WO2017108289A1 - Sicherheitswärmetauscher für ein klimasystem mit brennbarem und/oder toxischem kältemittel - Google Patents

Sicherheitswärmetauscher für ein klimasystem mit brennbarem und/oder toxischem kältemittel Download PDF

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WO2017108289A1
WO2017108289A1 PCT/EP2016/078018 EP2016078018W WO2017108289A1 WO 2017108289 A1 WO2017108289 A1 WO 2017108289A1 EP 2016078018 W EP2016078018 W EP 2016078018W WO 2017108289 A1 WO2017108289 A1 WO 2017108289A1
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WO
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heat exchanger
refrigerant
tube
safety
air
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/078018
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French (fr)
Inventor
Christian MATHE
Georg Hummel
Sebastian HÄRTIG
Werner HILLER
Daniel Gumpp
Mathias Venschott
Original Assignee
Truma Gerätetechnik GmbH & Co. KG
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Filing date
Publication date
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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
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/003—Multiple wall conduits, e.g. for leak detection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00321—Heat exchangers for air-conditioning devices
    • B60H1/00335—Heat exchangers for air-conditioning devices of the gas-air type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • F24F11/32—Responding to malfunctions or emergencies
    • F24F11/36—Responding to malfunctions or emergencies to leakage of heat-exchange fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2225/00—Reinforcing means
    • F28F2225/04—Reinforcing means for conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/16—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing leakage

Definitions

  • the invention relates to a safety heat exchanger for an air conditioning system and an air conditioning system with such a heat exchanger.
  • the invention relates to a so-called air conditioner, which is suitable for cooling the interior of caravans, boats, etc.
  • the invention can also be used for room air conditioning of apartments or buildings.
  • Such air conditioners are known for example from WO 2007/042065 A1. Their function will be explained below with reference to FIG.
  • a compressor 1 compresses a gaseous refrigerant which is transported via a refrigerant pipe 2 to an ambient air heat exchanger 3 which is a condenser when the air conditioner is used for cooling room air.
  • the ambient air heat exchanger 3 the refrigerant condenses by a part of the heat stored in it is discharged to the ambient air.
  • an ambient air blower 4 is provided, which sucks air via an inlet 5 and emits an outlet 6 to the environment.
  • the refrigerant liquefied in the ambient air heat exchanger 3 is conducted via a coolant line 7 to an expansion device 8, for example a throttle.
  • the expanded refrigerant is introduced into an air conditioning heat exchanger 9, which operates as an evaporator when the air conditioner is used for cooling room air.
  • the room air for the room to be conditioned is passed through the room air heat exchanger 9.
  • a room air blower 10 is used be, which sucks the room air through an air inlet 1 1, passes through the room air heat exchanger 9 and passes through one or more room air outlets 12 back into the room to be air-conditioned.
  • the room air which is passed through the room air heat exchanger 9, it may be fresh air to air, which was taken in the recirculation method to be air-conditioned space, or a mixture thereof.
  • the refrigerant is passed via a refrigerant line 14 back to the compressor, where it is compressed again.
  • This air conditioning system can be used not only as an air conditioner for cooling room air, but also as a heat pump for heating room air.
  • the refrigerants used are usually so-called safety refrigerants (for example R134a), ie refrigerants based on halogenated hydrocarbons. From an environmental point of view, there has recently been an increasing desire to use refrigerants with a low global warming potential, for example propane or R32. However, since propane and R32 are flammable, they can not be used in a conventional air conditioner for safety reasons.
  • safety refrigerants for example R134a
  • propane and R32 are flammable, they can not be used in a conventional air conditioner for safety reasons.
  • the object of the invention is to provide an air conditioning system in which combustible and / or toxic refrigerants can be used.
  • a heat exchanger for an air conditioning system is provided according to the invention, with at least one refrigerant pipe which extends through an air duct, and at least one safety tube which surrounds the refrigerant pipe within the air duct.
