EP3620727A1 - Kondensator mit einlegeteil für eine klimaanlage, insbesondere für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Kondensator mit einlegeteil für eine klimaanlage, insbesondere für ein kraftfahrzeug Download PDF

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EP3620727A1
EP3620727A1 EP18192976.1A EP18192976A EP3620727A1 EP 3620727 A1 EP3620727 A1 EP 3620727A1 EP 18192976 A EP18192976 A EP 18192976A EP 3620727 A1 EP3620727 A1 EP 3620727A1
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EP
European Patent Office
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condenser
heat exchanger
refrigerant
insert
exchanger channels
Prior art date
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Pending
Application number
EP18192976.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Condro SEKTI
Michael GENGER
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.)
Valeo Klimasysteme GmbH
Original Assignee
Valeo Klimasysteme GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Klimasysteme GmbH filed Critical Valeo Klimasysteme GmbH
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Priority to CN201980068214.3A priority patent/CN113167515A/zh
Priority to PCT/EP2019/073139 priority patent/WO2020048870A1/en
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    • F28D2021/0084—Condensers

Definitions

  • the invention relates to a condenser with a first and a second manifold, a plurality of heat exchanger channels arranged one above the other, which extend between the two manifolds, an inlet for essentially gaseous refrigerant, which is arranged on one of the two manifolds, and an outlet for essentially liquid Refrigerant, which is arranged on one of the two header tubes, one of the two header tubes being provided with an insert.
  • Such a condenser is part of a refrigerant circuit as used for a vehicle air conditioning system.
  • air conditioning systems are also known for motor vehicles under the name HVAC.
  • the essential components of such an air conditioning system are a compressor, the condenser and an evaporator.
  • the function of the condenser is to extract heat from the gaseous refrigerant so that it condenses.
  • the refrigerant is passed through the heat exchanger channels, which are surrounded by ambient air on the outside.
  • the inlet and the outlet for the refrigerant are usually arranged at a distance from one another.
  • the refrigerant inlet is on one of the manifolds and the refrigerant outlet is on the other manifold.
  • the inlet and the outlet are on the same manifold, the inlet is usually located at one end, while the outlet is at the other end (e.g. up and down).
  • a condenser of the type mentioned in which one of the manifolds is provided with an insert which defines a flow channel.
  • the flow channel is connected at one end to the refrigerant inlet and at the other end by means of an overflow opening to the interior of the header.
  • additional line which is achieved in this way, increases the flexibility when connecting the condenser to a refrigerant line without increasing the installation space requirement.
  • the object of the present invention is to improve the flow conditions in the condenser.
  • the condenser according to the invention for an air conditioning system in particular for a motor vehicle, comprises a first and a second manifold as well as a plurality of heat exchanger channels arranged one above the other, which extend between the two manifolds.
  • the condenser further comprises an inlet for essentially gaseous refrigerant, which is arranged on one of the two manifolds, and an outlet for essentially liquid refrigerant, which is arranged on one of the two manifolds.
  • One of the two manifolds is equipped with an insert. The insert defines a flow pattern in the header pipe, which distributes the refrigerant over a large number of the heat exchanger channels.
  • the externally arranged additional line (“jumper line”) or the flow channel additionally created by means of an insert part ensures that the refrigerant is directed to a specific point in a collecting pipe and on the Way there does not enter adjacent heat exchanger channels in order in this way to specify a specific flow of the refrigerant through different groups of heat exchanger channels in the condenser.
  • an insert which defines a flow pattern in the header pipe, which causes the refrigerant to be distributed over a large number of heat exchanger channels. So no additional flow path should be created, but a targeted - ideally as even as possible - distribution of the refrigerant over a large number of heat exchanger channels is created.
  • a targeted distribution of the refrigerant within a header pipe of the condenser is important, since a large number of heat exchanger channels arranged one above the other typically results in the case that less refrigerant flows through some of the heat exchanger channels than through others.
  • the flow is less than in those closer to the refrigerant inlet.
  • This disadvantageous flow behavior is avoided in the condenser according to the invention. Thanks to the insert part provided according to the invention, which ensures a targeted distribution of the refrigerant over the large number of heat exchanger channels, a similar flow can be achieved through all of these channels.
  • the invention is particularly suitable for condensers in which only a single change of flow direction of the refrigerant is provided.
  • the refrigerant flows through a first group of heat exchanger channels from the first into the second header and then through a second group of heat exchanger channels from the second into the first header.
  • the insert supports the distribution of the refrigerant to one of the heat exchanger channel groups.
  • an insert can also be arranged in the other collecting tube, in order to include the Support distribution of the refrigerant to the other heat exchanger channel group.
  • the insert part provided according to the invention preferably has a plurality of geometric structures which influence the flow of the refrigerant in the header in the desired manner.
  • Such structures can e.g. B. certain obstacles, openings, guide or guide sections, etc.
  • the insert has a first side wall facing the heat exchanger channels, in which a plurality of outlet openings are formed.
  • the outlet openings ensure that only a certain amount of the refrigerant reaches the adjacent heat exchanger channels at predetermined points, while the remaining portion of the refrigerant is supplied to other heat exchanger channels.
