DE19957945A1 - Kondensator mit Unterkühlstrecke - Google Patents

Abstract

Es wird ein Kondensator (1) für den Kühlmittel-Kreislauf einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage vorgeschlagen, dessen Rohre waagerecht und mehrflutig durchströmt werden, wobei drei Bereiche gebildet werden: ein Heißgasbereich (4), ein Kondensationsbereich (6.1, 6.2, 6.3) und ein Unterkühlungsbereich (5). Zur Verbesserung der Belüftung ist der Unterkühlungsbereich (5) etwa in der Mitte des Kondensators (1) und jeweils zwischen Heißgas- und Kondensationsbereich (4, 6.1) angeordnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kondensator für den Kältemittel- Kreislauf einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage - bestehend aus einem Rohr- Rippenblock mit waagerecht verlaufenden Rohren, die in seitlich angeord­ nete Sammelrohre münden, die durch Trennwände unterteilt sind, so daß die Rohre mehrflutig durchströmt werden und im wesentlichen drei Bereiche, nämlich einen Heißgas-, einen Kondensations- und einen Unterkühlungsbe­ reich bilden. Ein solcher Kondensator ist aus der EP-A 255 313 bekannt.

Bei diesem bekannten Flachrohrkondensator tritt das Kältemittel als Heißgas über einen ersten Abschnitt eines Sammelrohres in den Kondensator ein und durchströmt einen ersten oberen Bereich, der als Heißgas-Bereich be­ zeichnet wird. Das Kältemittel wird dann im gegenüberliegenden Sammel­ rohr umgelenkt und tritt in einen mittleren Bereich ein, der als Kondensa­ tions-Bereich bezeichnet wird. Schließlich wird das größtenteils konden­ sierte Kältemittel wiederum umgelenkt und tritt jetzt in den untersten Bereich ein, der als Unterkühl-Bereich bezeichnet wird. In diesem untersten Bereich ist das Kältemittel in der Regel verflüssigt und weist die niedrigste Tempe­ ratur auf; hier findet die sogenannte Unterkühlung des Kältemittels unter die Kondensationstemperatur statt, d. h. es erfolgt kein Phasenwechsel mehr. Das Kältemittel tritt in flüssiger Form am untersten Bereich des Kondensa­ tors aus, um von dort - gegebenenfalls nach Trocknung - in ein Expansions­ ventil (nicht dargestellt) einzutreten. Dieser Kondensator wird also mit waa­ gerecht verlaufenden Rohren bzw. mit seitlich angeordneten Sammelrohren in ein Kraftfahrzeug eingebaut und befindet sich in der Regel, in Fahrtrich­ tung gesehen, vor dem Kühlmittelkühler. Die Beaufschlagung mit Umge­ bungsluft erfolgt entweder durch den Fahrtwind oder durch ein Gebläse, wo­ bei die Kondensatorstirnfläche in Folge der Einbauverhältnisse im Kraftfahr­ zeug nicht gleichmäßig belüftet wird; insbesondere ist der untere Teil, d. h. der Unterkühlungsbereich häufig schlecht belüftet, obwohl hier in Folge der niedrigen Kältemitteltemperatur und der damit verbundenen geringeren Temperaturdifferenz eine verstärkte Beaufschlagung mit Luft vorteilhaft wä­ re.

In der DE-A 198 30 329 wurde daher bereits vorgeschlagen, den Unterküh­ lungsbereich in den obersten Bereich des Kondensators zu verlegen, wobei der Kältemitteleintritt unmittelbar unterhalb des Unterkühlungsbereiches, also im oberen Bereich des Kondensators erfolgt. Diese Lösung bietet zwar für spezielle Einbauverhältnisse eine bessere Belüftung der Unterkühlstrec­ ke, sie wird jedoch nicht immer den Einbau-, Strömungs- und Lufttempera­ turverhältnissen im Fahrzeug gerecht.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kondensator der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß die Belüftung des gesamten Kondensators, insbesondere die des Unterkühlbereiches ver­ bessert und damit die Leistung des Kondensators, insbesondere die Unter­ kühlung verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und der Unteransprüche gelöst. Dies geschieht in vorteilhafter Weise dadurch, daß die Unterkühlstrecke in den mittleren Bereich des Kondensators verlegt wird, d. h. zwischen den Heißgas- und den Kondensationsbereich, welche beide an den außen liegenden Bereichen, d. h. oben oder unten, angeordnet sind. Dadurch ergibt sich in den meisten Fällen eine optimale Belüftung des Un­ terkühlbereiches, da hier auf Grund der Einbauverhältnisse im Fahrzeug der stärkste Luftstrom und die niedrigste Lufttemperatur herrschen. Die Unter­ kühlleistung wird durch diese mittige Anordnung signifikant erhöht, insofern kann auch dieser Unterkühlungsabschnitt flächenmäßig geringer ausgelegt werden.

