EP1203922A2 - Kondensator und Rohr dafür - Google Patents

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EP1203922A2
EP1203922A2 EP01125703A EP01125703A EP1203922A2 EP 1203922 A2 EP1203922 A2 EP 1203922A2 EP 01125703 A EP01125703 A EP 01125703A EP 01125703 A EP01125703 A EP 01125703A EP 1203922 A2 EP1203922 A2 EP 1203922A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tubes
condenser
tube
flow channels
refrigerant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01125703A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1203922A3 (de
Inventor
Martin Dipl.-Ing. Kaspar
Kurt Dr.-Ing. Molt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1203922A2 publication Critical patent/EP1203922A2/de
Publication of EP1203922A3 publication Critical patent/EP1203922A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/022—Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/01—Geometry problems, e.g. for reducing size
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • 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 condenser and in particular a tube therefor, which is particularly suitable for use in capacitors operating at operating pressures of around 20 bar.
  • a condenser On the capacitor according to the invention is in particular a so-called Flat tube condenser, in which between pipes with tubes in run essentially flat cross-section, between which in turn Cooling fins are arranged on the flat surfaces of the pipes support.
  • German Offenlegungsschrift 198 45 336 relates to a heat exchanger which is operated at high operating pressures of up to 100 bar with CO 2 as the refrigerant.
  • a multi-chamber flat tube is used therein, which is designed as a straight tube for a parallel flow condenser or as a serpentine bent tube for a parallel flow condenser.
  • the channels in the tube are preferably provided with an oval and also with a round cross section.
  • the circular cross section is disclosed as being suitable for high compressive strength.
  • the two flat tube broad sides are also profiled with wavy lines in the case of round cross sections of the channels.
  • So-called meandering current capacitors are also known, in which a refrigerant several times between two with partitions Collected pipes through different pipe groups back and forth be, cf. EP-A-255 131.
  • the pipes used for this have only flow channels with square or rectangular Cross-sections.
  • the present invention has for its object an improved Tube for a condenser with operating pressures of about 20 bar and one also improved capacitor, especially meander current capacitor, provide.
  • a tube has a further advantageous effect with flow channels that have a hydraulic diameter of 1.14 mm have up to 1.26 mm, and more preferred is a diameter of 1.18 mm to 1.22 mm. The best results are achieved with a tube with a hydraulic diameter of about 1.20 mm.
  • tubes with a flat cross section and round, in Series arranged flow channels of particularly advantageous Effect work in meandering current capacitors. This is special remarkably the case in capacitors as they appear later in be described with respect to the preferred embodiments. This is attributed to the fact that the pressure drop in the - compared to Parallel current capacitors - total in meandering current capacitors longer distances to be covered by the refrigerant. So that will achieved that larger amounts of refrigerant per unit time with total same energy expenditure through the condenser can. Furthermore, a better heat transfer is apparently compared Flow paths achieved in known meandering flow condensers.
  • Figure 1 shows a front view of a preferred meandering current capacitor 20 in the assembled state.
  • This capacitor 20 has a first header 21 and a second header 22, the are preferably arranged in parallel.
  • the embodiment is a refrigerant inlet 24 and a refrigerant outlet 25 connected to the first manifold 21. Since the refrigerant in the occurs essentially in the gaseous state and in the liquid state emerges, the refrigerant inlet 24 has a larger cross section than that Refrigerant outlet 25. Introduces from the refrigerant inlet 24 Supply pipe in the upper part of the first view shown Manifold 21 is shortly before entering the first manifold 21 advantageously a pressure relief valve is provided.
  • A is more preferred upper part of the manifold 21 through a partition 27a in the first Collector tube 21 separated.
  • the pipes have one in essential flat cross-section, as further explained below becomes. In the view shown in Figure 1, you only see the relatively small height of the tubes 10 which are in the direction perpendicular to Paper level have a greater width than the height shown (also compare Figure 4).
  • the cooling fins 23 are each based on the flat surfaces of adjacent pipes and are therefore preferred connected. This enables good heat transfer between the Tubes 10 and the cooling fins 23 and overall good structural Stiffness of the capacitor 20.
  • Such one Condenser is preferably used in automotive air conditioning systems. Through capacitor 20, i.e. through the tubes 10 and the cooling fins 23, air usually flows as a coolant.
  • the structure shown is intended the best possible heat transfer between the refrigerant and the Ensure coolant. In this way, a first heat exchange takes place and also a first condensation of the refrigerant in the first set of pipes 10a instead.
  • the refrigerant is able to to flow to the first partition 26a in the second header 22.