  • the outlet openings are preferably elongated, the longitudinal extension of the outlet openings running in the direction of the arrangement of the heat exchanger channels one above the other. It has been shown that such a shape of the outlet openings is advantageous for a uniform distribution of the refrigerant.
  • the outlet openings preferably have a length in the range from 5 mm to 15 mm, preferably 10 mm, and a width in the range from 1 mm to 10 mm, preferably 5 mm.
  • the insert preferably has a second side wall facing away from the heat exchanger channels, which is interrupted by a recess.
  • An open section is preferably formed between an upper end of the first side wall and an upper edge of the recess provided in the second side wall.
  • the open section preferably has a length in the range from 30 mm to 70 mm, preferably 50 mm, and a width in the range from 5 mm to 20 mm, preferably 12.5 mm.
  • the insert part has an inclined transition section which extends from a lower edge of the recess provided in the second side wall in the direction of the heat exchanger channels and merges into the first side wall.
  • the transition section forms an inclined guide surface for the refrigerant, which slows down the flow only insignificantly.
  • an oil separation opening can be formed, through which at least a substantial part of the oil, which is transported into the condenser with the gaseous refrigerant, can be separated immediately and can thus be led to another location in the condenser so that it is the condenser again as quickly as possible leaves.
  • the oil separation opening preferably has a surface area in the range from 0.75 mm 2 to 9 mm 2 , preferably 5 mm 2 to 7.5 mm 2 .
  • the invention is particularly suitable for condensers in which two groups of heat exchanger channels are provided, the refrigerant flowing from the first header pipe through a first heat exchanger channel group in the direction of the second header pipe and through a second heat exchanger channel group in the opposite direction.
  • the two groups more precisely the access areas in the respective header pipe to the inlet openings of the two heat exchanger channel groups, must be separated from one another, for which purpose a simple partition plate is usually used.
  • the inlet openings of the plurality of heat exchanger channels, over which the refrigerant is distributed through the insert part are arranged in a region which differs from a lower end of the header extends up to the divider in the header.
  • the insert has an elongated shape and extends from the lower end of the collecting pipe to the separating plate in the collecting pipe.
  • the insert can be firmly connected to a cover, e.g. B. by clinching.
  • the cover can in turn be tightly connected to the manifold, e.g. B. by soldering.
  • a complete, externally sealed refrigerant distributor with the functionality according to the invention can be produced from a few components.
  • FIG. 1 A condenser 10 is shown, which is part of a refrigerant circuit of a motor vehicle air conditioning system.
  • the condenser 10 has a first header pipe 12, a second header pipe 14 and a plurality of heat exchanger channels 16 arranged one above the other, each of which extends between the first and the second header pipes 12, 14.
  • a dryer bottle 18 is attached to the second collecting pipe 14.
  • the first header pipe 12 is here provided with an inlet 20, through which refrigerant is supplied to the condenser 10 in the gaseous state.
  • An outlet 22 is also attached to the first header pipe 12 through which the refrigerant is discharged in the (at least for the most part) liquid state.
  • arrows A and B show the flow paths of the refrigerant through the condenser 10. It can be seen that the refrigerant not only enters the heat exchanger channels 16 at the level of the refrigerant inlet 20, but is also distributed over a large area to a large number of heat exchanger channels 16. In the exemplary embodiment shown, this area extends from the lower end of the first header pipe 12 up to a separating plate 24.
  • the insert 26 has an elongated shape.
  • the insert part 26 extends from the lower end of the collecting tube 12 to the separating plate 24. More precisely, the lower end of the insert part 26 is arranged just below the refrigerant inlet 20, while the upper end is located at approximately three quarters of the height of the condenser 10.
  • the insert 26 has and a first side wall 28 facing away from the refrigerant inlet 20 and facing the heat exchanger channels 16 and a second side wall 30 facing the refrigerant inlet 20 and facing away from the heat exchanger channels 16.
  • Two edges 32, 34 rise from the longitudinal edges of the second side wall 30 in the direction of the heat exchanger channels 16.
  • the second side wall 30 is recessed over a larger area. In the exemplary embodiment shown, this recess 36 extends from the height of the refrigerant inlet 20 to approximately one third of the height of the condenser 10.
  • An inclined transition section 38 extends from the lower edge of the recess 36, that is to say approximately at the level of the refrigerant inlet 20, in the direction of the heat exchanger channels 16.
  • the transition section 38 merges into the first side wall 28, which runs parallel to the second side wall 30.
  • first side wall 28 extends only to a height which is less than the height of the upper edge of the recess 36.
  • An open section 40 thus remains between the upper end of the first side wall 28 and the upper edge of the recess 36.
  • the open section In the illustrated embodiment, 40 has a width of approximately 12.5 mm and a height (in the longitudinal direction of the insert 26) of approximately 50 mm.
  • a plurality of elongated outlet openings 42 arranged one above the other are formed in the first side wall 28.
  • the outlet openings 42 have a width of approximately 5 mm and a height (in the longitudinal direction of the insert 26) of approximately 10 mm.
  • transition section 38 there is only a small oil separation opening 44. This has an area of the order of about 5 mm 2 to 7.5 mm 2 .
  • the refrigerant to be condensed is supplied to the condenser 10 via the refrigerant inlet 20 in a (substantially) gaseous state. Oil carried by the gas collects at the transition section 38 and is discharged downward through the oil separation opening 44 due to the prevailing pressure conditions.
