauscher, bei denen ein Innenrohr mit einem kleinen Durchmesser in einem Außenrohr mit einem größeren Durchmesser angeordnet ist Jedoch sind das Innenrohr und das Außenrohr hierbei etwa als Kältemittelrohre an unterschiedliche Kreisläufe angeschlossen, wobei beispielsweise ein erstes Fluid eines ersten Kühlkreislaufes ein zweites Fluid eines zweiten Kühlkreislaufes beim gegenläufigen Durchströmen der Kältemittelrohre kühlen kann.Although there already exist heat exchangers in which an inner tube with a small diameter is arranged in an outer tube with a larger diameter, however, the inner tube and the outer tube are in this case approximately as a refrigerant tubes connected to different circuits, for example, a first fluid of a first cooling circuit can cool a second fluid of a second cooling circuit in the countercurrent flow through the refrigerant tubes.
Derartige Wärmetauscher sind vorliegend jedoch nicht gemeint, da diese hinsichtlich des Innenrohrs und des Außenrohrs zwei voneinander getrennte geschlossene Kreisläufe aufweisen und somit auf Grund der zwei erforderlichen geschlossenen Kühlkreisläufe zudem besonders aufwändig und groß bauen.However, such heat exchangers are not meant in the present case, since they have two separate closed circuits with respect to the inner tube and the outer tube, and therefore, because of the two required closed cooling circuits, they are also particularly complex and large.
Demgegenüber stellt das der Erfindung zu Grunde liegende Kältemittelrohr einen Vorlauf und einen Rücklauf für einen einzigen Kältemittelkreislauf bereit, in welchem das Kältemittel zwischen zwei Kältemittelsammelkästen vorteilhaft vor und zurück strömen kann.In contrast, the refrigerant pipe according to the invention provides a flow and a return for a single refrigerant circuit, in which the refrigerant between two refrigerant collecting boxes can advantageously flow back and forth.
Insbesondere kann durch eine derart einfache Konstruktion eine wesentliche Gewichtsreduzierung des Wärmeübertragers erzielt werden, da mittels des derart konstruierten Kältemittelrohres erhebliche Materialeinsparpotentiale hinsichtlich des Wärmeübertragers vorliegen. Dies führt insbesondere bei Wärmeübertragern aus Aluminium auch zu einer erheblichen Kostenreduzierung.In particular, can be achieved by such a simple construction, a significant reduction in weight of the heat exchanger, since by means of the refrigerant pipe constructed in this way considerable material savings potentials are present with respect to the heat exchanger. This leads in particular to heat exchangers made of aluminum also to a significant cost reduction.
Es versteht sich, dass die vorliegenden Kältemittelrohre mit dem Vorlauf und dem Rücklauf für das einzige Kältemittel, welches durch das Kältemittelrohr geleitet wird, mit bekannten Verbindungsverfahren, wie beispielsweise einem Lötverfahren oder einem Klebeverfahren, insbesondere mit den Kältemittelsammelkästen dicht zusammengefügt werden können.It is understood that the present refrigerant pipes having the flow and return for the single refrigerant passed through the refrigerant pipe can be tightly joined by known joining methods such as a soldering method or a sticking method, particularly to the refrigerant collecting boxes.
