WO2005022066A1 - Wärmetauscher mit integriertem zu- und ablauf - Google Patents

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WO2005022066A1
WO2005022066A1 PCT/EP2004/009111 EP2004009111W WO2005022066A1 WO 2005022066 A1 WO2005022066 A1 WO 2005022066A1 EP 2004009111 W EP2004009111 W EP 2004009111W WO 2005022066 A1 WO2005022066 A1 WO 2005022066A1
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heat exchanger
tubes
tube
collecting
exchanger according
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Michael Bohn
Darius Sitterlee
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Daimlerchrysler Ag
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0084—Condensers

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for a fluid with the features of the preamble of claim 1.
  • Heat exchangers of the aforementioned type are used, for example, in the air conditioning systems of motor vehicles, in which heat is transferred between the fluid circulating in the tubes and the outside air via the large number of tubes and the resulting large surface area.
  • the different types of applications can involve both temperature changes in the fluid and heat changes due to phase transitions of the fluid.
  • Such a heat exchanger is known for example from DE 198 30 329 AI.
  • the heat exchanger described in this publication is a coolant or refrigerant condenser with a core area with a plurality of tubes which extend horizontally and are arranged parallel to one another.
  • the coolant or refrigerant is meandering through the tube bundle, the deflection of the fluid when emerging from one of the tubes or tube bundles and re-entering in the opposite direction in the next tube or tube bundle arranged in both ends of the tubes and open to them he follows.
  • the inflow and outflow of the coolant or refrigerant in the heat exchanger shear takes place via a connecting block, which is connected via pipes to the first pipe at the inlet and the last pipe at the outlet of the fluid in or out of the heat exchanger.
  • the object of the present invention is to design a heat exchanger in a structurally simple manner and with a minimal number of components to be attached to the heat exchanger.
  • a second area is formed which forms a bypass to the tube bundles.
  • a block with the supply and discharge lines to the heat exchanger is arranged at one end of the collecting pipe.
  • the fluid is fed to the heat exchanger via this block and, after being guided through the individual tubes or tube bundles and the corresponding regions in the collecting tube, is again derived from the heat exchanger.
  • the longitudinal partition wall of the collecting tube has at least two through openings through which the fluid can be guided from the guiding area of the collecting tube through the through opening and over the deflection area of the collecting tube and can be returned in the opposite direction.
  • the fluid can be exchanged between the guide region of the collecting pipe and the pipes at a largely freely selectable point along the length of the collecting pipe, which can also influence the flow path of the fluid through the pipe bundle.
  • At least a first of the through openings in the longitudinal partition is a connection to a tube bundle and through at least a second of the through openings a connection to the connections of the block.
  • the second region is open over the length of the collecting tube, so that the fluid flow over the entire length of the collecting tube between the Block and optionally the start point or the end point of the fluid flow in the heat exchanger can be directed.
  • the area of the header pipe facing away from the tubes is divided into two separate areas, as a result of which at least two independent fluid streams can be guided in the area.
  • the area is divided into two channels arranged in parallel.
  • a manifold can thus be produced, with which multiple inflows and outflows of the fluid flow into the guiding area of the manifold can be carried out at a freely selectable point without the inflow and return flow of the fluid flow from the block being impaired ,
  • the closed half-shell is designed as a double chamber in a structurally simple manner.
  • the collecting tubes are advantageously designed for insertion into a guide rail for holding the heat exchanger.
  • One of the criteria for the advantageous design of the heat exchanger is to limit it to a minimum number of necessary components and to perform all functions with these necessary components.
  • the heat exchanger is an air conditioning condenser in which a coolant or refrigerant is transferred from a gaseous phase to the ambient air, giving off heat to a liquid phase.
  • the heat exchanger can also be designed as a gas cooler.
  • the last passage through one of the pipes or tube bundles as a supercooling section
  • the second alternative embodiment of the collecting pipe not requiring the supercooling section to be arranged on one of the end pieces of the collecting pipe, but freely arranged over the entire length of the collecting pipe can be.
  • FIG. 2 shows the heat exchanger according to a first embodiment in a partly broken representation and partly an exploded representation
  • FIG. 3 shows a cross-sectional illustration of the header pipe according to the embodiment in FIG. 2,
  • FIG. 4 shows, in an alternative embodiment, the heat exchanger in a partially broken representation and partly in an exploded illustration
  • FIG. 5 shows a cross-sectional representation of the header pipe according to the embodiment in FIG. 4.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger designed as an air conditioning condenser 10, which is integrated in a coolant or refrigerant cycle, not shown, of a conventional air conditioning system of a motor vehicle.
  • the cooling or cooling fluid is supplied in gaseous form in the air conditioning condenser 10 and condensed into its liquid phase while releasing heat.
  • the air-conditioning condenser has a core region 12 having a plurality of horizontally under parallel arranged tubes, the heat released during condensation and cooling of the fluid heat can be delivered to the tubes flowing around ambient air over their ⁇ total high surface area.