  • the gaseous refrigerant is largely directed upward from the insert 26, with a certain portion of the refrigerant in the lower section of the header tube 12 which is actually blocked by the first side wall 28 through the elongated outlet openings 42 from the insert 26 and into the lower heat exchanger channels 16 can occur.
  • the gaseous refrigerant can freely enter the upper heat exchanger channels 16 below the separating plate 24.
  • the insert 26 with the elongated outlet openings 42 in the first side wall 28, the interrupted second side wall 30 and the open section 40 results in a largely homogeneous distribution of the refrigerant over the plurality of heat exchanger channels 16 up to the separating plate 24. Because of the uniform distribution of the refrigerant on the plurality of heat exchanger channels 16, the pressure loss of the refrigerant in the condenser 10 is minimized.
  • the gaseous refrigerant flows in the direction of arrow A and is cooled in the process.
  • the second header pipe 14 it flows into the dryer bottle 18 and upwards in order to return in a region of the condenser 10 defined above the separating plate 24 through the heat exchanger channels 16 there in the direction of arrow B back to the first header pipe 12 and thus to the refrigerant outlet 22 to pour.
  • the coolant As the refrigerant cools, the proportion of the liquid phase increases. In the area of the refrigerant outlet 22, the coolant is (at least almost) completely liquid.
  • the oil contained in the gaseous refrigerant which is discharged downward through the oil separating opening 44, is carried along by the liquid refrigerant and reintroduced into the refrigerant circuit via the refrigerant outlet 22.
  • the main advantage of the flow behavior of the refrigerant in the collecting tube 12 achieved with the insert part 26 is that the gaseous refrigerant can be distributed very evenly over a large number of heat exchanger channels 16 without any external add-on parts and without changing the installation space required for the condenser 10.
  • the starting point is a blank in the form of a rectangular sheet metal blank.
  • the wall thickness of the sheet can be of the order of 0.5 mm.
  • basically the same material can be used that is also used for the manifold 12 and the other components of the capacitor 10.
  • the openings which later form the open section 40, the elongated outlet openings 42 and the oil separation opening 44, are then punched at the two narrow ends of the blank facing away from one another.
  • the insert 26 is then attached to a cover 46, as in FIG Figure 4 shown.
  • the cover 46 is elongated and curved in cross section.
  • the insert 26 is connected to the cover 46 such that a flow channel is formed between the concave side of the cover 46 and the first side wall 28 of the insert 26.
  • the flow channel is not closed on the side facing the heat exchanger channels 16 due to the elongated outlet openings 42.
  • the cover 46 additionally has a lower section 48, in which the refrigerant inlet 20 is located.
  • the cover can have an upper section in which the refrigerant outlet 22 is located.
  • the insert 26 and the cover 46 can be clipped together.
  • the cover 46 is attached to the manifold 12.
  • the collector tube 12 is provided on its side facing away from the cover 46 with a large number of inlet openings which open into the heat exchanger channels 16.
  • the cover 46 and the manifold 12 are preferably soldered together.

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Abstract

Ein Kondensator (10) für eine Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfasst ein erstes und ein zweites Sammelrohr (12, 14) sowie mehrere übereinander angeordnete Wärmetauscherkanäle (16), die sich zwischen den beiden Sammelrohren (12, 14) erstrecken. Der Kondensator (10) umfasst ferner einen Einlass (20) für im Wesentlichen gasförmiges Kältemittel, der an einem der beiden Sammelrohre (12, 14) angeordnet ist, und einen Auslass (22) für im Wesentlichen flüssiges Kältemittel, der an einem der beiden Sammelrohre (12, 14) angeordnet ist. Eines der beiden Sammelrohre (12, 14) ist mit einem Einlegeteil (26) versehen. Das Einlegeteil (26) definiert einen Strömungsverlauf in dem Sammelrohr (12), der eine Verteilung des Kältemittels auf eine Vielzahl der Wärmetauscherkanäle (16) bewirkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kondensator mit einem ersten und einem zweiten Sammelrohr, mehreren übereinander angeordneten Wärmetauscherkanälen, die sich zwischen den beiden Sammelrohren erstrecken, einem Einlass für im Wesentlichen gasförmiges Kältemittel, der an einem der beiden Sammelrohre angeordnet ist, und einem Auslass für im Wesentlichen flüssiges Kältemittel, der an einem der beiden Sammelrohre angeordnet ist, wobei eines der beiden Sammelrohre mit einem Einlegeteil versehen ist.
  • Ein solcher Kondensator ist Teil eines Kältemittelkreislaufs, wie er für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet wird. Solche Klimaanlagen sind für Kraftfahrzeuge auch unter der Bezeichnung HVAC bekannt. Die wesentlichen Bestandteile einer solchen Klimaanlage sind ein Kompressor, der Kondensator und ein Verdampfer.
  • Die Funktion des Kondensators besteht darin, dem gasförmigen Kältemittel Wärme zu entziehen, so dass es kondensiert. Zu diesem Zweck wird das Kältemittel durch die Wärmetauscherkanäle geleitet, die außenseitig von Umgebungsluft umströmt werden.
