WÄRMEÜBERTRAGER

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die WO 2004/040038 beschreibt einen derartigen Wärmetauscher. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage mit einem Wärmetauscher.

Stand der Technik

[0002] In der Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges wird zur Klimatisierung der Fahrgastzelle zunehmend neben den, durch elektrische Energie betriebenen PTC-Heizelementen (Positive Temperature Coefficient) auch eine Wärmepumpe eingesetzt. Im Wärmepumpenbetrieb wird der Kondensator der Klimaanlage zur Beheizung des Fahrgastinnenraumes genutzt. Dies ist beim Einsatz der Wärmepumpe in einem E-Fahrzeug oder Hybrid-Fahrzeug von großem Vorteil, da dadurch der Energieverbrauch der Klimaanlage gesenkt und somit eine größere Reichweite des Kraftfahrzeuges erreicht werden kann. Beispielsweise konnte ermittelt werden, dass durch den Einsatz der Wärmepumpe in der Klimaanlage die Reichweitenreduktion im Vergleich zu der bei Kraftfahrzeugen, die nur ein PTC-Heizelement zur Heizung verwenden, nur 50% beträgt. Die Klimaanlage in der Regel weist einen Kompressor, einen Verdampfer, einen Kondensator und ein Expansionsventil auf. Der Kondensator, der auch als Wärmeübertrager bezeichnet wird, liefert die zur Beheizung des Fahrgastraumes des Kraftfahrzeuges notwendige Wärme, wenn das Wärmeübertragungsmedium von dem überhitzten, gasförmigen Zustand auf eine Verflüssigungstemperatur gekühlt und verflüssigt wird. Hierbei wird die dem Wärmeübertragungsmittel oder Kältemittel entzogene Wärme im Kondensator an ein umgebendes Kühlmedium, beispielsweise Luft abgegeben. Der Luftdurchsatz durch den Kondensator wird durch einen Kondensatorlüfter, der im Allgemeinen benachbart zum Kondensator angeordnet ist, erreicht, indem der Kondensatorlüfter kalte Luft ansaugt, diese durch den Kondensator hindurchtritt und als erwärmte Luft nach dem Kondensator zur Verfügung steht. Die erwärmte Luft kann beispielsweise durch Dukte in den Fahrgastraum geleitet werden. Um ein gleichmäßiges Temperaturprofil zu erzielen, werden Wärmeübertrager mit einer zweireihigen Abordnung von Wärmeübertragerrohren verwendet.

[0003] Aus der DE 102 55 487 A1 beispielsweise ist ein Wärmeübertrager bekannt. Der Wärmeübertrager weist ein Wärmeübertragernetz umfassend Flachrohre und Wellrippen auf, wobei die Flachrohre beidseitig jeweils mit einem Sammelkasten verbunden sind. Der Sammelkasten weist einen Deckelabschnitt und einen Bodenabschnitt auf, wobei der Deckelabschnitt im Querschnitt senkrecht zu dessen Längserstreckung gesehen eine M- oder W-förmige Gestalt hat. Durch Zusammenfügen des Deckelabschnitts und des Bodenabschnitts kann so ein zweiteiliges Sammelrohr gebildet werden.

Aufgabe, Lösung, Vorteile

[0004] Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeübertrager zu schaffen, der einfach und kostengünstig herzustellen ist. Außerdem soll der Wärmeübertrager so aufgebaut sein, dass dieser einen möglichst geringen Bauraum benötigt.

[0005] Dies wird mit einem Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.

[0006] Der Wärmeübertrager für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug mit einem Wärmeübertragernetz, weist Wärmeübertragerrohre, insbesondere Flachrohre und mindestens einen Sammelkasten auf, wobei der Sammelkasten mindestens ein eingangsseitiges Sammelrohr und ein ausgangsseitiges Sammelrohr umfasst, die in Strömungsverbindung mit den Wärmeübertragerrohren stehen. Der Wärmeübertrager zeichnet sich dadurch aus, dass das ausgangsseitige Sammelrohr eine Querschnittsfläche aufweist, die kleiner ist als eine Querschnittsfläche des eingangsseitigen Sammelrohres. Die Querschnittsfläche des eingangsseitigen Sammelrohres ist grösser als eine Querschnittfläche des umlenkseitigen Sammelrohres und die Querschnittfläche des umlenkseitigen Sammelrohres ist kleiner als die Querschnittfläche des ausgangsseitigen Sammelrohres.

[0007] Die Wärmeübertragerrohre, insbesondere die Flachrohre sind hierbei bevorzugt in zwei Reihen nebeneinander angeordnet. Die Wärmeübertragerrohre sind bevorzugt jeweils fluchtend und im Wesentlichen parallel ausgerichtet angeordnet. Somit weist der Wärmeübertrager mindestens eine zweireihige Anordnung auf. Es können auch mehr als zwei nebeneinander angeordnete Reihen von Wärmeübertragerrohren vorgesehen sein. Eine zweireihige Anordnung kann auch vorliegen, wenn die beiden nebeneinander angeordneten Wärmeübertragerrohre einstückig ausgeführt sind und eine Trennwand entlang der Längserstreckung der Wärmeübertragerrohre angeordnet ist, sodass zwei getrennte parallel verlaufende Strömungskanäle in dem Wärmeübertragerrohr realisiert sind.

