WO2014180904A1 - Wärmeübertrager - Google Patents

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WO2014180904A1
WO2014180904A1 PCT/EP2014/059334 EP2014059334W WO2014180904A1 WO 2014180904 A1 WO2014180904 A1 WO 2014180904A1 EP 2014059334 W EP2014059334 W EP 2014059334W WO 2014180904 A1 WO2014180904 A1 WO 2014180904A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchanger
manifold
cross
sectional area
output
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/059334
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe FÖRSTER
Siegfried Tews
Martin Kaspar
Wolfgang Seewald
Christoph Walter
Gottfried DÜRR
Original Assignee
Behr Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr Gmbh & Co. Kg filed Critical Behr Gmbh & Co. Kg
Priority to EP14722208.7A priority Critical patent/EP2994712B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • F28F9/0204—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—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
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05383—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0068—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for refrigerant cycles

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger according to the preamble of claim 1. Moreover, the invention relates to a motor vehicle with an air conditioner with a heat exchanger.
  • a heat pump In the air conditioning of a motor vehicle for air conditioning of the passenger compartment is increasingly used in addition to the, powered by electrical energy PTC heating elements (Positive Temperature Coefficient), a heat pump.
  • PTC heating elements Physical Temperature Coefficient
  • the condenser of the air conditioning system is used to heat the passenger compartment. This is when using the heat pump in an electric vehicle or hybrid vehicle of great advantage, since it reduces the energy consumption of the air conditioning and thus a greater range of the motor vehicle can be achieved. For example, it could be determined that the use of the heat pump in the air conditioning system, the range reduction is only 50% compared to that for motor vehicles that use only one PTC heating element for heating.
  • the air conditioner usually has a compressor, an evaporator, a condenser and an expansion valve on.
  • the condenser also referred to as a heat exchanger, provides the heat necessary to heat the passenger compartment of the motor vehicle when the heat transfer medium is cooled and liquefied from the superheated gaseous state to a liquefaction temperature.
  • the heat removed from the heat transfer medium or refrigerant in the condenser is discharged to a surrounding cooling medium, for example air.
  • the flow of air through the condenser is achieved by a condenser fan located generally adjacent to the condenser, as the condenser fan sucks in cold air, passes through the condenser, and is available as heated air to the condenser.
  • the heated air can be passed through ducts into the passenger compartment, for example.
  • heat exchangers are used with a double row of heat exchanger tubes.
  • a heat exchanger has a heat transfer network comprising flat tubes and corrugated ribs, wherein the flat tubes are each connected on both sides with a collection box.
  • the collecting box has a cover section and a bottom section, the cover section having an M-shaped or W-shaped configuration seen in cross-section perpendicular to its longitudinal extent.
  • heat exchanger which is simple and inexpensive to manufacture.
  • the heat exchanger should be constructed so that it requires the least possible space. This is achieved with a heat exchanger with the features of claim 1.
  • the heat exchanger for an air conditioner in a motor vehicle with a heat exchanger network has heat exchanger tubes, in particular flat tubes and at least one collecting box, wherein the collecting box comprises at least one inlet-side manifold and an output-side manifold, which are in flow communication with the heat exchanger tubes.
  • the heat exchanger is characterized in that the output-side manifold has a cross-sectional area which is smaller than a cross-sectional area of the input-side manifold.
  • the heat exchanger tubes are preferably arranged side by side in two rows.
  • the heat exchanger tubes are preferably arranged aligned in each case and oriented substantially parallel.
  • the heat exchanger has at least one double-row arrangement. It can also be provided more than two juxtaposed rows of heat exchanger tubes.
  • a two-row arrangement may also be present if the two juxtaposed heat exchanger tubes are made in one piece and a partition along the longitudinal extent of the heat exchanger tubes is arranged, so that two separate parallel flow channels are realized in the heat exchanger tube.
  • the input-side manifold and the output-side manifold are preferably arranged on one side of the heat exchanger tubes, in particular flat tubes and in fluid communication with these.
  • the input-side manifold and the output-side manifold are arranged parallel to each other.
  • the heat transfer medium occurs in the operation of the air conditioning system of the motor vehicle in the input-side manifold of the heat exchanger in the gaseous state, flows through the Heat exchanger tubes, in particular flat tubes and exits the heat exchanger through the output-side manifold in a liquid state of matter, since the heat transfer medium is spent by the condensation in the heat exchanger in the liquid state.
  • the heat transfer medium In the liquid state, the heat transfer medium has a greater density and due to its greater density requires less volume, Thus, the output side manifold with a smaller cross-sectional area and thus a smaller volume manage as the input side manifold, which must absorb the refrigerant in the gaseous phase.
  • the cross-sectional area of the outlet-side header pipe is between 20% and 90% of the cross-sectional area of the inlet-side header pipe.
  • the cross-sectional area of the outlet-side header pipe is between 50% and 90% of the cross-sectional area of the inlet-side header pipe.
  • the cross-sectional area of the outlet-side header pipe is between 50% and 70% of the cross-sectional area of the inlet-side header pipe.
  • the transition by means of the deflection-side manifold is in this case a fluid flow transition.
  • the deflection-side manifold is preferably arranged between two flat tubes.
  • the cross-sectional area of the deflection-side manifold lies between that of the input-side manifold and that of the output-side manifold.
  • the flow cross-section of the deflection-side manifold is between that of the input side and the output side manifold.
  • the reduction in the cross-sectional area of the output-side header pipe is achieved by making the shape of the cross-sectional area of the input-side header pipe different from the shape of the cross-sectional area of the output side header pipe.
  • a bottom portion of the input-side and the output-side manifold is preferably the same.
  • the shape or shape of the input-side manifold is substantially round, wherein the output-side manifold has a flattened or elliptical shape.
  • the cross-sectional areas of the output-side and the input-side manifold are static relative to the length of the respective manifold.
  • the cross-sectional area is constant over the entire length of the manifold and does not change.
  • none of the headers tapers relative to its length.
  • the input side manifold and the output-side manifold arranged side by side and / or substantially parallel.
  • the input-side manifold and the output-side manifold are made in one piece and form the collection box,
  • the collecting box and thus the headers are preferably bent from sheet metal.
  • both the output side and the input side manifold can be bent from a separate sheet and joined together after bending, for example, be soldered.
  • a web forms in the heat exchanger between the input-side manifold and the output-side manifold.
  • the web gives the heat exchanger a certain stability and separates the input-side and output-side manifold, wherein along the longitudinal extension of the headers at least one opening is provided, preferably a plurality of passage openings are provided in the web.
  • it can also be provided to bend both manifolds from a sheet, so that a one-piece collection box is formed with two manifolds and a formed between the output side and the input side manifold web.
  • a motor vehicle having an air conditioning system which comprises a heat exchanger with heat exchanger tubes arranged in two rows, in particular flat tubes and collecting tank having manifolds whose outlet-side manifold has a smaller cross-sectional area than its inlet-side manifold. Due to the smaller cross-sectional area, it is avoided, despite the smaller amount of refrigerant, that a pressure loss occurs in the outlet-side header.
  • Fig. 1 shows a portion of a heat exchanger with a
  • Fig. 2 shows another embodiment of a heat exchanger with a collecting box with collecting pipes
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a heat exchanger with a collecting box with collecting pipes
  • Fig. 4 shows another embodiment of a heat exchanger with a collecting box with headers
  • Fig. 5 is a collection box in cross-sectional view according to the
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a collecting tank according to the invention.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a collecting box according to the invention.