  • Aufgrund der Funktionsweise des Kondensators und der üblichen Strömungswege sind der Einlass und der Auslass für das Kältemittel üblicherweise entfernt voneinander angeordnet. In einem einfachen Beispiel befindet sich der Kältemitteleinlass an einem der Sammelrohre, und der Kältemittelauslass befindet sich am anderen Sammelrohr. Wenn sich der Einlass und der Auslass an demselben Sammelrohr befinden, ist der Einlass üblicherweise an einem Ende angeordnet, während sich der Auslass am anderen Ende befindet (beispielsweise oben und unten).
  • In Anbetracht des vergleichsweise engen Einbauraumes für solche Kondensatoren kann es jedoch notwendig sein, den Einlass und den Auslass an anderen Stellen anzuordnen, als dies in strömungsmechanischer und/oder thermodynamischer Hinsicht sinnvoll ist. Bisher wurde hierzu üblicherweise eine außenliegende Zusatzleitung ("jumper line") verwendet, die an einem Ende einen Anschlusspunkt für die entsprechende Kältemittelleitung bildet und deren anderes Ende zum eigentlichen Einlass beziehungsweise Auslass geführt ist. Diese Lösung hat allerdings den Nachteil, dass sich der insgesamt notwendige Bauraum für den Kondensator erhöht.
  • Aus der DE 10 2016 122 310 A1 ist ein Kondensator der eingangs genannten Art bekannt, bei dem eines der Sammelrohre mit einem Einlegeteil versehen ist, das einen Strömungskanal definiert. Der Strömungskanal steht an einem Ende mit dem Kältemitteleinlass und am anderen Ende mittels einer Überströmöffnung mit dem Inneren des Sammelrohres in Verbindung. Durch die so erreichte Integration der ansonsten extern angeordneten Zusatzleitung ("jumper line") in das Innere des eines Sammelrohres kann die Flexibilität beim Anschließen des Kondensators an eine Kältemittelleitung erhöht werden, ohne dass hierdurch der Bauraumbedarf ansteigt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Strömungsverhältnisse im Kondensator zu verbessern.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Kondensator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kondensators sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Der erfindungsgemäße Kondensator für eine Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfasst ein erstes und ein zweites Sammelrohr sowie mehrere übereinander angeordnete Wärmetauscherkanäle, die sich zwischen den beiden Sammelrohren erstrecken. Der Kondensator umfasst ferner einen Einlass für im Wesentlichen gasförmiges Kältemittel, der an einem der beiden Sammelrohre angeordnet ist, und einen Auslass für im Wesentlichen flüssiges Kältemittel, der an einem der beiden Sammelrohre angeordnet ist. Eines der beiden Sammelrohre ist mit einem Einlegeteil versehen. Das Einlegeteil definiert einen Strömungsverlauf in dem Sammelrohr, der eine Verteilung des Kältemittels auf eine Vielzahl der Wärmetauscherkanäle bewirkt.
  • Wie oben bereits angedeutet sorgt bei den bekannten Kondensatoren die extern angeordnete Zusatzleitung ("jumper line") oder der mittels eines Einlegeteils zusätzlich geschaffene Strömungskanal dafür, dass das Kältemittel gezielt an eine bestimmte Stelle in einem Sammelrohr geführt wird und auf dem Weg dorthin nicht in daneben liegende Wärmetauscherkanäle eintritt, um auf diese Weise einen bestimmten Strömungsverlauf des Kältemittels durch verschiedene Wärmetauscherkanalgruppen im Kondensator vorzugeben.
  • Beim erfindungsgemäßen Kondensator ist hingegen ein Einlegeteil vorgesehen, das einen Strömungsverlauf im Sammelrohr definiert, der eine Verteilung des Kältemittels auf eine Vielzahl von Wärmetauscherkanälen bewirkt. Es soll also kein zusätzlicher Strömungsweg geschaffen werden, sondern es wird eine gezielte - idealerweise möglichst gleichmäßige - Verteilung des Kältemittels auf eine große Anzahl von Wärmetauscherkanälen geschaffen.
  • Eine gezielte Verteilung des Kältemittels innerhalb eines Sammelrohrs des Kondensators ist von Bedeutung, da bei einer Vielzahl von übereinander angeordneten Wärmetauscherkanälen typischerweise der Fall eintritt, dass durch einige der Wärmetauscherkanäle weniger Kältemittel strömt als durch andere. Insbesondere in den weit vom Kältemitteleinlass des Sammelrohrs entfernten Wärmetauscherkanälen ist der Fluss geringer als in den näher am Kältemitteleinlass gelegenen. Dieses nachteilige Strömungsverhalten wird beim erfindungsgemäßen Kondensator vermieden. Dank des erfindungsgemäß vorgesehenen Einlegeteils, das für eine gezielte Verteilung des Kältemittels auf die Vielzahl der Wärmetauscherkanäle sorgt, kann ein gleichartiger Fluss durch alle dieser Kanäle erreicht werden. Im Ergebnis wird dadurch der Druckverlust im Kondensator verringert, da in der gleichen Zeit mehr Kältemittel durch die Wärmetauscherkanäle strömen kann. Somit wird in dieser Zeit auch mehr Kältemittel der Kühlung zugeführt, sodass der Wirkungsgrad des Kondensators gesteigert wird.
