[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Verflüssiger für ein Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage
mit verrippten Wärmetauschrohren, durch die das Kältemittel im Kreuzstrom zu anströmender
Umgebungsluft geführt ist, wobei die Wärmetauschrohre in mehreren in Anströmrichtung
der Umgebungsluft hintereinander angeordneten Rohrreihen angeordnet sind, deren jeweilige
Wärmetauschrohre im Kreuzgegenstrom verschaltet sind. Dabei besteht vorzugsweise,
jedoch nicht ausschließlich, die Verrippung aus Folien aus Al, Cu oder Legierungen
dieser Materialien mit einer Stärke von weniger als 0,15 mm.
[0002] Derartige Verflüssiger für Fahrzeugklimaanlagen sind handelsüblich. Bisher hat man
dabei alle Wärmetauschrohre mit einer gemeinsamen Verrippung mit Lamellen versehen,
die gegebenenfalls auch schon zum Zwecke der Verbesserung des Wärmeübergangs mit
ausstellerartigen Unterbrechungen war. Derartige ausstellerartige Unterbrechungen
waren dabei jeweils so orientiert, daß ein optimaler Wärmefluß vom Rohr in den Aussteller
der betreffenden Unterbrechung erfolgte. Derartige ausstellerartige Unterbrechungen
verliefen dementsprechend längs der Verbindungslinie von Rohren derselben Rohrreihe
oder längs der Verbindungslinie von direkt benachbarten Rohren benachbarter Rohrreihen.
Dabei ist jedoch der Wärmefluß zwischen benachbarten Rohren derselben Rohrreihe oder
direkt benachbarter Rohrreihen nicht gemindert. Darüber hinaus ist das Muster derartiger
den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung vergrößernder ausstellerartiger Unterbrechungen
gleichmäßig über die ganze Verrippung verteilt.
[0003] Bei diesen bekannten Verflüssigern stellt sich in den Verrippungen zwischen benachbarten
gegenläufig durchströmten Rohrreihen wegen deren gut wärmeleitender Verbindung ein
mittleres Temperaturniveau ein, welches leistungsmindernd wirkt. Diese Leistungsminderung
ist so ausgeprägt, daß ein Kreuzgegenstrom, welcher theoretisch erheblich höhere
wirksame Temperaturdifferenz erzeugen kann, praktisch gegenüber einem einfachen Kreuzstrom
kaum Leistungsverbesserung bringt. Dieser Effekt wird bei Verflüssigern für ein Kältemittel
einer Fahrzeugklimaanlage noch dadurch verstärkt, daß die Rohre benachbarter Rohrreihen
(jeweils in Strömungsrichtung der Umgebungsluft gerechnet) sehr klein sind und dadurch
der über die Verrippung übertragene Wärmefluß zwischen den Rohren benachbarter Rohrreihen
besonders groß ist. Im vorliegenden Zusammenhang werden ausschließlich die besonders
gravierenden Wärmeverluste über Wärmeleitung betrachtet, während die um eine Größenordnung
etwa kleineren Wärmeverluste über Strahlung außer Betrachtung bleiben sollen.
[0004] Ein bekannter Verflüssiger (vgl. DE-GM 16 85 651) für das Kältemittel einer Kältemaschine
- also nicht für den Einsatzzweck nach der Erfindung bei einer Fahrzeugklimaanlage
- besteht je nach Leistungsanforderung aus einer Baugruppe oder mehreren gleichen
Baugruppen, die dann gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 angeordnet
und im Kreuzgegenstrom verschaltet sind. Alle Baugruppen enthalten jeweils nur eine
Rohrreihe und sind körperlich und somit auch wärmeleitmäßig völlig voneinander getrennt.
[0005] Bei vollständiger mechanischer und damit automatisch auch wärmeleitmäßiger Entkopplung
benachbarter Baugruppen ergeben sich Probleme mechanischer Festigkeit des ganzen
Verflüssigers sowie erheblich höhere Herstellungskosten, da praktisch mindestens
zwei gesonderte Verflüssiger hergestellt und strömungsmäßig auf möglichst gleichbleibendem
kleinen Raum verbunden werden müssen. Diese Probleme verschärfen sich erheblich bei
Verflüssigern für ein Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage aufgrund der an nur geringes
Raumangebot in Kraftfahrzeugen angepaßten kleinen Dimensionierungen.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile eines Betriebs im Kreuzgegenstrom
auch für einen zum Einsatz in einer Fahrzeugklimaanlage bestimmten Verflüssiger eines
Kältemittels nutzbar zu machen.
[0007] Diese Aufgabe wird bei einem Verflüssiger mit den Merkmalen des Oberbegriffs von
Anspruch 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
[0008] Bei dem erfindungsgemäßen Verflüssiger erfolgt eine körperliche Vereinigung mehrerer
Baugruppen, vorzugsweise aller, über eine gemeinsame Verrippung. Dadurch wird gerade
bei den kleinen Dimensionierungen von Verflüssigern für Fahrzeugklimaanlagen die
mechanische Festigkeit des ganzen Verflüssigers erhöht, der sogar einstückig hergestellt
werden kann, mindestens jedoch unter Zusammenfassung mehrerer Baugruppen bzw. mehrerer
Rohrreihen. Eine wärmeleitmäßige weitgehende Entkopplung wird dabei durch entsprechende
Gestaltung der Verrippung zwischen den Baugruppen vorgenommen. Erst durch die Zusammenfassung
der Baugruppen wird überhaupt eine Herstellung und Handhabung der kleindimensionierten
Verflüssiger für Fahrzeugklimaanlagen, oder wenigstens von zusammengefaßten Teilen
derselben, praktisch sinnvoll und möglich.
[0009] Denkbare Möglichkeiten einer wärmeleitmäßigen Entkopplung benachbarter Baugruppen
an einer durchlaufenden Verrippung sind z.B. der Einbau von Isolationsmaterial, eine
Querschnittsschwächung, eine Widerstandsänderung durch Dotierung o.dgl. Derartige
Möglichkeiten sind jedoch relativ aufwendig, so daß die Bauweise nach Anspruch 3 bevorzugt
wird.
[0010] Bei der Bauweise nach Anspruch 3 kann das Material der Verrippung der Wärmetauschrohre
benachbarter Baugruppen wie bei den bekannten Verflüssigern für Kraftfahrzeugklimaanlagen
gleich sein. Durch geeignete Anordnung von Unterbrechungen längs der Verbindungszone
zwischen den beiden Baugruppen wird jedoch dort der Wärmefluß durch Wärmeleitung signifikant
herabgesetzt. Es hat sich gezeigt, daß selbst bei Ausbildung der Verrippung als Folien
mit einer Stärke von weniger als 0,15 mm durch das Zusammenwirken dieser Folien als
dichtes Paket noch eine hinreichende mechanische Festigkeit des ganzen Verflüssigers
unter mechanischer Zusammenfassung der Baugruppen, im Grenzfall ohne jede zusätzliche
Verfestigungsmaßnahme, erreicht werden kann. Darüber hinaus behält man den Vorteil,
die Wärmetauschrohre verschiedener Baugruppen wie bei einem konventionellen Verflüssiger
in einem Arbeitsgang verrippen zu können und so die Herstellungsvorteile der bekannten
Verflüssiger beizubehalten. Bevorzugt werden dabei Bemessungen gemäß Anspruch 5, wobei
aber auch noch wärmeleitmäßige Entkopplungen, die geringer sind als die Werte gemäß
Anspruch 5, noch eine deutliche Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen Kältemittel
und Umgebungsluft ergeben können.