In vorteilhaften Weiterbildungen dieser grundsätzlichen Lösung kann der Heißgasbereich entweder unten oder oben liegen, d. h. der Kondensations­ bereich oben respektive unten. Dadurch ergibt sich bei bestimmten Kon­ stellationen die Notwendigkeit, das Kältemittel um die Sammelrohre herum zu führen, was vorteilhafterweise über sogenannte Bypassrohre erfolgt. Da­ mit wird es möglich, die Unterkühlstrecke quasi in beliebigen Höhenlagen, aber jeweils im mittleren Bereich des Kondensators anzuordnen. Dabei kann es auch von Vorteil sein, den Kondensationsbereich in zwei Bereiche, die über ein Bypassrohr miteinander verbunden sind, aufzuteilen und den Un­ terkühlungsbereich zwischen diese beiden Kondensationsbereiche zu legen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Kondensator mit oberem Heißgasbereich und Durch­ strömung des Kondensationsbereiches von oben nach un­ ten,

Fig. 2 einen Kondensator mit oberem Heißgasbereich und Durch­ strömung des Kondensationsbereiches von unten nach oben,

Fig. 3 einen Kondensator mit oberem Heißgasbereich und geteil­ tem Kondensationsbereich,

Fig. 4 einen Kondensator mit unterem Heißgasbereich und Durch­ strömung des Kondensationsbereiches von oben nach un­ ten,

Fig. 5 einen Kondensator mit unterem Heißgasbereich und geteil­ tem Kondensationsbereich,

Fig. 6 einen Kondensator mit unterem Heißgasbereich und Durch­ strömung des Kondensationsbereiches von unten nach oben,

Fig. 7 eine schematische Darstellung von verschiedenen Ausfüh­ rungen für Bypasskanäle und

Fig. 8 eine Variante mit oben liegendem Unterkühlungsbereich und Heißgaseintritt im untersten Bereich.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Flachrohrkondensator 1 mit waagerecht verlaufenden, nicht dargestellten Flachrohren, zwischen denen sich ebenfalls nicht dargestellte Wellrippen befinden, welche von Umge­ bungsluft beaufschlagt werden. Die nicht dargestellten Flachrohre münden in seitlich, d. h. vertikal angeordnete Sammelrohre 2 und 3. Der aus den Flachrohren bestehende Netzbereich (Rohr-Rippenblock) zwischen den bei­ den Sammelrohren 2 und 3 ist in verschiedenen Bereiche unterteilt, nämlich einen oberen Heißgasbereich 4, einen darunter angeordneten Unterküh­ lungsbereich 5 und einen Kondensationsbereich, der in drei nebeneinander liegende Abschnitte bzw. Flutigkeiten 6.1, 6.2 und 6.3 unterteilt ist. Die Sammelrohre 2 und 3 sind entsprechend den vorgenannten Heißgas-, Un­ terkühlungs- und Kondensationsbereichen in einzelne Kammern 7 bis 14 unterteilt und durch entsprechende Trennwände 15 bis 20 voneinander ab­ geteilt. Zwischen den Kammern 7 und 9 ist ein Bypassrohr 21 angeordnet, welches beide Kammern miteinander verbindet. In ähnlicher Weise sind die Kammern 12 und 14 über ein zweites Bypassrohr 22 miteinander verbunden.