  • the safety pipe ensures that in the event of a leak, the refrigerant can not enter the air duct and from there into the room to be air-conditioned, but is caught by the safety pipe.
  • a safety heat exchanger is provided in which refrigerants that are flammable and / or toxic can be used, without the risk in the event of leakage that escaping refrigerant via the room air in rooms arrives in which people are. Thus, no dangerous (combustible and / or toxic) air mixtures can form there.
  • the safety tube outside the air duct is open to the environment.
  • the refrigerant can, if it comes to a defect, are selectively discharged to an area outside of the room to be air conditioned.
  • the safety tube ends in a closed system to which a sensor is assigned. This will respond if there is refrigerant in the containment tube.
  • the safety pipe and the refrigerant pipe are in good heat-conducting connection. In this way, a good heat transfer from the refrigerant through the refrigerant pipe and the safety tube is ensured on the air flowing through the air duct, to be cooled.
  • safety tube and the refrigerant tube abut each other. This results in a good heat transfer by heat conduction.
  • the safety tube is roughened on its inside and / or the refrigerant tube on its outside. It can also be provided that the safety tube is provided on its inside and / or the refrigerant tube on its outside with at least one discharge channel. By means of the surface roughness or the discharge channel it is ensured that the refrigerant can be led out laterally out of the area between the safety pipe and the refrigerant pipe in the event of a leak.
  • the discharge channel may be formed by at least one groove or groove in the outer surface of the refrigerant tube and / or the inner surface of the safety tube.
  • the discharge channel may also be due to different geometries and / or surface conditions of the outer surface of the refrigerant tube and the inner surface of the safety tube be formed, for example, a slightly oval refrigerant pipe, which is arranged in a round safety tube, or vice versa.
  • the air duct is delimited by outer walls (so-called “endplates”) through which extend a plurality of refrigerant pipes through which the refrigerant can flow, and in that the safety pipes surrounding the refrigerant pipes are opened outside the air duct to the environment Design results in a mechanically simple structure.
  • the safety tube communicates with heat transfer ribs.
  • the heat transfer fins increase the surface area available for transferring heat from the air flowing through the air flow passage to the refrigerant.
  • the refrigerant tube and the safety tube abut each other by means of a press fit. This can be achieved by selecting an outer diameter for the refrigerant tube that is suitably larger than the inner diameter of the safety tube and pushing the refrigerant tube into the safety tube. In this case, the safety tube can be widened, so that there is a good heat-conducting connection with previously deferred heat transfer ribs.
  • the interference fit can also be obtained by heating the safety tube and / or cooling the refrigerant tube before the tubes are assembled together. It is also possible to set the refrigerant tube, after it has been placed inside the safety tube, under a high internal pressure, so that it widens and thereby plastically deforms.
  • the refrigerant pipe and the safety pipe are made in one piece with each other. As a result, separation points are avoided, which would be detrimental to the heat conduction.
  • the refrigerant tube and the safety tube are sections of an extruded profile part. To this Way the two tubes can be made in good heat conducting connection and with the desired geometry.
  • a good heat-conducting material is arranged between the refrigerant tube and the safety tube, which defines at least one gas conduit.
  • the highly thermally conductive material may be, for example, a porous material through which any escaping refrigerant is passed.
  • a good heat conducting material for example, graphite can be used.
  • FIG. 1 schematically a refrigerant circuit
  • FIG. 3 is a schematic, perspective view of a heat exchanger according to the invention.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of a part of a heat exchanger according to the invention.
  • FIG. 6 shows part of a refrigerant pipe according to an alternative embodiment
  • FIG. 2 shows an inventive air conditioning system with a safety heat exchanger 9 according to the invention.
  • the room air heat exchanger 9 has a plurality of refrigerant tubes 20 extending between opposed outer walls 22 of the heat exchanger.
  • Several of the individual refrigerant tubes 20 are connected in series by means of tube bends 24 (see also FIG. 3).
  • all refrigerant pipes can be connected in series (single-flow operation), or packages of series-connected refrigerant pipes can be connected in parallel (multi-flow operation).