  • FIG. 8 flow paths for an embodiment of a
  • FIG. 9 flow paths of another embodiment of a heat exchanger with a further Verschaltungsart.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a section of a known double row heat exchanger 10.
  • the heat exchanger 10 is part of an air conditioner (not shown) of a motor vehicle (not shown).
  • the structure of the heat exchanger 10 in Figure 1 is intended to show the basic structure of the two-row heat exchanger 10.
  • the heat exchanger 10 has substantially parallel arranged behind one another heat exchanger tubes 12, which are formed as flat tubes 12.
  • Each flat tube 12 is in fluid communication with a first, input-side manifold 16 or a second, output-side manifold 18 of the manifold 14.
  • the flat tubes 12 are arranged in alignment in two adjacent rows 20 and 22.
  • a two-row arrangement of flat tubes is also feasible by two flat tubes are integrally formed and have a longitudinal partition wall.
  • two flow paths for the heat transfer medium can be realized in an integrally constructed flat tube.
  • a web 24 is formed, which separates the first manifold 16 and the second manifold 18 and extends over the length 26, or longitudinal extent 26 of the manifolds 16, 18 as an intermediate wall 24.
  • the flat tubes 12 in the respective row 20, 22 are arranged with their broad side 28 in line with each other along the length 32 in alignment and substantially parallel to each other.
  • the flat tubes 12 of the rows 20 and 22 are each also arranged with their thick side 30 side by side substantially parallel.
  • a two-column matrix results from along the headers 16 and 18 aligned behind the other arranged flat tubes 12, which are arranged in each matrix with their wide side 28 in succession in the respective matrix column and so a double row arrangement of Flat tubes 12 form.
  • the heat exchanger tubes 12 may also have another than rectangular base with the broad side 28, which has a greater extension than the thickness 30, for example, a square base with two equal sides 28 and 30. Also square heat exchanger tubes 12 can be flush and in two rows are arranged side by side. Any other base is conceivable in principle for the heat exchanger tubes 12.
  • the heat exchanger 10 has, in addition to the collecting box 14 preferably a further collecting box (not shown), which also has manifolds or at least deflection-side header pipes.
  • the length 32 of the flat tubes 12 and two times the length 26 of the collecting box 14 essentially define the dimensions of the heat exchanger 10 without connection means (not shown), which serve to connect the heat exchanger 10 to a cooling circuit (not shown) of the air conditioning system of the motor vehicle.
  • openings 34 are provided which realize a fluid connection between the first manifold 16 and the second manifold 18, in particular along the longitudinal extension of the manifolds 16 and 18.
  • an opening 34 in Figure 1 is shown.
  • a deflection of the heat transfer medium of flat tubes 12 of the first row 20 in flat tubes 12 of the second row 22 can be realized in a targeted manner.
  • a deflection can also be done in the second collection box, not shown.
  • the second collection box is not shown in Figure 1, this is assigned the reference numeral 14 'and the headers the reference numerals 16' and 18 ', to simplify the further description.
  • the collection box 14 ' may be configured the same as the collection box 14, for example, the manifolds 16 and 16' and 18 and 18 'may have the same shape, but it may also be different from the collection box 14.
  • the cross-sectional areas of the headers 16, 16 'and 18, 18' may each be the same or different.
  • the second collection box 14 ' can also be provided simple deflection-side header pipes.
  • heat transfer medium flowing from the first row 20 of the flat tubes 12 into the second row 22 of the flat tubes 12 can pass through the collecting box 14 'or through the deflection-side header pipes.
  • intermediate walls may be provided in the manifolds 16 and 18 at different locations transverse to the flow direction of the heat transfer means, closing the flow path in the respective manifold 16 and / or 18 and 16 'and / or 18' and the heat transfer means in operation
  • different flow paths for the heat transfer medium can be realized through the openings 34 and the intermediate walls.
  • the flow paths described in DE 20 2010 000 951 U1 can be realized. Two examples of flow paths are shown in FIGS. 8 and 9 and will be described in connection therewith.
  • the headers 16 and 18 are bent from sheet metal and connected together at the web 24, for example soldered to form a stable structure.
  • the input-side manifold 16 and the output-side manifold 18 in one piece as a collection box 14 before, the collection box 14, 14 ' can also be made of prefabricated pipes by connecting the same.
  • the first manifold 16 and the second manifold 18 are shown in Figure 1 with a same cross-sectional area 38, 38 and of the same shape as it is known per se.
  • the input-side collecting pipe 16 and the output-side collecting pipe 18 have a different cross-sectional area 38, 38, the cross-sectional area 36 of the input-side collecting pipe being larger than the cross-sectional area 38 on the output-side collecting pipe. Examples of these are shown in FIGS. 5, 6 and 7.
  • the design of the collecting tank 14 with manifolds 16, 18 with different sized cross-sectional areas 38 and 38 can be applied to the shown construction of the heat exchanger 10 of Figures 1, 2, 3 and 4.
  • the ends of the headers 16 and 18 are provided with a cover plate ⁇ not shown).
  • One end of the manifold 16 is provided with a spud (not shown) which is an inlet port (not shown) for the heat transfer medium or refrigerant.
  • One end of the outlet-side header pipe 18 has an outlet opening and is connected to a connecting piece (not shown).
  • FIG. 2 shows the portion of the heat exchanger 10 of Figure 1 in Queritessdarsannon vertically through the manifolds 16 and 18 in a plane parallel to the flat tubes 12.
  • the flat tubes 12 are each connected to the manifolds 16 and 18, so that a fluid connection is realized.
  • the collecting box 14 is bent from a sheet metal, wherein the Sheet metal forms an outer wall 39 of the headers 16 and 18 and the two ends of the sheet form the substantially parallel web 24.
  • the two ends are connected to each other and to the outer wall 39, preferably soldered, so that the collecting box 14 is integrally formed and the collecting pipes 16 and 18 are arranged side by side and run substantially parallel,
  • FIG. 3 shows, in a schematic cross-sectional illustration in a plane of one of the flat tubes 12, another embodiment of the section of the heat exchanger 10.
  • the collecting box 14 is manufactured from two metal sheets and has a cover section 42 and a bottom section 44.
  • the lid portion 42 is bent from a sheet and the bottom portion 44 is formed from a second sheet.
  • Lid section 42 and bottom section 44 are fluid tightly interconnected at two interfaces 46 and 48, respectively.
  • the web 24 is formed by the lid portion 42 forming sheet.
  • the web 24 is connected to the bottom portion 44 approximately in the middle portion 47 thereof.
  • Figure 4 shows a schematic cross-sectional view along the longitudinal extent of the flat tubes 12, a further embodiment of the portion of the heat exchanger 10, the manifolds 16 and 18 through the ceiling labschnitt 42 and the bottom portion 44 and a separate web 24 a are formed.
  • 5 shows a schematic sectional view in a plane perpendicular to the longitudinal extent 26 of the collecting tank 14, a further embodiment for the construction of the manifolds 16 and 18.
  • Each manifold 16 and 18 is formed from a separate sheet, preferably bent, which the outer wall 39 of the respective manifold 16, 18 forms.
  • the collecting box 14 is located after the Assembly in one piece.
  • Openings are either 16, 18 introduced in the sheet metal prior to molding of the manifolds, for example, or pre-punched after forming the manifolds 16 and 18, for example by laser cutting. It is also possible to use prefabricated metal sheets with openings for connecting the flat tubes 12 and the headers 16, 18. Likewise, prefabricated tubes can be used, which are connected to each other to the collection box 14.