  • the air conditioning condenser 10 has two collecting tanks 14, 16, which are each arranged on the end faces of the individual tubes of the core area 12 and which are connected to the tubes.
  • the coolant or refrigerant fluid is supplied to the air conditioning condenser 10 via the block screw connection 18.
  • the block screw connection 18 has a first connection 20 for the supply line and a second connection 21 for the discharge of the fluid.
  • the connections for the supply and discharge lines can also be interchanged.
  • the individual tubes of the core area 12 are connected at the end to openings on the collecting containers 14, 16, so that the fluid circulating in the air conditioning condenser can be passed from one individual tube to the next individual tube via the collecting containers.
  • the air conditioning condenser 10 also has a filling valve 22 and a dryer bottle 24 in a conventional design for drying the circulating fluid by means of a granulate in the dryer bottle.
  • the dryer bottle 24 also forms a buffer in the event of overfilling.
  • the block screw connection 18 can be arranged on the collecting tank 16, wherein the fluid can be guided via the collecting tank 16 in the manner described below, so that in addition to the block screw connection 18 no further piping with the corresponding additional components is necessary.
  • the collecting container 16 is shown in a partial exploded view.
  • the collecting container 16 is designed as a double tube with the separate regions 16a and 16b, with in addition to the separation in the longitudinal direction of the collecting container 16, partition walls 26a to 26e are arranged transversely to the longitudinal direction of the collecting container 16 and parallel to the tubes of the core region 12.
  • each slot 28 is connected to a tube of the core portion 12.
  • the individual tubes opening between two partition walls in the area 16a of the collecting container form a tube bundle in which the fluid flows in the same direction.
  • the sub-area 16a of the collecting container 16 deflects the fluid flow coming from a tube bundle into the serially arranged tube bundle, so that the fluid flow flows through the tube bundles which follow one another in the opposite direction.
  • the corresponding area of the second collecting container 14, not shown, is constructed analogously to the partial area 16a of the collecting container and has the same function.
  • the fluid flow enters the air conditioning condenser 10 via the feed line 20 of the block screw connection 18.
  • a through opening 30 provided in the partition between the areas 16a and 16b of the collecting container 16
  • the fluid flow is directed into the area 16b of the collecting container (arrow A) and rises in this partial area (arrow B) to one at the upper end of the collecting container 16 arranged second passage opening 32 the transition back into the area 16b of the collecting container.
  • the fluid flow enters the tubes which form a tube bundle and are connected to the openings 28a (arrow C).
  • the number of individual tubes forming a bundle can be determined by the positioning of the partition walls 26 adapted to the specific application.
  • the two partial regions 16a, 16b of the collecting container 16, which are designed as double tube halves, are produced separately from aluminum and then soldered.
  • the block screw connection 18 is also firmly connected to the partial area 16a by soldering.
  • the partitions 26a and 26e arranged on the end faces of the collecting container 16 each cover the entire cross section of the collecting container 16, so that fluid escape is prevented.
  • the last section of the flow through the core region 12 (arrow F) is designed as an overcooling region, in which the fluid which has already condensed out and is in the liquid phase experiences a temperature decrease to a temperature below the evaporation temperature.
  • the collecting container 16 is composed of a partial area 16a designed as an open half-shell and a partial area 16b designed as a closed half-shell. These two sections are connected by soldering.
  • the sub-area 16b fulfills the function of an additional tion to the core area of the air conditioning condenser, while the partial area 16a serves to control and guide the fluid flow when it emerges from a tube bundle or the subsequent re-entry into the next tube bundle.
  • the partition 16c can be seen, which is part of the closed partial area 16b and separates the partial areas 16a and 16b over the entire length of the collecting container 16 with the exception of the passage openings 30, 32 (FIG. 2).
  • the cross section according to FIG. 3 lies in the lower section of the collecting tube 16.
  • FIG. 3 shows both the block screw connection 18 and the partition wall 26e, which tightly seals the collecting tube 16 on its lower end face and completely penetrates the two partial areas 16a, 16b.
  • FIG. 4 shows an air conditioning condenser in which the flow of the fluid can be changed by means of a differently constructed collecting container 16 compared to the first alternative described, in such a way that the tube bundles are connected one behind the other in such a way that the last tube bundle through which flow passes is not at the bottom of the collecting container 16, but instead located at a position in the perpendicular direction above.
  • the supercooling area of the fluid can be placed on a largely freely selectable tube bundle if these make the external temperature conditions necessary. Details not separately described with reference to FIG. 4 correspond to those of the training alternative described above.
  • this partial area is designed as a double pipe, the fluid flow being able to be guided in the double pipe without being impaired.
  • the inlet and outlet openings 20, 21 of the block screw connection are controlled in the opposite manner to that shown in FIG. 2, so that the fluid flow via the connection of the feed line 20 into the partial area 16a and from there into the area through the partition walls 27f and 27g limited lowest tube bundle of the core region 12 is passed (arrow H).