  • this partition wall 26a forms one for the refrigerant Barrier so that the refrigerant does not pass through the partition 26a in the second Flow manifold 22 flow down in the view shown can. Instead, it is forced through a second set of tubes 10b to flow back to the first manifold 21.
  • another Heat exchange and further condensation take place.
  • Another partition 27b in the first header 21 forces this Refrigerant then through a third set of tubes 10c again into the second Collecting pipe 22.
  • the refrigerant becomes again first manifold 21, then to the second manifold 22 and back to first header pipe through a fourth set of pipes 10d, a fifth set Tubes 10e and a sixth set of tubes 10f guided. from lowest area of the first collecting pipe 21, separated by the third Partition 27c, then leads a pipe to the refrigerant outlet 25.
  • Capacitor is also called “meander current capacitor” because namely the refrigerant through several loops or meanders through the Capacitor is guided. This means that the refrigerant in the Capacitor covered distance compared to a parallel current capacitor, multiplied depending on the number of sets of pipes.
  • the embodiment shown is particularly preferred six meanders, which is the refrigerant six times the effective width of the Can flow through the capacitor. More preferably, the number of Tubes 10 between a set of tubes 10a to 10e and another, downstream adjacent set of pipes 10b to 10f, or remains at least the same. This advantageously makes a degressive Switching of the pipe sets reached.
  • the first set comprises tubes 10a 17 pipes, the second set of pipes 10b 10 pipes, the third set of pipes 10c 7 Pipes, the fourth set of pipes 10d 6 pipes, the fifth set of pipes 10e 4 Pipes and the sixth set of pipes 10f also 4 pipes.
  • the initially predominantly gaseous refrigerant comparatively more surface and cross section for heat exchange More and more is made available in liquid form than downstream present refrigerant.
  • a heat exchanger according to the invention preferably has a width of 300 to 1000 mm and particularly preferably of approximately 400 to 700 mm and further preferably approximately 560 to 600 mm.
  • the overall height is more preferably from 200 to 700 mm, more preferably from 400 to 550 mm and particularly preferably from 460 to 500 mm.
  • One embodiment which is particularly preferred for the above-mentioned number of tubes in the individual sets of tubes, has an effective end face of approximately 27.8 dm 2 , which gives an effective width of the flowed-through condenser of approximately 580 mm and an effective height of about 480 mm.
  • a preferred density of ribs is 75 ribs per dm.
  • Figure 1 also shows elements for anchoring the capacitor in the engine compartment of a vehicle. However, this will not be discussed further.
  • Such a Condenser usually operated at an operating pressure of 20 bar.
  • a preferred embodiment of one in such capacitors used tube or flat tube 10 is enlarged in Figure 4 shown.
  • Such a tube particularly preferably has a width of about 12 to 20 mm, more preferably 15 to 17 mm and particularly preferred about 16 mm.
  • the height H is preferably 1 to 3 mm, more preferably 1.5 to 2.1 mm and particularly preferably about 1.8 mm.
  • External dimensions allow a relatively small end face of the tube, so that the pressure drop of the air flowing through the condenser does not increase gets big.
  • the effective surface especially towards the cooling fins (the top and bottom in Figure 4 outside pages) optimized.
  • Figure 4 shows the flat tube cross section with eleven circular flow channels 11, the webs 12 in between and those with the outer walls walls 13 formed.
  • the flow channels 11 have according to the invention a substantially round cross section and a hydraulic diameter from 1.10 to 1.30 mm.
  • the hydraulic With a circular cross-section, the diameter corresponds to that Kreisdruchmesser.
  • the hydraulic diameter is more preferably 1.14 to 1.26 mm, more preferably 1.18 mm to 1.22 mm and am most preferably about 1.20 mm. It was found that such hydraulic diameter in a special way when using a Tube 10 in meandering current capacitors an optimal, dimensional Allows heat transfer.
  • Figure 5 shows a detail Figure 4, in particular the air-facing side of the tube 10. Es it was found that with a bevel X from the center of the tube to to the upper or lower end of the tube in the aforementioned Orders of magnitude around 0.3 mm and a radius R of around 0.2 mm ensure an optimal flow of the coolant air. On particularly preferred heat transfer between the most outer located flow channel 11 and this front surface results in an effective distance Y from the flow channel 11 to the front surface, which is preferably about 0.38 mm.
  • a pipe according to the invention is preferably made of aluminum or one Extruded aluminum alloy.
  • the round flow channels generated by essentially round dies in the extrusion die.
  • a Round design of the flow channels not only allows one optimized heat transfer, especially when using the pipes in meander current capacitors, but also has great advantages the manufacture of the pipes.