[0011] Bei der praktisch bevorzugten Weiterbildung von Anspruch 3 gemäß Anspruch 4 nimmt
der Lamellenbereich jeder Rohrreihe praktisch unmittelbar und praktisch ohne Wechselwirkung
mit anderen Rohrreihen die Temperatur des Kältemittels der betreffenden Rohrreihe
an. Es hat sich gezeigt, daß dabei überraschend ungewöhnlich hohe Wirkungsgradverbesserungen
im Vergleich mit konventionellen besten vergleichbaren Verflüssigern erreicht werden
können. Bei gleichem Materialeinsatz oder gleicher Bautiefe und gleichem luftseitigen
Druckverlust lassen sich Wirkungsgradverbesserungen in der Größenordnung von 25 %
erreichen, die beispielsweise in einer entsprechend geringeren Bautiefe bei gleicher
Kühlleistung nutzbar gemacht werden können.
[0012] Bei allen Verflüssigern gemäß der Erfindung für Fahrzeugklimaanlagen wird bewußt
von einer gleichmäßigen Auslegung der Verrippung aller Wärmetauschrohre abgegangen
und stattdessen eine wärmeleitmäßige Entkopplung von mindestens zwei Baugruppen gewählt,
welche im Betrieb des Kreuzgegenstroms jeweils in einer Gegensinnwende durchströmt
werden. Dabei kann es im einzelnen offen bleiben, wie die Wärmetauschrohre in jeder
einzelnen Baugruppe verschaltet sind, z.B. in jeder Baugruppe im Kreuzstrom oder
auch für sich im Kreuzgegenstrom. Man kann auch in jeder Baugruppe bekannte derartige
Verschaltungselemente kombinieren. Im Grenzfall könnte man sogar jeder Rohrreihe eine
Baugruppe zuordnen und jede Rohrreihe in einer Gegensinnwende durchströmen. Es hat
sich jedoch gezeigt, daß man für praktische Anwendungen meist mit nur zwei wärmeleitmäßig
entkoppelten Baugruppen auskommen kann, selbst wenn diese Baugruppen einzeln oder
beide mehr als eine Rohrreihe enthalten. Bevorzugt sind dabei drei oder vier Rohrreihen,
wobei im erstgenannten Fall eine Rohrreihe in einer Baugruppe und die beiden anderen
Rohrreihen in einer zweiten Baugruppe angeordnet sind, während im zweitgenannten Fall
in jeder der beiden Baugruppen zwei Rohrreihen angeordnet werden.
[0013] Bei einem erfindungsgemäßen Verflüssiger für Fahrzeugklimaanlagen kann sich nicht
mehr eine mittlere Temperatur in einer gemeinsamen Verrippung benachbarter Wärmetauschrohre
aus verschiedenen Baugruppen einstellen, sondern es erfolgt zwischen den beiden Baugruppen
ein mehr oder minder ausgeprägter Temperatursprung, der im Grenzfall einer mechanisch
vollständigen Trennung der Verrippungen benachbarter Baugruppen am deutlichsten ist.
[0014] Die wirksame Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel einerseits und der Umgebungsluft
andererseits läßt sich bei Auslegung des Verflüssigers gemäß Anspruch 18 noch einmal
signifikant erhöhen. Dabei werden für die beiden angesprochenen Baugruppen vorzugsweise
Bemessungen gemäß den Ansprüchen 19 und 20 verwendet. Die Bedeutung dieser Maßnahmen
wird später anhand von Funktionsdiagrammen der wesentlichen Parameter (Fig. 9 bis
11) noch mehr im einzelnen erläutert. Aus der DE-AS 1 072 257 ist es an sich bekannt,
längs des Strömungswegs des Kältemittels die Anzahl parallel durchströmter Rohre so
zu ändern, daß der Druckgradient über den gesamten Strömungsweg im wesentlichen konstant
ist.
[0015] Gemäß den Ansprüchen 6 bzw. 7 kann bei den Unterbrechungen in der Verbindungszone
zwischen benachbarten Baugruppen das Material der Verrippung entfernt, insbesondere
ausgestanzt, sein. In diesem Fall wird man vorzugsweise schmale Schlitze verwenden,
um möglichst wenig Verrippungsmaterial einzubüßen. Man kann aber auch gemäß den Ansprüchen
9 und 10 das Material der Verrippung im Bereich der Unterbrechungen mit zu Ausstellern
nutzen, die zusätzlich den Wärmeübergang zwischen Kältemittel und Umgebungsluft fördern.
[0016] Es hat sich gezeigt, daß man nicht alle Unterbrechungen innerhalb der Verbindungszone
zwischen benachbarten Baugruppen neu schaffen muß, sondern daß man die früher erwähnten
bekannten ausstellerartigen Unterbrechungen, die bisher nur zur Förderung des Wärmeübergangs
vorgesehen waren, in die wärmeleitmäßige Entkopplung der beiden benachbarten Baugruppen
mit einbeziehen kann (Anspruch 11).
[0017] Bei der Ausbildungsform nach Anspruch 11 sieht Anspruch 12 vorzugsweise vor, daß
die an sich bekannten Unterbrechungen an Jalousien ausgebildet sind, während die übrigen
Unterbrechungen, die zur wärmeleitmäßigen Separierung der Rohrreihen zusätzlich
vorgesehen sind, als einfache Wärmeleitunterbrechungen ohne Jalousieausbildung ausgebildet
sein können. Hierzu wird insbesondere auf die alternativen Möglichkeiten von Fig.
8 hingewiesen.
[0018] Es ist möglich, die Verbindungszone zwischen benachbarten Baugruppen als gerade
Linie oder geradlinige Zone zu wählen, die parallel zu den Rohrreihen verläuft. Anspruch
13 zeigt aber, daß auch ein polygon- oder wellenförmiger, also insbesondere aus geradlinigen
Abschnitten oder Kurvenabschnitten zusammengesetzter, Verlauf der Verbindungszone
zwischen benachbarten Baugruppen sogar bevorzugt sein kann. Dies gilt insbesondere
für den Fall, daß die Rohre in Strömungsrichtung der Umgebungsluft gegeneinander versetzt
sind und an sich bekannte ausstellerartige Ausnehmungen bekannter Art für die Erhöhung
des Wärmeübergangs in die zur wärmeleitmäßigen Entkopplung zwischen benachbarten
Baugruppen vorgesehene Folge der Ausnehmungen mit einbezogen sind (Anspruch 3).
[0019] Verschiedene mögliche Anordnungsweisen der Unterbrechungen sind für diesen Fall
in den Ansprüchen 14 bis 16 angesprochen.