  • the fluid is conveyed upward in the core area and returned in the adjacent tube bundle in the opposite direction (arrow I).
  • the fluid flow enters through a first of four through openings 33a into a first channel 17a of the region 16a of the collecting container 16 designed as a double tube half, and is conveyed therein to the upper end of the collecting tube 16 to the second through opening 33b ( Arrow J).
  • the fluid flow enters the area of the partial area 16a of the collecting tube 16 between the partition walls 27a and 27b and from there into the tube bundle arranged in this area (arrow K).
  • the fluid flow is guided in the manner described above through three serially arranged tube bundles (arrow L, M, N) and then enters between the two partition walls 27c, 27d through the third passage opening 33c second chamber 17b of the region 16b of the collecting tube 16 which is designed as a double tube.
  • the fluid flow is guided through this chamber 17b to the lower end of the collecting tube 16 (arrow 0) and via the fourth passage opening 33d is guided from the partial area 16b into the partial area 16a and from there to the outlet opening 21 of the block screw connection 18.
  • the tube bundle through which the last flow flows through in the core region 12 of the air conditioning condenser 10 is approximately in the middle of the air conditioning condenser in this alternative embodiment (arrow N). Since this last passage through a tube bundle represents the supercooling section, if one is planned, it should be ensured that this area is not exposed to heat radiation from other units of the air conditioning system or the motor vehicle.
  • the charge air cooler is often adjacent to the lower region of the air conditioning condenser, so that a high heat radiation occurs at a high engine output, which necessitates a relocation of the supercooling section.
  • the supercooling section can be laid without additional structural measures using the collecting tube 16 designed according to FIG.
  • the fluid flow can be guided through the core area through the cross guide in the chambers 17a and 17b in such a way that the position of the supercooling section can be chosen as freely as possible.
  • FIG. 5 shows a cross section of the collecting tube 16, which in turn is constructed from two half-shells 16 and 16a, which consist of aluminum and are soldered.
  • the area 16a is embodied unchanged compared to the first variant and in turn mainly serves to direct the fluid flow nem tube bundle to the next one.
  • the partial area 16b designed as a double tube has a chamber 17a via which the fluid is transported after the first two passes through the lower two tube bundles (arrow H, I according to FIG. 4) into the upper area of the collecting tube (arrow J according to FIG. 4) ,
  • the chamber 17b receives the fluid after the last passage through a tube bundle - usually the supercooling section (arrow N according to FIG. 4) and leads the supercooled fluid into the lower region of the collecting tube 16 from where the fluid via the block screw connection 18 Air conditioning condenser leaves.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (10) mit einem Kernbereich (12) mit mehreren Rohrbündeln, die seriell von einem Fluid durchströmt werden. Die Umlenkung des Fluidstroms zwischen zwei aufeinanderfolgenden, in gegenläufiger Richung durchströmten Rohrbündeln sowie die Zu- und Abführung des Fluids zu dem Kernbereich (12) erfolgt über ein speziell ausgebildetes Sammelrohr (16), das aus zwei Halbschalen zusammengesetzt ist.

Description

Wärmetauscher mit integriertem Zu- und Ablauf
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Fluid mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Wärmetauscher der vorgenannten Art finden Anwendung beispielsweise in den Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, in denen über die Vielzahl von Rohren und die daraus resultierende große Oberfläche ein Wärmeübergang zwischen dem in den Rohren zirkulierenden Fluid und der Außenluft vorgenommen wird. Bei den verschiedenartigen Anwendungen kann es sich sowohl um Temperaturänderungen des Fluids als auch um Wärmeänderungen durch Phasenübergänge des Fluids handeln.
Ein solcher Wärmetauscher ist beispielsweise aus der DE 198 30 329 AI bekannt. Der in dieser Druckschrift beschriebene Wärmetauscher ist ein Kühl- bzw. Kältemittelkondensator mit einem Kernbereich mit einer Vielzahl von Rohren, die sich horizontal erstrecken und zueinander parallel angeordnet sind. Das Kühl- bzw. Kältemittel wird mäandernd durch das Rohrbündel geführt, wobei die Umlenkung des Fluids beim Austritt aus einem der Rohre oder Rohrbündel und dem Wiedereintritt in entgegengesetzter Richtung in das nächste Rohr oder Rohrbündel in zu beiden Stirnseiten der Rohre angeordneten und gegenüber diesen offenen Sammelrohren erfolgt. Das Ein- und Ausströmen des Kühl- bzw. Kältemittels in den Wärmetau- scher erfolgt über einen Verbindungsblock, der über Rohrleitungen mit dem ersten Rohr beim Eintritt und dem letzten Rohr beim Austritt des Fluids in bzw. aus dem Wärmetauscher verbunden ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher konstruktiv einfach und mit einer minimalen Anzahl von an den Wärmetauscher anzubauenden Bauteilen auszubilden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Wärmetauscher vorgeschlagen, diesen mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 auszubilden.