  • Figure 6 shows a schematic sectional view of the collection box 14 of the heat exchanger 10 according to the invention with the input side manifold 16 and the output side manifold 1 8.
  • the input side manifold 16 has a larger by about half cross-sectional area 36 as the output side manifold 18, whose cross-sectional area with the reference numeral 38 is designated.
  • the flow cross-sectional area in the inlet-side flow channel, which is formed by the manifold 16 something between 70% and 50% larger than the flow cross-sectional area of the output side manifold 18.
  • the cross-sectional area 38 of the outlet-side collector tube 18 is always smaller than that of the inlet-side collector tube 16.
  • the ratio of the cross-sectional area 38 to the cross-sectional area 36 is preferably between 0.2 and 0.9. If the cross-sectional area 36 of the input-side collector tube 16 is designated by A1 and the cross-sectional area 38 of the outlet-side collector tube 18 by A2, the following applies: 0.2 ⁇ A2 / A1 ⁇ 0.9
  • the ratio is more preferably between 0.5 and 0.9.
  • the cross-sectional area 36 of the input-side collecting pipe 16 is twice as large as the cross-sectional area 38 of the output-side collecting pipe 18 or somewhat at least 1.45 times larger. The following applies:
  • the base surfaces or bottom surfaces 44 of the manifolds 16 and 18 are the same size.
  • the different cross-sectional areas 36, 38 are realized by a different shape of the manifold 18 compared to the manifold 16.
  • the lid portion 42 of the collecting tube 18 is flattened, so that an approximately elliptical shape of the collecting tube 18 is formed.
  • the input-side manifold 16 and the output-side manifold 18 are preferably not symmetrical at least in a portion near the bottom portion 44, i. asymmetrically with respect to a central axis 50.
  • the manifold 16 and the manifold 18 have on a web 24 forming side 52 each have a nearly right angle between the bottom portion 44 and the cover portion 42.
  • a transition between the input-side manifold 16 and the output-side manifold 18 can be realized by means of a deflection-side manifold.
  • the deflection-side manifold has a cross-section, the cross-sectional area between the cross-sectional surfaces 36 and 38 is located.
  • the deflection-side manifold can be preferably realized by a collection box 14 corresponding collection box 14 ', each with a first manifold 16 'and a manifold 18' to the collection box 14 opposite end of the flat tubes 12 is arranged. Both ends of the collecting box 14 'are preferably closed by a fluid-tight cover (not shown).
  • the cross-sectional surfaces 36 and 38 are statically formed over the length 26 of the manifolds 16 and 18, that is, the cross-sectional area 36 and 38 of the manifold 16 and 18 does not change over the longitudinal extent 26, but remains constant.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a principle Verschal tu ngsart the two-row heat exchanger 10, the heat exchanger 10 has a heat exchanger network, of which in Figure 8 only schematically flow paths for a heat transfer medium or refrigerant are shown.
  • an input flow channel 60 or input flow path 60 and in the header 18 an output flow channel 62 or output flow path 62 are realized.
  • the flow paths 64a, 64b, 64c, 66a, 66b, 66c and 68a, 68b, 68c extending substantially horizontally in the illustration in FIG. 8 extend in the flat tubes 12 and in the deflection-side collecting tube.
  • the umlenkseittge manifold is preferably realized in or through the collecting box 14 ', wherein the flow paths 64b, 66b, 68b respectively through an opening 34' in a web 24 'of the collecting tank 14' are realized.
  • two flat tubes 12 and one deflecting-side collecting tube are arranged in each of the horizontally extending planes 70a, 70b, 70c.
  • the direction of an air flow or air flow passing essentially vertically through the heat exchanger 10 is shown by the arrow 72, which thus represents the air flow direction 72.
  • a profile of the fluid flow of the heat transfer medium or refrigerant is illustrated by the arrows, which are designated by the reference numerals 64, 66 and 68.
  • the fluid flow occurs, as illustrated by the arrow 60, in the inlet opening of the manifold 16 a.
  • the fluid can be distributed over the length 26 of the collecting tube 16 and at the same time flow into the respective flat tubes 12 in the three planes 70a, 70b and 70c.
  • the fluid flows through the deflection-side collecting tube and enters in each case the flat tube 12 which implements the flow channel 64c, 66c and 68c.
  • the fluid may be directed through respective partitions and passage openings disposed in the manifold 16 'and 18', respectively, in the respective planes 70a, 70b and 70c or may be distributed to the planes 70a, 70b and 70c.
  • the fluid flows through in the flat tube 12 of the respective plane 70a, 70b and 70c, enters the manifold 18 and leaves the heat exchanger 10 through an outlet opening of the manifold 18, illustrated by the arrow 62nd
  • Figure 9 shows a further possibility for the fluid flow of the heat transfer medium or refrigerant, which is realized by a different Verschaltungsart in the collecting tubes 16, 18, 16 ', 18' arranged passage openings and partitions.
  • the fluid flows in gaseous form into the heat exchanger 10 as illustrated by the arrow 60.
  • the fluid can be distributed over the three levels 70a, 70b and 70c in the inlet-side manifold 16 and flows along the flow paths 64a, 66a and 68a in the respective flat tubes 12.
  • the fluid can be distributed in each case to the three levels 70a, 70b and 70c.
  • the fluid can only be deflected in depth in the plane 70c through the diverter-side manifold and then flow through the flow path 66c. After the fluid has flowed through the flat tube 12, the plane 70c, this can enter the manifold 18. Here is a deflection in the width in the plane 70b. The fluid can enter the flat tube 12 of the plane 70b and this in reverse Sequence in flow path 66b 'in the direction of the manifold 18' flow through.
  • FIGS. 8 and 9 represent, by way of example only, possible flow paths for the heat transfer medium.
  • Other possible flow paths that can be realized with the heat exchanger 10 according to the invention are listed in DE 202010000951 U1 and are fully incorporated by reference in the present description.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug mit einem Wärmeübertragernetz, welches Wärmeübertragerrohre (12), insbesondere Flachrohre (12) und mindestens einen Sammelkasten (14) aufweist, wobei der Sammelkasten (14) mindestens ein eingangsseitiges (16) und ein ausgangsseitiges Sammelrohr (18) umfasst, die in Strömungsverbindung mit den Wärmeübertragerrohren (12) stehen. Der Wärmeübertrager (10) zeichnet sich dadurch aus, dass das ausgangsseitige Sammelrohr (18) eine Querschnittsfläche (38) aufweist, die kleiner ist als eine Querschnittsfläche (36) des eingangsseitigen Sammelrohres (16).

Description

Wärmeübertrager
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 . Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage mit einem Wärmetauscher.