  • a room air duct L is defined through which the room air flows, which is to be conditioned with the room air heat exchanger 9.
  • the refrigerant tubes 20 extend through the outer walls 22 to outside the region of the air duct between the outer walls 22.
  • the solder joints, by means of which the pipe bends 24 are connected to the refrigerant tubes 20, outside the air duct.
  • the outer walls 22 of the heat exchanger 9 are here received tightly in a side wall 15 of a housing 16 of the air conditioning system.
  • a seal 17 is provided.
  • a room air area 18 is separated tightly from an ambient air area 19.
  • Each refrigerant tube 20 is surrounded by a safety tube 26.
  • the safety tubes 26 also extend through the outer walls 22. As can be seen in particular in FIGS. 3 and 4, the ends of the safety tubes 26 are open outside the outer walls 22. The passage of the safety tubes 26 through the outer walls is carried out sealed. Thus, the safety tubes 26 are open to the ambient air area 19 and hermetically separated from the room air area 18.
  • the refrigerant tubes 20 communicate with the safety tubes 26 in a good heat-conducting connection. Unlike in the schematic illustration of FIG. 4, the outer surface of the refrigerant tubes 20 bears against the inner surface of the safety tubes 26 (see FIG. 5).
  • the discharge channel 28 is provided in the outer surface of the refrigerant tube 20. It is equally possible that the discharge channel 28 is provided on the inner surface of the safety tube 26.
  • An alternative embodiment is shown in FIG. There, the refrigerant tube 20 is provided on its outside with a Bachrändelung 30. The Buchrändelung ensures that very fine flow channels between the outside of the refrigerant tube 20 and the inside of the safety tube 26 are present, even if the inside of the safety tube 26 rests firmly on the outside of the refrigerant tube 20.
  • a plurality of heat transfer ribs 32 are placed in a conventional manner, which form a total of a ribbed package 34.
  • the outer surface of the refrigerant tube 20 is firmly against the inner surface of the safety tube 26.
  • the desired intimate contact can be achieved, for example, by first providing a refrigerant tube 20 having an outer diameter that is slightly smaller than the inner diameter of the safety tube 26. After the two tubes are inserted into each other, the refrigerant tube 20 is expanded so that it rests firmly against the inner surface of the safety tube 26.
  • a high pressure can be built up within the refrigerant tube 20, which expands the refrigerant tube 20 and thereby plastically deformed.
  • the Characteristics of the two tubes are adapted to each other so that when expanding the refrigerant tube 20 there is a suitable plastic deformation sets, taking into account the inevitable springback when the internal high pressure is reduced, the desired close mechanical contact between the outside of the refrigerant tube 20 and the inside of the safety tube 26 leads.
  • the safety tube is suitably heated and / or the refrigerant tube 20 is suitably cooled before the tubes are pushed into one another. If the tubes then have their starting temperature again, the desired mechanical contact between the refrigerant tube 20 and the safety tube 26 results due to the thermal expansion.
  • FIG 7 another embodiment is shown in which the safety tube 26, the outer portion of an extruded section 40 and the refrigerant tube 20 is the inner portion.
  • the refrigerant tube 20 and the safety tube 26 are connected to each other here by webs 42, so that there is a good heat conduction from the refrigerant tube 20 to the safety tube 26.

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Abstract

Sicherheitswärmetauscher für ein Klimasystem mit brennbarem und/oder toxischem Kältemittel Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (9) für ein Klimasystem, mit mindestens einem Kältemittelrohr (20), das sich durch einen Luftführungskanal (L) erstreckt, und einem Sicherheitsrohr (26), das das Kältemittelrohr innerhalb des Luftführungskanals umgibt. Die Erfindung betrifft auch ein Klimasystem mit einem Verdichter (1), einem Umgebungsluft-Wärmetauscher und einem solchen Raumluft-Wärmetauscher (9).