[0020] Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Rundrohrlamellenwärmetauscher mit Prinzipschaltbild a) und perspektivischer
Darsteller der Lamellenblöcke ohne Verschaltung in der Variante b);
Fig. 2 einen Flachrohrverflüssiger in perspektivischer Ansicht mit Verschaltungsdarstellung;
die Fig. 3 bis 5 verschiedene Ausführungsformen eines Rundrohrverflüssigers mit Darstellung
bevorzugter Verschaltungen der das Kältemittel führenden Wärmetauschrohre; und
Fig. 4b eine schematische Darstellung der Verschaltung der Wärmetauschrohre eines
vierreihigen Verflüssigers mit vier Baugruppen. Soweit dabei die Baugruppen in den
Fig. 1 bis 5 körperlich getrennt dargestellt und beschrieben sind, ist eine gemeinsame
Lamellenverrippung mit wärmeleitmäßiger Entkopplung im Sinne der Erfindung ergänzt
zu denken.
Es zeigen ferner
die Fig. 6 und 7 in Draufsicht auf eine gemeinsame Lamelle zwei verschiedene Anordnungen
von Unterbrechungen in der Verbindungszone zwischen benachbarten Baugruppen unter
Einbeziehung von an sich bekannten ausstellerartigen Unterbrechungen für die Erhöhung
des Wärmeübergangs;
Fig. 8 mögliche Bauformen solcher Unterbrechungen, welche im Rahmen der Erfindung
zusätzlich zur wärmeleitmäßigen Entkopplung vorgesehen sind, in drei Varianten a),
b) und c) als ausstellerartige Unterbrechungen, wie sie insbesondere in der Fig. 7
dargestellt sind, oder in der Variante d) als einfacher Schlitz, wie er insbesondere
in Fig. 6 dargestellt ist; Ausbildungen mit ausstellerartigen Unterbrechungen in
der Anordnung nach Fig. 6 oder mit schlitzförmigen Unterbrechungen wie bei der Ausführungsform
nach Fig. 7 sind jedoch ebenfalls möglich;
die Fig. 9 bis 11 drei Funktionsdiagramme;
dabei
Fig. 11b ein Kältemittelzustandsdiagramm, in welchem Kältemittelkreisläufe eingetragen
sind, welche den anhand der Fig. 10 und 11 diskutierten verschiedenen Auslegungen
des Verflüssigers in bezug auf den kältemittelseitigen Druckverlust entsprechen;
Fig. 12 in Anlehnung an Fig. 7 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Lamelle eines
Verflüssigers;
Fig. 13 einen Schnitt nach der Linie B-B in Fig. 12;
und
die Fig. 14 und 15 schematisierte Verschaltungen der Kältemittel führenden Rohre des
Standes der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, und zwar nach Fig. 14 im Kreuzstrom
und nach Fig. 15 im Kreuzgegenstrom.
[0021] In den zur Veranschaulichung der bekannten Verflüssiger vorgesehenen Fig. 14 und
15 ist die Anströmrichtung der Umgebungsluft durch die Pfeile A veranschaulicht.
In beiden Ausführungsbeispielen sind vier Rohrreihen quer zur Anströmrichtung angeordnet.
[0022] Im Kreuzstrombetrieb gemäß Fig. 14 wird das Kältemittel durch einen Anschluß 2 in
einen Sammler 4 eingeleitet, an den die vier Reihen von verrippten Wärmetauschrohren
6 eingangsseitig angeschlossen sind. Alle Wärmetauschrohre 6 haben dabei eine gemeinsame
gleichmäßig ausgebildete Verrippung. Ausgangsseitig sind die vier Reihen von Wärmetauschrohren
6 an einen weiteren Sammler 8 angeschlossen, der mit einem Auslaß 10 des Kältemittels
versehen ist. Man erkennt, daß das Kältemittel in den vier Reihen parallel vom Sammler
4 zum Sammler 8 strömt und dabei die anströmende Umgebungsluft kreuzt.
[0023] In Fig. 15 ist dieselbe Konfiguration von verrippten Wärmetauschrohren 6 im Kreuzgegenstrom
in bezug auf die anströmende Umgebungsluft verschaltet. Dabei sind zwischen den beiden
eingangs- und ausgangsseitigen Sammlern 4 und 8 vier Gegensinnwenden dargestellt,
in denen das Kältemittel einerseits die anströmende Umgebungsluft kreuzt und andererseits
im Gegenstrom zu diesem vom eingangsseitigen Sammler 4 zum ausgangsseitigen Sammler
8 geführt ist.
[0024] In der dargestellten Ausführungsform verbindet jede Gegensinnwende jeweils nur zwei
benachbarte Rohre einer Reihe. Es ist ebenso bekannt, zur Erhöhung des Druckverlustes
in jedem durchströmten Zweig zwischen den Sammlern 4 und 8 die Anzahl der Rohre pro
Reihe zu erhöhen bis zu dem Grenzfall, daß zwischen dem eingangsseitigen Anschluß
2 und dem Auslaß 10 nur eine einzige Rohrschlange bzw. Gegensinnwende angeordnet
ist.
[0025] Die gemeinsame Verrippung aller Wärmetauschrohre durch Folien insbesondere aus Aluminium
oder einer Aluminiumlegierung mit einer Stärke von weniger als 0,15 mm, üblicherweise
bis etwa 0,1 mm, ist mit 12 dargestellt.
[0026] Die bekannten Ausführungsformen der Fig. 14 und 15 beziehen sich speziell auf Rundrohrwärmetauscher.
[0027] In Fig. 1 wird nun die Erfindung ebenfalls anhand eines Rundrohrwärmetauschers veranschaulicht.
[0028] Hier ist der Verflüssiger in zwei Baugruppen 14 und 16 aufgeteilt, von denen jede
ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils zwei Rohrreihen enthält. Es ist dabei
der Sonderfall von nur zwei Baugruppen 14 und 16 angesprochen, von denen die Baugruppe
14 an der Eintrittsseite des Kältemittels und die Baugruppe 16 an der Austrittsseite
des Kältemittels angeordnet ist, wobei beide Baugruppen als Gegensinnwende geschaltet
sind (Darstellungsvariante a)).
[0029] In der dargestellten Ausführungsform hat dabei jede Baugruppe für sich eine eigene
Verrippung mit Folien aus Al, Cu oder Legierungen dieser Materialien mit einer Stärke
von weniger als 0,15 mm bis nach derzeitiger Walztechnik minimal 0,08 mm. Dieselbe
Verschaltungsweise kann jedoch auch bei Baugruppen vorgesehen sein, die gemäß später
noch zu erörternden Aus führungsbeispielen gemeinsame Verrippung aus derartigen Folien
besitzen.
[0030] In Fig. 2 ist die Verschaltung gemäß Fig. 1 auf zwei Baugruppen 14 und 16 übertragen,
die hier als Flachrohrwärmetauscher ausgebildet sind und ebenfalls jeweils für sich
eigene Lamellenverrippungen mit Folien besitzen, die hier zweckmäßig Stärken zwischen
0,15 und 0,25 mm besitzen.
[0031] Sowohl bei der Ausführungsform nach Fig. 1 als auch bei der nach Fig. 2 ist die Strömungsrichtung
des Kältemittels durch Pfeile B gekennzeichnet.
[0032] Die die Gegensinnwende beschreibende Rohrverbindung zwischen den beiden Baugruppen
14 und 16 ist ebenfalls bei beiden Ausführungsbeispielen mit 18 bezeichnet.