[0008] Das eingangsseitige Sammelrohr und das ausgangsseitige Sammelrohr sind bevorzugt an einer Seite der Wärmeübertragerrohre, insbesondere Flachrohre angeordnet und mit diesen in Strömungsverbindung. Insbesondere sind das eingangsseitige Sammelrohr und das ausgangsseitige Sammelrohr parallel zueinander angeordnet. Das Wärmeübertragungsmittel tritt im Betrieb der Klimaanlage des Kraftfahrzeuges in das eingangsseitige Sammelrohr des Wärmeübertragers im gasförmigen Aggregatzustand ein, durchströmt die Wärmeübertragerrohre, insbesondere Flachrohre und tritt aus dem Wärmeübertrager durch das ausgangsseitige Sammelrohr in einem flüssigen Aggregatzustand aus, da das Wärmeübertragungsmittel durch die Kondensation im Wärmeübertrager in den flüssigen Aggregatzustand verbracht wird. Im flüssigen Zustand weist das Wärmeübertragungsmittel eine größere Dichte auf und benötigt auf Grund seiner größeren Dichte weniger Volumen. Somit kann das ausgangsseitige Sammelrohr mit einer geringeren Querschnittsfläche und damit einem geringeren Volumen auskommen als das eingangsseitige Sammelrohr, welches das Kältemittel in der gasförmigen Phase aufnehmen muss.

[0009] Durch die geringere Querschnittsfläche des ausgangsseitigen Sammelrohres ist vorteilhafterweise eine zweireihige Anordnung des Wärmeübertragers realisiert, die weniger Bauraum benötigt. Durch die kleinere Querschnittsfläche des ausgangsseitigen Sammelrohres kann außerdem eine geringere Menge des Wärmeübertragungsmittels, welches auch als Kältemittel bezeichnet wird und ein Heiz- oder Kühlmedium sein kann, verwendet werden. Es tritt vorteilhafterweise kein Druckverlust im ausgangsseitigen Sammelrohr auf, der zu einer geringeren Leistung des Wärmeübertragers führen würde. Somit ist es ermöglicht, mit insgesamt weniger Kältemittel eine gleichzeitig gleichbleibende Leistung im Kühlkreislauf zu erzielen. Insbesondere bei der Verwendung des neuerdings eingesetzten Kältemittels R 1234 yf ist es vorteilhaft mit einer geringeren Menge des Wärmeübertragungsmittels auszukommen, da dieses teuer ist.

[0010] Bevorzugt beträgt die Querschnittsfläche des ausgangsseitigen Sammelrohres zwischen 20% und 90% der Querschnittsfläche des eingangsseitigen Sammelrohres. Bevorzugt ist die Querschnittsfläche des ausgangsseitigen Sammelrohres zwischen 50% und 90% der Querschnittsfläche des eingangsseitigen Sammelrohres. Besonders bevorzugt liegt die Querschnittsfläche des ausgangsseitigen Sammelrohres zwischen 50% und 70% der Querschnittsfläche des eingangsseitigen Sammelrohres. Hierbei kann insbesondere der Druckfestigkeit des unter Druck stehenden flüssigen Wärmeübertragungsmittels Rechnung getragen und der Druckverlust reduziert werden.

[0011] In einer Ausgestaltung des Wärmeübertragers ist ein Übergang zwischen dem eingangsseitigen Sammelrohr und dem ausgangsseitigen Sammelrohr mittels eines umlenkseitigen Sammelrohr realisierbar. Der Übergang mittels des umlenkseitigen Sammelrohres ist hierbei ein Fluidströmungsübergang. Das umlenkseitige Sammelrohr ist bevorzugt zwischen zwei Flachrohren angeordnet. Die Querschnittsfläche des umlenkseitigen Sammelrohres liegt zwischen der des eingangsseitigen Sammelrohres und der des ausgangsseitigen Sammelrohres. Somit liegt der Strömungsquerschnitt des umlenkseitigen Sammelrohres zwischen dem des eingangseitigen und dem des ausgangsseitigen Sammelrohres.

[0012] Die Reduzierung der Querschnittsfläche des ausgangsseitigen Sammelrohres wird erreicht, indem die Form der Querschnittsfläche des eingangsseitigen Sammelrohres verschieden von der Form der Querschnittsfläche des ausgangsseitigen Sammelrohres ist. Hierbei ist bevorzugt ein Bodenabschnitt des eingangsseitigen und des ausgangsseitigen Sammelrohres gleich. Bevorzugt ist die Form oder Gestalt des eingangsseitigen Sammelrohres im Wesentlichen rund, wobei das ausgangsseitige Sammelrohr eine abgeflachte oder ellipsenförmige Gestalt aufweist.

[0013] In einer Ausgestaltung des Wärmeübertragers sind die Querschnittsflächen des ausgangsseitigen und des eingangsseitigen Sammelrohres statisch bezogen auf die Länge des jeweiligen Sammelrohres. Dadurch ist die Querschnittsfläche jeweils über die gesamte Länge des Sammelrohres gleichbleibend und verändert sich nicht. Insbesondere ist keines der Sammelrohre verjüngt bezogen auf dessen Länge. Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager sind das eingangsseitige Sammelrohr und das ausgangsseitige Sammelrohr nebeneinanderliegend angeordnet und/oder im Wesentlichen parallel verlaufend. Bevorzugt sind das eingangsseitige Sammelrohr und das ausgangsseitige Sammelrohr einstückig ausgeführt und bilden den Sammelkasten.