  • Die Erfindung eignet sich insbesondere für Kondensatoren, bei denen nur ein einziger Strömungsrichtungswechsel des Kältemittels vorgesehen ist. Bei solchen Kondensatoren strömt das Kältemittel durch eine erste Gruppe von Wärmetauscherkanälen von dem ersten in das zweite Sammelrohr und danach durch eine zweite Gruppe von Wärmetauscherkanälen von dem zweiten in das erste Sammelrohr. Das Einlegeteil unterstützt dabei die Verteilung des Kältemittels auf eine der Wärmetauscherkanalgruppen. Grundsätzlich kann auch im anderen Sammelrohr ein Einlegeteil angeordnet werden, um auch die Verteilung des Kältemittels auf die andere Wärmetauscherkanalgruppe zu unterstützen.
  • Das erfindungsgemäß vorgesehene Einlegeteil weist vorzugsweise mehrere geometrische Strukturen auf, die den Strömungsverlauf des Kältemittels im Sammelrohr in der gewünschten Weise beeinflussen. Solche Strukturen können z. B. bestimmte Hindernisse, Öffnungen, Leit- oder Führungsabschnitte etc. sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Einlegeteil eine den Wärmetauscherkanälen zugewandte erste Seitenwand auf, in der mehrere Austrittsöffnungen gebildet sind. Die Austrittsöffnungen sorgen dafür, dass an vorgegebenen Stellen jeweils nur eine bestimmte Menge des Kältemittels zu den daneben liegenden Wärmetauscherkanälen gelangt, während der restliche Anteil des Kältemittels anderen Wärmetauscherkanälen zugeführt wird.
  • Die Austrittsöffnungen sind vorzugsweise länglich, wobei die Längserstreckung der Austrittsöffnungen in Richtung der Übereinander-Anordnung der Wärmetauscherkanäle verläuft. Es hat sich gezeigt, dass eine solche Form der Austrittsöffnungen für eine gleichmäßige Verteilung des Kältemittels vorteilhaft ist.
  • Die Austrittsöffnungen haben bevorzugt eine Länge im Bereich von 5 mm bis 15 mm, vorzugsweise 10 mm, und eine Breite im Bereich von 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise 5 mm.
  • Das Einlegeteil hat vorzugsweise eine von den Wärmetauscherkanälen abgewandte zweite Seitenwand, die durch eine Aussparung unterbrochen ist.
  • Zwischen einem oberen Ende der ersten Seitenwand und einem oberen Rand der in der zweiten Seitenwand vorgesehenen Aussparung ist vorzugsweise ein offener Abschnitt gebildet.
  • Um eine ausreichende Menge Kältemittel in weiter oben angeordnete Wärmetauscherkanäle abzuführen erweist sich eine Gestaltung als vorteilhaft, bei der der offene Abschnitt länglich ist, wobei die Längserstreckung des offenen Abschnitts in Richtung der Übereinander-Anordnung der Wärmetauscherkanäle verläuft.
  • Der offene Abschnitt hat bevorzugt eine Länge im Bereich von 30 mm bis 70 mm, vorzugsweise 50 mm, und eine Breite im Bereich von 5 mm bis 20 mm, vorzugsweise 12,5 mm.
  • Gemäß einer bevorzugten Gestaltung des Einlegeteils weist dieses einen geneigten Übergangsabschnitt auf, der sich von einem unteren Rand der in der zweiten Seitenwand vorgesehenen Aussparung in Richtung der Wärmetauscherkanäle erstreckt und in die erste Seitenwand übergeht. Der Übergangsabschnitt bildet eine schräge Leitfläche für das Kältemittel, die die Strömung nur unwesentlich abbremst.
  • In diesem Übergangsabschnitt kann eine Ölabscheideöffnung gebildet sein, durch die zumindest ein wesentlicher Teil des Öls, das mit dem gasförmigen Kältemittel in den Kondensator transportiert wird, sofort abgeschieden und damit zu einer anderen Stelle im Kondensator geführt werden kann, damit es den Kondensator möglichst schnell wieder verlässt. Insgesamt befindet sich dadurch weniger Öl im Kondensator, und dementsprechend steht mehr Öl zur Schmierung des Kompressors zur Verfügung. Am besten ist eine Anordnung des Übergangsabschnitts mit der Ölabscheideöffnung in unmittelbarer Nähe zum Kältemitteleinlass, sodass das Öl dort sofort aus dem weiteren Strömungsweg des gasförmigen Kältemittels entfernt werden kann. Die Ölabscheideöffnung hat bevorzugt einen Flächeninhalt im Bereich von 0,75 mm2 bis 9 mm2, vorzugsweise 5 mm2 bis 7,5 mm2.
  • Wie zuvor erwähnt eignet sich die Erfindung insbesondere für Kondensatoren, bei denen zwei Gruppen von Wärmetauscherkanälen vorgesehen sind, wobei das Kältemittel vom ersten Sammelrohr durch eine erste Wärmetauscherkanalgruppe in Richtung des zweiten Sammelrohrs und durch eine zweite Wärmetauscherkanalgruppe in umgekehrter Richtung strömt. Die beiden Gruppen, genauer gesagt die Zugangsbereiche im jeweiligen Sammelrohr zu den Eintrittsöffnungen der beiden Wärmetauscherkanalgruppen, müssen voneinander getrennt werden, wofür üblicherweise ein einfaches Trennblech verwendet wird. In diesem Fall sind beim erfindungsgemäßen Kondensator die Eintrittsöffnungen der Vielzahl der Wärmetauscherkanäle, auf die das Kältemittel durch das Einlegeteil verteilt wird, in einem Bereich angeordnet, der sich von einem unteren Ende des Sammelrohres nach oben bis zu dem Trennblech im Sammelrohr erstreckt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Einlegeteils hat dieses eine langgestreckte Form und erstreckt sich vom unteren Ende des Sammelrohres bis zum Trennblech im Sammelrohr.