  • the distortion when extruding is even and minimal and the wear of the round dies is much less than matrices with an angular contour would be used, as in the prior art. This results in the same, due to the shape of the flow channels several advantages at the same time.

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Abstract

Kondensator (20) welches besonders dafür geeignet ist in Kondensatoren eingesetzt zu werden, die mit Betriebsdrücken von etwa 20 bar betrieben werden. Ein Kondensator ist insbesondere ein sogenannter Flachrohrkondensator, bei dem zwischen Sammelrohren (21,22) Rohre (10) mit im wesentlichen flachen Querschnitt verlaufen, zwischen denen wiederum Kühlrippen (23) angeordnet sind, die sich an den flachen Oberflächen der Rohre (10) abstützen. Erfindungsgemäß hat ein Rohr (10) einen im wesentlichen flachen Querschnitt und mehrere nebeneinander angeordnete Strömungskanäle (11). Die Strömungskanäle (11) sind im wesentlichen rund und haben einen hydraulischen Durchmesser von 1,10mm bis 1,30mm. Eine weiter vorteilhafte Wirkung erzielt ein Rohr (10) mit Strömungskanälen (11), die einen hydraulischen Durchmesser von 1,14mm bis 1,26mm aufweisen und weiter bevorzugt ist ein Durchmesser von 1,18mm bis 1,22mm. Die besten Ergebnisse erzielt ein Rohr (10) mit einem hydraulischem Durchmesser von etwa 1,20mm. Weiter wurde gefunden, dass Rohre (10) mit flachem Querschnitt und runden, in Reihe angeordneten Strömungskanälen (11) von besonders vorteilhafter Wirkung in Mäanderstromkondensatoren (20) arbeiten. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Kondensator und insbesondere ein Rohr dafür, welches besonders dafür geeignet ist, in Kondensatoren eingesetzt zu werden, die mit Betriebsdrücken von etwa 20 bar betrieben werden. Ein erfindungsgemäßer Kondensator ist insbesondere ein sogenannter Flachrohrkondensator, bei dem zwischen Sammelrohren Rohre mit im wesentlichen flachen Querschnitt verlaufen, zwischen denen wiederum Kühlrippen angeordnet sind, die sich an den flachen Oberflächen der Rohre abstützen. Mit einer derartigen Anordnung soll die Wärme vom im Kondensator zirkulierenden Kältemedium an ein den Kondensator im wesentlichen durchströmendes Kühlmedium, meistens Luft, abgegeben werden.
Im US-Patent 5 307 870 sind Sammelrohre für Flachrohrkondensatoren mit im Querschnitt bogenförmigen Sammelrohren beschrieben. Zwischen diesen Sammelrohren verlaufen parallele Rohre derart, dass ein Parallelstromkondensator gebildet wird. D.h., dass Kältemitteldampf in eines der Sammelrohre eingeführt wird, durch die parallelen Rohre geführt wird, darin kondensiert, zu dem anderen Sammelrohr geführt wird und dann den Kondensator verlässt. In einer Ausführungsform beschreibt diese Druckschrift Rohre mit darin ausgebildeten parallelen Strömungskanälen mit rundem Querschnitt. Ein derartiger Kondensator ist gemäß dem US-Patent für Hochdruckkondensatoren vorgesehen.
Die deutsche Offenlegungsschrift 198 45 336 betrifft einen Wärmeübertrager, der mit hohen Betriebsdrücken bis zu 100 bar mit CO2 als Kältemittel betrieben wird. Darin findet ein Mehrkammer-Flachrohr Verwendung, welches als geradliniges Rohr für einen Parallelstromkondensator oder als serpentinenförmig gebogenes Rohr für einen Parallelstromkondensator ausgebildet ist. Die Kanäle in dem Rohr sind bevorzugt mit ovalem und auch mit rundem Querschnitt versehen. Der kreisrunde Querschnitt wird als für eine hohe Druckfestigkeit geeignet offenbart. Um ein hohes Wärmeübertragungsvermögen zu erhalten, sind ferner bei runden Querschnitten der Kanäle die beiden Flachrohrbreitseiten wellenlinienförmig profiliert.