[0014] Der Sammelkasten und damit die Sammelrohre sind bevorzugt aus Blech gebogen. Hierbei können sowohl das ausgangsseitige als auch das eingangsseitige Sammelrohr aus einem separaten Blech gebogen werden und nach dem Biegen zusammengefügt, beispielsweise gelötet werden. Bevorzugt bildet sich bei dem Wärmeübertrager zwischen dem eingangsseitigen Sammelrohr und dem ausgangsseitigen Sammelrohr ein Steg. Der Steg gibt dem Wärmeübertrager eine gewisse Stabilität und trennt eingangsseitiges und ausgangsseitiges Sammelrohr, wobei entlang der Längserstreckung der Sammelrohre mindestens eine Öffnung vorgesehen ist, bevorzugt mehrere Durchlassöffnungen im Steg vorgesehen sind. Es kann aber auch vorgesehen sein, beide Sammelrohre aus einem Blech zu biegen, sodass ein einstückiger Sammelkasten mit zwei Sammelrohren und einem zwischen dem ausgangsseitigen und dem eingangsseitigen Sammelrohr ausgebildeten Steg geformt ist.

[0015] Die Aufgabe wird ebenfalls durch ein Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage gelöst, die einen Wärmeübertrager mit in zwei Reihen angeordneten Wärmeübertragerrohren, insbesondere Flachrohren und einem Sammelrohre aufweisenden Sammelkasten umfasst, dessen ausgangsseitiges Sammelrohr eine kleinere Querschnittsfläche als dessen eingangsseitiges Sammelrohr aufweist. Durch die geringere Querschnittsfläche ist es trotz geringerer Kältemittelmenge vermieden, dass ein Druckverlust in dem ausgangsseitigen Sammelrohr entsteht.

[0016] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren in der Zeichnung beschrieben, die den Schutzumfang der Ansprüche nicht einschränken und lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft beschreiben.

Kurze Beschreibung der Figuren der Zeichnung

[0017] Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

ein Teilabschnitt eines Wärmeübertragers mit einem Sammelkasten mit Sammelrohren und Wärmeübertragerrohren;

Fig. 2

ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers mit einem Sammelkasten mit Sammelrohren;

Fig. 3

ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers mit einem Sammelkasten mit Sammelrohren;

Fig. 4

ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers mit einem Sammelkasten mit Sammelrohren

Fig. 5

ein Sammelkasten in Querschnittdarstellung gemäß der Erfindung;

Fig. 6

ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sammelkastens;

Fig. 7

ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sammelkasten;

Fig. 8

Strömungspfade für ein Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers mit einer ersten Verschaltungsart;

Fig. 9

Strömungspfade eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Wärmeübertragers mit einer weiteren Verschaltungsart.

[0018] Figur 1 zeigt in schematischer perspektivischer Darstellung einen Teilabschnitt eines an sich bekannten zweireihig aufgebauten Wärmeübertragers 10. Der Wärmeübertrager 10 ist Teil einer Klimaanlage (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeuges (nicht dargestellt). Der Aufbau des Wärmeübertragers 10 in Figur 1 soll den prinzipiellen Aufbau des zwei-reihigen Wärmeübertragers 10 zeigen. Der Wärmeübertrager 10 weist im Wesentlichen parallel hintereinander angeordnete Wärmeübertragerrohre 12 auf, die als Flachrohre 12 ausgebildet sind. Jedes Flachrohr 12 steht in Fluidverbindung mit einem ersten, eingangsseitigen Sammelrohr 16 oder einem zweiten, ausgangsseitigen Sammelrohr 18 des Sammelkastens 14. Die Flachrohre 12 sind fluchtend in zwei nebeneinander liegenden Reihen 20 und 22 angeordnet. Eine zweireihige Anordnung von Flachrohren ist auch realisierbar, indem zwei Flachrohre einstückig ausgebildet sind und eine Längstrennwand aufweisen. So können in einem einstückig aufgebauten Flachrohr zwei Strömungspfade für das Wärmeübertragungsmittel realisiert werden. Zwischen dem ersten Sammelrohr 16 und dem zweiten Sammelrohr 18 ist ein Steg 24 ausgebildet, der das erste Sammelrohr 16 und das zweite Sammelrohr 18 trennt und sich über die Länge 26, bzw. Längserstreckung 26 der Sammelrohre 16, 18 als Zwischenwand 24 erstreckt. Die Flachrohre 12 in der jeweiligen Reihe 20, 22 sind mit ihrer breiten Seite 28 hintereinander entlang der Länge 32 fluchtend sowie im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die Flachrohre 12 der Reihen 20 und 22 sind jeweils mit ihrer dicken Seite 30 nebeneinander ebenfalls im Wesentlichen parallel angeordnet. Somit ergibt sich sozusagen eine zweispaltige Matrix von entlang der Sammelrohre 16 und 18 fluchtend hintereinander angeordneter Flachrohre 12, die in jeder Matrix mit ihrer breiten Seite 28 hintereinander in der jeweiligen Matrixspalte angeordnet sind und so eine zweireihige Anordnung von Flachrohren 12 bilden. Bei einstückig ausgeführten Flachrohren mit zwei Strömungspfaden bezieht sich das zweireihig auf die Strömungspfade.

[0019] Die Wärmeübertragerrohre 12 können auch eine andere als rechteckige Grundfläche mit der breiten Seite 28, die eine größere Ausdehnung aufweist als die Dicke 30, haben, beispielsweise eine quadratische Grundfläche mit zwei gleich langen Seiten 28 und 30, Auch quadratische Wärmeübertragerrohre 12 können fluchtend und in zwei Reihen nebeneinander angeordnet werden, Jede andere Grundfläche ist im Prinzip für die Wärmeübertragerrohre 12 denkbar.