  • Das Einlegeteil kann fest mit einer Abdeckung verbunden sein, z. B. durch Clinchen. Die Abdeckung kann wiederum dicht mit dem Sammelrohr verbunden sein, z. B. durch Löten. Auf diese Weise lässt sich aus wenigen Bauteilen ein vollständiger, nach außen abgedichteter Kältemittelverteiler mit der erfindungsgemäßen Funktionalität herstellen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
    • Figur 1 einen erfindungsgemäßen Kondensator in einer geschnittenen Seitenansicht;
    • Figur 2 eine erste perspektivische Ansicht des Einlegeteils des Kondensators aus Figur 1;
    • Figur 3 eine zweite perspektivische Ansicht des Einlegeteils; und
    • Figur 4 eine perspektivische Teilansicht einer Baugruppe aus Einlegeteil und Abdeckung.
  • In Figur 1 ist ein Kondensator 10 gezeigt, der Teil eines Kältemittelkreislaufs einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage ist.
  • Der Kondensator 10 weist ein erstes Sammelrohr 12, ein zweites Sammelrohr 14 sowie eine Vielzahl von übereinander angeordneten Wärmetauscherkanälen 16 auf, die sich jeweils zwischen dem ersten und dem zweiten Sammelrohr 12, 14 erstrecken.
  • Am zweiten Sammelrohr 14 ist eine Trocknerflasche 18 angebracht.
  • Das erste Sammelrohr 12 ist hier mit einem Einlass 20 versehen, durch das dem Kondensator 10 Kältemittel im gasförmigen Zustand zugeführt wird.
  • Ebenfalls am ersten Sammelrohr 12 ist hier ein Auslass 22 angebracht, durch den das Kältemittel im (zumindest größtenteils) flüssigen Zustand abgeführt wird.
  • In Figur 1 sind mit den Pfeilen A und B die Strömungswege des Kältemittels durch den Kondensator 10 eingezeichnet. Es ist zu sehen, dass das Kältemittel nicht nur in die Wärmetauscherkanäle 16 auf Höhe des Kältemitteleinlasses 20 eintritt, sondern über einen großen Bereich auf eine Vielzahl von Wärmetauscherkanälen 16 verteilt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich dieser Bereich vom unteren Ende des ersten Sammelrohres 12 nach oben bis zu einem Trennblech 24.
  • Für eine gleichmäßige Verteilung des Kältemittels auf die Vielzahl von Wärmetauscherkanälen 16 sorgt ein im Inneren des Sammelrohres 12 angeordnetes, besonders geformtes Einlegeteil 26, das in den Figuren 2 und 3 separat dargestellt ist.
  • Das Einlegeteil 26 hat eine langgestreckte Form. In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Einlegeteil 26 vom unteren Ende des Sammelrohres 12 bis zum Trennblech 24. Genauer gesagt ist das untere Ende des Einlegeteils 26 knapp unterhalb des Kältemitteleinlasses 20 angeordnet, während sich das obere Ende etwa auf drei Viertel der Höhe des Kondensators 10 befindet.
  • Das Einlegeteil 26 hat und eine vom Kältemitteleinlass 20 abgewandte und den Wärmetauscherkanälen 16 zugewandte erste Seitenwand 28 und eine dem Kältemitteleinlass 20 zugewandte und von den Wärmetauscherkanälen 16 abgewandte zweite Seitenwand 30.
  • Von den Längskanten der zweiten Seitenwand 30 erheben sich zwei Ränder 32, 34 in Richtung der Wärmetauscherkanäle 16. Die zweite Seitenwand 30 ist über einen größeren Bereich ausgespart. Diese Aussparung 36 erstreckt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel von der Höhe des Kältemitteleinlasses 20 bis etwa auf ein Drittel der Höhe des Kondensators 10.
  • Vom unteren Rand der Aussparung 36, also etwa auf der Höhe des Kältemitteleinlasses 20, erstreckt sich ein schräger Übergangsabschnitt 38 in Richtung der Wärmetauscherkanäle 16. Der Übergangsabschnitt 38 geht in die erste Seitenwand 28 über, die parallel zur zweiten Seitenwand 30 verläuft.
  • Die erste Seitenwand 28 erstreckt sich aber nur auf eine Höhe, die kleiner ist als die Höhe des oberen Rands der Aussparung 36. Somit verbleibt zwischen dem oberen Ende der ersten Seitenwand 28 und dem oberen Rand der Aussparung 36 ein offener Abschnitt 40. Der offene Abschnitt 40 hat im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Breite von etwa 12,5 mm und eine Höhe (in Längsrichtung des Einlegeteils 26) von etwa 50 mm.