Vorteilhafter Weise kann das Kältemittelrohr mit seinem Vorlauf und seinem Rücklauf und diesbezügliche Kältemittelrohrkanäle in einem Extrusionverfahren hergestellt werden, so dass das Bereitstellen der Kältemittelrohre kostengünstig erfolgen kann. Es versteht sich, dass die Kältemittelrohre jedoch auch aus mehreren Bauteilkomponenten zusammengesetzt werden können. Beispielsweise ist ein geschweißtes Rohr in ein extrudiertes Flachrohr eingesetzt, so dass die Kältemittelrohre erfindungsgemäß einen Vorlauf und einen Rücklauf für ein gemeinsames Kältemittel bilden können.Advantageously, the refrigerant pipe with its flow and its return and related refrigerant pipe channels in an extrusion process be prepared, so that the provision of the refrigerant tubes can be done inexpensively. It is understood, however, that the refrigerant tubes can also be composed of several component components. For example, a welded tube is inserted into an extruded flat tube, so that the refrigerant tubes according to the invention can form a flow and a return for a common refrigerant.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass der Vorlauf mehr als einen Kältemittelkanal, vorzugsweise mehrere Kältemittelaußenkanäle des Kältemittelrohres, aufweist. Bildet der Vorlauf mehr als einen Kältemittelkanal beispielsweise in einer Wandung des Kältemittelrohres, kann in dem Kältemittel vorhandene Wärmeenergie besonders gut in die Wandung des Kältemittelrohres und damit auch besonders gut in die Wellrippen des Wärmeübertragers abgeleitet werden. Vorzugsweise sind hierzu mehrere Kältemittelaußenkanäle in der Wandung des Kältemittelrohres vorgesehen.A preferred embodiment provides that the flow has more than one refrigerant passage, preferably a plurality of refrigerant outer passages of the refrigerant pipe. Forms the flow more than a refrigerant channel, for example, in a wall of the refrigerant pipe, can be derived in the refrigerant heat energy particularly well in the wall of the refrigerant pipe and thus also particularly well in the corrugated fins of the heat exchanger. Preferably, a plurality of refrigerant outer channels are provided in the wall of the refrigerant pipe for this purpose.
Weist der Vorlauf insbesondere mehrere Kältemittelaußenkanäle auf, ist es vorteilhaft, wenn der Rücklauf einen Kältemittelkanal, vorzugsweise einen Kältemittelinnenkanal des Kältemittelrohres aufweist. Hierdurch ist es möglich, dass bereits herunter gekühlte Kältemittel vorteilhaft im Zentrum des Kältemittelrohres wieder zurückzuführen.Does the flow in particular a plurality of refrigerant outer channels, it is advantageous if the return has a refrigerant passage, preferably a refrigerant inner passage of the refrigerant pipe. This makes it possible that already cooled down refrigerant advantageous to return in the center of the refrigerant pipe again.
In diesem Zusammenhang sieht eine vorteilhafte Ausführungsvariante vor, dass die Kältemittelaußenkanäle des Kältemittelrohres und der Kältemittelinnenkanal des Kältemittelrohres in einem gemeinsamen Kältemittelkreislauf angeordnet sind.In this context, an advantageous embodiment provides that the refrigerant outer channels of the refrigerant tube and the refrigerant inner channel of the refrigerant tube are arranged in a common refrigerant circuit.
Besonders kompakt und verwindungssteif baut das Kältemittelrohr, wenn der Vorlauf beziehungsweise die Kältemittelaußenkanäle des Kältemittelrohres und der Rücklauf beziehungsweise der Kältemittelinnenkanal des Kältemittelrohres ein gemeinsames Gehäuse aufweisen.The refrigerant tube is particularly compact and torsionally rigid when the flow or the refrigerant outer channels of the refrigerant tube and the return or the refrigerant inner channel of the refrigerant tube have a common housing.
Sind der Vorlauf beziehungsweise die Kältemittelaußenkanäle des Kältemittelrohres in einer Wandung des Rücklaufes beziehungsweise des Kältemittelinnenkanales des Kältemittelrohres angeordnet, weist das Kältemittelrohr einen besonders einfachen und effektiven Aufbau auf.Are the flow or the refrigerant outer channels of the refrigerant pipe disposed in a wall of the return or the refrigerant inner channel of the refrigerant pipe, the refrigerant pipe has a particularly simple and effective structure.
Der Aufbau des Wärmeübertragers kann weiter vereinfacht werden, wenn lediglich einer der Kältemittelsammelkästen einen Kältemitteleinlauf und einen Kältemittelablauf aufweist, mittels welchen der Wärmeübertrager an weiteren Käftemittelkreislaufkomponenten anschließbar ist.The structure of the heat exchanger can be further simplified if only one of the refrigerant collecting boxes has a refrigerant inlet and a refrigerant outlet, by means of which the heat exchanger can be connected to further Kaftemittelkreislaufkomponenten.