[0033] Während in Fig. 1 die Verschaltung der Rohre der jeweiligen Baugruppe 14 oder 16
offen gelassen ist, ist die Verschal tung bei der Ausführungsform nach Fig. 2 in
reinem Kreuzstrom in der jeweils einzelnen Baugruppe 14 bzw. 16 vorgesehen.
[0034] Durch unterschiedliche Darstellung der Stärke der beiden Baugruppen in Fig. 1 soll
veranschaulicht werden, daß die vom Kältemittel zuerst durchströmte erste Baugruppe
14 mit relativ geringem kälteseitigen Druckverlust und die vom Kältemittel nachfolgend
durchströmte zweite Baugruppe 16 mit relativ hohem kälteseitigen Druckverlust ausgelegt
ist.
[0035] Eine entsprechende Auslegung ist bei dem Flachrohrverflüssiger gemäß Fig. 2 durch
die Verschaltung der einzelnen Wärmetauschrohre in der jeweiligen Baugruppe 14 und
16 noch verdeutlicht. Der relativ geringe Druckverlust wird hier dadurch gewonnen,
daß Gruppen verhältnismäßig großer Anzahl von Wärmetauschrohren, hier mit den Anzahlen
5, 4, 4 und 3, zwischen einzelnen Abteilungen 20 des eingangsseitigen Sammlers 22
hin- und hergeführt werden, wobei die Abteilungen der Sammler durch Zwischenwände
24 abgeteilt sind. In der ausgangsseitigen zweiten Baugruppe 16 ist eine entsprechende
Hin- und Herführung von Rohrgruppen vorgesehen, wobei jedoch jede Rohrgruppe nur jeweils
zwei Rohre aufweist. Dies ist dadurch realisiert, daß zwei parallel laufende Rohrschlangen
ineinandergeschachtelt sind und jeweils durch einfache Rohrbögen miteinander verbunden
sind. Durch die Reduzierung der Anzahl der Rohre pro Gruppe ist hier selbst bei gleichbleibendem
Querschnitt der einzelnen Wärmetauschrohre 6 eine erhebliche Vergrößerung des Druckverlustes
in der Baugruppe 16 relativ zur Baugruppe 14 erhalten. Man erkennt somit, daß die
Anforderungen an den Druckverlust in der jeweiligen Rohrgruppe auch ohne Querschnittsveränderungen
der Wärmetauschrohre allein durch Verschaltungsmittel erreichbar sind.
[0036] In den speziellen Verschaltungen der Fig. 3, 3a, 4 und 5 sind bevorzugte Schaltungsbilder
der einzelnen Baugruppen dargestellt, und zwar bei den Ausführungsformen der Fig.
3, 3a und 4 jeweils an einem vierreihigen Verflüssiger und bei der Ausführungsform
nach Fig. 5 an einem dreireihigen Verflüssiger.
[0037] Bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 3 sind in der ersten Baugruppe 14 Kältekreisläufe
parallelgeschaltet, wie dies in Fig. 13 bei dem bekannten Verflüssiger für diesen
insgesamt dargestellt ist und nicht nur wie in Fig. 3 für eine Baugruppe.
[0038] In Fig. 3 ist die zweite Baugruppe von nur zwei parallelgeschalteten Kreisläufen
gebildet, so daß dadurch wiederum bei gleichbleibendem Innenquerschnitt der Wärmetauschrohre
6 in der Baugruppe 16 relativ zur Baugruppe 14 der Druckverlust wesentlich erhöht
wird.
[0039] Fig. 3a variiert diese grundsätzliche Hintereinanderschaltung von vier Kreisläufen
mit zwei Kreisläufen noch dadurch, daß in der Baugruppe 16 noch eine Stufe mit erneut
erhöhtem Druckverlust mit eingebaut wird, indem eingangsseitig wie im Falle der Fig.
3 zwei Strömungskreisläufe parallelgeschaltet werden, die jedoch ausgangsseitig an
einen einzigen Strömungskreislauf angeschlossen sind.
[0040] In nicht dargestellter Weise könnte man Parallelschaltungen nach Art der Baugruppe
14 auch im Eingangsbereich der Baugruppe 16 fortsetzen oder aber Schaltungsmaßnahmen
der bei der Baugruppe 16 dargestellten Art schon in der Baugruppe 14 beginnen.
[0041] Bei den beiden Ausführungsformen der Fig. 3 und 3a ist zwischen den beiden Baugruppen
14 und 16 jeweils ein Zwischensammler 22 zwischengeschaltet.
[0042] In Fig. 4a ist zunächst veranschaulicht, daß die Schaltungsmaßnahme gemäß Fig. 3
mit vier Kreisläufen in der Baugruppe 14 und zwei Kreisläufen in der Baugruppe 16
auch durch andersartige Rohrverschaltung gewonnen werden kann. Darüber hinaus ist
auf einen Zwischensammler verzichtet, indem die einzelnen Kreisläufe der Baugruppe
14 paarweise durch sogenannte Dreifüße 26 in die zwei weiterführenden Kreisläufe strömungsmäßig
überführt werden.
[0043] Es versteht sich, daß die geschilderten Schaltungsmaßnahmen auch bei anderen Anzahlen
der Kreisläufe in den einzelnen Baugruppen analog realisiert werden können. Die hier
dargestellten Anzahlen und Konfigurationen sind jedoch bevorzugt.
[0044] In Fig. 4b ist derselbe Verflüssiger wie in Fig. 4a, jedoch in konsequenter Anwendung
der Ansprüche 1 und 3, darge stellt.
[0045] Die dargestellten vier Rohrreihen sind alle wärmeleitmäßig durch einzelne Baugruppen
54, 56, 58 und 60 entkoppelt.
[0046] Zusätzlich wird von den Baugruppen 54, 56 auf 58, 60 der kältemittelseitige Druckverlust
durch Zusammenschaltung von jeweils parallelen Kreisläufen 62 auf einen Kreislauf
mittels Dreifuß 26 erhöht.
[0047] Bei einem derart verschalteten Verflüssiger ist der Kurzschlußwärmestrom zwischen
den Wärmetauschrohren in der Lamelle minimal.
[0048] Das gilt auch für die besonders kompakte nur dreireihige Ausführungsform nach Fig.
5.
[0049] Hier ist die Baugruppe 14 analog der von Fig. 3 gewählt. Es erfolgt hier jedoch ein
strömungsmäßiger Übergang des Kältemittels von den vier parallelen Kreisläufen der
kältemittelmäßig ersten Baugruppe 14 in nur einen einzigen Kreislauf der Baugruppe
16.
[0050] Bei allen Ausführungsformen der Fig. 1 bis 5 ist eine gemeinsame Lamellenverrippung
mit wärmeleitmäßig weitgehender Entkopplung hinzuzudenken, wie sie anhand der nachfolgenden
Fig. 6, 7 oder 12 und 13 im einzelnen beschrieben ist.
[0051] In den Fig. 6 und 7 ist jeweils eine Draufsicht auf eine einzelne Wärmetauschlamelle
für eine vierreihige Anordnung von hier nicht dargestelten Wärmetauschrohren dargestellt.