[0020] Der Wärmeübertrager 10 weist neben dem Sammelkasten 14 bevorzugt einen weiteren Sammelkasten (nicht dargestellt) auf, der ebenfalls Sammelrohre oder zumindest umlenkseitige Sammelrohre aufweist. Die Länge 32 der Flachrohre 12 und zwei mal die Länge 26 des Sammelkastens 14 definieren im Wesentlichen die Abmessungen des Wärmeübertragers 10 ohne Anschlussmittel (nicht gezeigt), die dem Anschluss des Wärmeübertragers 10 an einen Kühlkreislauf (nicht dargestellt) der Klimaanlage des Kraftfahrzeuges dienen.

[0021] In dem Steg 24 bzw. der Zwischenwand 24 sind Öffnungen 34 vorgesehen, die eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Sammelrohr 16 und dem zweiten Sammelrohr 18 realisieren, insbesondere entlang der Längserstreckung der Sammelrohre 16 und 18. Beispielhaft ist eine Öffnung 34 in Figur 1 gezeigt. Es sind bevorzugt mehr Öffnungen 34 an unterschiedlichen Orten in dem Steg 24 bzw. der Zwischenwand 24 vorgesehen, um an unterschiedlichen Orten entlang der Länge 26 der Sammelrohre 16 und 18 eine Fluidverbindung zwischen diesen zu realisieren. Durch die Öffnungen 34 kann gezielt eine Umlenkung des Wärmeübertragungsmittels von Flachrohren 12 der ersten Reihe 20 in Flachrohre 12 der zweiten Reihe 22 realisiert werden. Eine Umlenkung kann ebenfalls in dem zweiten nicht dargestellten Sammelkasten erfolgen. Obwohl der zweite Sammelkasten nicht dargestellt ist in Figur 1, wird dieser die Bezugsziffer 14' zugeordnet und den Sammelrohren die Bezugsziffern 16' und 18', um die weitere Beschreibung zu vereinfachen. Der Sammelkasten 14' kann gleich ausgestaltet sein wie der Sammelkasten 14, beispielsweise können die Sammelrohre 16 und 16' sowie 18 und 18' die gleiche Gestalt aufweisen, er kann aber auch verschieden von dem Sammelkasten 14 sein. Insbesondere können die Querschnittsflächen der Sammelrohre 16, 16' und 18, 18' jeweils gleich oder unterschiedlich sein. Statt dem zweiten Sammelkasten 14' können auch einfache umlenkseitige Sammelrohre vorgesehen sein.

[0022] Im Betrieb des Wärmeübertragers 10 kann mittels des Sammelkastens 14' oder durch die umlenkseitigen Sammelrohre strömendes Wärmeübertragungsmittel von der ersten Reihe 20 der Flachrohre 12 in die zweite Reihe 22 der Flachrohre 12 gelangen. Ebenso können in den Sammelrohren 16 und 18 an unterschiedlichen Orten quer zur Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsmittels Zwischenwände (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die den Strömungsweg in dem jeweiligen Sammelrohr 16 und/oder 18 sowie 16' und/oder 18' verschließen und das Wärmeübertragungsmittel im Betrieb zwingen von Flachrohren 12 der ersten Reihe 20 beispielsweise in Flachrohre 12 der zweite Reihe 22 durch Öffnungen 34 oder in dem zweiten nicht dargestellten Sammelkasten 14' zu strömen und umgekehrt. Hierdurch können durch die Öffnungen 34 und die Zwischenwände unterschiedliche Strömungswege für das Wärmeübertragungsmittel realisiert werden. Prinzipiell sind hierbei die in der DE 20 2010 000 951U1 beschriebenen Strömungswege realisierbar. Zwei Beispiele für Strömungswege sind in den Figuren 8 und 9 dargstellt und werden in Zusammenhang mit diesen beschrieben.

[0023] Bevorzugt sind die Sammelrohre 16 und 18 aus Blech gebogen und an dem Steg 24 miteinander verbunden, beispielweise verlötet, um eine stabile Struktur zu bilden. Hierdurch liegen das eingangsseitige Sammelrohr 16 und das ausgangsseitige Sammelrohr 18 einstückig als Sammelkasten 14 vor. Der Sammelkasten 14, 14' kann aber auch aus vorkonfektionierten Rohren durch Verbinden derselben hergestellt werden.

[0024] Aus Gründen einer vereinfachenden Darstellung sind in Figur 1 das erste Sammelrohr 16 und das zweite Sammelrohr 18 mit einer gleichen Querschnittsfläche 36, 38 und von gleicher Gestalt gezeigt so wie es an sich bekannt ist. Erfindungsgemäß weisen das eingangsseitige Sammelrohr 16 und das ausgangsseitige Sammelrohr 18 eine unterschiedliche Querschnittsfläche 36, 38 auf, wobei die Querschnittsfläche 36 des eingangsseitigen Sammelrohres größer ist als die Querschnittsfläche 38 des ausgangsseitigen Sammelrohres. Beispiele hierfür sind in den Figuren 5, 6 und 7 gezeigt. Die Ausgestaltung des Sammelkastens 14 mit Sammelrohren 16, 18 mit unterschiedlich großen Querschnittsflächen 36 und 38 kann hierbei auf den gezeigten Aufbau des Wärmeübertragers 10 der Figuren 1, 2, 3 und 4 angewendet werden.

[0025] Die Enden der Sammelrohre 16 und 18 sind mit einem Abschlussdeckel (nicht dargestellt) versehen. Ein Ende des Sammelrohrs 16 ist mit einem Anschlussstutzen (nicht dargestellt) versehen, der eine Einlassöffnung (nicht dargestellt) für das Wärmeübertragungsmedium oder Kältemittel ist. Ein Ende des ausgangsseitigen Sammelrohres 18 weist eine Auslassöffnung auf und ist mit einem Anschlussstutzen (nicht dargestellt) verbunden. Mittels der beiden Anschlussstutzen kann der Wärmeübertrager 10 mit einem Kühlmittelkreislauf oder einem Kältemittelkreislauf der Klimaanlage des Kraftfahrzeuges verbunden werden.