Mit der Aufteilung des zumindest einen Sammelrohrs entsteht neben dem Bereich, in dem die Steuerung und Umlenkung des über die seriellen Rohrbündel mäandernden Fluidstroms erfolgt, ein zweiter Bereich, der einen Bypass zu den Rohrbündeln bildet. Mit dieser Anordnung ist es möglich, den gesamten Fluidstrom innerhalb des Wärmetauschers allein mit den Rohren des Kernbereichs und den jeweils stirnseitig an den Rohren angeordneten Sammelrohren zu steuern. Indem das oder die Sammelrohre die Funktion der Zu- und. Ableitungen zu dem Kernbereich des Wärmetauschers übernehmen, sind weitere, hierauf gerichtete, funktionale Bauteile entbehrlich.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist an einem Ende des Sammelrohrs ein Block mit den Zu- und Ableitungen zu dem Wärmetauscher angeordnet . Über diesen Block wird das Fluid dem Wärmetauscher zugeführt und nach der Führung durch die einzelnen Rohre oder Rohrbündel und die entsprechenden Bereiche in dem Sammelrohr wieder von dem Wärmetauscher abgeleitet. Weiter mit Vorteil, weist die Längstrennwand des Sammelrohrs zumindest zwei Durchtrittsöffnungen auf, durch die das Fluid von dem Leitbereich des Sammelrohrs durch die Durchtrittsöffnung und über den Umlenkbereich des Sammelrohrs geleitet und in umgekehrter Richtung zurückgeführt werden kann. Je nach Wahl der Position der Durchtrittsöffnungen kann der Fluid- austausch zwischen dem Leitbereich des Sammelrohrs und den Rohren an einer weitgehend frei wählbaren Stelle über die Länge des Sammelrohrs erfolgen, womit auch der Fließweg des Fluids durch die Rohrbündel beeinflussbar ist.
Dabei ist dadurch zumindest eine erste der Durchtrittsöffnungen in der Längstrennwand eine Verbindung zu einem Rohrbündel und durch zumindest eine zweite der Durchtrittsöffnungen eine Verbindung zu den Anschlüssen des Blocks gebildet. Das heißt, dass der Fluidstrom von dem Block in den Umlenkbereich des Sammelrohrs geführt, dann mäandernd durch das Rohrsystem geleitet und über den Leitbereich des Sammelrohrs zurück zu dem Block geführt werden kann. Der Fluidstrom kann in gleicher Weise auch in umgekehrter Richtung geführt werden.
Dabei ist es günstig, den Block mit den Zu- und Ableitungen fest an dem Sammelrohr anzuordnen, um den gesamten Wärmetauscher ohne weitere zusätzliche Bauteile in einem Stück montieren zu können.
Weiter ist es sinnvoll, das Sammelrohr aus einer offenen und einer geschlossenen Halbschale zusammenzusetzen, die in einfacher Weise fest verbunden werden können.
In einer ersten alternativen Ausbildung ist der zweite Bereich über die Länge des Sammelrohrs offen, so dass der Fluidstrom über die ganze Länge des Sammelrohrs zwischen dem Block und wahlweise dem Anfangspunkt oder dem Endpunkt des Fluidstroms in dem Wärmetauscher geleitet werden kann.
In einer zweiten, alternativen Ausführungsform ist der den Rohren abgewandte Bereich des Sammelrohrs in zwei getrennte Bereiche unterteilt, wodurch in dem Bereich zumindest zwei unabhängige Fluidströme geführt werden können. Mit dieser Ausgestaltung besteht die Möglichkeit, den Fluidstrom an zwei verschiedenen Stellen in das System von Rohren bzw. Rohrbündeln ein- bzw. auszuleiten und die daraus resultierenden Fluidströme in dem zweiten Bereich des Sammelrohrs vollkommen unabhängig voneinander führen zu können.
In vorteilhafter Ausbildung dieser zweiten Alternative ist der Bereich in zwei parallel angeordnete Kanäle unterteilt. In einem einfachen Herstellungsprozess kann somit ein Sammel- rohr hergestellt werden, mit dem mehrere Ein- und Ausleitungen des Fluidstroms in den Leitbereich des Sammelrohrs an einer frei wählbaren Stelle vorgenommen werden können, ohne dass der Zu- und Rückfluss des Fluidstroms von dem Block beeinträchtigt würde.
In sinnvoller Weiterbildung ist dabei die geschlossene Halbschale in konstruktiv einfacher Weise als Doppelkammer ausgebildet .