In diesem Kondensator 1 tritt das Kältemittel, dargestellt durch den Pfeil A, in die oben liegende Kammer 11 des rechten Sammelrohres 3 ein, d. h. das Kältemittel durchströmt als Heißgas den obersten Bereich 4 des Kondensa­ tors und gelangt dann auf der gegenüberliegenden Seite in die Kammer 7 des Sammelrohres 2. Von dort aus gelangt das Kältemittel, wie durch die Pfeile B und C angedeutet, über das Bypassrohr 21 in die Kammer 9, d. h. in den obersten Kondensationsbereich 6.1. Der zwischen Heißgasbereich 4 und oberstem Kondensationsbereich 6.1 liegende Unterkühlungsbereich 5 wird somit von dem Kältemittel umgangen. Dieses strömt dann auf die ande­ re Seite, wird in der Kammer 13, wie durch den Pfeil D angedeutet, umge­ lenkt und strömt durch den mittleren Kondensationsbereich 6.2 zurück auf die andere Seite in die Kammer 10. Dort erfolgt eine weitere Umlenkung entsprechend dem Pfeil E und nachfolgend eine Durchströmung des unter­ sten Kondensationsbereiches 6.3 in die Kammer 14. Von dort gelangt das Kältemittel jetzt über das Bypassrohr 22 in den Unterkühlungsbereich 5, der - wie bereits erwähnt - im mittleren Bereich des Kondensators, genauer ge­ sagt eher etwas oberhalb, angeordnet ist. Nach Durchströmen dieses Berei­ ches 5 gelangt das Kältemittel schließlich in die Kammer 8, von wo aus es als unterkühltes, flüssiges Kältemittel in den nicht dargestellten Kältemittel­ kreislauf der Fahrzeugklimaanlage eintritt.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Flachrohrkonden­ sator 30, der in ähnlicher Weise wie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 in einen oberen Heißgasbereich 301, einen darunterliegenden Unterküh­ lungsbereich 302 und einen unteren Kondensationsbereich mit 3-facher Durchströmung 303, 304 und 305 unterteilt ist. Der Kondensator 30 weist ebenfalls zwei seitlich angeordnete Sammelrohre 31 und 32 auf, die in Kammern 33 bis 39 durch Trennwände 40 bis 44 unterteilt sind. Das Käl­ temittel tritt, wie durch den Pfeil A gekennzeichnet, in die obere Kammer 33 als Heißgas ein, durchströmt den oberen Bereich 301 und tritt dann in die Kammer 39 ein, von der aus ein Bypassrohr 45 zu der Kammer 36 führt, die im untersten Bereich des Sammelrohres 32 angeordnet ist. Das Kältemittel strömt, den Pfeilen B und C folgend, durch das Bypassrohr 45 in die unterste Kammer 36 und von dort durch die erste Flut des Kondensationsbereiches in die Kammer 35. Von dort aus wird der Kondensationsbereich in zwei weite­ ren Fluten 304, 305, den Pfeilen D und E entsprechend, durchströmt. Aus der Kammer 34 wird das Kältemittel, dem Pfeil F folgend, jetzt in den Unter­ kühlungsbereich 302 eingeleitet, der direkt unter dem Heißgasbereich 301 angeordnet ist, und erreicht schließlich die Kammer 38. Von dort tritt das Kältemittel, unterkühlt und in flüssiger Phase, aus dem Kondensator aus.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Kondensator 50, der in einen oberen Heißgasbereich 501, einen dreiflutigen Kondensationsbe­ reich 502, 503, 504 und einen Unterkühlungsbereich 505 aufgeteilt ist. Ent­ sprechend den vorgenannten Bereichen sind die Sammelrohre 51 und 52 in Kammern 53 bis 59 durch Trennwände 60 bis 64 unterteilt. Das Kältemittel tritt wiederum im oberen Bereich, gekennzeichnet durch den Pfeil A, in die Kammer 53 ein und strömt nach der Umlenkung in der Kammer 59, dem Pfeil B folgend, in den ersten Kondensationsbereich 502 bis in die Kammer 54. Letztere ist über ein Bypassrohr 65 mit der untersten Kammer 56 verbunden.