Es finden darüber hinaus Flachrohre in Parallelstrom- bzw. Serpentinenstrom Wärmetauschern Verwendung, deren Strömungskanäle rechteckige oder dreieckige Querschnitte aufweisen. Hierzu wird beispielhaft auf die GB-A-2 133 525, JP-A-59-13877, US-A-3 689 972, US-A-2 136 641, GB-A-1 601 954, JP-A-57-66389, JP-A-58-221390 oder die EP-A-583 851 verwiesen. Vielfach sind die Oberflächen der Strömungskanäle durch geeignete Maßnahme, wie Rippen und Nuten, vergrößert, um eine höhere Wärmeübertragung zu erzielen (vgl. JP-A-59-13877, JP-A-57-66389 bzw. JP-A-58-221390). In der JP-A-114145 sind gegenüber diesen Formen rhombische Strömungskanäle dargestellt, die einen besseren Kontakt des gasförmigen Kältemittels mit den Wänden der Strömungskanäle und einen besseren Abfluss von Kondensat gewährleisten sollen.
Weiterhin sind sogenannte Mäanderstromkondensatoren bekannt, bei denen ein Kältemittel mehrfach zwischen zwei mit Trennwänden versehenen Sammelrohren durch verschiedene Rohrgruppen hin- und hergeführt werden, vgl. die EP-A-255 131. Die dafür verwendeten Rohre haben ausschließlich Strömungskanäle mit quadratischen bzw. rechteckigen Querschnitten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Rohr für einen Kondensator mit Betriebsdrücken von etwa 20 bar und einen ebenfalls verbesserten Kondensator, insbesondere Mäanderstrom-kondensator, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
Der Anmelder hat überraschend gefunden, dass ein Rohr mit im wesentlichen flachem Querschnitt und mehreren nebeneinander angeordneten Strömungskanälen für einen Kondensator mit Betriebsdrücken von etwa 20 bar besonders wirkungsvoll arbeitet, wenn die Strömungskanäle im wesentlichen rund sind und einen hydraulischen Durchmesser von 1,10 mm bis 1,30 mm aufweisen. Eine weiter vorteilhafte Wirkung erzielt ein Rohr mit Strömungskanälen, die einen hydraulischen Durchmesser von 1,14 mm bis 1,26 mm aufweisen, und weiter bevorzugt ist ein Durchmesser von 1,18 mm bis 1,22 mm. Die besten Ergebnisse erzielt ein Rohr mit einem hydraulischem Durchmesser von etwa 1,20 mm.
Weiter wurde gefunden, dass Rohre mit flachem Querschnitt und runden, in Reihe angeordneten Strömungskanälen von besonders vorteilhafter Wirkung in Mäanderstromkondensatoren arbeiten. Dies ist in besonders bemerkenswerter Weise in Kondensatoren der Fall, wie sie noch später in bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben werden. Dies wird darauf zurückgeführt, dass der Druckabfall bei den - im Vergleich zu Parallelstromkondensatoren - insgesamt in Mäanderstromkondensatoren vom Kältemittel längeren zurückzulegenden Wegen geringer ist. Damit wird erreicht, dass grössere Mengen an Kältemittel pro Zeiteinheit mit insgesamt gleichem energetischen Aufwand durch den Kondensator geführt werden können. Weiterhin wird offenbar ein besserer Wärmeübergang gegenüber Strömungswegen in bekannten Mäanderstromkondensatoren erzielt.
Darüberhinaus ist die Fertigung derartiger Rohre weniger aufwendig und damit kostengünstiger, was gerade in der Massenfertigung eine große Rolle spielt. Die Herstellung erfolgt durch Extrusion, wobei die Form der Strömungskanäle durch entsprechend gestaltete Matrizen erzeugt wird. Runde Matrizen haben sich als vorteilhaft erwiesen, da der Verzug beim Auskühlen minimal und relativ gleichmäßig ist und die Matrizen im Gegensatz zu eckigen Matrizen wesentlich weniger Verschleiß zeigen. Der Verschleiß tritt bei herkömmlichen eckigen Matrizen insbesondere an den Ecken auf.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1
eine Vorderansicht auf einen bevorzugten Mäanderstromkondensator,
Figur 2
eine Seitenansicht von rechts auf den Kondensator gemäß Figur 1,
Figur 3
eine Unteransicht auf den Kondensator gemäß Figur 1,
Figur 4
einen Querschnitt durch ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Rohr und
Figur 5
eine Einzelheit des rechten Endes des Querschnitts gemäß Figur 4 mit einer 20-fach vergrößerten Darstellung