Solche weitere Kältemittelkreislaufkomponenten können beispielsweise externe Kältemittelleitungsstränge zu einer Brennkraftmaschine beziehungsweise von einer Brennkraftmaschine sein.Such additional refrigerant circuit components may be, for example, external refrigerant line strands to an internal combustion engine or from an internal combustion engine.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn ein erster der Kältemittelsammelkästen einen Anschlusssammelkasten bildet, mittels welchem der Wärmeübertrager an die weiteren Kältemittelkreislaufkomponenten anschließbar ist. Vorzugsweise weist nur der Anschlusssammelkasten den Kältemitteleinlauf und den Kältemittelablauf auf. So kann das Gewicht des Wärmeübertragers weiter reduziert werden.In this context, it is advantageous if a first of the refrigerant collecting boxes forms a terminal collecting box, by means of which the heat exchanger can be connected to the further refrigerant circuit components. Preferably, only the terminal collecting box has the refrigerant inlet and the refrigerant outlet. Thus, the weight of the heat exchanger can be further reduced.
Um das Kältemittel innerhalb des Wärmeübertragers gut umlenken zu können, ist es vorteilhaft, wenn ein zweiter der Kältemittelsammelkästen einen Umlenksammelkasten bildet, mittels welchem das Kältemittel innerhalb des Umlenksammelkastens von dem Vorlauf des Kältemittelrohres in den Rücklauf des Kältemittelrohres umlenkbar ist.In order to redirect the refrigerant well within the heat exchanger, it is advantageous if a second of the refrigerant collecting boxes forms a Umlenksammelkasten by means of which the refrigerant is deflected within the Umlenksammelkastens of the flow of the refrigerant pipe in the return of the refrigerant pipe.
Ein problemloses Trennen des Vorlaufes und des Rücklaufes des Kältemittelrohres im Bereich der Kältemittelsammelkästen des Wärmeübertragers kann konstruktiv einfach erzielt werden, wenn ein Kältemittelsammelkasten einen inneren Sammelkasten und einen äußeren Sammelkasten aufweist. Beispielsweise münden hierbei die Kältemittelaußenkanäle des Kältemittelrohres in die äußeren Sammelkästen der Kältemittelsammelkästen und der Kältemittelinnenkanal in die inneren Sammelkästen der Kältemittelsammelkästen des Wärmeübertragers.A problem-free separation of the flow and the return of the refrigerant pipe in the area of the refrigerant collection boxes of the heat exchanger can be structurally easily achieved when a refrigerant collection box having an inner header and an outer header. For example, in this case, the refrigerant outer channels of the refrigerant pipe open into the outer header boxes of the refrigerant collecting boxes and the refrigerant inner channel into the inner header boxes of the refrigerant collecting boxes of the heat exchanger.
Damit beispielsweise der Rücklauf bis in die inneren Sammelkästen der Kältemittelsammelkästen reichen kann, ist es vorteilhaft, wenn der Rücklauf länger ausgebildet ist als der Vorlauf.Thus, for example, the return can extend into the inner manifolds of the refrigerant collection boxes, it is advantageous if the return is designed to be longer than the flow.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn der Rücklauf des Kältemittelrohres beabstandet von einem Kühlmedium zum Kühlen des Kältemittels angeordnet ist. So ist gewährleistet, dass der Vorlauf und damit auch das noch warme Kältemittel vorteilhaft mit dem Kühlmedium in Kontakt treten können.It is also advantageous if the return flow of the refrigerant pipe is arranged at a distance from a cooling medium for cooling the refrigerant. This ensures that the flow and thus also the still warm refrigerant can advantageously come into contact with the cooling medium.