Description

Sicherheitswärmetauscher für ein Klimasystem mit brennbarem und/oder toxischem Kältemittel
Die Erfindung betrifft einen Sicherheitswärmetauscher für ein Klimasystem und ein Klimasystem mit einem solchen Wärmetauscher. Die Erfindung betrifft insbesondere ein sogenanntes Klimagerät, das zum Kühlen von Innenräumen von Caravans, Booten, etc. geeignet ist. Die Erfindung kann aber auch zur Raumklimatisierung von Wohnungen oder Gebäuden verwendet werden.
Solche Klimageräte sind beispielsweise aus der WO 2007/042065 A1 bekannt. Ihre Funktion wird nachfolgend anhand von Figur 1 erläutert.
Ein Verdichter 1 verdichtet ein gasförmiges Kältemittel, das über eine Kältemittelleitung 2 zu einem Umgebungsluft-Wärmetauscher 3 transportiert wird, der ein Kondensator ist, wenn das Klimagerät zum Kühlen von Raumluft verwendet wird. Im Umgebungsluft-Wärmetauscher 3 kondensiert das Kältemittel, indem ein Teil der in ihm gespeicherten Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird. Hierfür ist ein Umgebungsluft-Gebläse 4 vorgesehen, das Luft über einen Einlass 5 ansaugt und über einen Auslass 6 an die Umgebung abgibt.
Das im Umgebungsluft-Wärmetauscher 3 verflüssigte Kältemittel wird über eine Kühlmittelleitung 7 zu einer Expansionsvorrichtung 8 geführt, beispielsweise einer Drossel.
Beim Entspannen geht das Kältemittel in den dampfförmigen Zustand über. Gleichzeitig verringert sich die Temperatur des Kältemittels. Das expandierte Kältemittel wird in einen Klimatisierungs-Wärmetauscher 9 eingebracht, der als Verdampfer arbeitet, wenn das Klimagerät zum Kühlen von Raumluft verwendet wird.
Die Raumluft für den zu klimatisierenden Raum wird durch den Raumluft- Wärmetauscher 9 geleitet. Hierzu kann ein Raumluft-Gebläse 10 verwendet werden, das die Raumluft durch einen Lufteinlass 1 1 ansaugt, durch den Raumluft-Wärmetauscher 9 führt und über einen oder mehrere Raumluftauslässe 12 wieder zurück in den zu klimatisierenden Raum leitet.
Bei der Raumluft, die durch den Raumluft-Wärmetauscher 9 geleitet wird, kann es sich um Frischluft, um Luft, die im Umluftverfahren dem zu klimatisierenden Raum entnommen wurde, oder um eine Mischung daraus handeln.
Vom Raumluft-Wärmetauscher 9 wird das Kältemittel über eine Kältemittelleitung 14 zurück zum Verdichter geführt, wo es erneut komprimiert wird.
Dieses Klimasystem kann nicht nur als Klimaanlage zum Kühlen von Raumluft verwendet werden, sondern auch als Wärmepumpe zum Erwärmen von Raumluft.
Als Kältemittel werden üblicherweise sogenannte Sicherheitskältemittel (beispielsweise R134a) verwendet, also Kältemittel auf der Basis von halogenierten Kohlenwasserstoffen. Aus Umweltschutzgesichtspunkten gibt es in jüngster Zeit vermehrt das Bestreben, Kältemittel mit einem niedrigen Treibhauspotential zu verwenden, beispielsweise Propan oder R32. Da Propan und R32 jedoch brennbar sind, können sie aus Sicherheitsgründen in einer herkömmlichen Klimaanlage nicht eingesetzt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Klimaanlage zu schaffen, bei der brennbare und/oder toxische Kältemittel eingesetzt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Wärmetauscher für ein Klimasystem vorgesehen, mit mindestens einem Kältemittelrohr, das sich durch einen Luftführungskanal erstreckt, und mindestens einem Sicherheitsrohr, das das Kältemittelrohr innerhalb des Luftführungskanals umgibt. Das Sicherheitsrohr gewährleistet, dass im eventuellen Falle einer Undichtigkeit das Kältemittel nicht in den Luftführungskanal und von dort in den zu klimatisierenden Raum eintreten kann, sondern vom Sicherheitsrohr aufgefangen wird. Auf diese Weise ist ein Sicherheitswärmetauscher geschaffen, in dem Kältemittel, die brennbar und/oder toxisch sind, verwendet werden können, ohne dass im Falle einer Leckage das Risiko besteht, dass ausströmendes Kältemittel über die Raumluft in Räume gelangt, in denen sich Personen aufhalten. Somit können sich dort keine gefährlichen (brennbaren und/oder toxischen) Luftgemische bilden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sicherheitsrohr außerhalb des Luftführungskanals zur Umgebung geöffnet ist. Somit kann das Kältemittel, falls es zu einem Defekt kommt, gezielt zu einem Bereich außerhalb des zu klimatisierenden Raumes hin abgeführt werden.