Stand der Technik
In der Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges wird zur Klimatisierung der Fahrgastzelle zunehmend neben den, durch elektrische Energie betriebenen PTC-Heizelemente (Positive Temperature Coefficient) auch eine Wärmepumpe eingesetzt. Im Wärmepumpenbetrieb wird der Kondensator der Klimaanlage zur Beheizung des Fahrgastinnenraumes genutzt. Dies ist beim Einsatz der Wärmepumpe in einem E-Fahrzeug oder Hybrid-Fahrzeug von großem Vorteil, da dadurch der Energieverbrauch der Klimaanlage gesenkt und somit eine größere Reichweite des Kraftfahrzeuges erreicht werden kann. Beispielsweise konnte ermittelt werden, dass durch den Einsatz der Wärmepumpe in der Klimaanlage die Reichweitenreduktion im Vergleich zu der bei Kraftfahrzeugen, die nur ein PTC-Heizelement zur Heizung verwenden, nur 50% beträgt. Die Klimaanlage in der Regel weist einen Kompressor, einen Verdampfer, einen Kondensator und ein Expansionsventil auf. Der Kondensator, der auch als Wärmeübertrager bezeichnet wird, liefert die zur Beheizung des Fahrgastraumes des Kraftfahrzeuges notwendige Wärme, wenn das Wärmeübertragungsmedium von dem überhitzten, gasförmigen Zustand auf eine Verflüssigungstemperatur gekühlt und verflüssigt wird. Hierbei wird die dem Wärmeübertragungsmittel oder Kältemittel entzogene Wärme im Kondensator an ein umgebendes Kühlmedium, beispielsweise Luft abgegeben. Der Luftdurchsatz durch den Kondensator wird durch einen Kondensatorlüfter, der im Allgemeinen benachbart zum Kondensator angeordnet ist, erreicht, indem der Kondensatorlüfter kalte Luft ansaugt, diese durch den Kondensator hindurchtritt und als erwärmte Luft nach dem Kondensator zur Verfügung steht. Die erwärmte Luft kann beispielsweise durch Dukte in den Fahrgastraum geleitet werden. Um ein gleichmäßiges Temperaturprofil zu erzielen, werden Wärmeübertrager mit einer zweireihigen Abordnung von Wärmeübertragerrohren verwendet.
Aus der DE 102 55 487 A1 beispielsweise ist ein Wärmeübertrager bekannt. Der Wärmeübertrager weist ein Wärmeübertragemetz umfassend Flachrohre und Wellrippen auf, wobei die Flachrohre beidseitig jeweils mit einem Sammelkasten verbunden sind. Der Sammelkasten weist einen Deckelabschnitt und einen Bodenabschnitt auf, wobei der Deckelabschnitt im Querschnitt senkrecht zu dessen Längserstreckung gesehen eine M- oder W- förmige Gestalt hat. Durch Zusammenfügen des Deckelabschnitts und des Bodenabschnitts kann so ein zweiteiliges Sammelrohr gebildet werden.
Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeübertrager zu schaffen, der einfach und kostengünstig herzustellen ist. Außerdem soll der Wärmeübertrager so aufgebaut sein, dass dieser einen möglichst geringen Bauraum benötigt. Dies wird mit einem Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
Der Wärmeübertrager für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug mit einem Wärmeübertragernetz, weist Wärmeübertragerrohre, insbesondere Flachrohre und mindestens einen Sammelkasten auf, wobei der Sammelkasten mindestens ein eingangsseitiges Sammelrohr und ein ausgangsseitiges Sammelrohr umfasst, die in Strömungsverbindung mit den Wärmeübertragerrohren stehen. Der Wärmeübertrager zeichnet sich dadurch aus, dass das ausgangsseitige Sammelrohr eine Querschnittsfläche aufweist, die kleiner ist als eine Querschnittsfläche des eingangsseitigen Sammelrohres.
Die Wärmeübertragerrohre, insbesondere die Flachrohre sind hierbei bevorzugt in zwei Reihen nebeneinander angeordnet. Die Wärmeübertragerrohre sind bevorzugt jeweils fluchtend und im Wesentlichen parallel ausgerichtet angeordnet. Somit weist der Wärmeübertrager mindestens eine zweireihige Anordnung auf. Es können auch mehr als zwei nebeneinander angeordnete Reihen von Wärmeübertragerrohren vorgesehen sein. Eine zweireihige Anordnung kann auch vorliegen, wenn die beiden nebeneinander angeordneten Wärmeübertragerrohre einstückig ausgeführt sind und eine Trennwand entlang der Längserstreckung der Wärmeübertragerrohre angeordnet ist, sodass zwei getrennte parallel verlaufende Strömungskanäle in dem Wärmeübertragerrohr realisiert sind.
Das eingangsseitige Sammelrohr und das ausgangsseitige Sammelrohr sind bevorzugt an einer Seite der Wärmeübertragerrohre, insbesondere Flachrohre angeordnet und mit diesen in Strömungsverbindung. Insbesondere sind das eingangsseitige Sammelrohr und das ausgangsseitige Sammelrohr parallel zueinander angeordnet. Das Wärmeübertragungsmittel tritt im Betrieb der Klimaanlage des Kraftfahrzeuges in das eingangsseitige Sammelrohr des Wärmeübertragers im gasförmigen Aggregatzustand ein, durchströmt die Wärmeübertragerrohre, insbesondere Flachrohre und tritt aus dem Wärmeübertrager durch das ausgangsseitige Sammelrohr in einem flüssigen Aggregatzustand aus, da das Wärmeübertragungsmittel durch die Kondensation im Wärmeübertrager in den flüssigen Aggregatzustand verbracht wird. Im flüssigen Zustand weist das Wärmeübertragungsmittel eine größer Dichte auf und benötigt auf Grund seiner größeren Dichte weniger Volumen, Somit kann das ausgangsseitige Sammelrohr mit einer geringeren Querschnittsfläche und damit einem geringeren Volumen auskommen als das eingangsseitige Sammelrohr, welches das Kältemittel in der gasförmigen Phase aufnehmen muss.
Durch die geringere Querschnittsfläche des ausgangsseitigen Sammelrohres ist vorteilhafterweise eine zweireihige Anordnung des Wärmeübertragers realisiert, die weniger Bauraum benötigt. Durch die kleinere Querschnittsfläche des ausgangsseitigen Sammelrohres kann außerdem eine geringere Menge des Wärmeübertragungsmittels, welches auch als Kältemittels bezeichnet wird und ein Heiz- oder Kühlmedium sein kann, verwendet werden. Es tritt vorteilhafterweise kein Druckverlust im ausgangsseitigen Sammelrohr auf, der zu einer geringeren Leistung des Wärmeübertragers führen würde. Somit ist es ermöglicht, mit insgesamt weniger Kältemittel eine gleichzeitig gleichbleibende Leistung im Kühlkreislauf zu erzielen. Insbesondere bei der Verwendung des neuerdings eingesetzten Kältemittels R 1234 yf ist es vorteilhaft, mit einer geringeren Menge des Wärmeübertragungsmittels auszukommen» da dieses teuer ist.
Bevorzugt beträgt die Querschnittsfläche des ausgangsseitigen Sammelrohres zwischen 20% und 90% der Querschnittsfläche des eingangsseitigen Sammelrohres. Bevorzugt ist die Querschnittsfläche des ausgangsseitigen Sammelrohres zwischen 50% und 90% der Querschnittsfläche des eingangsseitigen Sammelrohres. Besonders bevorzugt liegt die Querschnittsfläche des ausgangsseitigen Sammelrohres zwischen 50% und 70% der Querschnittsfläche des eingangsseitigen Sammeirohres. Hierbei kann insbesondere der Druckfestigkeit des unter Druck stehenden flüssigen Wärmeübertragungsmittels Rechnung getragen und der Druckverlust reduziert werden. In einer Ausgestaltung des Wärmeübertragers ist ein Übergang zwischen dem eingangsseitigen Sammelrohr und dem ausgangsseitigen Sammelrohr mittels eines umlenkseitigen Sammelrohr realisierbar. Der Übergang mittels des umlenkseitlgen Sammelrohres ist hierbei ein Fluidströmungsübergang. Das umlenkseitige Sammelrohr ist bevorzugt zwischen zwei Flachrohren angeordnet. Die Querschnittsfläche des umlenkseitigen Sammelrohres liegt zwischen der des eingangsseitigen Sammelrohres und der des ausgangsseitigen Sammelrohres. Somit liegt der Strömungsquerschnitt des umlenkseitigen Sammelrohres zwischen dem des eingangseitigen und dem des ausgangsseitigen Sammelrohres.