Aus der Kammer 54 strömt das teilweise kondensierte Kältemittel über das Bypassrohr 65 in die untere Kammer 56 und dann durch den untersten Kon­ densationsbereich 504 in die Kammer 57, wird dort, dem Pfeil E entspre­ chend, umgelenkt und tritt in den darüberliegenden Kondensationsbereich 503 ein, um in die Kammer 55 zu gelangen. Dort erfolgt, dem Pfeil F folgend, eine Umlenkung in den Unterkühlungsbereich 505, der einerseits etwa in der Mitte des Kondensators und andererseits zwischen den beiden Kondensati­ onsbereichen 502 und 503 angeordnet ist. Nach Durchströmen des Unter­ kühlungsbereiches gelangt das flüssige Kältemittel in die Kammer 58, von wo aus es, entsprechend dem Pfeil G, in den Kältemittelkreislauf eintritt.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Kondensator 70, der in einen unteren Heißgasbereich 701, einen dreiflutigen Kondensationsbe­ reich 702, 703, 704 und einen darunterliegenden Unterkühlungsbereich 705 unterteilt ist. Seitliche Sammelrohre 71 und 72 sind entsprechend diesen Bereichen in Kammern 73 bis 79 durch Trennwände 80 bis 84 unterteilt. Darüber hinaus ist die Kammer 76 mit der Kammer 79 über ein Bypassrohr 85 verbunden. Das Kältemittel tritt bei diesem Ausführungsbeispiel also un­ ten, dem Pfeil A folgend, ein und durchströmt den Kondensator in der Rei­ henfolge der Pfeile B, C, D, E, F und G. Der dreiflutige Kondensationsbe­ reich wird somit von oben nach unten durchströmt, und der Unterkühlungs­ bereich 705 liegt in der unteren Hälfte des Kondensators.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Kondensator 90 mit einem unten angeordneten Heißgasbereich 901, einem dreiflutigen Konden­ sationsbereich 902, 903, 904 und einem in der Mitte des Kondensators und zwischen den beiden Kondensationsbereichen 904 und 902 angeordneten Unterkühlungsbereich 905. Entsprechend dieser Unterteilung sind die bei­ den Sammelrohre 91 und 92 in Kammern 93 bis 99 über Trennwände 100 bis 104 unterteilt. Die Kammern 95 und 93 sind über ein Bypassrohr 105 verbunden. Das Kältemittel tritt über den Pfeil A in den Kondensator als Heißgas ein und durchströmt diesen, den Pfeilen B, C, D, E und F folgend, tritt also aus der Kammer 98 im mittleren Bereich des Kondensators aus, als flüssiges und unterkühltes Kältemittel.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen weiteren Kondensa­ tor 110 mit einem unteren Heißgasbereich 111, einem obenliegenden drei­ flutigen Kondensationsbereich 112, 113, 114, der von unten nach oben durchströmt wird. Entsprechend sind seitliche Sammelrohre 116, 117 in Kammern 118 bis 125 durch Trennwände 126 bis 131 unterteilt. Die Kam­ mern 118 und 120 sind durch ein Bypassrohr 132, und die Kammern 122 und 124 sind durch ein weiteres Bypassrohr 133 miteinander verbunden.

Der Kondensator 110 wird somit entsprechend den Pfeilen A bis H durch­ strömt, d. h. das Kältemittel tritt als Heißgas im untersten Bereich ein und verläßt den Kondensator als flüssiges, unterkühltes Kältemittel durch Austritt aus der Kammer 123.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Sammelrohres 140 in Querschnittsdarstellung, d. h. das Sammelrohr 140 weist einen kreisförmi­ gen Querschnitt auf und ist als Rohr ausgebildet. Mit diesem Sammelrohr 140 ist eine Vielzahl von Flachrohren 141 dicht, z. B. durch Verlöten, ver­ bunden. Das Sammelrohr 140 ist mit einem Bypassrohr 142 verbunden, wel­ ches den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen entsprechend den Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 entspricht.

Fig. 7a zeigt eine andere Ausführung für die Gestaltung der Querschnitte von Sammelrohr und Bypassrohr, nämlich als Sammelrohr 143, dessen Querschnitt durch eine Trennwand 144 in einen Sammelrohrquerschnitt 145 und einen Bypassquerschnitt 146 unterteilt ist.