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einem Verfahren zum Kühlen eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf gelöst, bei welchem das Kältemittel aus einem ersten Zirkulationsleitungsstrang in eine Einlaufsammelkammer eines Anschlusssammelkasten eines Wärmeübertragers einläuft, das Kältemittel von dort aus in einen Vorlauf eines Kältemittelrohres des Wärmeübertragers einströmt, das Kältemittel während des Durchströmens des Vorlaufes des Kältemittelrohres Wärmeenergie vorzugsweise über Wellrippen des Wärmeübertragers an die Umgebung abgibt, das Kältemittel weiter in eine erste Sammelkammer eines Umlenksammelkasten des Wärmeübertragers gelangt, das Kältemittel über eine Verbindungsöffnung von der ersten Sammelkammer in eine zweite Sammelkammer des Umlenksammelkastens und von dort in einen Rücklauf des Kältemittelrohres strömt, das Kältemittel durch den Rücklauf hindurch in eine Ablaufsammelkammer des Anschlusssammelkastens geleitet wird, und anschließend das Kältemittel aus dem Anschlusssammelkasten in einen weiteren Zirkulationsleitungsstrang des Kältemittelkreislaufes eingeleitet wird.The object of the invention is also achieved by a method for cooling a refrigerant in a refrigerant circuit, in which the refrigerant from a first circulation line strand enters an inlet collecting chamber of a connection box of a heat exchanger, the refrigerant flows from there into a flow of a refrigerant pipe of the heat exchanger, the During the passage of the flow line of the refrigerant pipe, the refrigerant preferably releases heat energy to the environment via corrugations of the heat exchanger, the refrigerant passes into a first header chamber of a heat exchanger, and the refrigerant flows from the first header chamber to a second header chamber of the header box and from there through a connection port flows in a return line of the refrigerant pipe, the refrigerant is passed through the return passage into a drain collecting chamber of the terminal collecting box, and then ßend the refrigerant from the terminal box is introduced into a further circulation line of the refrigerant circuit.
Mittels einer derartigen Verfahrensweise kann beispielsweise ein Kältemittel auf engstem Raum besonders effektiv in einem Wärmeübertrager des Kraftfahrzeuges geleitet und gekühlt werden.By means of such a procedure, for example, a refrigerant can be directed and cooled in a confined space particularly effective in a heat exchanger of the motor vehicle.
Hierbei werden die erste Sammelkammer des Umlenksammelkastens beispielsweise von einem äußeren Umlenksammelkasten des Umlenksammelkastens und die zweite Sammelkammer von einem inneren Umlenksammelkasten des Umlenksammelkastens gebildet.Here, the first collecting chamber of the Umlenksammelkastens be formed for example by an outer Umlenksammelkasten the Umlenkksammelkastens and the second collection chamber of an inner Umlenksammelkasten the Umlenkksammelkastens.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft ein Wärmeübertrager mit Kältemittelrohren, welche jeweils einen Vorlauf und einen Rücklauf für ein gemeinsames Kältemittel eines geschlossenen Kältemittelkreislaufes umfassen, dargestellt ist.Further advantages, objects and features of the present invention will be explained with reference to the appended drawing, in which an example of a heat exchanger with refrigerant tubes, each comprising a flow and a return for a common refrigerant of a closed refrigerant circuit, is shown.
Es zeigt
Figur 1- schematisch eine Ansicht eines Wärmeübertragers mit Kältemittelrohren, welche einen Vorlauf und einen Rücklauf für ein gemeinsames Kältemittel aufweisen, zwischen zwei Kältemittelsammelkästen,
Figur 2- schematisch einen Querschnitt im Bereich eines der beiden Kältemittelsammelkästen mit einem inneren Sammelkasten und einem äußeren Sammelkasten des Wärmeübertragers,
Figur 3- schematisch einen weiteren Querschnitt eines weiteren Kältemittelsammelkastens des Wärmeübertragers mit eingezeichneten Strömungsrichtungen des Kältemittels,
Figur 4- schematisch einen Querschnitt eines der Kältemittelrohre des Wärmeübertragers,
- Figur 5
- schematisch eine geschnittene Ansicht eines Einlaufbereiches für Kältemittel an dem Wärmeübertrager, und
Figur 6- schematisch eine geschnittene Ansicht eines Ablaufbereiches für Kältemittel an dem Wärmeübertrager.
- FIG. 1
- 2 schematically shows a view of a heat exchanger with refrigerant tubes, which have a feed and a return for a common refrigerant, between two refrigerant collecting boxes,
- FIG. 2
- FIG. 2 schematically shows a cross section in the region of one of the two refrigerant collecting boxes with an inner collecting box and an outer collecting box of the heat exchanger, FIG.