Grundsätzlich ist gemäß einer alternativen Ausgestaltung auch denkbar, dass das Sicherheitsrohr in einem geschlossenen System endet, dem ein Sensor zugeordnet ist. Dieser spricht an, wenn sich im Sicherheitsrohr Kältemittel befindet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Sicherheitsrohr und das Kältemittelrohr in gut wärmeleitender Verbindung stehen. Hierdurch wird eine gute Wärmeübertragung vom Kältemittel über das Kältemittelrohr und das Sicherheitsrohr auf die durch den Luftführungskanal strömende, zu kühlende Luft gewährleistet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Sicherheitsrohr und das Kältemittelrohr aneinander anliegen. Somit ergibt sich eine gute Wärmeübertragung durch Wärmeleitung.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sicherheitsrohr auf seiner Innenseite und/oder das Kältemittelrohr auf seiner Außenseite aufgeraut ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Sicherheitsrohr auf seiner Innenseite und/oder das Kältemittelrohr auf seiner Außenseite mit mindestens einem Abfuhrkanal versehen ist. Mittels der Oberflächenrauigkeit bzw. des Abfuhrkanals wird sichergestellt, dass das Kältemittel im Falle einer Undichtigkeit aus dem Bereich zwischen Sicherheitsrohr und Kältemittelrohr seitlich heraus geleitet werden kann.
Der Abfuhrkanal kann durch mindestens eine Nut oder Rille in der Außenfläche des Kältemittelrohres und/oder der Innenfläche des Sicherheitsrohres gebildet sein. Der Abfuhrkanal kann auch durch unterschiedliche Geometrien und/oder Oberflächenbeschaffenheiten der Außenfläche des Kältemittelrohres und der Innenfläche des Sicherheitsrohres gebildet sein, beispielsweise ein leicht ovales Kältemittelrohr, das in einem runden Sicherheitsrohr angeordnet ist, oder umgekehrt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Luftführungskanal durch Außenwände (sogenannte„Endplates") abgegrenzt ist, durch die hindurch sich mehrere Kältemittelrohre erstrecken, durch die das Kältemittel fließen kann, und dass die die Kältemittelrohre umgebenden Sicherheitsrohre außerhalb des Luftführungskanals zur Umgebung geöffnet sind. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich ein mechanisch einfacher Aufbau.
Vorzugsweise steht das Sicherheitsrohr mit Wärmeübertragerrippen in Verbindung. Die Wärmeübertragerrippen vergrößern die Oberfläche, die zur Wärmeübertragung von der durch den Luftströmungskanal strömenden Luft zum Kältemittel hin zur Verfügung steht.
Um eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen dem Sicherheitsrohr und dem Kältemittelrohr zu gewährleisten, kann vorgesehen sein, dass das Kältemittelrohr und das Sicherheitsrohr mittels einer Preßpassung aneinander anliegen. Diese kann dadurch erzielt werden, dass für das Kältemittelrohr ein Außendurchmesser gewählt wird, der geeignet größer ist als der Innendurchmesser des Sicherheitsrohres, und das Kältemittelrohr in das Sicherheitsrohr eingeschoben wird. Hierbei kann auch das Sicherheitsrohr aufgeweitet werden, so dass sich eine gut wärmeleitende Verbindung mit vorher aufgeschobenen Wärmeübertragungsrippen ergibt.