Fig. 7b zeigt eine ähnliche Ausführung wie Fig. 7, mit dem Unterschied, daß das Sammelrohr 147 und das Bypassrohr 148 jeweils in Längsrichtung abgeplattet und in diesem Bereich 149 miteinander verbunden sind, z. B. durch Verlöten.

Fig. 8 zeigt eine in sofern etwas abweichende Variante für einen Konden­ sator 150, als der gesamte Kondensator von unten nach oben durchströmt wird, d. h. zunächst durch einen unten liegenden Heißgasbereich 151, dann durch einen dreiflutigen Kondensationsbereich 152, 153, 154 und abschlie­ ßend durch einen im obersten Bereich angeordneten Unterkühlungsbereich 155. Diese Durchströmung des Kondensators 150 in der Richtung der Pfeile A bis F kommt also - im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispielen ohne eine Bypassleitung aus.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 6 und auch Fig. 8 wurde jeweils ein Kondensator mit 5-facher Flutigkeit dargestellt, d. h. mit 5 Strömungswegen bzw. Abschnitten von in einer Rich­ tung parallel durchströmten Rohren. Die Flutigkeit kann jedoch auch im kon­ kreten Anwendungsfall erhöht oder vermindert werden, wobei dies für alle gezeigten Ausführungsbeispiele gilt. Bei ungerader Flutigkeit sind Zu- und Abführungsstutzen auf zwei unterschiedlichen Seiten, bei gerader Flutigkeit auf der gleichen Seite angeordnet.

Claims (9)

1. Kondensator für den Kältemittel-Kreislauf einer Kraftfahrzeugklimaan­ lage, bestehend aus einem Rohr-Rippenblock mit waagerecht verlau­ fenden Rohren, die in seitlich angeordnete Sammelrohre münden, die durch Trennwände in Kammern unterteilt sind, so daß die Rohre mehr­ flutig durchströmt werden und im wesentlichen drei Bereiche, nämlich einen Heißgas-, einen Kondensations- und einen Unterkühlungsbe­ reich bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterkühlungsbereich (5, 302, 505, 705, 905, 115) zwischen Kondensations- und Heißgasbe­ reich angeordnet ist.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißgasbereich (4, 301, 501) oben angeordnet ist.

3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißgasbereich (701, 901, 111) unten angeordnet ist.

4. Kondensator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationsbereich (6.1, 6.2, 6.3; 502, 503, 504; 702, 703, 704) mehrflutig von oben nach unten durchströmt wird und daß Bypasslei­ tungen (21, 65, 85) für die Überbrückung von nicht benachbarten Be­ reichen vorgesehen sind.

5. 5. Kondensator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationsbereich (303, 304, 305; 902, 903, 904) mehrflu­ tig von unten nach oben durchströmt wird und daß Bypassleitungen (45, 105) für die Überbrückung von nicht benachbarten Bereichen vor­ gesehen sind.

6. Kondensator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationsbereich in einen oberen (502, 904)und einen unte­ ren (503, 902) Kondensationsbereich unterteilt, daß der Unterküh­ lungsbereich (505, 905) zwischen oberem und unterem Kondensati­ onsbereich angeordnet und daß der obere und der untere Kondensati­ onsbereich über einen Bypass (65, 105) miteinander verbunden sind.

7. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationsbereich (112, 113, 114) mehrflutig von unten nach oben durchströmt, daß der Heißgasbereich (111) mit dem Kondensationsbe­ reich (112) über einen ersten Bypass (133) und der Kondensationsbe­ reich (114) mit dem Unterkühlungsbereich (115) über einen zweiten Bypass (132) verbunden sind.

8. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassleitungen als separate Leitungen (142), als in den Sammelrohrquerschnitt (143) integrierte Leitungen (146) oder als außen mit dem Sammelrohr (147) direkt verbundene By­ passleitungen (148) ausgebildet sind.

9. Kondensator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (150) mehrflutig (151, 152, 153, 154; 155) von unten nach oben durchströmt wird, daß der Heiß­ gasbereich (151) unten, der Kondensationsbereich (152, 153, 154) in der Mitte und der Unterkühlungsbereich (155) oben angeordnet sind.