- FIG. 3
- 2 schematically shows a further cross section of a further refrigerant collecting box of the heat exchanger with drawn flow directions of the refrigerant,
- FIG. 4
- schematically a cross section of one of the refrigerant tubes of the heat exchanger,
- FIG. 5
- schematically a sectional view of an inlet region for refrigerant to the heat exchanger, and
- FIG. 6
- schematically a sectional view of a drain area for refrigerant to the heat exchanger.
Der in der
In diesem Ausführungsbeispiel verlaufen die Kältemittelrohre 3 und die Wellrippen 4 in etwa horizontal zwischen einem erstem Käitemittelsammelkasten 5 und einem zweiten Kältemittelsammelkasten 6 des Wärmeübertragers 1. Der erste Kältemittelsammelkasten 5 des Wärmeübertragers 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Anschlusssammelkasten 7, mittels welchem der Wärmeübertrager 1 an weiteren hier nicht dargestellten Kältemittelkreislaufkomponenten eines ebenfalls hier nicht näher gezeigten einzigen Kältemittelkreislaufes angeschlossen werden kann.In this exemplary embodiment, the
Der Anschlusssammelkasten 7 verfügt hierzu über einen Einlauf 8 und einen Ablauf 9. Der Einlauf 8 ist an einer Einlaufsammelkammer 10 des Anschlusssammelkastens 7 angeschlossen und der Ablauf 9 ist dementsprechend an einer Ablaufsammelkammer 11 des Anschlusssammelkastens 7 angeschlossen. Hierbei stellt die Einlaufsammelkammer 10 einen äußeren Sammelkasten 12 (siehe
Im Gegensatz zu dem ersten Kältemittelsammelkasten 5 bildet der zweite Kältemittelsammelkasten 6 keinen Anschlusssammelkasten 7, sondern einen Umlenksammelkasten 14, mittels welchem das Kältemittel 2 innerhalb des Wärmeübertragers 1 umgelenkt werden kann.In contrast to the first refrigerant collecting box 5, the second
Hierzu weist der Umlenksammelkasten 14 einen inneren Umlenksammelkasten 15 und einen äußeren Umlenksammelkasten 16 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel in einem unteren Bereich 17 des Wärmeübertragers 1 mittels einer Verbindungsöffnung 18 räumlich direkt miteinander verbunden sind. Über diese Verbindungsöffnung 18 kann ein Austausch des Kältemittels 2 zwischen dem inneren Umlenksammelkasten 15 und dem äußeren Umlenksammelkasten 16 unmittelbar stattfinden.For this purpose, the
Erfindungsgemäß weisen die Kältemittelrohre 3 des Wärmeübertragers 1 sowohl einen Vorlauf 19 als auch einen Rücklauf 20 auf.According to the invention, the
Hierdurch gelingt es, dass das Kältemittel 2 folgenden vorteilhaften Strömungsweg durch den Wärmeübertrager 1 nehmen kann.This makes it possible for the refrigerant 2 to take the following advantageous flow path through the
Das Kältemittel 2 strömt über den Einlauf 8 in die Einlaufsammelkammer 10 des ersten Kältemittelsammelkastens 5 ein. Aus der Einlaufsammelkammer 10 strömt das Kältemittel 2 weiter in die jeweiligen Vorläufe 19 der Kältemittelrohre 3 des Wärmeübertragers 1. Hierbei durchströmt das Kältemittel 2 jedes der vorhandenen Kältemittelrohre 3 gemäß einer Vorlaufströmungsrichtung 21, so dass aus dem Kältemittel 2 über die Kältemittelrohre 3 und die daran angeschlossenen Kältemittelrippen 4 Wärmeenergie an die Umgebung 22 abgeben kann.The refrigerant 2 flows via the