Jeweils ein Wärmetauschrohr eines Rohrbündelwärmetauschers wird in üblicher Weise
in einer Aufnahmeöffnung 28 der Lamelle 30 angeordnet, welche Teil der Verrippung
12 ist. Die Öffnungen können in üblicher Weise beispielsweise mit Verbindungshülsen
zum Anschluß an das jeweilige Wärmetauschrohr ausgebildet sein. Man kann sich die
einzelnen Aufnahmeöffnungen 28 dabei stellvertretend für die Anordnung der Sammeltauschrohre
vorstellen.
[0052] Die einzelnen Lamellen 30 werden in üblicher Weise durch aus der Lamelle herausgearbeitete
Distanzhalter 32, beispielsweise herausgestellte Lappen des Lamellenmaterials, in
gegenseitigem Abstand gehalten.
[0053] Aus der Anordnung der Aufnahmeöffnungen 28 erkennt man zunächst die Zuordnung zu
solchen Verflüssigern, bei denen in Strömungsrichtung der Umgebungsluft die Wärmetauschrohre
6 jeweils hälftig auf Lücke versetzt sind.
[0054] In der Lamelle 38 sind zunächst an sich zur Erhöhung des Wärmeübergangs bekannte
ausstellerartige Durchbrechungen 34 angeordnet, die sich zwischen benachbarten Aufnahmeöffnungen
28 jeweils längs einer Rohrreihe erstrecken und damit auch quer zu solchen Anschlußöffnungen
liegen, welche in der jeweils übernächsten Rohrreihe benachbart sind. Man erkennt
dabei sowohl in der Ausführungsform nach Fig. 6 als auch in der nach Fig. 7, daß derartige
Unterbrechungen 34 nicht in der Lage sind, benachbarte Rohre aus benachbarten Rohrreihen
voneinander wärmeleitmäßig zu entkoppeln.
[0055] Für den Zweck dieser wärmeleitmäßigen Entkopplung sind zusätzliche Unterbrechungen
36 vorgesehen, welche bei der Ausführungsform nach Fig. 6 parallel zu den Unterbrechungen
34 zwischen den beiden innen liegenden Rohrreihen verlaufen, bei der Ausführungsform
nach Fig. 7 jedoch zusammen mit den Unterbrechungen 34 einen Polygonzug beschreiben
bzw. unter 45° zur Erstreckung der Reihen von Aufnahmeöffnungen 28 angeordnet sind.
[0056] Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist die wärmeleitmäßige Entkopplung noch zusätzlich
dadurch vergrößert, daß die Unterbrechungen 34 und 36 einander überlappend angeordnet
sind. Man kann jedoch einen guten Effekt auch noch ohne diese Überlappung erreichen,
wenn auch die Überlappung wegen der Erhöhung des Wärmeleitwiderstandes bevorzugt ist.
[0057] Die Folge der Unterbrechungen 34 und 36 beschreibt dabei die Erstreckungsrichtung
einer Verbindungszone 38 zwischen den beiden Baugruppen 14 und 16 und den diesen jeweils
zugeordneten Bereichen 40 und 42 der Lamelle 30.
[0058] Ohne Beschränkung der Allgemeinheit sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6
die Unterbrechungen 36 als einfache Schlitze 44 nach Art der Variante d) von Fig.
8 ausgebildet.
[0059] Die Varianten a), b) und c) stellen bevorzugte Ausbildungen der in Fig. 7 eingezeichneten
ausstellerartigen zusätzlichen Unterbrechungen 36 dar, die im übrigen aber auch bei
den Unterbrechungen 34 an sich bekannt sind.
[0060] Bei der Variante a) sind die Materialaussteller einseitig aus der Lamelle 30 ausgebogene,
vorzugsweise gemeinsam jalousieförmig angeordnete, Stege 46.
[0061] Bei den Varianten b) und c) sind hingegen die Materialaussteller beidseitig über
Schnittstellen 48 aus der Verrippung ausgeschnitten, so daß hervorgehobene dachartige
Teile 50 entstehen, die jeweils nur stirnseitig mit der Lamelle 30 einstückig verbunden
sind. Die Variante b) beschreibt hier ein Flachdach und die Variante c) ein Giebeldach,
wobei vielfältige Formen möglich und auch im Zusammenhang mit den Unterbrechungen
34 üblich sind. Dementsprechend können auch die Unterbrechungen 34 alle in Fig. 8,
Varianten a) bis c), gewählten Formen haben. Im Grenzfall könnte man an diesen Stellen
auch einfache Schlitze gemäß der Variante d) abweichend von der Üblichkeit vorsehen,
so daß dann sowohl die Unterbrechungen 34 als auch die Unterbrechungen 36 lediglich
zur wärmeleitmäßigen Entkopplung dienen.
[0062] Dies gilt gleichermaßen sowohl für die Ausführungsformen der Fig. 6 als auch die
der Fig. 7. Analog läßt sich die Anordnung auch auf dreireihige Lamellen oder solche
mit anderer Reihenanzahl übertragen.
[0063] Die Unterbrechungen 36 und bei Einbeziehung der an sich bekannten Unterbrechungen
34 auch diese sind längs der Verbindungszone 38 jeweils durch relativ schmale Verbindungsstege
52 voneinander getrennt, so daß der Wärmefluß allein durch diese schmalen Verbindungsstege
erfolgt und dadurch die mittlere Wärmeleitfähigkeit längs der Verbindungszone 38
entsprechend dem Verhältnis zwischen Unterbrechung und Verbindungssteg reduziert ist.
[0064] In Fig. 9 ist der Temperaturverlauf der durch den Verflüssiger strömenden Umgebungsluft
und des zur Umgebungsluft im Kreuzgegenstrom mit drei Gegensinnwenden geführten Kältemittels
dargestellt. Dabei ist das Kältemittel in den Rohren innerhalb einer Baugruppe im
Kreuzstrom zur Luft und von Baugruppe zu Baugruppe in Gegensinnwenden, d.h. im Gegenstrom
zur Luft, geführt. Innerhalb einer Baugruppe kann das Kältemittel auch im Kreuzge
genstrom mit einer oder zwei Gegensinnwenden geführt werden, wenn die Baugruppe aus
mehr als einer Rohrreihe besteht. Jedoch wird durch den geringen Abstand der benachbarten
Rohre verschiedener Rohrreihen die unterschiedliche Temperatur durch die Lamelle
gemittelt, so daß die im Gegensatz zur reinen Kreuzstromführung der Rohre erhöhte
Temperaturdifferenz bei Kreuzgegenstrom nicht wirksam wird.
[0065] In Fig. 9 ist daher die für die wirksame Temperaturdifferenz optimierte Lösung dargestellt,
bei der jede Rohrreihe eins bis vier gemäß Fig. 4b jeweils einer Baugruppe 54, 56,
58, 60 zugeordnet ist.
[0066] Bei einer derartigen Aufteilung eines z.B. vierreihigen Verflüssigers in ebenfalls
vier Baugruppen 54, 56, 58 und 60 kann sich die in Durchströmungsrichtung des Kältemittels
gemäß Fig. 9 abnehmende Kältemitteltemperatur nicht durch Kurzschlußwärmeströme in
der Verrippung ausgleichen, sondern es stellt sich der in Fig. 9 durchgezogene Kurvenzug
als Verrippungstemperatur ein, der unterhalb dem ebenfalls dargestellten Kältemitteltemperaturverlauf
liegt.