[0026] Figur 2 zeigt den Abschnitt des Wärmeübertragers 10 aus Figur 1 in Querschnittsdarstellung senkrecht durch die Sammelrohre 16 und 18 in einer Ebene parallel den Flachrohren 12. Die Flachrohre 12 sind jeweils derart mit den Sammelrohren 16 und 18 verbunden, sodass eine Fluidverbindung realisiert ist. Der Sammelkasten 14 ist aus einem Blech gebogen, wobei das Blech eine Außenwand 39 der Sammelrohre 16 und 18 bildet und die beiden Enden des Bleches den im Wesentlichen parallel verlaufenden Steg 24 bilden. Bevorzugt sind die beiden Enden miteinander und mit der Außenwand 39 verbunden, bevorzugt verlötet, sodass der Sammelkasten 14 einstückig ausgebildet ist und die Sammelrohre 16 und 18 nebeneinander angeordnet sind und im Wesentlichen parallel verlaufen.

[0027] Figur 3 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung in einer Ebene eines der Flachrohre 12 eine andere Ausführungsform des Abschnitts des Wärmeübertragers 10. Der Sammelkasten 14 ist aus zwei Blechen gefertigt und weist einen Deckelabschnitt 42 und einen Bodenabschnitt 44 auf. Hierbei ist der Deckelabschnitt 42 aus einem Blech gebogen und der Bodenabschnitt 44 aus einem zweiten Blech geformt. Deckelabschnitt 42 und Bodenabschnitt 44 sind an zwei Schnittstellen 46 und 48 jeweils fluiddicht miteinander verbunden. Der Steg 24 wird durch das den Deckelabschnitt 42 bildende Blech ausgeformt. Hierbei ist der Steg 24 mit dem Bodenabschnitt 44 ungefähr in dessen mittlerem Abschnitt 47 verbunden.

[0028] Figur 4 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung entlang der Längsersteckung der Flachrohre 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Abschnitts des Wärmeübertragers 10, dessen Sammelrohre 16 und 18 durch den Deckelabschnitt 42 und den Bodenabschnitt 44 und einen separaten Steg 24a gebildet werden.

[0029] Figur 5 zeigt in schematischer Schnittdarstellung in einer Ebene senkrecht zur Längserstreckung 26 des Sammelkastens 14 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Konstruktion der Sammelrohre 16 und 18. Jedes Sammelrohr 16 und 18 ist aus einem separaten Blech geformt, bevorzugt gebogen, welches die Außenwand 39 des jeweiligen Sammelrohrs 16, 18 bildet. An dem Steg 24 sind die beiden zunächst nicht verbundenen Sammelrohre zusammengefügt, bevorzugt verlötet, sodass eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. Der Sammelkasten 14 liegt nach der Zusammenfügung einstückig vor. Um die Flachrohre 12 mit dem Sammelkasten 14 verbinden zu können, werden Öffnungen (nicht dargestellt) entweder im Blech vor dem Formen der Sammelrohre 16 und 18 eingebracht, beispielsweise vorgestanzt oder nach dem Formen der Sammelrohre 16 und 18 eingebracht, beispielsweise durch Laserschneiden. Es können auch vorkonfektionierte Bleche mit Öffnungen zum Verbinden der Flachrohre 12 und der Sammelrohre 16, 18 verwendet werden. Ebenso können vorkonfektionierte Rohre verwendet werden, die miteinander zu dem Sammelkasten 14 verbunden werden.

[0030] Figur 6 zeigt in schematischer Schnittdarstellung den Sammelkasten 14 des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 10 mit dem eingangsseitigen Sammelrohr 16 und dem ausgangsseitigen Sammelrohr 18. Das eingangsseitige Sammelrohr 16 weist eine um etwa die Hälfte größere Querschnittsfläche 36 auf als das ausgangsseitige Sammelrohr 18, dessen Querschnittsfläche mit der Bezugsziffer 38 bezeichnet ist. Somit ist die Strömungsquerschnittsfläche im eingangsseitigen Strömungskanal, der durch das Sammelrohr 16 gebildet wird, etwas zwischen 70% und 50% größer als die Strömungsquerschnittsfläche des ausgangsseitigen Sammelrohr 18. Dadurch ist die Strömungsquerschnittsfläche und damit auch das Strömungsvolumen des jeweiligen Sammelrohres 16 und 18 an die jeweilige Dichte, beziehungsweise das spezifische Volumen, das den Aggregatzustand des Kältemittels kennzeichnet ideal angepasst, wobei das durchströmende Kältemittel im Eingangskanal gasförmig und im Ausgangskanal flüssig ist.