Figur 1 stellt eine Vorderansicht eines bevorzugten Mäanderstromkondensators 20 im zusammengesetzten Zustand dar. Dieser Kondensator 20 weist ein erstes Sammelrohr 21 und ein zweites Sammelrohr 22 auf, die vorzugsweise parallel angeordnet sind. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist ein Kältemitteleinlass 24 und ein Kältemittelauslass 25 mit dem ersten Sammelrohr 21 verbunden. Da das Kältemittel im wesentlichen im gasförmigen Zustand eintritt und in flüssigem Zustand austritt, hat der Kältemitteleinlass 24 einen größeren Querschnitt als der Kältemittelauslass 25. Von dem Kältemitteleinlass 24 führt ein Zuleitungsrohr in den in der dargestellten Ansicht oberen Teil des ersten Sammelrohrs 21. Kurz vor dem Eintritt in das erste Sammelrohr 21 ist vorteilhafterweise ein Überdruckventil vorgesehen. Weiter bevorzugt ist ein oberer Teil des Sammelrohrs 21 durch eine Trennwand 27a im ersten Sammelrohr 21 abgetrennt. Zwischen dem ersten Sammelrohr 21 und dem zweiten Sammelrohr 22 verlaufen mehrere Rohre 10 beabstandet und parallel zueinander. Diese Rohre 10 stehen mit dem Inneren der Sammelrohre 21, 22 in dichter Verbindung. Links oben in Figur 1 sind Kühlrippen 23 angedeutet, die sich im wesentlichen wellenlinienförmig oder parallel zwischen den Rohren 10 erstrecken. Die Rohre haben einen im wesentlichen flachen Querschnitt, wie noch nachfolgend weiter ausgeführt wird. In der in Figur 1 dargestellten Ansicht, sieht man lediglich auf die relativ geringe Höhe der Rohre 10, die in der Richtung senkrecht zur Papierebene eine größere Breite haben als die dargestellte Höhe (vergleiche ebenfalls Figur 4). Die Kühlrippen 23 stützen sich jeweils an den flachen Oberflächen benachbarter Rohre ab und sind damit bevorzugt verbunden. Dies ermöglicht einen guten Wärmeübergang zwischen den Rohren 10 und den Kühlrippen 23 und insgesamt eine gute strukturelle Steifigkeit des Kondensators 20.
Das im oberen Bereich des ersten Sammelrohrs 21 befindliche, im wesentlichen gasförmig vorliegende Kältemittel strömt durch einen ersten Satz Rohre 10a zum zweiten Sammelrohr 22. Dies wird dadurch gewährleistet, daß vom Kühlmitteleinlass 24, bedingt durch die Trennwand 27a, lediglich Kältemittel in den ersten Satz Rohre 10a strömen kann, die mit dem oberen, abgetrennten Bereich des ersten Sammelrohrs 21 verbunden sind. Auf dem Weg vom ersten Sammelrohr 21 zum zweiten Sammelrohr 22 findet ein erster Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem senkrecht zur Papierebene strömenden Kühlmittel statt. Ein derartiger Kondensator findet vorzugsweise Einsatz in Klimaanlagen von Automobilen. Durch den Kondensator 20, d.h. durch die Rohre 10 und die Kühlrippen 23, strömt dabei normalerweise Luft als Kühlmittel. Der dargestellte Aufbau soll einen möglichst guten Wärmeübergang zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel gewährleisten. Auf diese Weise findet ein erster Wärmeaustausch und auch eine erste Kondensation des Kältemittels im ersten Satz Rohre 10a statt.
Im zweiten Sammelrohr 22 angekommen, ist das Kältemittel in der Lage bis zur ersten Trennwand 26a im zweiten Sammelrohr 22 zu strömen. Wie die Trennwand 27a, bildet diese Trennwand 26a für das Kältemittel eine Barriere, so daß das Kältemittel nicht über die Trennwand 26a im zweiten Sammelrohr 22 hinaus in der dargestellten Ansicht nach unten strömen kann. Statt dessen wird es gezwungen, durch einen zweiten Satz Rohre 10b zurück zum ersten Sammelrohr 21 zu strömen. Hierbei findet ein weiterer Wärmeaustausch und eine weitere Kondensation statt.
Eine weitere Trennwand 27b im ersten Sammelrohr 21 zwingt das Kältemittel dann durch einen dritten Satz Rohre 10c abermals in das zweite Sammelrohr 22. Durch weitere Trennwände 26b im zweiten Sammelrohr und 27c im ersten Sammelrohr wird dann das Kältemittel abermals wieder zum ersten Sammelrohr 21, dann zum zweiten Sammelrohr 22 und zurück zum ersten Sammelrohr durch einen vierten Satz Rohre 10d, einen fünften Satz Rohre 10e beziehungsweise einen sechsten Satz Rohre 10f geführt. Vom untersten Bereich des ersten Sammelrohrs 21, abgetrennt durch die dritte Trennwand 27c, führt dann ein Rohr zum Kältemittelauslass 25.