[0067] Bei einem im Kreuzgegenstrom verschalteten Verflüssiger nach dem Stand der Technik
gemäß Fig. 13 ist, unter Voraussetzung, daß dieselbe Austrittstemperatur erreicht
werden soll, die Verrippungstemperatur im Mittel erheblich niedriger, da die Wärme
in der Lamelle von den Wärmetauschrohren mit höherer Temperatur am Verflüssigereintritt
zu den Wärmetauschrohren niedrigerer Temperatur am Verflüssigeraustritt strömt.
[0068] Die wirksame Temperaturdifferenz kann anschaulich durch die Fläche zwischen dem Verrippungs-
und dem Luftemperaturverlauf dargestellt werden.
[0069] In Fig. 9 ist der Zuwachs der wirksamen Temperaturdifferenz eines gemäß den Ansprüchen
1 und 3 verschalteten Verflüssigers gegenüber einem ebenfalls in Kreuzgegenstrom
verschalteten Verflüssiger nach dem Stand der Technik als schraffierte Fläche (A1)
dargestellt.
[0070] Im Gegensatz zur wirksamen Temperaturdifferenz eines gemäß dem Stand der Technik
verschalteten Verflüssigers, die durch die schraffiert dargestellte Fläche (A2) dargestellt
wird, wird durch den erfindungsgemäßen Verflüssiger mehr als eine Verdopplung der
wirksamen Temperaturdifferenz erreicht. Da der dargestellte Temperaturverlauf einem
mittleren Betriebszustand einer Fahrzeugklimaanlage entspricht, ist bei kleineren
Luftgeschwindigkeiten, d.h. einer stärkeren Lufterwärmung, ein noch größerer Zuwachs
an wirksamer Temperaturdifferenz durch den erfindungsgemäßen Verflüssiger möglich.
[0071] In den Fig. 10 und 11 sind Optimierungskriterien für den kältemittelseitigen Druckverlust
dargestellt. Der sich bei unterschiedlichen kältemittelseitigen Druckverlusten einstellende
Temperaturverlauf im Kältemittelkreislauf ist im Kältemittelzustandsdiagramm in Fig.
11b gezeigt.
[0072] Der kältemittelseitige Druckverlust muß in jeder einzelnen Baugruppe so gewählt
werden, daß die Austrittstemperatur des verflüssigten Kältemitels t
KA im Bereich von deren Minimum t
KA1 bis zum Minimum der Sättigungstemperatur t
KE1 des in den Verflüssiger eintretenden Kältemittels liegt.
[0073] Die Fig. 10, 11a und 11b werden nachfolgend anhand von Beispielen erläutert.
[0074] Wählt man eine Auslegung mit sehr kleinem kältemittelseitigen Druckverlust, z.B.
0,05 bar, so ist der innere Wärmeübergangskoeffizient α, der in Fig. 10 über dem
kältemittelseitigen Druckverlust qualitativ aufgetragen ist, minimal.
[0075] Aus dem minimalen kältemittelseitigen Druckverlust Δp
K resultiert eine maximal wirksame mit Δt
log in Fig. 10 bezeichnete Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel einerseits und
der Umgebungsluft andererseits, da die Sättigungstemperatur im Verlauf des Strömungsweges
des Kältemittels nicht abnimmt. Andererseits ist die Wärmedurchgangszahl (in Fig.
10 mit K bezeichnet) durch den minimalen inneren Wärmeübergangskoeffizienten klein.
[0076] Das für die Verflüssigerleistung entscheidende Produkt von Wärmedurchgangszahl mit
der wirksamen Temperaturdifferenz (in Fig. 10 mit K· Δt
log bezeichnet) erreicht daher bei 0,05 bar kältemittelseitigem Druckverlust nicht den
maximalen Wert.
[0077] Aus diesem Grund wird in einem vorgegebenen Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage
bei konstanten Betriebsbedingungen auch nicht die minimale Verflüssigungstemperatur
am Eintritt (in Fig. 11a mit t
KE bezeichnet) erreicht, da aufgrund der kleineren Wärmedurchgangszahl K bei sonst konstanten
Bedingungen (wie äußere Fläche, Umgebungstemperatur etc.) die Sättigungstemperatur
des Kältemittels t
KE und der Sättigungsdruck p
KE höher sein müssen als bei einer Auslegung mit höherer Wärmedurchgangszahl. Durch
den geringen kältemittelseitigen Druckverlust wird zusätzlich eine für die Innenraumabkühlung
des Kraftfahrzeugs erwünschte Absenkung der Kältemittelaustrittstemperatur (die
in Fig. 11a mit t
KA bezeichnet ist) verhindert.
[0078] Der Kältemittelkreisprozeß, der sich bei einem Verflüssiger mit kleinen kältemittelseitigen
Druckverlusten, z.B. von 0,05 bar, einstellt, ist im Kältemittelzustandsdiagramm in
Fig. 11b dargestellt.
[0079] Fig. 11b zeigt die Grenzkurve für den flüssigen Zustand und die Grenzkurve für den
gasförmigen Zustand, die im kritischen Punkt aufeinandertreffen und auch mit "Sättigungslinien"
bezeichnet werden können.
[0080] Der Zustand des Kältemittels wird in erster Linie durch den Kältemitteldruck P und
die Enthalpie h beschrieben, die in Fig. 11b als Ordinate bzw. Abszisse aufgetragen
sind. Es stellen dar:
Punkt A: Eintritt in den Verdampfer;
Punkt B: Austritt aus dem Verdampfer bzw. Eintritt in den Verdichter;
Punkt C: Austritt aus dem Verdichter bzw. Eintritt in den Verflüssiger;
Punkt D: Austritt aus dem Verflüssiger bzw. Eintritt in das Drosselorgan des Kältemittelkreislaufes.
[0081] Der bei Verflüssigern mit 0,05 bar kältemittelseitigem Druckverlust sich einstellende
Kreisprozeß ist in Fig. 11b mit A, B, C und D bezeichnet, wobei die Richtung des Kältemittelkreislaufes
mit einem Pfeil gekennzeichnet ist. Von den drei dargestellten Kältekreisläufen wird
ein mittlerer Eintrittsdruck p
KE bei Punkt C erreicht, während der Austrittsdruck p
KA und damit auch die durch die Dampfdruckkurve zugeordnete Sättigungstemperatur im
Punkt D weitaus am höchsten ist. Da die Unterkühlung des flüssigen Kältemittels auf
Werte unterhalb der dem Druck entsprechenden Sättigungstemperatur bei allen Verflüssigerkonstruktionen,
deren flüssiges Kältemittel ungehindert aus dem Verflüssiger abfließen kann, vergleichbare
Werte einnimmt, ist auch die thermometrisch am Austritt des Verflüssigers gemessene
Kältemittelaustrittstemperatur vergleichsweise hoch. Da die Enthalpie h mit der Temperatur
des flüssigen Kältemittels ansteigt, ist die Eintrittsenthalpie des Kältemittels
in den Verdampfer in Punkt A ebenfalls am höchsten.