In der Gesamtheit der Erfindung sind mit Vorteil die Sammel- rohre zum Einschieben in eine Führungsschiene zur Halterung des Wärmetauschers ausgebildet . Eines der Kriterien für die vorteilhafte Ausgestaltung des Wärmetauschers liegt darin, diesen auf eine Mindestzahl notwendiger Bauteile zu limitieren und mit diesen notwendigen Bauteilen alle Funktionen zu erfüllen. In sinnvoller Ausbildung der Erfindung ist der Wärmetauscher ein Klimakondensator, in dem ein Kühl- oder Kältemittel aus einer gasförmigen Phase unter Abgabe von Wärme an die Umgebungsluft in eine flüssige Phase überführt wird.
In alternativer Weise kann der Wärmetauscher auch als Gaskühler ausgebildet sein.
Bei einem Klimakondensator ist es besonders vorteilhaft, den letzten Durchgang durch eines der Rohre oder Rohrbündel als Überkühlungsstrecke auszubilden, wobei bei der zweiten Alternativausbildung des Sammelrohrs die Überkühlungsstrecke nicht an einem der Endstücke des Sammelrohrs angeordnet sein muss, sondern frei über die gesamte Länge des Sammelrohrs angeordnet werden kann.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung zu den Figuren sowie den einzelnen Patentansprüchen entnommen werden.
Dabei zeigt :
Fig. 1 eine Gesamtansicht des Wärmetauschers,
Fig. 2 den Wärmetauscher gemäß einer ersten Ausführungs- form in teilweise gebrochener Darstellung und teil- weiser Explosionsdarstellung,
Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung des Sammelrohrs gemäß der Ausführung in Figur 2 ,
Fig. 4 in einer alternativen Ausführungsform den Wärmetauscher in teilweise abgebrochener Darstellung und teil eiser Explosionsdarstellung,
Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung des Sammelrohrs gemäß der Ausbildungsform in Figur 4. Figur 1 zeigt einen als Klimakondensator 10 ausgebildeten Wärmetauscher, der in einen nicht dargestellten Kühl- bzw. Kältemittelzyklus einer herkömmlichen Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs integriert ist.
In dem Klimakondensator 10 wird das Kühl- bzw. Kältefluid gasförmig zugeführt und unter Abgabe von Wärme in seine flüssige Phase kondensiert. Hierzu weist der Klimakondensator 10 einen Kernbereich 12 mit einer Vielzahl horizontal, unter parallelangeordneter Rohre auf, über deren ■ insgesamt große Oberfläche, die beim Kondensieren bzw. Abkühlen des Fluids freiwerdende Wärme an die die Rohre umströmende Umgebungsluft abgegeben werden kann.
Der Klimakondensator 10 weist neben dem Kernbereich 12 mit den einzelnen Rohren zwei Sammelbehälter 14, 16 auf, die jeweils an den Stirnseiten der einzelnen Rohre des Kernbereichs 12 angeordnet sind und die in Verbindung mit den Rohren stehen. Das Kühl- bzw. Kältemittelfluid wird dem Klimakondensator 10 über die Blockverschraubung 18 zu- bzw. abgeführt. Hierzu weist die Blockverschraubung 18 einen ersten Anschluss 20 für die Zuleitung und einen zweiten Anschluss 21 für die Ableitung des Fluids auf. In Abhängigkeit von der Strömungsführung des Fluids können die Anschlüsse für die Zu- und Ableitungen auch gegeneinander vertauscht sein.
Die einzelnen Rohre des Kernbereichs 12 sind stirnseitig mit Öffnungen an den Sammelbehältern 14, 16 verbunden, so dass das in dem Klimakondensator zirkulierende Fluid über die Sammelbehälter von einem Einzelrohr zum nächsten Einzelrohr geleitet werden kann.
Der Klimakondensator 10 weist in herkömmlicher Ausbildung des Weiteren ein Befüllventil 22 sowie eine Trocknerflasche 24 zur Trocknung des zirkulierenden Fluids mittels eines in der Trocknerflasche befindlichen Granulats auf. Die Trocknerflasche 24 bildet darüber hinaus einen Puffer bei einer eventuellen Überbefüllung.
Die Blockverschraubung 18 kann an dem Sammelbehälter 16 angeordnet werden, wobei die Führung des Fluids in der nachstehend geschilderten Weise über den Sammelbehälter 16 erfolgen kann, so dass neben der Blockverschraubung 18 keine weitere Verrohrung mit den entsprechenden zusätzlichen Bauteilen notwendig ist.
Mit Ausnahme der notwendigen Anschlüsse (20, 21) für die Zuleitung und die Ableitung der Blockverschraubung 18 sind für die Funktion und für die Befestigung des Klimakondensators 10 keine weiteren Bauteile notwendig. Mit dieser kompakten Bauweise des Klimakondensators 10 kann dieser beispielsweise durch Einschieben der Sammelbehälter 14, 16 in entsprechend ausgebildete Schienen, beispielsweise am Kühlmodul, gehaltert werden.