Die Preßpassung kann auch dadurch erhalten werden, dass das Sicherheitsrohr erwärmt und/oder das Kältemittelrohr abgekühlt wird, bevor die Rohre ineinander montiert werden. Es ist auch möglich, das Kältemittelrohr, nachdem es innerhalb des Sicherheitsrohres angeordnet wurde, unter einen hohen Innendruck zu setzen, so dass es sich aufweitet und dabei plastisch verformt.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kältemittelrohr und das Sicherheitsrohr einstückig miteinander ausgeführt sind. Hierdurch werden Trennstellen vermieden, die für die Wärmeleitung nachteilig wären.
Gemäß einer Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass das Kältemittelrohr und das Sicherheitsrohr Abschnitte eines Strangpreßprofilteils sind. Auf diese Weise können die beiden Rohre in gut wärmeleitender Verbindung und mit der gewünschten Geometrie hergestellt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Kältemittelrohr und dem Sicherheitsrohr ein gut wärmleitendes Material angeordnet ist, welches mindestens einen Gasleitungskanal definiert. Bei dem gut wärmeleitenden Material kann es beispielsweise um ein poröses Material handeln, durch das hindurch eventuell ausströmendes Kältemittel geleitet wird. Als gut wärmeleitendes Material kann beispielsweise Graphit verwendet werden.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist erfindungsgemäß auch ein Klimasystem mit einem Verdichter, einem Umgebungs-Wärmetauscher und einem Raumluft- Wärmetauscher der vorstehend genannten Art vorgesehen. Hinsichtlich der sich ergebenden Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
- Figur 1 schematisch einen Kältemittelkreislauf;
- Figur 2 in einer teilgeschnittenen Draufsicht ein Klimasystem;
- Figur 3 in einer schematischen, perspektivischen Ansicht einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher;
- Figur 4 in einer schematischen Schnittansicht einen Teil eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;
- Figur 5 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt V von Fig. 4;
- Figur 6 einen Teil eines Kältemittelrohres gemäß einer alternativen Ausgestaltung; und
- Figur 7 in einer schematischen Schnittansicht eine weitere Ausführungsform eines Kältemittelrohres mit Sicherheitsrohr.
In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßes Klimasystem mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitswärmetauscher 9 gezeigt. Der Raumluft-Wärmetauscher 9 weist eine Vielzahl von Kältemittelrohren 20 auf, die sich zwischen einander gegenüberliegenden Außenwänden 22 des Wärmetauschers erstrecken. Mehrere der einzelnen Kältemittelrohre 20 sind mittels Rohrbögen 24 in Reihe geschaltet (siehe auch Figur 3). Je nach gewünschter Betriebsart können alle Kältemittelrohre hintereinander geschaltet sein (einflutiger Betrieb), oder es können Pakete von hintereinandergeschalteten Kältemittelrohren parallelgeschaltet werden (mehrflutiger Betrieb).
Zwischen den Außenwänden 22 und durch den Bereich, in dem sich die Kältemittelrohre befinden, ist ein Raumluftführungskanal L definiert, durch den die Raumluft strömt, die mit dem Raumluft-Wärmetauscher 9 klimatisiert werden soll.
Die Kältemittelrohre 20 erstrecken sich durch die Außenwände 22 bis außerhalb des Bereichs des Luftführungskanals zwischen den Außenwänden 22. Somit liegen auch die Lötstellen, mittels denen die Rohrbögen 24 mit den Kältemittelrohren 20 verbunden sind, außerhalb des Luftführungskanals.