[0031] Die Querschnittsfläche 38 des ausgangsseitigen Sammelrohres 18 ist im erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 10 stets kleiner als die des eingangsseitigen Sammelrohres 16. Bevorzugt liegt das Verhältnis der Querschnittsfläche 38 zur Querschnittsfläche 36 zwischen 0.2 und 0.9. Wird die Querschnittsfläche 36 des eingangsseitigen Sammelrohres 16 mit A1 bezeichnet und die Querschnittsfläche 38 des ausgangsseitigen Sammelrohres 18 mit A2, so gilt:

[0032] Besonders bevorzugt liegt das Verhältnis zwischen 0.5 und 0.9. Es gilt:

[0033] Idealerweise ist die Querschnittsfläche 36 des eingangsseitigen Sammelrohrs 16 doppelt so groß wie die Querschnittsfläche 38 des ausgangsseitigen Sammelrohres 18 oder etwa zumindest 1.45 mal so groß. Es gilt:

[0034] Hierbei sind die Grundflächen oder Bodenflächen 44 der Sammelrohre 16 und 18 gleich groß. Die unterschiedlichen Querschnittsflächen 36, 38 werden durch eine unterschiedliche Gestalt des Sammelrohres 18 im Vergleich zum Sammelrohr 16 realisiert. Beispielsweise ist der Deckelabschnitt 42 des Sammelrohrs 18 abgeflacht, sodass eine annähernd ellipsenförmige Gestalt des Sammelrohrs 18 gebildet wird. Das eingangseitige Sammelrohr 16 und das ausgangsseitige Sammelrohr 18 sind hierbei bevorzugt zumindest in einem Abschnitt nahe des Bodenabschnitts 44 nicht symmetrisch, d.h. unsymmetrisch, bezogen auf eine Mittelachse 50. Das Sammelrohr 16 und das Sammelrohr 18 weisen an einer den Steg 24 bildenden Seite 52 jeweils einen nahezu rechten Winkel zwischen dem Bodenabschnitt 44 und dem Deckelabschnitt 42 auf.

[0035] Ein Übergang zwischen dem eingangsseitigen Sammelrohr 16 und dem ausgangsseitigen Sammelrohr 18 ist mittels eines umlenkseitigen Sammelrohr realisierbar. Das umlenkseitige Sammelrohr weist einen Querschnitt auf, dessen Querschnittsfläche zwischen den Querschnittsflächen 36 und 38 liegt. Das umlenkseitige Sammelrohr kann bevorzugt realisiert werden, indem ein dem Sammelkasten 14 entsprechender Sammelkasten 14' mit jeweils einem ersten Sammelrohr 16' und einem Sammelrohr 18' an das dem Sammelkasten 14 abgewandte Ende der Flachrohre 12 angeordnet ist. Am Sammelkasten 14' sind bevorzugt beide Enden mit einem fluiddichten Deckel (nicht dargestellt) verschlossen.

[0036] Die Querschnittsflächen 36 und 38 sind statisch über die Länge 26 der Sammelrohre 16 bzw. 18 ausgebildet, das heißt die Querschnittsfläche 36 bzw. 38 des Sammelrohres 16 bzw. 18 ändert sich über die Längserstreckung 26 nicht, sondern bleibt konstant.

[0037] Figur 8 zeigt in schematischer Darstellung eine prinzipielle Verschaltungsart des zwei-reihigen Wärmeübertragers 10. Der Wärmeübertrager 10 weist ein Wärmeübertragernetz auf, von dem in Figur 8 lediglich schematisch Strömungspfade für ein Wärmeübertragungsmedium oder Kältemittel dargestellt sind. In dem Sammelrohr 16 ist ein Eingangsströmungskanal 60 oder Eingangsströmungspfad 60 und in dem Sammelrohr 18 ein Ausgangsströmungskanal 62 oder Ausgangsströmungspfad 62 realisiert. Die in der Darstellung in Figur 8 im Wesentlichen horizontal verlaufenden Strömungspfade 64a, 64b, 64c, 66a, 66b, 66c und 68a, 68b, 68c verlaufen in den Flachrohen 12 und in dem umlenkseitigen Sammelrohr. Das umlenkseitige Sammelrohr ist bevorzugt in dem oder durch den Sammelkasten 14' realisiert, wobei die Strömungspfade 64b, 66b, 68b jeweils durch eine Öffnung 34' in einem Steg 24' des Sammelkastens 14' realisiert sind. Es sind in Figur 8 jeweils zwei Flachrohre 12 und ein umlenkseitiges Sammelrohr in jeder der horizontal verlaufenden Ebene 70a, 70b, 70c angeordnet.

[0038] Die Richtung eines im Wesentlichen senkrecht durch den Wärmeübertrager 10 tretenden Luftstromes oder Luftströmung ist durch den Pfeil 72 gezeigt, der somit die Luftstromrichtung 72 darstellt.

[0039] Ein Verlauf der Fluidströmung des Wärmeübertragungsmediums oder Kältemittel ist durch die Pfeile, die mit den Bezugsziffern 64, 66 und 68 bezeichnet sind, verdeutlicht. Die Fluidströmung tritt, wie durch den Pfeil 60 verdeutlicht ist, in die Eintrittsöffnung des Sammelrohres 16 ein. Das Fluid kann sich über die Länge 26 des Sammelrohres 16 verteilen und gleichzeitig in den drei Ebenen 70a, 70b und 70c in das jeweilige Flachrohr 12 hineinströmen. Am Ende des jeweiligen Flachrohres 12 strömt das Fluid durch das umlenkseitige Sammelrohr und tritt jeweils in das den Strömungskanal 64c, 66c und 68c realisierende Flachrohr 12 ein. Hierbei kann das Fluid jeweils durch Trennwände sowie Durchlassöffnungen, die in dem Sammelrohr 16' bzw. 18' angeordnet sind, in der jeweiligen Ebene 70a, 70b und 70c gelenkt werden oder kann sich auf die Ebenen 70a, 70b und 70c verteilen. Das Fluid durchströmt in dem Flachrohr 12 der jeweiligen Ebene 70a, 70b und 70c, tritt in das Sammelrohr 18 ein und verlässt den Wärmeübertrager 10 durch eine Auslassöffnung des Sammelrohrs 18, verdeutlicht durch den Pfeil 62.