In Figur 2 ist der Sammelbehälter 16 in teilweiser Explosionsdarstellung gezeigt. Der Sammelbehälter 16 ist als Doppelrohr mit den getrennten Bereichen 16a und 16b ausgebildet, wobei zusätzlich zu der Trennung in Längsrichtung des Sammelbehälters 16 Trennwände 26a bis 26e quer zur Längsrichtung des Sammelbehälters 16 und parallel zu den Rohren des Kernbereichs 12 angeordnet sind.
Die Längsteilung des Sammelbehälters 16 sowie die Trennwände 26 dienen dazu, den Fluidstrom des Kühl- bzw. Kältemittels mäandernd durch das Rohrsystem im Kernbereich 12 des Klimakondensators 10 zu führen. In dem Teilbereich 16a des Sammel- behälters 16 sind Schlitze 28 gezeigt, wobei jeder Schlitz mit einem Rohr des Kernbereichs 12 in Verbindung steht .
Durch die Trennwände 26a bis 26d bilden die jeweils zwischen zwei Trennwänden in den Bereich 16a des Sammelbehälters mündenden Einzelrohre ein Rohrbündel , in dem das Fluid jeweils gleichgerichtet strömt. Der Teilbereich 16a des Sammelbehälters 16 lenkt den Fluidstrom von einem Rohrbündel kommend in das seriell nachgeordnete Rohrbündel um, so dass der Fluidstrom die nacheinander folgenden Rohrbündel jeweils in entgegengesetzter Richtung durchströmt. Der nicht dargestellte, korrespondierende Bereich des zweiten Sammelbehälters 14 ist analog dem Teilbereich 16a des Sammelbehälters und mit gleicher Funktion aufgebaut .
Der Fluidstrom (gestrichelt dargestellt) tritt über die Zuleitung 20 der Blockverschraubung 18 in den Klimakondensator 10 ein. Durch eine in der Trennwand zwischen den Bereichen 16a und 16b des Sammelbehälters 16 vorgesehene Durchtrittsöffnung 30 wird der Fluidstrom in den Bereich 16b des Sammelbehälters geleitet (Pfeil A) und steigt in diesem Teilbereich nach oben (Pfeil B) bis an einer am oberen Ende des Sammelbehälters 16 angeordneten zweiten Durchtrittsöffnung 32 der Übergang zurück in den Bereich 16b des Sammelbehälters erfolgt.
Über die Öffnungen 28a, die in dem Abschnitt des Teilbereichs 16a zwischen den Trennwänden 26a und 26b angeordnet sind, tritt der Fluidstrom in die ein Rohrbündel bildenden, mit den Öffnungen 28a in Verbindung stehenden Rohre ein (Pfeil C) .
Nach Durchquerung dieser Rohre und Umlenkung in dem nicht gezeigten Sammelbehälter 14 wird der Fluidstrom in dem nächs- ten Rohrbündel zu dem Sammelbehälter 16 zurückgeführt (Pfeil D) .
Das mäandernde Durchfließen der Rohre des Kernsbereichs 12 erfolgt in analoger Weise in den nächsten Rohrbündeln (Pfeil E, F) .
Die Anzahl der ein Bündel bildenden Einzelrohre kann durch die Positionierung der Trennwände 26 an den konkreten Anwendungsfalls angepasst bestimmt werden.
Nach Durchfluss aller vorgesehenen Rohrbündel wird der Fluidstrom über die Ausleitung 21 der Blockverschraubung 18 aus dem Klimakondensator herausgeführt (Pfeil G) .
Die beiden als Doppelrohrhälften ausgebildeten Teilbereiche 16a, 16b des Sammelbehälters 16 werden separat aus Aluminium hergestellt und anschließend verlötet. Auch die Blockverschraubung 18 ist durch Verlötung fest mit dem Teilbereich 16a verbunden. Die an den Stirnseiten des Sammelbehälters 16 angeordneten Trennwände 26a und 26e überdecken jeweils den gesamten Querschnitt des Sammelbehälters 16, so dass ein Austritt von Fluid verhindert wird. Der letzte Abschnitt der Durchströmung des Kernbereichs 12 (Pfeil F) ist als Überkühlungsbereich ausgebildet, in dem das bereits auskondensierte, in flüssiger Phase befindliche Fluid eine Temperaturerniedrigung auf eine Temperatur unterhalb der Verdampfungstemperatur erfährt .