Die Reduzierung der Querschnittsfläche des ausgangsseitigen Sammelrohres wird erreicht, indem die Form der Querschnittsfläche des eingangsseitigen Sammelrohres verschieden von der Form der Querschnittsfläche des ausgangsseitigen Sammelrohres ist. Hierbei ist bevorzugt ein Bodenabschnitt des eingangsseitigen und des ausgangsseitigen Sammelrohres gleich. Bevorzugt ist die Form oder Gestalt des eingangsseitigen Sammelrohres im Wesentlichen rund, wobei das ausgangsseitige Sammelrohr eine abgeflachte oder ellipsenförmige Gestalt aufweist.
In einer Ausgestaltung des Wärmeübertragers sind die Querschnittsflächen des ausgangsseitigen und des eingangsseitigen Sammelrohres statisch bezogen auf die Länge des jeweiligen Sammelrohres. Dadurch ist die Querschnittsfläche jeweils über die gesamte Länge des Sammelrohres gleichbleibend und verändert sich nicht. Insbesondere ist keines der Sammelrohre verjüngt bezogen auf dessen Länge. Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager sind das eingangsseitige Sammelrohr und das ausgangsseitige Sammelrohr nebeneinanderliegend angeordnet und/oder im Wesentlichen parallel verlaufend. Bevorzugt sind das eingangsseitige Sammelrohr und das ausgangsseitige Sammelrohr einstückig ausgeführt und bilden den Sammelkasten,
Der Sammelkasten und damit die Sammelrohre sind bevorzugt aus Blech gebogen. Hierbei können sowohl das ausgangsseitige als auch das eingangsseitige Sammelrohr aus einem separaten Blech gebogen werden und nach dem Biegen zusammengefügt, beispielsweise gelötet werden. Bevorzugt bildet sich bei dem Wärmeübertrager zwischen dem eingangsseitigen Sammelrohr und dem ausgangsseitigen Sammelrohr ein Steg. Der Steg gibt dem Wärmeübertrager eine gewisse Stabilität und trennt eingangsseitiges und ausgangsseitiges Sammelrohr, wobei entlang der Längserstreckung der Sammelrohre mindestens eine Öffnung vorgesehen ist, bevorzugt mehrere Durchlassöffnungen im Steg vorgesehen sind. Es kann aber auch vorgesehen sein, beide Sammelrohre aus einem Blech zu biegen, sodass ein einstückiger Sammelkasten mit zwei Sammelrohren und einem zwischen dem ausgangsseitigen und dem eingangsseitigen Sammelrohr ausgebildeten Steg geformt ist.
Die Aufgabe wird ebenfalls durch ein Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage gelöst, die einen Wärmeübertrager mit in zwei Reihen angeordneten Wärmeübertragerrohren, insbesondere Flachrohren und einem Sammelrohre aufweisenden Sammelkasten umfasst, dessen ausgangsseitiges Sammelrohr eine kleinere Querschnittsfläche als dessen eingangsseitiges Sammelrohr aufweist. Durch die geringere Querschnittsfläche ist es trotz geringerer Kältemittelmenge vermieden, dass ein Druckverlust in dem ausgangsseitigen Sammelrohr entsteht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren in der Zeichnung beschrieben, die den Schutzumfang der Ansprüche nicht einschränken und lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft beschreiben.
Kurze Beschreibung der Figuren der Zeichnung
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Teilabschnitt eines Wärmeübertragers mit einem
Sammelkasten mit Sammelrohren und Wärmeübertragerrohren;
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers mit einem Sammelkasten mit Sammelrohren;
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers mit einem Sammelkasten mit Sammelrohren;
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers mit einem Sammelkasten mit Sammelrohren
Fig. 5 ein Sammelkasten in Querschnittdarstellung gemäß der
Erfindung;
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sammelkastens;
Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sammelkasten;
Fig. 8 Strömungspfade für ein Ausführungsbeispiel eines
Wärmeübertragers mit einer ersten Verschaltungsart; Fig. 9 Strömungspfade eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Wärmeübertragers mit einer weiteren Verschaltungsart.
Figur 1 zeigt in schematischer perspektivischer Darstellung einen Teilabschnitt eines an sich bekannten zweireihig aufgebauten Wärmeübertragers 10. Der Wärmeübertrager 10 ist Teil einer Klimaanlage (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeuges (nicht dargestellt). Der Aufbau des Wärmeübertragers 10 in Figur 1 soll den prinzipiellen Aufbau des zwei-reihigen Wärmeübertragers 10 zeigen. Der Wärmeübertrager 10 weist im Wesentlichen parallel hintereinander angeordnete Wärmeübertragerrohre 12 auf, die als Flachrohre 12 ausgebildet sind. Jedes Flachrohr 12 steht in Fluidverbindung mit einem ersten, eingangsseitigen Sammelrohr 16 oder einem zweiten, ausgangsseitigen Sammelrohr 18 des Sammelkastens 14. Die Flachrohre 12 sind fluchtend in zwei nebeneinander liegenden Reihen 20 und 22 angeordnet. Eine zweireihige Anordnung von Flachrohren ist auch realisierbar, indem zwei Flachrohre einstückig ausgebildet sind und eine Längstrennwand aufweisen. So können in einem einstückig aufgebauten Flachrohr zwei Strömungspfade für das Wärmeübertragungsmittel realisiert werden. Zwischen dem ersten Sammelrohr 16 und dem zweiten Sammelrohr 18 ist ein Steg 24 ausgebildet, der das erste Sammelrohr 16 und das zweite Sammelrohr 18 trennt und sich über die Länge 26, bzw. Längserstreckung 26 der Sammelrohre 16, 18 als Zwischenwand 24 erstreckt. Die Flachrohre 12 in der jeweiligen Reihe 20, 22 sind mit ihrer breite Seite 28 hintereinander entlang der Länge 32 fluchtend sowie im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die Flachrohre 12 der Reihen 20 und 22 sind jeweils mit ihrer dicken Seite 30 nebeneinander ebenfalls im Wesentlichen parallel angeordnet. Somit ergibt sich sozusagen eine zweispaltige Matrix von entlang der Sammelrohre 16 und 18 fluchtend hintereinander angeordneter Flachrohre 12, die in jeder Matrix mit ihrer breiten Seite 28 hintereinander in der jeweiligen Matrixspalte angeordnet sind und so eine zweireihige Anordnung von Flachrohren 12 bilden. Bei einstückig ausgeführten Flachrohren mit zwei Strömungspfaden bezieht sich das zweireihig auf die Strömungspfade.
Die Wärmeübertragerrohre 12 können auch eine andere als rechteckige Grundfläche mit der breiten Seite 28, die eine größere Ausdehnung aufweist als die Dicke 30, haben, beispielsweise eine quadratische Grundfläche mit zwei gleich langen Seiten 28 und 30. Auch quadratische Wärme Übertragerrohre 12 können fluchtend und in zwei Reihen nebeneinander angeordnet werden. Jede andere Grundfläche ist im Prinzip für die Wärmeübertragerrohre 12 denkbar.