[0040] Figur 9 zeigt eine weitere Möglichkeit für die Fluidströmung des Wärmeübertragungsmediums oder Kältemittel, die realisiert ist durch eine unterschiedliche Verschaltungsart der in den Sammelrohren 16, 18, 16', 18' angeordneten Durchlassöffnungen und Zwischenwände. Das Fluid strömt gasförmig in durch den Pfeil 60 verdeutlichten Eintrittsströmungspfad in den Wärmeübertrager 10. Das Fluid kann sich auf die drei Ebenen 70a, 70b und 70c im eingangsseitigen Sammelrohr 16 verteilen und strömt entlang der Strömungspfade 64a, 66a und 68a in den jeweiligen Flachrohren 12. Im Sammelrohr 16' kann sich das Fluid jeweils auf die drei Ebenen 70a, 70b und 70c verteilen. Das Fluid kann allerdings nur in der Ebene 70c in der Tiefe umgelenkt werden durch das umlenkseitige Sammelrohr und anschließend den Strömungspfad 66c durchströmen. Nachdem das Fluid das Flachrohr 12 die Ebene 70c durchströmt hat, kann dieses in das Sammelrohr 18 eintreten. Hier erfolgt eine Umlenkung in der Breite in die Ebene 70b. Das Fluid kann in das Flachrohr 12 der Ebene 70b eintreten und dieses in umgekehrter Reihenfolge in Strömungspfad 66b' in Richtung zu dem Sammelrohr 18' durchströmen. Im Sammelrohr 18' erfolgt eine Umlenkung in der Breite in die Ebene 70a und das Fluid strömt im Flachrohr 12 auf dem Strömungspfad 64c in Richtung Sammelrohr 18 und verlässt den Wärmetauscher durch die Auslassöffnung des Sammelrohres 18 in durch den Pfeil 62 dargestellter Richtung.

[0041] Figuren 8 und 9 stellen lediglich beispielhaft mögliche Strömungspfade für das Wärmeübertragungsmedium dar. Andere mögliche Strömungspfade, die mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 10 realisierbar sind, sind in der DE 202010000951 U1 aufgeführt und werden vollumfänglich als Teil in die vorliegende Beschreibung aufgenommen.

Ansprüche

1. Wärmeübertrager für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug mit einem Wärmeübertragernetz, welches Wärmeübertragerrohre (12), insbesondere Flachrohre (12) und mindestens einen Sammelkasten (14) aufweist, wobei der Sammelkasten (14) mindestens ein eingangsseitiges (16) und ein ausgangsseitiges Sammelrohr (18) umfasst, die in Strömungsverbindung mit den Wärmeübertragerrohren (12) stehen, wobei das ausgangsseitige Sammelrohr (18) eine Querschnittsfläche (38) aufweist, die kleiner ist als eine Querschnittsfläche (36) des eingangsseitigen Sammelrohres (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (36) des eingangsseitigen Sammelrohres (16) größer ist als eine Querschnittsfläche des umlenkseitigen Sammelrohres und die Querschnittsfläche des umlenkseitigen Sammelrohres kleiner ist als die Querschnittsfläche (38) des ausgangsseitigen Sammelrohres (18).

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (38) des ausgangsseitigen Sammelrohres (18) zwischen 20% und 90%, bevorzugt zwischen 50% und 90%, besonders bevorzugt zwischen 50% und 70% der Querschnittsfläche (36) des eingangsseitigen Sammelrohres (16) beträgt.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang zwischen dem eingangsseitigen Sammelrohr (16) und dem ausgangsseitigen Sammelrohr (18) mittels eines umlenkseitigen Sammelrohr realisierbar ist.

4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Querschnittsfläche (36) des eingangsseitigen Sammelrohres (16) verschieden von der Form der Querschnittsfläche (38) des ausgangsseitigen Sammelrohres (18) ist, wobei eine Bodenfläche (44) des eingangsseitigen Sammelrohres (16) gleich der Bodenfläche (44) des ausgangsseitigen Sammelrohres (18) ist.

5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (36) des eingangsseitigen Sammelrohres (16) und die Querschnittsfläche (38) des ausgangsseitigen Sammelrohres (18) statisch bezogen auf die Länge (26) des eingangsseitigen Sammelrohres (16) und die Länge (26) des ausgangsseitigen Sammelrohres (18) sind.

6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das eingangsseitige Sammelrohr (16) und das ausgangsseitige Sammelrohr (18) nebeneinanderliegend angeordnet und/oder im Wesentlichen parallel verlaufend sind.

7. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eingangsseitige Sammelrohr (16) und das ausgangsseitige Sammelrohr (18) einstückig ausgeführt sind und den Sammelkasten (14) bilden.

8. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem eingangsseitigen Sammelrohr (16) und dem ausgangsseitigen Sammelrohr (18) ein Steg (24) angeordnet ist, der in Längserstreckung (26) der Sammelrohre (16, 18) eine Zwischenwand (24) bildet, die in der Längserstreckung (26) der Sammelrohre (16, 18) mindestens eine Öffnung (34) aufweist.

9. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerrohre (12), insbesondere Flachrohre (12) in zwei Reihen (20, 22) nebeneinander angeordnet sind.

10. Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage, die einen Wärmeübertrager (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.