[0082] Aus diesem Grunde steht im Verdampfer bei konstanter Überhitzung des aus dem Verdampfer
austretenden Kältemittels (Punkt B) eine vergleichsweise geringe Enthalpiedifferenz
Δh
o zur Wärmeaufnahme zur Verfügung, so daß pro kg vom Verdichter umgewälzten Kältemittels
weniger Wärme aufgenommen werden kann als bei den beiden anderen mit ' bzw. " bezeichneten
Kältemittelkreisprozessen. Dies führt wiederum bei sonst konstanten Bedingungen zu
einem vergleichsweise hohen Verdampfungsdruck (Punkte A und B) mit daraus resultierender
höherer Luftaustrittstemperatur aus dem Verdampfer und schließlich vergleichsweise
hoher Innenraumtemperatur.
[0083] Erhöht man den kältemittelseitigen Druckverlust auf den für den Verflüssiger optimalen
und in den Fig. 10 und 11a mit t
KE1 bezeichneten Wert von ca. 0,7 bar, so fällt die wirksame Temperaturdifferenz in Fig.
10 zwar ab, andererseits nimmt der innere Wärmeübergangskoeffizient α₁ und damit auch
die Wärmedurchgangszahl K jedoch zu. Da gemäß Fig. 10 von 0,05 bar kältemittelseitigem
Druckverlust bis zum Druckverlust 0,7 bar die Zunahme der Wärmedurchgangszahl größer
als die Abnahme der wirksamen Temperaturdifferenz ist, erreicht das für die Verflüssigerleistung
entscheidende Produkt von wirksamer Temperaturdifferenz mit der Wärmedurchgangszahl
K·Δt
log beim kältemittelseitigen Druckverlust t
KE1 gemäß Fig. 10 sein Maximum, welches wie schon erläutert gleichbedeutend ist mit dem
Minimum der Sätti gungstemperatur am Eintritt des Verflüssigers t
KE gemäß Fig. 11a. Durch den bei t
KE1 um 0,65 bar höheren kältemittelseitigen Druckverlust kommt es zu einer weiteren Absenkung
der Sättigungstemperatur am Verflüssigeraustritt t
KA.
[0084] Betrachtet man den zuletzt beschriebenen Kältemittelverflüssiger im gesamten Kältekreislauf
gemäß Fig. 11b, so erkennt man den minimalen Kältemitteleintrittsdruck P
KE, der gleichbedeutend ist mit der minimal gesättigten Kältemitteleintrittstemperatur
t
KE1 in Punkt C′, und den durch das Gefälle nach links dargestellten Druckverlust ΔP
K des Verflüssigers mit der Folge, daß der Austrittsdruck p
KA und die Kältemittelaustrittstemperatur niedriger sind, wodurch die dem Verdampfer
zur Verfügung stehende Enthalpiedifferenz h
o′ größer als bei einem Verflüssiger mit 0,05 bar kältemittelseitigem Druckverlust
ist.
[0085] Wie schon erläutert, resultiert daraus eine vergleichsweise niedrigere Verdampfungs-,
Luftaustritts- sowie Fahrzeuginnenraumtemperatur.
[0086] Eine darüber hinausgehende Absenkung der Verflüssigeraustrittstemperatur t
KA läßt sich durch eine weitere Erhöhung des kältemittelseitigen Druckverlustes von
t
KE1 auf t
KE2 erreichen.
[0087] Bei dieser Dimensionierung ist jedoch die von K·Δt
log bestimmte Verflüssigerleistung nicht mehr maximal, da die wirksame Temperaturdifferenz
stärker abnimmt als die Wärmedurchgangszahl zunimmt, so daß auch die Sättigungstemperatur
am Verflüssigereintritt ansteigt (siehe Punkt C˝ in Fig. 11b).
[0088] Werden jedoch Verdichter mit "steiler Kennlinie", d.h. nahezu förderdruckunabhängigem
Fördervolumenstrom, eingesetzt, so reduziert der gemäß der Dampfdruckkurve mit der
Sättigungstemperatur tKE ansteigende Kältemitteleintrittsdruck p
KE nicht den Kältemittelmassenstrom, so daß die aus der Kältemittelaustrittstemperatur
aus dem Verflüssiger (Punkt D˝ in Fig. 15) resultierende maximale Enthalpiedifferenz
Δh
o˝ des Kältemittels im Verdampfer zu einer weiteren Absenkung des Verdampfungsdrucks
in Punkt A˝ und B˝ und damit zu der minimal möglichen Luftaustrittstemperatur aus
dem Verdampfer sowie maximal möglichen Innenraumabkühlung führt.
[0089] Bei dem in den Fig. 12 und 13 angesprochenen Verflüssiger sind ohne Beschränkung
der Allgemeinheit drei Baugruppen 14, 15 und 16 vorgesehen, die jeweils einer einzigen
Rohrreihe zugeordnet sind. Gezeigt ist nur eine Lamelle des die Verrippung der entsprechenden
Wärmetauschrohre bildenden Lamellenpaketes. Dabei weist jede Lamelle 30 Aufnahmeöffnungen
28 auf, in welche jeweils ein Wärmetauschrohr mechanisch fest und wärmeleitend eingepaßt
wird. Man erkennt in Fig. 13, daß die entsprechenden Aufnahmeöffnungen 28 hülsenförmig
aus der Lamellenebene hervorstehen.
[0090] Aus der Verteilung der Aufnahmeöffnungen 28 ergibt sich auch, daß die Wärmetauschrohre
in Strömungsrichtung A der Umgebungsluft gegeneinander regelmäßig auf Lücke versetzt
angeordnet sind.
[0091] In die Folge von zwischen den einzelnen Baugruppen vorgesehenen Unterbrechungen
36 sind an sich bekannte Unterbrechungen 34 mit einbezogen, die jeweils quer zwischen
Paaren von Wärmetauschrohren (bzw. Aufnahmeöffnungen 28) angeordnet sind, welche unterschiedlichen
Rohrreihen voneinander getrennter Baugruppen 14, 15 und 16 angehören.
[0092] Die Unterbrechungen 34 und 36 bilden somit in der Lamelle 30 längs der jeweiligen
Verbindungszone 38 zwischen den Baugruppen 14 und 15 bzw. 15 und 16 eine Folge von
Unterbrechungen, zwischen denen Verbindungsstege 52 verbleiben und die jeweils zwischen
Paaren von Wärmetauschrohren bzw. Aufnahmeöffnungen 28 angeordnet sind, die direkt
benachbarten Rohrreihen der jeweils benachbarten Baugruppen, hier Rohrreihen, angehören.
[0093] Die Unterbrechungen 36 sind hier speziell gemäß der obersten Variante von Fig. 8
als langgestreckte Schlitze mit einseitigem Aussteller ausgebildet. Die an sich bekannten
Unterbrechungen 34 sind demgegenüber als Jalousien ausgebildet, deren spezielle Form
aus Fig. 13 deutlich wird. Es handelt sich um zwei mittlere Vollstege und zwei äußere
Halbstege, die parallel zueinander ausgestellt sind und zur Luft einen Anstellwinkel
von vorzugsweise 15 bis 30° haben.
[0094] Die als jalousien ausgebildeten Unterbrechungen 34 verlaufen bei der versetzten
Rohranordnung jeweils in derselben Rohrreihe mit Längserstreckung zwischen benachbarten
Rohren derselben Rohrreihe oder, anders ausgedrückt, mit Quererstreckung, also trennend,
zwischen benachbarten Rohren von in Anströmrichtung A hintereinanderliegenden Rohrpaaren,
die jeweils durch eine zwischenliegende Rohrreihe mit versetzten Rohren voneinander
getrennt sind.