Der Wärmeübertrager 10 weist neben dem Sammelkasten 14 bevorzugt einen weiteren Sammelkasten (nicht dargestellt) auf, der ebenfalls Sammelrohre oder zumindest umlenkseitige Sammelrohre aufweist. Die Länge 32 der Flachrohre 12 und zwei mal die Länge 26 des Sammelkastens 14 definieren im Wesentlichen die Abmessungen des Wärmeübertragers 10 ohne Anschlussmittel (nicht gezeigt), die dem Anschluss des Wärmeübertragers 10 an einen Kühlkreislauf (nicht dargestellt) der Klimaanlage des Kraftfahrzeuges dienen.
In dem Steg 24 bzw. der Zwischenwand 24 sind Öffnungen 34 vorgesehen, die eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Sammelrohr 16 und dem zweiten Sammelrohr 18 realisieren, insbesondere entlang der Längserstreckung der Sammelrohre 16 und 18. Beispielhaft ist eine Öffnung 34 in Figur 1 gezeigt. Es sind bevorzugt mehr Öffnungen 34 an unterschiedlichen Orten in dem Steg 24 bzw. der Zwischenwand 24 vorgesehen, um an unterschiedlichen Orten entlang der Länge 26 der Sammelrohre 16 und 18 eine Fluidverbindung zwischen diesen zu realisieren. Durch die Öffnungen 34 kann gezielt eine Umlenkung des Wärmeübertragungsmittels von Flachrohren 12 der ersten Reihe 20 in Flachrohre 12 der zweiten Reihe 22 realisiert werden. Eine Umlenkung kann ebenfalls in dem zweiten nicht dargestellten Sammelkasten erfolgen. Obwohl der zweite Sammelkasten nicht dargestellt ist in Figur 1 , wird dieser die Bezugsziffer 14' zugeordnet und den Sammelrohren die Bezugsziffern 16' und 18', um die weitere Beschreibung zu vereinfachen. Der Sammelkasten 14' kann gleich ausgestaltet sein wie der Sammelkasten 14, beispielsweise können die Sammelrohre 16 und 16' sowie 18 und 18' die gleiche Gestalt aufweisen, er kann aber auch verschieden von dem Sammelkasten 14 sein. Insbesondere können die Querschnittsflächen der Sammelrohre 16, 16' und 18, 18' jeweils gleich oder unterschiedliche sein. Statt dem zweiten Sammelkasten 14' können auch einfache umlenkseitige Sammelrohre vorgesehen sein.
Im Betrieb des Wärmeübertragers 10 kann mittels des Sammelkastens 14' oder durch die umlenkseitigen Sammelrohre strömendes Wärmeübertragungsmittel von der ersten Reihe 20 der Flachrohre 12 in die zweite Reihe 22 der Flachrohre 12 gelangen. Ebenso können in den Sammelrohren 16 und 18 an unterschiedlichen Orten quer zur Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsmittels Zwischenwände (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die den Strömungsweg in dem jeweiligen Sammelrohr 16 und/oder 18 sowie 16' und/oder 18' verschließen und das Wärmeübertragungsmittel im Betrieb zwingen von Flachrohren 12 der ersten Reihe 20 beispielsweise in Flachrohre 12 der zweite Reihe 22 durch Öffnungen 34 oder in dem zweiten nicht dargestellten Sammelkasten 14' zu strömen und umgekehrt. Hierdurch können durch die Öffnungen 34 und die Zwischenwände unterschiedliche Strömungswege für das Wärmeübertragungsmittel realisiert werden. Prinzipiell sind hierbei die in der DE 20 2010 000 951 U1 beschriebenen Strömungswege realisierbar. Zwei Beispiele für Strömungswege sind in den Figuren 8 und 9 dargstellt und werden in Zusammenhang mit diesen beschrieben. Bevorzugt sind die Sammelrohre 16 und 18 aus Blech gebogen und an dem Steg 24 miteinander verbunden, beispielweise verlötet, um eine stabile Struktur zu bilden. Hierdurch liegen das eingangsseitige Sammelrohr 16 und das ausgangsseitige Sammelrohr 18 einstückig als Sammelkasten 14 vor, Der Sammelkasten 14, 14' kann aber auch aus vorkonfektionierten Rohren durch Verbinden derselben hergestellt werden. Aus Gründen einer vereinfachenden Darstellung sind in Figur 1 das erste Sammelrohr 16 und das zweite Sammelrohr 18 mit einer gleichen Querschnittsfläche 38, 38 und von gleicher Gestalt gezeigt so wie es an sich bekannt ist. Erfindungsgemäß weisen das eingangsseitige Sammelrohr 16 und das ausgangsseitige Sammelrohr 18 eine unterschiedliche Querschnittsfläche 38, 38 auf, wobei die Querschnittsfläche 36 des eingangsseitigen Sammelrohres größer ist als die Querschnittsfläche 38 ausgangsseitigen Sammelrohres. Beispiele hierfür sind in den Figuren 5, 6 und 7 gezeigt. Die Ausgestaltung des Sammelkastens 14 mit Sammelrohren 16, 18 mit unterschiedlich großen Querschnittsflächen 38 und 38 kann hierbei auf den gezeigten Aufbau des Wärmeübertragers 10 der Figuren 1 , 2, 3 und 4 angewendet werden.
Die Enden der Sammelrohre 16 und 18 sind mit einem Abschlussdeckel {nicht dargestellt) versehen. Ein Ende des Sammelrohrs 16 ist mit einem Anschlussstutzen (nicht dargestellt) versehen, der eine Einlassöffnung (nicht dargestellt) für das Wärmeübertragungsmedium oder Kältemittel ist. Ein Ende des ausgangsseitigen Sammelrohres 18 weist eine Auslassöffnung auf und ist mit einem Anschlussstutzen (nicht dargestellt) verbunden. Mittels der beiden Anschlussstutzen kann der Wärmeübertrager 10 mit einem Kühlmittelkreislauf oder einem Kältemittelkreislauf der Klimaanlage des Kraftfahrzeuges verbunden werden,
Figur 2 zeigt den Abschnitt des Wärmeübertragers 10 aus Figur 1 in Querschnittsdarsteilung senkrecht durch die Sammelrohre 16 und 18 in einer Ebene parallel den Flachrohren 12. Die Flachrohre 12 sind Jeweils derart mit den Sammelrohren 16 und 18 verbunden, sodass eine Fluidverbindung realisiert ist. Der Sammelkasten 14 ist aus einem Blech gebogen, wobei das Blech eine Außenwand 39 der Sammelrohre 16 und 18 bildet und die beiden Enden des Bleches den im Wesentlichen parallel verlaufenden Steg 24 bilden. Bevorzugt sind die beiden Enden miteinander und mit der Außenwand 39 verbunden, bevorzugt verlötet, sodass der Sammelkasten 14 einstückig ausgebildet ist und die Sammelrohre 16 und 18 nebeneinander angeordnet sind und im Wesentlichen parallel verlaufen,
Figur 3 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung in einer Ebene eines der Flachrohre 12 eine andere Ausführungsform des Abschnitts des Wärmeübertragers 10. Der Sammelkasten 14 ist aus zwei Blechen gefertigt und weist einen Deckelabschnitt 42 und einen Bodenabschnitt 44 auf. Hierbei ist der Deckelabschnitt 42 aus einem Blech gebogen und der Bodenabschnitt 44 aus einem zweiten Blech geformt. Deckelabschnitt 42 und Bodenabschnitt 44 sind an zwei Schnittstellen 46 und 48 jeweils fluiddicht miteinander verbunden. Der Steg 24 wird durch das den Deckelabschnitt 42 bildende Blech ausgeformt. Hierbei ist der Steg 24 mit dem Bodenabschnitt 44 ungefähr in dessen mittlerem Abschnitt 47 verbunden.