Claims

1. A heat exchanger for an air-conditioning system in a motor vehicle with a heat exchanger network having heat exchanger tubes (12), in particular flat tubes (12), and at least one collecting tank (14), wherein the collecting tank (14) comprises at least one inlet-side (16) and one outlet-side collecting tube (18) being in flow communication with the heat exchanger tubes (12), wherein the outlet-side collecting tube (18) has a cross-sectional area (38) which is smaller than a cross-sectional area (36) of the inlet-side collecting tube (16), characterised in that the cross-sectional area (36) of the inlet-side collecting tube (16) is larger than a cross-sectional area of the deflection-side collecting tube and the cross-sectional area of the deflection-side collecting tube is smaller than the cross-sectional area (38) of the outlet-side collecting tube (18).

2. The heat exchanger according to claim 1, characterised in that the cross-sectional area (38) of the outlet-side collecting tube (18) is between 20% and 90%, preferably between 50% and 90%, particularly preferably between 50% and 70% of the cross-sectional area (36) of the inlet-side collecting tube (16).

3. The heat exchanger according to claim 1 or 2, characterised in that a transition between the inlet-side collecting tube (16) and the outlet-side collecting tube (18) can be realised by means of a deflection-side collecting tube.

4. The heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterised in that the shape of the cross-sectional area (36) of the inlet-side collecting tube (16) is different from the shape of the cross-sectional area (38) of the outlet-side collecting tube (18), wherein a bottom area (44) of the inlet-side collecting tube (16) is equal to the bottom area (44) of the outlet-side collecting tube (18).

5. The heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterised in that the cross-sectional area (36) of the inlet-side collecting tube (16) and the cross-sectional area (38) of the outlet-side collecting tube (18) are static relative to the length (26) of the inlet-side collecting tube (16) and the length (26) of the outlet-side collecting tube (18).

6. The heat exchanger according to one of claims 1 to 5, characterised in that the inlet-side collecting tube (16) and the outlet-side collecting tube (18) are arranged next to one another and/or substantially run parallel.

7. The heat exchanger according to one of claims 1 to 6, characterised in that the inlet-side collecting tube (16) and the outlet-side collecting tube (18) are integrally designed and form the collecting tank (14) .

8. The heat exchanger according to one of claims 1 to 7, characterised in that a web (24) is arranged between the inlet-side collecting tube (16) and the outlet-side collecting tube (18), forming an intermediate wall (24) in the longitudinal extension (26) of the collecting tubes (16, 18) which has at least one opening (34) in the longitudinal extension (26) of the collecting tubes (16, 18).

9. The heat exchanger according to one of claims 1 to 8, characterised in that the heat exchanger tubes (12), in particular flat tubes (12), are arranged in two rows (20, 22) next to one another.

10. A motor vehicle with an air-conditioning system, having a heat exchanger (10) according to one of claims 1 to 9.

Revendications

1. Echangeur de chaleur pour un système de climatisation dans un véhicule automobile comprenant un réseau d'échangeurs de chaleur, lequel réseau présente des tubes d'échangeurs de chaleur (12), en particulier des tubes plats (12) et au moins un bac collecteur (14), où le bac collecteur (14) comprend au moins un tube collecteur (16) côté entrée et un tube collecteur (18) côté sortie, tubes collecteurs qui sont en communication d'écoulement avec les tubes d'échangeurs de chaleur (12), où le tube collecteur (18) côté sortie présente une surface de section (38) qui est plus petite qu'une surface de section (36) du tube collecteur (16) côté entrée, caractérisé en ce que la surface de section (36) du tube collecteur (16) côté entrée est plus grande qu'une surface de section du tube collecteur côté retour de flux, et la surface de section du tube collecteur côté retour de flux est plus petite que la surface de section (38) du tube collecteur (18) côté sortie.

2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de section (38) du tube collecteur (18) côté sortie est comprise entre 20 % et 90 %, de préférence entre 50 % et 90 %, en particulier de préférence entre 50 % et 70 % de la surface de section (36) du tube collecteur (16) côté entrée.

3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une transition entre le tube collecteur (16) côté entrée et le tube collecteur (18) côté sortie peut être réalisée au moyen d'un tube collecteur côté retour de flux.

4. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la forme de la surface de section (36) du tube collecteur (16) côté entrée est différente de la forme de la surface de section (38) du tube collecteur (18) côté sortie, où une surface de fond (44) du tube collecteur (16) côté entrée est identique à la surface de fond (44) du tube collecteur (18) côté sortie.

5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface de section (36) du tube collecteur (16) côté entrée et la surface de section (38) du tube collecteur (18) côté sortie sont statiques par rapport à la longueur (26) du tube collecteur (16) côté entrée et par rapport à la longueur (26) du tube collecteur (18) côté sortie.

6. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le tube collecteur (16) côté entrée et le tube collecteur (18) côté sortie sont disposés en étant l'un à côté de l'autre et / ou en s'étendant pratiquement de façon parallèle.

7. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le tube collecteur (16) côté entrée et le tube collecteur (18) côté sortie sont réalisés de façon monobloc et forment le bac collecteur (14).

8. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une partie pleine (24) est disposée entre le tube collecteur (16) côté entrée et le tube collecteur (18) côté sortie, laquelle partie pleine forme une paroi intermédiaire (24) suivant l'étendue longitudinale (26) des tubes collecteurs (16, 18), laquelle paroi intermédiaire présente au moins une ouverture (34) se situant dans l'étendue longitudinale (26) des tubes collecteurs (16, 18).

9. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les tubes d'échangeurs de chaleur (12), en particulier des tubes plats (12), sont disposés les uns à côté des autres, sur deux rangées (20, 22).

10. Véhicule automobile comprenant un système de climatisation qui présente un échangeur de chaleur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.

Zeichnung