Gemäß dem in Figur 3 gezeigten Querschnitt des Sammelbehälters 16 ist dieser aus einer als offene Halbschale ausgebildeten Teilbereich 16a und einem als geschlossene Halbschale ausgebildeten Teilbereich 16b zusammengesetzt. Wobei diese beiden Teilbereiche durch Verlötung miteinander verbunden werden. Der Teilbereich 16b erfüllt die Funktion einer Zulei- tung zu dem Kernbereich des Klimakondensators, während der Teilbereich 16a der Steuerung und Lenkung des Fluidstroms beim Austritt aus einem Rohrbündel bzw. dem nachfolgenden Wiedereintritt in das nächstfolgende Rohrbündel dient. In dieser Darstellung ist die Trennwand 16c zu erkennen, die Bestandteil des geschlossen ausgebildeten Teilbereichs 16b ist und auf der gesamten Länge des Sammelbehälters 16 mit Ausnahme der Durchtrittsδffnungen 30, 32 (Figur 2) die Teilbereiche 16a und 16b trennt. Der Querschnitt gemäß Figur 3 liegt im unteren Abschnitt des Sammelrohrs 16. Figur 3 zeigt sowohl die Blockverschraubung 18 als auch die Trennwand 26e, die das Sammelrohr 16 an dessen unterer Stirnseite dicht abschließt und die beiden Teilbereiche 16a, 16b vollständig durchgreift .
Figur 4 zeigt einen Klimakondensator, bei dem durch einen anders aufgebauten Sammelbehälter 16 der Fluss des Fluids so gegenüber der ersten, beschriebenen Alternative veränderbar ist, dass die Rohrbündel so einander nachgeschaltet sind, dass sich das letzte durchströmte Rohrbündel nicht am Boden des Sammelbehälters 16, sondern an einer Position in Lotrichtung oberhalb befindet. Auf diese Weise kann der Überkühlungsbereich des Fluids auf ein weitgehend frei wählbares Rohrbündel gelegt werden, wenn diese die äußeren Temperaturbedingungen erforderlich machen. Nicht anhand der Figur 4 gesondert beschriebene Details entsprechen denen der vorstehend beschriebenen Ausbildungsalternative.
Durch die einfache Konstruktion des Klimakondensators mit den zwei Sammelbehältern 16, 14 und der an der Fußseite des Sammelrohrs 16 angeordneten Blockverschraubung 18 sind an diesen keine Änderungen notwendig. Der geänderte Fluidfluss wird allein durch eine konstruktive Änderung des Teilbereichs 16b des Sammelbehälters 16 möglich. Dieser Teilbereich ist gemäß der hier beschriebenen Variante als Doppelrohr ausgelegt, wobei in dem Doppelrohr der Fluidstrom ohne Beeinträchtigungen gekreuzt geführt werden kann.
Wie in Figur 4 dargestellt, werden Zuführ- und Auslassöffnung 20, 21 der Blockverschraubung umgekehrt zu der in der Figur 2 dargestellten Weise angesteuert, so dass der Fluidstrom über den Anschluss der Zuleitung 20 in den Teilbereich 16a und von dort in das durch die Trennwände 27f und 27g begrenzte unterste Rohrbündel des Kernbereichs 12 geleitet wird (Pfeil H) . Bei dieser Ausführungsform wird das Fluid in dem Kernbereich nach oben gefördert und in dem benachbarten Rohrbündel in entgegengesetzter Richtung wieder zurückgeführt (Pfeil I) . Nach Durchlaufen des Rohrbündels gemäß Pfeil I tritt der Fluidstrom durch eine erste von vier Durchtrittsöffnungen 33a in einen ersten Kanal 17a des als Doppelrohrhälfte ausgebildeten Bereichs 16a des Sammelbehälters 16 ein und wird in diesem an das obere Ende des Sammelrohrs 16 zu der zweiten Durchtrittsöffnung 33b gefördert (Pfeil J) .
Nach der Durchtrittsδffnung 33b tritt der Fluidstrom in den Bereich des Teilbereichs 16a des Sammelrohrs 16 zwischen den Trennwänden 27a und 27b und von dort in das in diesem Bereich angeordnete Rohrbündel ein (Pfeil K) . Von diesem, im oberen Abschnitt des Kernbereichs 12 angeordneten Rohrbündel wird der Fluidstrom in der vorstehend ausgeführten Weise durch drei seriell angeordnete Rohrbündel (Pfeil L, M, N) geführt und tritt dann zwischen den beiden Trennwänden 27c, 27d durch die dritte Durchtrittsδffnung 33c in die zweite Kammer 17b des als Doppelrohr ausgebildeten Bereichs 16b des Sammelrohrs 16 ein. Durch diese Kammer 17b wird der Fluidstrom an das untere Ende des Sammelrohrs 16 geführt (Pfeil 0) und über die vierte Durchtrittsöffnung 33d von dem Teilbereich 16b in den Teilbereich 16a und von dort zu der Auslassöffnung 21 der Blockverschraubung 18 geleitet.
Wie aus dieser Anwendung gemäß Figur 4 ersichtlich ist, befindet sich das letzte durchströmte Rohrbündel des Kernbereichs 12 des Klimakondensators 10 bei dieser alternativen Ausführungsform ungefähr in der Mitte des Klimakondensators (Pfeil N) . Da dieser letzte Durchgang durch ein Rohrbündel die Überkühlstrecke darstellt, wenn eine solche eingeplant ist, sollte sichergestellt sein, dass dieser Bereich keiner Wärmeabstrahlung durch andere Aggregate der Klimaanlage oder des Kraftfahrzeugs ausgesetzt ist.