Die vorstehende Beschreibung macht deutlich, warum ein derartiger Kondensator auch "Mäanderstromkondensator" genannt wird, da nämlich das Kältemittel durch mehrere Schleifen bzw. Mäander durch den Kondensator geführt wird. Damit wird der durch das Kältemittel im Kondensator zurückgelegte Weg im Vergleich zu einem Parallelstromkondensator, abhängig von der Anzahl an Sätzen von Rohren, vervielfacht.
Besonders bevorzugt ist die dargestellte Ausführungsform mit insgesamt sechs Mäandern, die also das Kältemittel sechsmal die wirksame Breite des Kondensators durchströmen läßt. Weiter bevorzugt nimmt die Zahl der Rohre 10 zwischen einem Satz Rohre 10a bis 10e und einem weiteren, stromabwärts benachbarten Satz Rohre 10b bis 10f ab, oder bleibt zumindest gleich. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine degressive Schaltung der Rohrsätze erreicht.
In besonders bevorzugter Ausführungsform umfaßt der erste Satz Rohre 10a 17 Rohre, der zweite Satz Rohre 10b 10 Rohre, der dritte Satz Rohre 10c 7 Rohre, der vierte Satz Rohre 10d 6 Rohre, der fünfte Satz Rohre 10e 4 Rohre und der sechste Satz Rohre 10f ebenfalls 4 Rohre. Auf diese Weise wird erreicht, daß dem anfangs noch überwiegend gasförmigen Kältemedium vergleichsweise mehr Oberfläche und Querschnitt zum Wärmetausch zur Verfügung gestellt wird als dem stromabwärts immer mehr in flüssiger Form vorliegenden Kältemittel.
Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher hat vorzugsweise eine Breite von 300 bis 1000 mm und besonders bevorzugt von etwa 400 bis 700 mm und weiter bevorzugt etwa 560 bis 600 mm. Die Bauhöhe beträgt weiter bevorzugt von 200 bis 700 mm, weiter bevorzugt von 400 von 550 mm und besonders bevorzugt von 460 bis 500 mm. Eine Ausführungsform, die insbesondere für die oben genannte Anzahl von Rohren in den einzelnen Sätzen an Rohren bevorzugt ist, weist eine wirksame Stirnfläche von etwa 27,8 dm2 auf, das ergibt eine wirksame Breite des durchströmten Kondensators von etwa 580 mm und eine wirksame Höhe von etwa 480 mm. Eine bevorzugte Dichte an Rippen beträgt 75 Rippen pro dm. Figur 1 zeigt ebenfalls Elemente zum Verankern des Kondensators im Motorraum eines Fahrzeugs. Darauf soll jedoch nicht weiter eingegangen werden.
In bevorzugter Ausführungsform sind die zuvor erläuterten Elemente des Kondensators miteinander verlötet, gelb chromatiert und schwarzpulverlackiert, um den Wärmeaustausch noch weiter zu optimieren.
Wie in der Beschreibungseinleitung bereits erörtert, wird ein derartiger Kondensator üblicherweise mit einem Betriebsdruck von 20 bar betrieben. Eine bevorzugte Ausführungsform eines in derartigen Kondensatoren verwendeten Rohres oder Flachrohres 10 ist in Figur 4 vergrößert dargestellt. Ein derartiges Rohr hat besonders bevorzugt eine Breite von etwa 12 bis 20 mm, weiter bevorzugt 15 bis 17 mm und besonders bevorzugt etwa 16 mm. Die Höhe H beträgt vorzugsweise 1 bis 3 mm, weiter bevorzugt 1,5 bis 2,1 mm und besonders bevorzugt etwa 1,8 mm. Derartige Außendimensionen ermöglichen eine relativ geringe Stirnfläche des Rohrs, so daß der Druckabfall der den Kondensator durchströmenden Luft nicht zu groß wird. Auf der anderen Seite wird die wirksame Oberfläche insbesondere hin zu den Kühlrippen (in Figur 4 die oben und unten dargestellten Außenseiten) optimiert.