Figur 4 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung entlang der Längsersteckung der Flachrohre 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Abschnitts des Wärmeübertragers 10, dessen Sammelrohre 16 und 18 durch den Decke labschnitt 42 und den Bodenabschnitt 44 und einen separaten Steg 24a gebildet werden. Figur 5 zeigt in schematischer Schnittdarstellung in einer Ebene senkrecht zur Längserstreckung 26 des Sammelkastens 14 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Konstruktion der Sammelrohre 16 und 18. Jedes Sammelrohr 16 und 18 ist aus einem separaten Blech geformt, bevorzugt gebogen, welches die Außenwand 39 des jeweiligen Sammelrohrs 16, 18bildet. An dem Steg 24 sind die beiden zunächst nicht verbundenen Sammelrohre zusammengefügt, bevorzugt verlötet, sodass eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. Der Sammelkasten 14 liegt nach der Zusammenfügung einstückig vor. Um die Flachrohre 12 mit dem
Sammelkasten 14 verbinden zu können, werden Öffnungen (nicht dargestellt) entweder im Blech vor dem Formen der Sammelrohre 16 und 18 eingebracht, beispielsweise vorgestanzt oder nach dem Formen der Sammelrohre 16 und 18 eingebracht, beispielsweise durch Laserschneiden. Es können auch vorkonfektionierte Bleche mit Öffnungen zum Verbinden der Flachrohre 12 und der Sammelrohre 16, 18 verwendet werden. Ebenso können vorkonfektionierte Rohre verwendet werden, die miteinander zu dem Sammelkasten 14 verbunden werden.
Figur 6 zeigt in schematischer Schnittdarstellung den Sammelkasten 14 des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 10 mit dem eingangsseitigen Sammelrohr 16 und dem ausgangsseitigen Sammelrohr 1 8. Das eingangsseitige Sammelrohr 16 weist eine um etwa die Hälfte größeren Querschnittsfläche 36 auf als das ausgangsseitige Sammelrohr 18, dessen Querschnittsfläche mit der Bezugsziffer 38 bezeichnet ist. Somit ist die Strömungsquerschnittsfläche im eingangsseitigen Strömungskanal, der durch das Sammelrohr 16 gebildet wird, etwas zwischen 70% und 50% größer als die Strömungsquerschnittfläche des ausgangsseitigen Sammelrohr 18. Dadurch ist die Strömungsquerschnittsfläche und damit auch das Strömungsvolumen des jeweiligen Sammelrohres 16 und 18 an die jeweilige Dichte, beziehungsweise das spezifische Volumen, das den Aggregatzustand des Kältemittels kennzeichnet ideal angepasst, wobei das durchströmende Kältemittel im Eingangskanal gasförmig und im Ausgangskanal flüssig ist.
Die Querschnittsfläche 38 des ausgangsseitigen Sammelrohres 18 ist im erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 10 stets kleiner als die des eingangsseitigen Sammelrohres 16. Bevorzugt liegt das Verhältnis der Querschnittsfläche 38 zur Querschnittsfläche 36 zwischen 0.2 und 0.9. Wird die Querschnittsfläche 36 des eingangsseitigen Sammelrohres 16 mit A1 bezeichnet und die Querschnittsfläche 38 des ausgangsseitigen Sammelrohres 18 mit A2, so gilt: 0.2≤ A2/A1≤ 0.9
Besonders bevorzugt liegt das Verhältnis zwischen 0.5 und 0.9, Es gilt:
0.5≤ A2/A1≤ 0.9
Idealerweise ist die Querschnittsfläche 36 des eingangsseitigen Sammelrohrs 16 doppelt so groß wie die Querschnittsfläche 38 des ausgangsseitigen Sammelrohres 18 oder etwas zumindest 1 .45 mal so groß. Es gilt:
0.5≤ A2/A1≤ 0.7
Hierbei sind die Grundflächen oder Bodenflächen 44 der Sammelrohre 16 und 18 gleich groß. Die unterschiedlichen Querschnittsflächen 36, 38 werden durch eine unterschiedliche Gestalt des Sammelrohres 18 im Vergleich zum Sammelrohr 16 realisiert. Beispielsweise ist der Deckelabschnitt 42 des Sammelrohrs 18 abgeflacht, sodass eine annähernd ellipsenförmige Gestalt des Sammelrohrs 18 gebildet wird. Das eingangseitige Sammelrohr 16 und das ausgangsseitige Sammelrohr 18 sind hierbei bevorzugt zumindest in einem Abschnitt nahe des Bodenabschnitts 44 nicht symmetrisch, d.h. unsymmetrisch, bezogen auf eine Mittelachse 50. Das Sammelrohr 16 und das Sammelrohr 18 weisen an einer den Steg 24 bildenden Seite 52 jeweils einen nahezu rechten Winkel zwischen dem Bodenabschnitt 44 und dem Deckabschnitt 42 auf.
Ein Übergang zwischen dem eingangsseitigen Sammelrohr 16 und dem ausgangsseitigen Sammelrohr 18 ist mittels eines umlenkseitigen Sammelrohr realisierbar. Das umlenkseitige Sammelrohr weist einen Querschnitt auf, dessen Querschnittsfläche zwischen den Querschnittsflächen 36 und 38 liegt. Das umlenkseitige Sammelrohr kann bevorzugt realisiert werden, indem ein dem Sammelkasten 14 entsprechender Sammelkasten 14' mit jeweils einem ersten Sammelrohr 16' und einem Sammelrohr 18' an das dem Sammelkasten 14 abgewandte Ende der Flachrohre 12 angeordnet ist. Am Sammelkasten 14' sind bevorzugt beide Enden mit einem fluiddichten Deckel (nicht dargestellt) verschlossen.
Die Querschnittsflächen 36 und 38 sind statisch über die Länge 26 der Sammelrohre 16 bzw. 18 ausgebildet, das heißt die Querschnittsfläche 36 bzw. 38 des Sammelrohres 16 bzw. 18 ändert sich über die Längserstreckung 26 nicht, sondern bleibt konstant.
Figur 8 zeigt in schematischer Darstellung eine prinzipielle Verschal tu ngsart des zwei-reihigen Wärmeübertragers 10, Der Wärmeübertrager 10 weist ein Wärmeübertragernetz auf, von dem in Figur 8 lediglich schematisch Strömungspfade für ein Wärmeübertragungsmedium oder Kältemittel dargestellt sind. In dem Sammelrohre 16 ist ein Eingangsströmungskanal 60 oder Eingangsströmungspfad 60 und in dem Sammelrohr 18 ein Ausgangsströmungskanal 62 oder Ausgangsströmungspfad 62 realisiert. Die in der Darstellung in Figur 8 im Wesentlichen horizontal verlaufenden Strömungspfade 64a, 64b, 64c, 66a, 66b, 66c und 68a, 68b, 68c verlaufen in den Flachrohen 12 und in dem umlenkseitigen Sammelrohr. Das umlenkseittge Sammelrohr ist bevorzugt in dem oder durch den Sammelkasten 14' realisiert, wobei die Strömungspfade 64b, 66b, 68b jeweils durch eine Öffnung 34' in einem Stegs 24' des Sammelkastens 14' realisiert sind. Es sind in Figur 8 jeweils zwei Flachrohre 12 und ein umlenkseitiges Sammelrohr in jeder der horizontal verlaufenden Ebene 70a, 70b, 70c angeordnet.