Bei einer herkömmlich angeordneten Klimaanlage ist dem unteren Bereich des Klimakondensators oftmals der Ladeluftkühler benachbart, so dass bei einer hohen Motorleistung eine hohe Wärmeabstrahlung auftritt, die eine Verlegung der Überkühlungsstrecke notwendig macht .
Eine Verlegung der Überkühlstrecke ist ohne zusätzliche bauliche Maßnahmen mit dem gemäß Figur 4 ausgebildeten Sammel- röhr 16 möglich.
Wie des Weiteren aus Figur 4 ersichtlich ist, kann der Fluidstrom durch die Überkreuzführung in den Kammern 17a und 17b so durch den Kernbereich geführt werden, dass die Wahl der Lage der Überkühlstrecke weitestgehend frei erfolgen kann.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt des Sammelrohrs 16, der wiederum aus zwei Halbschalen 16 und 16a aufgebaut ist, die aus Aluminium bestehen und verlötet sind. Der Bereich 16a ist gegenüber der ersten Variante unverändert ausgebildet und dient wiederum vor allem der Lenkung des Fluidstroms von ei- nem Rohrbündel zum nächstfolgenden. Der als Doppelrohr ausgebildete Teilbereich 16b weist eine Kammer 17a auf, über die das Fluid nach den ersten beiden Durchgängen durch die unteren beiden Rohrbündel (Pfeil H, I gemäß Figur 4) in den oberen Bereich des Sammelrohrs transportiert wird (Pfeil J gemäß Figur 4) .
Die Kammer 17b nimmt das Fluid nach dem letzten Durchgang durch ein Rohrbündel - in der Regel die Überkühlstrecke - auf (Pfeil N gemäß Figur 4) und führt das überkühlte Fluid in den unteren Bereich des Sammelrohrs 16 von wo aus das Fluid über die Blockverschraubung 18 den Klimakondensator verlässt .

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Wärmetauscher für ein Fluid, mit einem Kernbereich (12), mit zumindest zwei Rohrbündeln parallel angeordneter Rohre, die von dem Fluid seriell durchströmt werden, mit einem Zulauf und einem Ablauf ((20, 21) für das Fluid in den Kernbereich (12) , mit zwei an den Stirnseiten der Rohre angeordneten Sammelbehältern (14, 16), die zu den Stirnseiten der Rohre offen sind, wobei die Sammelrohre (14, 16) Trennwände (26, 27) in Querrichtung aufweisen, die Bereiche der Sammelrohre begrenzen, über die die Rohrbündel seriell verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest ein Sammelrohr (16) eine Trennwand (16c) in Längsrichtung aufweist, durch die das Sammelrohr in einen zu den Rohren offenen und diese verbindenden ersten Bereich (16a) und einen zweiten Bereich (16b) unterteilt ist, der ein Bypass zu den Rohrbündeln ist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an einem Ende des Sammelrohrs (16) eine Blockverschraubung (18) mit den Zu- und Ableitungen (20, 21) zu dem Wärmetauscher angeordnet ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Längstrennwand (16c) des Sammelrohrs (16) zumindest zwei Durchtrittsδffnungen (30, 33) aufweist.
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch zumindest eine der Durchtrittsöffnungen in der Längstrennwand eine Verbindung zwischen dem zweiten Teilbereich (16b) des Sammelrohrs (16) und einem Rohrbündel des Kernbereichs (12) und durch eine zweite Durchtritts- δffnung eine Verbindung dieses Teilbereichs (16b) zu den Anschlüssen der Blockverschraubung (18) gebildet ist.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Blockverschraubung mit den Zu- und/oder Ableitungen (20, 21) fest an dem Sammelrohr (16) angeordnet ist .
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Sammelrohr (16) aus einer offenen (16a) und einer geschlossenen (16b) Halbschale zusammengesetzt ist.
7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der den Rohren abgewandte Teilbereich (16b) des Sammelrohrs (16) über die Länge des Sammelrohrs (16) durchgängig ist.
8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der den Rohren abgewandte Teilbereich (16b) des Sammelrohrs (16) in zumindest zwei getrennte Kanäle (17a, 17b) zur Führung von zwei unabhängigen Fluidströ en unterteilt ist.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zwei Kanäle (17a, 17b) des Teilbereichs (16b) parallel angeordnet sind.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die geschlossene Halbschale des Teilbereichs (16b) als Doppelkammer ausgebildet ist.
11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sammelrohre (14, 16) zum Einschieben in eine Führungsschiene zur Halterung des Wärmetauschers (10) ausgebildet sind.
12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wärmetauscher ein Klimakondensator ist.
13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Klimakondensator eine Überkühlungsstrecke aufweist .
14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wärmetauscher ein Gaskühler ist.
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