Figur 4 stellt den Flachrohrquerschnitt mit elf kreisrunden Strömungskanäle 11, die dazwischen liegenden Stege 12 und die mit den Außenwänden gebildeten Wandungen 13 dar. Eine bevorzugte Mindeststärke der Stege 12 beträgt S = 0,20 mm. Die Mindeststärke der Wandungen 13 beträgt vorteilhafterweise W = 0,30 mm. Die Strömungskanäle 11 haben erfindungsgemäß einen im wesentlichen runden Querschnitt und einen hydraulischen Durchmesser von 1,10 bis 1,30 mm. Der hydraulische Durchmesser entspricht bei einem kreisrunden Querschnitt dem Kreisdruchmesser. Weiter bevorzugt beträgt der hydraulische Durchmesser 1,14 bis 1,26 mm, noch weiter bevorzugt 1,18 mm bis 1,22 mm und am meisten bevorzugt etwa 1,20 mm. Es wurde gefunden, dass ein derartiger hydraulischer Durchmesser in besonderer Weise bei einem Einsatz eines Rohrs 10 in Mäanderstromkondensatoren einen optimalen, dimensionsbedingten Wärmeübergang ermöglicht. Figur 5 zeigt eine Einzelheit aus Figur 4, insbesondere die der Luft zugewandten Seite des Rohrs 10. Es wurde gefunden, daß bei einer Abschrägung X von der Mitte des Rohrs bis zum oberen bzw. unteren Ende des Rohrs bei den genannten Größenordnungen um etwa 0,3 mm und ein Radius R von etwa 0,2 mm einen optimalen Strömungsverlauf des Kühlmittels Luft gewährleisten. Ein besonders bevorzugter Wärmeübergang zwischen dem am weitesten außen gelegenen Strömungskanal 11 und dieser vorderen Fläche ergibt sich bei einem wirksamen Abstand Y von dem Strömungskanal 11 zur Vorderfläche, der bevorzugt etwa 0,38 mm beträgt.
Ein erfindungsgemäßes Rohr wird vorzugsweise aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung extrudiert. Dabei werden die runden Strömungskanäle durch im wesentlichen runde Matrizen im Extrusionswerkzeug erzeugt. Eine runde Ausbildung der Strömungkanäle ermöglicht nicht nur einen optimierten Wärmeübergang, insbesondere bei der Verwendung der Rohre in Mäanderstromkondensatoren, sondern hat ebenfalls große Vorteile bei der Fertigung der Rohre. Der Verzug beim Extrudieren ist gleichmäßig und minimal und der Verschleiß der runden Matrizen ist wesentlich geringer, als würden Matrizen mit eckiger Kontur, wie im Stand der Technik, eingesetzt. Damit ergeben sich, durch die Form der Strömungskanäle bedingt, gleich mehrere Vorteile gleichzeitig.

Claims (23)

1. Rohr für einen Kondensator mit Betriebsdrücken von etwa 20 bar, mit:
a) einem Querschnitt, dessen Breite grösser ist als die Höhe,
b) einem in Höhenrichtung im wesentlichen flachen Querschnitt,
c) einer Reihe von in Breitenrichtung nebeneinander angeordneten Strömungskanälen (11),
d) wobei die Strömungskanäle (11) einen im wesentlichen runden Querschnitt aufweisen und
e) die Strömungskanäle (11) einen hydraulischen Durchmesser von 1,10 bis 1,30 mm aufweisen.
1. Rohr nach Anspruch 1, wobei benachbarte Strömungskanäle (11) durch einen durchgehenden Steg (12) zwischen den Strömungskanälen voneinander getrennt sind.
2. Rohr nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Rohr (10) in Breitenrichtung nebeneinander angeordnete Strömungskanäle (11) aufweist.
3. Rohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Strömungskanäle (11) einen hydraulischen Durchmesser von 1,14 mm bis 1,26 mm aufweisen.
4. Rohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Strömungskanäle (11) einen hydraulischen Durchmesser von 1,18 mm bis 1,22 mm aufweisen.
5. Rohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Strömungskanäle (11) einen hydraulischen Durchmesser von etwa 1,20 mm aufweisen.
6. Rohr nach Anspruch 6, wobei der Querschnitt des Rohres (10) eine Breite von etwa 16 mm, eine Höhe von etwa 1,8 mm, eine Mindeststärke (W) einer Wandung (13) zwischen den Strömungskanälen (11) und einer Aussenwand des Rohres etwa 0,30 mm und eine Mindeststärke (S) der Stege (12) zwischen den Strömungskanälen etwa 0,20 mm beträgt.
7. Rohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Rohr (10) 11 parallele Strömungskanäle (11) in einer Reihe aufweist.
8. Kondensator mit Betriebsdrücken von etwa 20 bar mit mindestens einem Rohr (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
9. Kondensator nach Anspruch 9, ferner mit:
a) zwei Sammelrohren (21, 22), zwischen denen mehrere Rohre (10) nach einem der Ansprüche 1-8 beabstandet angeordnet sind,
b) wobei das Innere der Rohre (10) mit dem Inneren der Sammelrohre (21, 22) in dichter Verbindung steht, und
c) Kühlrippen (23), die zwischen benachbarten Rohren (10) angeordnet sind.