Aus den jeweiligen Vorläufen 19 der Kältemittelrohre 3 gelangt das Kältemittel 2 zu dem zweiten Kältemittelsammelkasten 6 des Wärmeübertragers 1, wo es in den äußeren Umlenksammelkasten 16 des Umlenksammelkastens 14 einläuft und über die Verbindungsöffnung 18 in die innere Umlenksammelkammer 15 des Umlenksammelkastens 14 einströmt, dort aufsteigt und in die Rückläufe 20 der Kältemittelrohre 3 einströmt. Hierbei durchströmt das Kältemittel 2 die Kältemittelrohre 3 ein zweites Mal, und zwar entgegen gesetzt der Vorlaufströmungsrichtung 21, in Rücklaufströmungsrichtung 23, bis das Kältemittel 2 in die Ablaufsammelkammer 11 des ersten Kältemittelsammelkastens 5 einläuft und von dort über den Ablauf 9 wieder in den hier nicht weiter dargestellten Kältemittelkreislauf eingespeist wird.From the
Nach der
Die Kältemittelrohre 3 können vorliegend mit den bekannten Fügeverfahren mit den Kältemittelsammelkästen 5 und 6 verbunden werden. An einer den Kältemittelrohren 3 abgewandten Seite 24 des Anschlusssammelkastens 7 erkennt man noch einen Teil des Einlaufes 8, in welchem ein Befestigungsmittel 25 eingeschraubt ist, mittels welchem der Wärmeübertrager 1 an eine entsprechende Halteeinrichtung (hier nicht gezeigt) befestigt werden kann.In the present case, the
Nach der Darstellung der
Das exemplarisch in der
Nach der Darstellung der weiteren
Sowohl die Einlaufsammelkammer 10 als auch die Ablaufsammelkammer 11 des Anschlusssammelkastens 7 sind im Bereich oberhalb des Einlaufes 8 mittels eines oberen Verschlusses 33 axial verschlossen. Dementsprechend sind die Einlaufsammelkammer 10 und die Ablaufsammelkammer 11 unterhalb des Ablaufes 9 mittels eines unteren Verschlusses 34 axial verschlossen.Both the
Nach der Darstellung der
- 11
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 22
- Kältemittelrefrigerant
- 33
- KältemittelrohreRefrigerant pipes
- 44
- Wellrippencorrugated fins
- 55
- erster Kältemittelsammelkastenfirst refrigerant collecting box
- 66
- zweiter Kältemittelsammelkastensecond refrigerant collection box
- 77
- AnschlusssammelkastenConnection collection box
- 88th
- Einlaufenema
- 99
- Ablaufprocedure
- 1010
- EinlaufsammelkammerInlet plenum
- 1111
- AblaufsammelkammerOutlet collection chamber
- 1212
- äußerer Sammelkastenouter collection box
- 1313
- innerer Sammelkasteninner collection box
- 1414
- UmlenksammelkastenUmlenksammelkasten
- 1515
- innerer Umlenksammelkasteninner diverting box
- 1616
- äußerer Umlenksammelkastenouter diverter box
- 1717
- unterer Bereichlower area
- 1818
- Verbindungsöffnungconnecting opening
- 1919
- Vorlaufleader
- 2020
- Rücklaufreturns
- 2121
- VorlaufströmungsrichtungForward flow direction
- 2222
- UmgebungSurroundings
- 2323
- RücklaufströmungsrichtungReverse flow direction
- 2424
- abgewandte Seiteopposite side
- 2525
- Befestigungsmittelfastener
- 2626
- Gehäusecasing
- 2727
- KältemittelaußenkanäleRefrigerant outer channels
- 2828
- KältemittelinnenkanalRefrigerant inner channel
- 2929
- Wandungwall
- 3030
- Trennstegedividers
- 3131
- offene Enden der Kältemittelaußenkanäleopen ends of the refrigerant outer channels
- 3232
- offenes Ende des Kältemittelinnenkanalsopen end of the refrigerant channel
- 3333
- oberer Verschlussupper closure
- 3434
- unterer Verschlusslower closure
- 3535
- weitere Befestigungsmittelfurther fasteners
Claims (12)
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EP08290685A EP2144029A1 (en) | 2008-07-11 | 2008-07-11 | Heat transfer unit, in particular that of a motor vehicle, for cooling a cooling agent and method for cooling a cooling agent |
Applications Claiming Priority (1)
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