Die Außenwände 22 des Wärmetauschers 9 sind hier dicht in einer Seitenwand 15 eines Gehäuses 16 des Klimasystems aufgenommen. Hierzu ist auch eine Dichtung 17 vorgesehen. Auf diese Weise ist ein Raumluftbereich 18 dicht von einem Umgebungsluftbereich 19 getrennt. Jedes Kältemittelrohr 20 ist von einem Sicherheitsrohr 26 umgeben. Die Sicherheitsrohre 26 erstrecken sich dabei ebenfalls durch die Außenwände 22. Wie insbesondere in den Figuren 3 und 4 zu sehen ist, liegen die Enden der Sicherheitsrohre 26 außerhalb der Außenwände 22 offen. Der Durchtritt der Sicherheitsrohre 26 durch die Außenwände ist abgedichtet ausgeführt. Somit sind die Sicherheitsrohre 26 zum Umgebungsluftbereich 19 offen und vom dem Raumluftbereich 18 hermetisch getrennt.
Die Kältemittelrohre 20 stehen mit den Sicherheitsrohren 26 in einer gut wärmeleitenden Verbindung. Anders als in der schematischen Darstellung von Figur 4 gezeigt, liegt die Außenfläche der Kältemittelrohre 20 an der Innenfläche der Sicherheitsrohre 26 an (siehe Figur 5).
Um zu gewährleisten, dass Kältemittel, das im Falle einer Undichtigkeit aus dem Kältemittelrohr 20 entweicht, in axialer Richtung zwischen dem Kaltemittelrohr 20 und dem Sicherheitsrohr 26 in den Umgebungsluftbereich 19 abgeführt werden kann, sind zwischen dem Kaltemittelrohr 20 und dem Sicherheitsrohr 26 geeignete Gestaltungen vorgesehen. Ein Beispiel ist ein spiralförmig umlaufender Abfuhrkanal 28, wie er in Figur 5 gezeigt ist, oder ein oder mehrere sich in Längsrichtung erstreckende Abfuhrkanäle.
Bei dem in Figur 5 gezeigten Beispiel ist der Abfuhrkanal 28 in der Außenfläche des Kältemittelrohres 20 vorgesehen. Es ist genauso gut möglich, dass der Abfuhranal 28 auf der Innenfläche des Sicherheitsrohres 26 vorgesehen ist. Eine alternative Ausgestaltung ist in Figur 6 gezeigt. Dort ist das Kältemittelrohr 20 auf seiner Außenseite mit einer Kreuzrändelung 30 versehen. Die Kreuzrändelung gewährleistet, dass sehr feine Strömungskanäle zwischen der Außenseite des Kältemittelrohres 20 und der Innenseite des Sicherheitsrohres 26 vorhanden sind, auch wenn die Innenseite des Sicherheitsrohres 26 fest an der Außenseite des Kältemittelrohres 20 anliegt.
Auf die Sicherheitsrohre 26 sind in an sich bekannter Weise mehrere Wärmeübertragungsrippen 32 aufgesetzt, die insgesamt ein Rippenpaket 34 bilden.
Für eine gute Wärmeübertragung vom Kältemittel über das Kältemittelrohr 20 auf das Sicherheitsrohr 26 und von dort zu den Wärmeübertragungsrippen 32 ist es wichtig, dass eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen dem Kältemittelrohr 20 und dem Sicherheitsrohr 26 etabliert ist. Zu diesem Zweck liegt die Außenfläche des Kältemittelrohres 20 fest an der Innenfläche des Sicherheitsrohres 26 an. Der gewünschte innige Kontakt kann beispielweise dadurch erzielt werden, dass zunächst ein Kältemittelrohr 20 mit einem Außendurchmesser bereit gestellt wird, der geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Sicherheitsrohres 26 ist. Nachdem die beiden Rohre ineinander gesteckt sind, wird das Kältemittelrohr 20 so aufgeweitet, dass es fest an der Innenfläche des Sicherheitsrohres 26 anliegt.