1. Kondensator nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Sammelrohre (21, 22) einen im wesentlichen runden Querschnitt haben und sich die Rohre (10) durch geeignete Öffnungen in die Sammelrohre (21, 22) erstrecken und damit fest verbunden sind.
2. Kondensator nach einem der Ansprüche 9-11, wobei das erste Sammelrohr (21) mit einem Kältemitteleinlass (24) und das zweite Sammelrohr (22) mit einem Kältemittelauslass (25) verbunden ist.
3. Kondensator nach Anspruch 12, wobei der Kältemitteleinlass (24) mit dem ersten Sammelrohr (21) im wesentlichen an einem ersten Ende und der Kältemittelauslass (25) mit dem zweiten Sammelrohr (22) im wesentlichen an einem zweiten Ende verbunden ist, das von dem dem ersten Ende des ersten Sammelrohrs (21) gegenüberliegenden Ende des zweiten Sammelrohrs (22) entfernt ist.
4. Kondensator nach Anspruch 12, wobei der Kältemitteleinlass (24) mit dem ersten Sammelrohr (21) an einem Ende und der Kältemittelauslass (25) mit dem anderen Ende des ersten Sammelrohrs (21) verbunden ist.
5. Kondensator nach einem der Ansprüche 9-14, wobei die Sammelrohre (21, 22) und die Rohre (10) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass das Kältemittel zunächst durch einen ersten Satz Rohre (10a) von dem ersten Sammelrohr (21) zu dem zweiten Sammelrohr (22) geführt wird, sodann durch einen zweiten Satz Rohre (10b) von dem zweiten Sammelrohr (22) zu dem ersten Sammelrohr (21) zurückgeführt wird und sich dieser Verlauf gegebenenfalls wiederholt, so dass ein mehrflutiger Mäanderstrom-Kondensator gebildet wird.
6. Kondensator nach Anspruch 15, wobei im zweiten Sammelrohr (22) für jedes Zurückführen des Kältemittels durch einen Satz Rohre (10a,c,e) zum ersten Sammelrohr (21) eine Trennwand (26) stromabwärts hinter dem letzen Rohr (10) dieses Satzes (10a,c,e) vorgesehen ist und gegebenfalls im ersten Sammelrohr (21) für jedes Zurückführen des Kältemittels durch einen weiteren Satz Rohre (10b,d,f) zum zweiten Sammelrohr (22) eine Trennwand (27) stromabwärts hinter dem letzten Rohr (10) dieses weiteren Satzes (10b,d,f) vorgesehen ist.
7. Kondensator nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Zahl der Rohre (10) zwischen einem Satz Rohre (10a-e) und einem weiteren, stromabwärts benachbarten Satz Rohren (10b-f) abnimmt oder zumindest gleich bleibt.
8. Kondensator nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei 6 Sätze Rohren (10a-f) vorgesehen sind und der erste Satz (10a), der von dem Kältemitteleinlass (24) wegführt, 17 Rohre aufweist, der zweite (10b) dem ersten stromabwärts benachbarte Satz 10 Rohre, der dritte (10c) dem zweiten stromabwärts benachbarte Satz 7 Rohre, der vierte (10d) dem dritten stromabwärts benachbarte Satz 6 Rohre, der fünfte (10e) dem vierten stromabwärts benachbarte Satz 4 Rohre und der sechste (10f) dem fünften stromabwärts benachbarte Satz 4 Rohre umfasst.
19. Kondensator nach einem der Ansprüche 9-18, wobei der Kältemitteleinlass (24) für den Einlass von im wesentlichen Kältemitteldampf, die Sammelrohre (21, 22) und die Rohre (10) für das Kondensieren von Kältemitteldampf und der Kältemittelauslass (25) für den Auslass von im wesentlichen Kältemittelkondensat geeignet ist.
20. Verfahren zum Herstellen eines Rohres (10) nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das Rohr (10) extrudiert wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Rohr (10) aus Aluminium bzw. einer Legierung davon extrudiert wird.
22. Verwendung eines Rohrs (10) für einen Mäanderstromkondensator, insbesondere nach einem der Ansprüche 15-19, wobei das Rohr die folgenden Merkmale aufweist:
a) einen Querschnitt, dessen Breite grösser ist als die Höhe,
b) einen in Höhenrichtung im wesentlichen flachen Querschnitt und
c) eine Reihe von in Breitenrichtung nebeneinander angeordneten Strömungskanälen (11),
d) wobei die Strömungskanäle (11) einen im wesentlichen runden Querschnitt aufweisen.
23. Verwendung eines Rohrs (10) nach einem der Ansprüche 1-8 für einen Kondensator nach einem der Ansprüche 15-19.
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