Die Richtung eines im Wesentlichen senkrecht durch den Wärmeübertrager 10 tretenden Luftstromes oder Luftströmung ist durch den Pfeil 72 gezeigt, der somit die Luftstromrichtung 72 darstellt. Ein Verlauf der Fluidströmung des Wärmeübertragungsmediums oder Kältemittel ist durch die Pfeile, die mit den Bezugsziffern 64, 66 und 68 bezeichnet sind, verdeutlicht. Die Fluidströmung tritt, wie durch den Pfeil 60 verdeutlicht ist, in die Eintrittsöffnung des Sammelrohres 16 ein. Das Fluid kann sich über die Länge 26 des Sammelrohres 16 verteilen und gleichzeitig in den drei Ebenen 70a, 70b und 70c in das jeweilige Flachrohre 12 hineinströmen. Am Ende des jeweiligen Flachrohres 12 strömt das Fluid durch das umlenkseitige Sammelrohr und tritt jeweils in das den Strömungskanal 64c, 66c und 68c realisierende Flachrohr 12 ein. Hierbei kann das Fluid jeweils durch Trennwände sowie Durchlassöffnungen, die in dem Sammelrohr 16' bzw. 18' angeordnet sind, in der jeweiligen Ebene 70a, 70b und 70c gelenkt werden oder kann sich auf die Ebenen 70a, 70b und 70c verteilen.. Das Fluid durchströmt in dem Flachrohr 12 der jeweiligen Ebene 70a, 70b und 70c, tritt in das Sammelrohr 18 ein und verlässt den Wärmeübertrager 10 durch eine Auslassöffnung des Sammelrohrs 18, verdeutlicht durch den Pfeil 62.
Figur 9 zeigt eine weitere Möglichkeit für die Fluidströmung des Wärmeübertragungsmediums oder Kältemittel, die realisiert ist durch eine unterschiedliche Verschaltungsart der in den Sammelrohren 16, 18, 16', 18' angeordneten Durchlassöffnungen und Zwischenwände. Das Fluid strömt gasförmig in durch den Pfeil 60 verdeutlichten Eintrittsströmungspfad in den Wärmeübertrager 10. Das Fluid kann sich auf die drei Ebenen 70a, 70b und 70c im eingangsseitigen Sammelrohr 16 verteilen und strömt entlang der Strömungspfade 64a, 66a und 68a in den jeweiligen Flachrohren 12. Im Sammelrohr 16' kann sich das Fluid jeweils auf die drei Ebenen 70a, 70b und 70c verteilen. Das Fluid kann allerdings nur in der Ebene 70c in der Tiefe umgelenkt werden durch das umlenkseitige Sammelrohr und anschließend den Strömungspfad 66c durchströmen. Nachdem das Fluid das Flachrohr 12 die Ebene 70c durchströmt hat, kann dieses in das Sammelrohr 18 eintreten. Hier erfolgt eine Umlenkung in der Breite in die Ebene 70b. Das Fluid kann in das Flachrohr 12 der Ebene 70b eintreten und dieses in umgekehrter Reihenfolge in Strömungspfad 66b' in Richtung zu dem Sammelrohr 18' durchströmen. Im Sammelrohr 18' erfolgt eine Umlenkung in der Breite in die Ebene 70a und das Fluid strömt im Flachrohr 12 auf dem Strömungspfad 64c in Richtung Sammelrohr 18 und verlässt den Wärmetauscher durch die Auslassöffnung des Sammelrohres 18 in durch den Pfeil 62 dargestellter Richtung.
Figuren 8 und 9 stellen lediglich beispielhaft mögliche Strömungspfade für das Wärmeübertragungsmedium dar. Andere möglich Strömungspfade, die mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 10 realisierbar sind, sind in der DE 202010000951 U1 aufgeführt und werden vollumfänglich als Teil in die vorliegende Beschreibung aufgenommen.

Claims

Patentansprüche 1 . Wärmeübertrager für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug mit einem Wärmeübertragernetz, welches Wärmeübertragerrohre (12), insbesondere Flachrohre (12) und mindestens einen Sammelkasten (14) aufweist, wobei der Sammelkasten (14) mindestens ein eingangsseitiges (16) und ein ausgangsseitiges Sammelrohr (18) umfasst, die in Strömungsverbindung mit den Wärmeübertragerrohren
(12) stehen, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgangsseitige Sammelrohr (18) eine Querschnittsfläche (38) aufweist, die kleiner ist als eine Querschnittsfläche (36) des eingangsseitigen Sammelrohres (16).
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (38) des ausgangsseitigen Sammelrohres (18) zwischen 20% und 90%, bevorzugt zwischen 50% und 90%, besonders bevorzugt zwischen 50% und 70% der Querschnittsfläche (36) des eingangsseitigen Sammelrohres (16) beträgt.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang zwischen dem eingangsseitigen Sammelrohr (16) und dem ausgangsseitigen Sammelrohr (18) mittels eines umlenkseitigen Sammelrohr realisierbar ist.
4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (36) des eingangsseitigen Sammelrohres (16) größer ist als eine Querschnittsfläche des umlenkseitigen Sammelrohres und die
Querschnittsfläche des umlenkseitigen Sammelrohres kleiner ist als die Querschnittsfläche (38) des ausgangsseitigen Sammelrohres (18).
5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Querschnittsfläche (36) des eingangsseitigen Sammelrohres (16) verschieden von der Form der Querschnittsfläche (38) des ausgangsseitigen Sammelrohres (18) ist, wobei eine Bodenfläche (44) des eingangsseitigen Sammelrohres (16) gleich der Bodenfläche (44) des ausgangsseitigen Sammelrohres (18) ist.
6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (36) des eingangsseitigen Sammelrohres (16) und die Querschnittsfläche (38) des ausgangsseitigen Sammelrohres (18) statisch bezogen auf die Länge (26) des eingangsseitgien Sammelrohres (16) und die Länge (26) des ausgangsseitigen Sammelrohres (18) sind.
7. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eingangsseitige Sammelrohr (16) und das ausgangsseitige Sammelrohr (18) nebeneinanderliegend angeordnet und/oder im Wesentlichen parallel verlaufend sind.
8. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eingangsseitige Sammelrohr (16) und das ausgangsseitige Sammelrohr (18) einstückig ausgeführt sind und den Sammelkasten (14) bilden.
9. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen dem eingangsseitigen Sammelrohr (16) und dem ausgangsseitigen Sammelrohr (18) ein Steg (24) angeordnet ist, der in Längserstreckung (26) der Sammelrohre (16, 18) eine Zwischenwand (24) bildet, die in der Längserstreckung (26) der Sammelrohre (16, 18) mindestens eine Öffnung (34) aufweist.
10. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerrohre (12), insbesondere
Fiachrohre (12) in zwei Reihen (20, 22) nebeneinander angeordnet sind.
11. Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage, die einen Wärmeübertrager (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
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