Hierzu kann innerhalb des Kältemittelrohres 20 ein hoher Druck aufgebaut werden, der das Kältemittelrohr 20 aufweitet und dabei plastisch verformt. Die Eigenschaften der beiden Rohre sind dabei so aneinander angepasst, dass sich beim Aufweiten des Kältemittelrohres 20 dort eine geeignete plastische Verformung einstellt, die auch unter Berücksichtigung der unvermeidlichen Rückfederung, wenn der Innenhochdruck abgebaut wird, zum gewünschten engen mechanischen Kontakt zwischen der Außenseite des Kältemittelrohres 20 und der Innenseite des Sicherheitsrohres 26 führt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Sicherheitsrohr geeignet erwärmt und/oder das Kältemittelrohr 20 geeignet abgekühlt wird, bevor die Rohre ineinander geschoben werden. Wenn dann die Rohre wieder ihre Ausgangstemperatur haben, ergibt sich aufgrund der Wärmeausdehnung der gewünschte mechanische Kontakt zwischen dem Kältemittelrohr 20 und dem Sicherheitsrohr 26.
Es können auch zwei Rohre verwendet werden, zwischen denen ein Ringraum verbleibt. Dieser wird mit einem gut wärmeleitenden Material gefüllt, das gleichzeitig einen Gasdurchsatz ermöglicht, beispielsweise aufgrund von Porosität. Ein geeignetes Material ist beispielsweise Graphit.
In Figur 7 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei der das Sicherheitsrohr 26 der äußere Abschnitt eines Strangpreßprofilteils 40 und das Kältemittelrohr 20 den inneren Abschnitt darstellt. Das Kältemittelrohr 20 und das Sicherheitsrohr 26 sind hier durch Stege 42 miteinander verbunden, so dass sich eine gute Wärmeleitung vom Kältemittelrohr 20 zum Sicherheitsrohr 26 ergibt.

Claims

Patentansprüche
1 . Wärmetauscher (9) für ein Klimasystem, mit mindestens einem Kältemittelrohr (20), das sich durch einen Luftführungskanal (L) erstreckt, und einem Sicherheitsrohr (26), das das Kältemittelrohr innerhalb des Luftführungskanals umgibt.
2. Wärmetauscher (9) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsrohr (26) außerhalb des Luftführungskanals (L) zur Umgebung geöffnet ist.
3. Wärmetauscher (9) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsrohr (26) und das Kältemittelrohr (20) in gut wärmeleitender Verbindung stehen.
4. Wärmetauscher (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsrohr (26) und das Kältemittelrohr (20) aneinander anliegen.
5. Wärmetauscher (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsrohr (26) auf seiner Innenseite und/oder das Kältemittelrohr (20) auf seiner Außenseite aufgeraut ist.
6. Wärmetauscher (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsrohr (26) auf seiner Innenseite und/oder das Kältemittelrohr (20) auf seiner Außenseite mit mindestens einem Abfuhranal (28) versehen ist.
7. Wärmetauscher (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftführungskanal (L) durch Außenwände (22) abgegrenzt ist, durch die hindurch sich mehrere Kältemittelrohre (20) erstrecken, durch die das Kältemittel fließen kann, und dass die die Kältemittelrohre (20) umgebenden Sicherheitsrohre (26) außerhalb des Luftführungskanals (L) zur Umgebung geöffnet sind.
8. Wärmetauscher (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsrohr (26) mit Wärmeübertragerrippen (32) in Verbindung steht.
9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittelrohr (20) und das Sicherheitsrohr (26) mittels einer Preßpassung aneinander anliegen.
10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittelrohr (20) und das Sicherheitsrohr (26) einstückig miteinander ausgeführt sind.
1 1 . Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittelrohr (20) und das Sicherheitsrohr (26) Abschnitte eines Strangpreßprofilteils sind.
12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kältemittelrohr (20) und dem Sicherheitsrohr (26) ein gut wärmleitendes Material angeordnet ist, welches mindestens einen Gasleitungskanal definiert.
13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das gut wärmeleitende Material porös ist, beispielsweise Graphit.
14. Klimasystem mit einem Verdichter (1 ), einem Umgebungsluft- Wärmetauscher und einem Raumluft-Wärmetauscher (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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