  • In der ersten Seitenwand 28 sind mehrere übereinander angeordnete längliche Austrittsöffnungen 42 gebildet. Die Austrittsöffnungen 42 haben im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Breite von etwa 5 mm und eine Höhe (in Längsrichtung des Einlegeteils 26) von etwa 10 mm.
  • Im Übergangsabschnitt 38 ist lediglich eine kleine Ölabscheideöffnung 44 vorhanden. Diese hat einen Flächeninhalt in der Größenordnung von etwa 5 mm2 bis 7,5 mm2.
  • Das zu kondensierende Kältemittel wird dem Kondensator 10 über den Kältemitteleinlass 20 in (im Wesentlichen) gasförmigem Zustand zugeführt. Vom Gas mitgeführtes Öl sammelt sich am Übergangsabschnitt 38 und wird aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse durch die Ölabscheideöffnung 44 nach unten abgeführt. Das gasförmige Kältemittel wird von dem Einlegeteil 26 großteils nach oben geleitet, wobei in dem durch die erste Seitenwand 28 eigentlich versperrten unteren Abschnitt des Sammelrohres 12 ein gewisser Anteil des Kältemittels durch die länglichen Austrittsöffnungen 42 aus dem Einlegeteil 26 aus- und in die unteren Wärmetauscherkanäle 16 eintreten kann.
  • Im Bereich des offenen Abschnitts 40 und darüber kann das gasförmige Kältemittel ungehindert in die oberen Wärmetauscherkanäle 16 unterhalb des Trennblechs 24 eintreten.
  • Insgesamt ergibt sich durch das Einlegeteil 26 mit den länglichen Austrittsöffnungen 42 in der ersten Seitenwand 28, der unterbrochenen zweiten Seitenwand 30 und dem offenen Abschnitt 40 eine weitgehend homogene Verteilung des Kältemittels auf die Vielzahl von Wärmetauscherkanälen 16 bis zu dem Trennblech 24. Durch die gleichmäßige Verteilung des Kältemittels auf die Vielzahl von Wärmetauscherkanälen 16 wird der Druckverlust des Kältemittels im Kondensator 10 minimiert.
  • In den Wärmetauscherkanälen 16 strömt das gasförmige Kältemittel in der Richtung des Pfeils A und wird dabei abgekühlt. Im zweiten Sammelrohr 14 strömt es in die Trocknerflasche 18 ein und darin nach oben, um in einem oberhalb des Trennblechs 24 abgegrenzten Bereich des Kondensators 10 durch die dort vorhandenen Wärmetauscherkanäle 16 in der Richtung des Pfeils B zurück zum ersten Sammelrohr 12 und damit zum Kältemittelauslass 22 zu strömen.
  • Mit der Abkühlung des Kältemittels steigt der Anteil der flüssigen Phase an. Im Bereich des Kältemittelauslasses 22 ist das Kühlmittel (zumindest nahezu) vollständig flüssig.
  • Das im gasförmigen Kältemittel enthaltene Öl, das durch die Ölabscheideöffnung 44 nach unten abgeführt wird, wird vom flüssigen Kältemittel mitgeführt und über den Kältemittelauslass 22 wieder in den Kältemittelkreislauf eingebracht.
  • Der wesentliche Vorteil des mit dem Einlegeteil 26 erreichten Strömungsverhaltens des Kältemittels im Sammelrohr 12 besteht darin, dass ohne äußerliche Anbauteile und ohne Änderung des für den Kondensators 10 erforderlichen Bauraumes das gasförmige Kältemittel sehr gleichmäßig auf eine Vielzahl von Wärmetauscherkanälen 16 verteilt werden kann.
  • Nachfolgend wird die Herstellung des Einlegeteils 26 sowie des entsprechenden Sammelrohres 12 beschrieben.
  • Ausgangspunkt ist ein Rohling in Form eines rechteckigen Blechzuschnitts. Die Wandstärke des Blechs kann in der Größenordnung von 0,5 mm liegen. Insbesondere kann grundsätzlich dasselbe Material verwendet werden, das auch für das Sammelrohr 12 und die anderen Bauteile des Kondensators 10 verwendet wird.
  • An den beiden voneinander abgewandten schmalen Enden des Rohlings werden dann die Öffnungen gestanzt, die später den offenen Abschnitt 40, die länglichen Austrittsöffnungen 42 und die Ölabscheideöffnung 44 bilden.
  • Anschließend wird der Rohling umgeformt, bis das in den Figuren 2 und 3 gezeigte Einlegeteil 26 gebildet ist. Dabei wird die erste Seitenwand 28 durch
  • Tiefziehen geformt und der Rohling zur Bildung der Ränder 32, 34 im Bereich seiner Längskanten abgekantet.
  • Das Einlegeteil 26 wird dann an einer Abdeckung 46 angebracht, wie in Figur 4 gezeigt. Die Abdeckung 46 ist langgestreckt und im Querschnitt gekrümmt ausgeführt. Das Einlegeteil 26 wird so mit der Abdeckung 46 verbunden, dass zwischen der konkaven Seite der Abdeckung 46 und der ersten Seitenwand 28 des Einlegeteils 26 ein Strömungskanal gebildet ist. Der Strömungskanal ist jedoch auf der den Wärmetauscherkanälen 16 zugewandten Seite aufgrund der länglichen Austrittsöffnungen 42 nicht geschlossen.
  • Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Abdeckung 46 zusätzlich einen unteren Abschnitt 48 auf, in dem sich der Kältemitteleinlass 20 befindet. Ebenso kann die Abdeckung einen oberen Abschnitt aufweisen, in dem sich der Kältemittelauslass 22 befindet.
  • Das Einlegeteil 26 und die Abdeckung 46 können miteinander verclincht werden.
  • Als nächster Schritt wird die Abdeckung 46 am Sammelrohr 12 angebracht. Das Sammelrohr 12 ist auf seiner von der Abdeckung 46 abgewandten Seite mit einer Vielzahl von Eintrittsöffnungen versehen, die in die Wärmetauscherkanäle 16 münden. Die Abdeckung 46 und das Sammelrohr 12 sind vorzugsweise miteinander verlötet.
    • Bezuaszeichenliste
    • 10
    Kondensator
    12
    erstes Sammelrohr
    14
    zweites Sammelrohr
    16
    Wärmetauscherkanäle
    18
    Trocknerflasche
    20
    Kältemitteleinlass
    22
    Kältemittelauslass
    24
    Trennblech
    26
    Einlegeteil
    28
    erste Seitenwand
    30
    zweite Seitenwand
    32
    Rand
    34
    Rand
    36
    Aussparung
    38
    Übergangsabschnitt
    40
    offener Abschnitt
    42
    Austrittsöffnungen
    44
    Ölabscheideöffnung
    46
    Abdeckung
    48
    unterer Abschnitt

Claims (14)

  1. Kondensator (10) mit einem ersten und einem zweiten Sammelrohr (12, 14), mehreren übereinander angeordneten Wärmetauscherkanälen (16), die sich zwischen den beiden Sammelrohren (12, 14) erstrecken, einem Einlass (20) für im Wesentlichen gasförmiges Kältemittel, der an einem der beiden Sammelrohre (12, 14) angeordnet ist, und einem Auslass (22) für im Wesentlichen flüssiges Kältemittel, der an einem der beiden Sammelrohre (12, 14) angeordnet ist, wobei eines der beiden Sammelrohre (12, 14) mit einem Einlegeteil (26) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (26) einen Strömungsverlauf in dem Sammelrohr (12) definiert, der eine Verteilung des Kältemittels auf eine Vielzahl der Wärmetauscherkanäle (16) bewirkt.
  2. Kondensator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (26) mehrere geometrische Strukturen aufweist, die den Strömungsverlauf des Kältemittels im Sammelrohr (12) beeinflussen.
  3. Kondensator (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (26) eine den Wärmetauscherkanälen (16) zugewandte erste Seitenwand (28) aufweist, in der mehrere Austrittsöffnungen (42) gebildet sind.
  4. Kondensator (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (42) länglich sind, wobei die Längserstreckung der Austrittsöffnungen (42) in Richtung der Übereinander-Anordnung der Wärmetauscherkanäle (16) verläuft.
  5. Kondensator (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen eine Länge im Bereich von 5 mm bis 15 mm, vorzugsweise 10 mm, und eine Breite im Bereich von 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise 5 mm, haben.
  6. Kondensator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (26) eine von den Wärmetauscherkanälen (16) abgewandte zweite Seitenwand (30) mit einer Aussparung (36) aufweist.
  7. Kondensator (10) nach einem der Ansprüche 2 und 5 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem oberen Ende der ersten Seitenwand (28) und einem oberen Rand der Aussparung (36) ein offener Abschnitt (40) gebildet ist.
  8. Kondensator (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der offene Abschnitt (40) länglich ist, wobei die Längserstreckung des offenen Abschnitts (40) in Richtung der Übereinander-Anordnung der Wärmetauscherkanäle (16) verläuft.
  9. Kondensator (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der offene Abschnitt (40) eine Länge im Bereich von 30 mm bis 70 mm, vorzugsweise 50 mm, und eine Breite im Bereich von 5 mm bis 20 mm, vorzugsweise 12,5 mm, hat.
  10. Kondensator (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (26) einen geneigten Übergangsabschnitt (38) aufweist, der sich von einem unteren Rand der Aussparung (36) in Richtung der Wärmetauscherkanäle (16) erstreckt und in die erste Seitenwand (28) übergeht.
  11. Kondensator (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsabschnitt (38) eine Ölabscheideöffnung (44) gebildet ist, die einen Flächeninhalt im Bereich von 0,75 mm2 bis 9 mm2, vorzugsweise 5 mm2 bis 7,5 mm2, hat.
  12. Kondensator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Eintrittsöffnungen der Vielzahl der Wärmetauscherkanäle (16), auf die das Kältemittel durch das Einlegeteil (26) verteilt wird, in einem Bereich angeordnet sind, der sich von einem unteren Ende des Sammelrohres (12) bis zu einem Trennblech (24) im Sammelrohr (12) erstreckt.
  13. Kondensator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (26) eine langgestreckte Form hat und sich von einem unteren Ende des Sammelrohres (12) bis zu einem Trennblech (24) im Sammelrohr (12) erstreckt.
  14. Kondensator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (26) fest mit einer Abdeckung (46) verbunden ist, die wiederum dicht mit dem Sammelrohr (12) verbunden ist.
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