[0095] Zu erkennen sind ferner noch Abstandhalter 64, die aus der Lamellenebene auf der
gleichen Seite wie die Hülsen der Aufnahmeöffnungen 28 mit größerer Höhe ausgestellt
sind, um die einzelnen Lamellen im zusammengepreßten Lamellenpaket zu distanzieren.
Mögliche Formgebungen und Bemessungen derartiger Aussteller sind an sich bekannt.
In den Abbildungen 12 und 13 sind zwei unterschiedliche bevorzugte mögliche Formgebungen
dargestellt, die sich durch ein- oder doppelseitige Stegausstellung unterscheiden.
Zweckmäßig sind dabei die ausgestellten Stege nach Fig. 13 konisch verlaufend, um
sich nicht in die gegenüberliegende Ausstellöffnung des nächsten Abstandhalters der
benachbarten Lamelle einzufügen.
[0096] Auch die Lamellen 30 sind zweckmäßig Folien aus Al, Cu oder Legierungen dieser Materialien
mit einer Stärke von weniger als 0,15 mm.
[0097] Bevorzugt werden mit der Bauweise im Sinne von Fig. 12 oder 13 Verflüssiger mit drei
oder vier Rohrreihen gebildet, wobei aber auch im Sinne vorhergehender Beschreibung
Verflüssiger mit nur zwei Rohrreihen in Frage kommen.
[0098] Den einzelnen Rohrreihen ist jeweile die Lamelle 30 gemeinsam; der Zusammenhalt
erfolgt über die Verbindungsstege 52, die zwischen den Unterbrechungen verbleiben.
1. Verflüssiger für ein Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage mit verrippten Wärmetauschrohren
(6), durch die das Kältemittel im Kreuzstrom zu anströmender Umgebungsluft geführt
ist, wobei
die Wärmetauschrohre in mehreren in Anströmrichtung der Umgebungsluft hintereinander
angeordneten Rohrreihen angeordnet sind, deren jeweilige Wärmetauschrohre im Kreuzgegenstrom
verschaltet sind,
die Rohrreihen in mehrere in Anströmrichtung (A) der Umgebungsluft hintereinander
angeordnete Baugruppen (14,16) unterteilt sind, deren Verrippungen (12) wärmeleitmäßig
entkoppelt sind,
und die Baugruppen (14,16) kältemittelmäßig in Reihe im Gegenstrom zur Anströmrichtung
(A) der Umgebungsluft verschaltet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß benachbarte Baugruppen (14,16) über ihre Verrippung (12) mechanisch verbunden
sind,
und daß in einer Verbindungszone (38) zwischen jeweils zwei benachbarten Baugruppen
(14,16) aber die mittlere Wärmeleitfähigkeit λm unter 20 % der Wärmeleitfähigkeit λ des Materials der Verrippung (12) der beiden
benachbarten Baugruppen (14,16) liegt.
2. Verflüssiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungszone
(38) die mittlere Wärmeleitfähigkeit λm unter 10 % der Wärmeleitfähigkeit λ des Materials der Verrippung (12) der beiden
benachbarten Baugruppen (14,16) liegt.
3. Verflüssiger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß (jeweils) zwei
benachbarte Baugruppen (14,16) eine gemeinsame Verrippung (12) besitzen, welche längs
der Verbindungszone (38) zwischen den beiden Baugruppen (14,16) eine Folge von Unterbrechungen
(36) verläuft, zwischen denen Verbindungsstege (52) verbleiben und die jeweils zwischen
Paaren von Wärmetauschrohren (6) angeordnet sind, die direkt benachbarten Rohrreihen
der beiden benachbarten Baugruppen (14,16) angehören.
4. Verflüssiger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rohrreihe von Wärmetauschrohren
eine Baugruppe (14,15,16) bildet.
5. Verflüssiger nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß, in Erstreckungsrichtung
der Verbindungszone (38) gemessen, die mittlere Länge der Verbindungsstege (52) weniger
als 50 %, vorzugsweise weniger als 20 %, höchstvorzugsweise weniger als 10 %, der
mittleren Länge der Unterbrechungen (36) beträgt.
6. Verflüssiger nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Unterbrechungen
(36) als Materiallücken (44), vorzugsweise Ausstanzungen, ausgebildet sind.
7. Verflüssiger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Materiallücken sich
längs der Verbindungszone erstrekkende Schlitze (44) sind.
8. Verflüssiger nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Unterbrechungen
als Materialaussteller (46;50) ausgebildet sind.
9. Verflüssiger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Materialaussteller einseitig
aus der Verrippung (12) ausgebogene, vorzugsweise gemeinsam jalousieförmig angeordnete,
Stege (46) sind.
10. Verflüssiger nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Materialaussteller
(50) beidseitig der Verrippung (12) ausgeschnitten sind.
11. Verflüssiger nach einem der Ansprüche 3 bis 10 mit in Strömungsrichtung (A) der
Umgebungsluft versetzten Wärmetauschrohren (6), dadurch gekennzeichnet, daß in die
Folge der Unterbrechungen (36) an sich bekannte Unterbrechungen (34) mit einbezogen
sind, die jeweils quer zwischen Paaren von Wärmetauschrohren (6) angeordnet sind,
welche unterschiedlichen benachbarten Rohrreihen voneinander getrennter Baugruppen
(14,16) angehören.
12. Verflüssiger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannten
Unterbrechungen (34) als Jalousien ausgebildet sind.
13. Verflüssiger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verbindungszone (38) längs eines Polygon- oder Wellenzugs zwischen den (jeweils)
benachbarten beiden Baugruppen (14,16) verläuft.
14. Verflüssiger nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß alle
Unterbrechungen (34,36) der Folge einen Polygonzug beschreiben.
15. Verflüssiger nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß alle
Unterbrechungen (34,36) der Folge zueinander parallel verlaufen.
16. Verflüssiger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Unterbrechungen
(34,36) der Folge sich gegenseitig überlappen.
17. Verflüssiger nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß nur
zwei Baugruppen (14,16) vorgesehen sind.
18. Verflüssiger nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine
vom Kältemittel zuerst durchströmte (erste) Baugruppe (14) mit relativ geringem kälteseitigen
Druckverlust und eine vom Kältemittel nachfolgend durchströmte (zweite) Baugruppe
(16) mit relativ hohem kälteseitigen Druckverlust ausgelegt ist.
19. Verflüssiger nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverlust der
ersten Baugruppe (14) so bemessen ist, daß das Produkt einerseits aus wirksamer Temperaturdifferenz
(Δtlog) zwischen Umgebungsluft und Kältemittel und andererseits aus dem Wärmedurchgangskoeffizienten
k maximal ist.
20. Verflüssiger nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverlust der
zweiten Baugruppe (16) so groß bemessen ist, daß die Austrittstemperatur (tKA) des verflüssigten Kältemittels im Bereich von deren Minimum bis zum Minimum der
Sättigungstemperatur (tKE) des in den Verflüssiger eintretenden Kältemittels liegt.
21. Verflüssiger nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verrippung aus Folien (30) aus Al, Cu oder Legierungen dieser Materialien mit einer
Stärke von weniger als 0,15 mm besteht.