EP1684032A2 - Kondensator für eine Klimaanlage, insbesondere eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Kondensator für eine Klimaanlage, insbesondere eines Kraftfahrzeuges Download PDF

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EP1684032A2
EP1684032A2 EP05023943A EP05023943A EP1684032A2 EP 1684032 A2 EP1684032 A2 EP 1684032A2 EP 05023943 A EP05023943 A EP 05023943A EP 05023943 A EP05023943 A EP 05023943A EP 1684032 A2 EP1684032 A2 EP 1684032A2
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condenser
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refrigerant
subcooling
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Peter Berenz
Gustavo Fuga Santos
Pedro Dipl.-Ing. Gonzalez Rechea
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Mahle Behr Gerenciamento Termico Brasil Ltda
Mahle Behr GmbH and Co KG
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Behr Brasil Ltda
Behr GmbH and Co KG
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    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • F25B40/02—Subcoolers

Definitions

  • the invention relates to a condenser for an air conditioner, in particular a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
  • Condensers for air conditioning systems are arranged in the front engine compartment of a motor vehicle, usually together with a cooler as a so-called cooling module and are flowed through by ambient air, ie the wind of the motor vehicle or a fan-assisted air flow.
  • a cooling module consisting of coolant radiator and condenser, also associated with a charge air cooler, which is arranged in the air flow direction in front of the capacitor and covers a lower portion of the end face of the capacitor.
  • a condenser for an automotive air conditioning system consists of a finned tube block, the tubes are flowed through by a refrigerant, which is distributed over laterally arranged from the block manifolds, deflected and collected.
  • Capacitors are often flowed through with multiple floods, ie from the inlet of the gaseous refrigerant to the outlet of liquid refrigerant.
  • the last through-flowed tubes of the block form a so-called subcooling section (also: subcooling), in which the already liquid refrigerant is cooled below its condensation temperature.
  • subcooling section also: subcooling
  • the installation conditions for the installation of a capacitor in the front engine compartment of a motor vehicle are very different: sometimes there are limitations in the width, some restrictions in the height of the installation space and sometimes the ventilation conditions for the capacitor are different, for example, with additional arrangement of a charge air cooler in the air flow direction the capacitor. In this case, an undercooling line below is insufficiently cooled.
  • the collector or the dryer bottle is arranged above the condenser block. This results in the advantage of a smaller installation width for the condenser, consisting of Kondensatvrblock and laterally arranged headers,
  • the capacitor is designed as a cross-flow capacitor with an overhead subcooling, d. H. it is traversed essentially from bottom to top of multiple fl ow of refrigerant.
  • the collector by means of holders on the capacitor block, preferably attached to the side part.
  • the holder can thus be formed as sheet metal parts, which are soldered to the collector.
  • the collector arranged substantially above the condenser block is offset or arranged in the air flow direction in front of or behind an end face of the condenser. This results in the advantage of better space utilization and a slightly lower height.
  • Fig. 1 shows a capacitor 1 for a motor vehicle air conditioning system, not shown.
  • the condenser 1 is designed as a cross-flow condenser with a condenser block (also called fins / tube block) consisting of non-illustrated flat tubes and corrugated fins and has two laterally and vertically arranged headers 3, 4 - in this position, the condenser 1 is not in the illustrated front engine compartment of the vehicle installed and there flows through ambient air or the wind, which enters through a grill, not shown, in the front region of the vehicle.
  • At the two manifolds 3, 4 holders 5, 6, 7, 8 are fixed, with which the capacitor 1 in the vehicle in a manner not shown, for. B. is attached to a coolant radiator.
  • the condenser 1 is flowed through by a plurality of refrigerant, which enters via a refrigerant inlet line 9 into the collector 4, which is divided into chambers, not shown.
  • the approximately 40 tubes having condenser block 2 is four-flow flows through from bottom to top, wherein the flow cross-section of each through-flow in one tubes decreases gradually.
  • a so-called subcooling path UK which consists of about four pipes, not shown, which lead substantially liquid refrigerant and open into an upper chamber 4a of the manifold 4.
  • a collector 10 which is known per se is arranged, which is of tubular design and is also referred to as a dryer bottle because it contains a dryer, not shown here.
  • the collector 10 is arranged substantially horizontally and fixed to the capacitor block 2.
  • the interior of the collector 10 is connected via a short line section 11 with the upper chamber 4a of the manifold 4 and thus with the subcooling UK.
  • the collector 10 also serves for the storage of refrigerant.
  • the refrigerant passes from the collector 10 to a connection flange 13, via which the condenser 1 can be connected to a refrigerant circuit, not shown.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the upper part of the capacitor 1 according to FIG. 1 in a view from the rear, ie the capacitor 1 is rotated approximately 180 degrees about its vertical axis relative to the view in FIG.
  • the collector 10 is attached via two holders 14, 15 on the capacitor block 2, which has on its upper side a side part 12, consisting of a flat or profiled sheet.
  • the entire capacitor 1 is brazed, ie also the side part 16 is soldered to the block 2 and thus forms a stable base for holding the collector 10. It can be seen from this illustration that the upper subcooling UK is undisturbed by air can flow and thus is well cooled.
  • Fig. 3 shows the capacitor 1 (again the same reference numerals are used for the same parts) in a side view, ie with a view towards the manifold 3, wherein the capacitor 1, however, is slightly inclined towards vome, so that the side part 16 is shortened recognizable.
  • the holders 14, 15 are inclined slightly upwards relative to an imaginary horizontal and at the same time act as spacers between the collector 10 and the condenser block 2-
  • the air flow direction is represented by an arrow L, ie in the drawing from left to right;
  • the reverse direction represented by a dashed arrow L ', is also possible. In both cases, the above-lying subcooling UK is flowed virtually undisturbed, even in the air flow direction L '.
  • the collector 10 is - as the drawing shows - arranged offset in the air flow direction L relative to the capacitor block 2, wherein at the same time a certain overlap between upper edge block 2 and lower edge collector 10 results. It is essential, however, that both subcooling UK and collector 10 are at the top, ie have approximately the same height and thus only a short connection on the refrigerant side.
  • the connecting flange 13 takes - as well recognizable here - the refrigerant inlet line 9 and the refrigerant outlet line 12 in corresponding holes and connects both in a manner not shown with corresponding mating connections of the refrigerant circuit, not shown, the motor vehicle air conditioning.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kondensator (1) für eine Klimaanlage, insbesondere eines Kraftfahrzeuges mit einem mehrflutig in mehreren Abschnitten von einem Kältemittel durchströmbaren Rippen/Rohr-Block (2), beiderseits angeordneten Sammelrohren (3, 4) sowie mit einem Sammler (10), wobei ein Abschnitt als Unterkühlabschnitt (UK) ausgebildet ist, der mit dem Sammler (10) in Kältemittelverbindung steht. Es wird vorgeschlagen, dass der Sammler (10) im Wesentlichen oberhalb des Rippen/Rohr-Blockes (2) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kondensator für eine Klimaanlage, insbesondere eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Kondensatoren für Klimaanlagen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, sind im vorderen Motorraum eines Kraftfahrzeuges, meist zusammen mit einem Kühler als so genanntes Kühlmodul angeordnet und werden von Umgebungsluft, d. h. dem Fahrtwind des Kraftfahrzeuges bzw. einem von einem Lüfter geförderten Luftstrom durchströmt. Teilweise ist einem Kühlmodul, bestehend aus Kühlmittelkühler und Kondensator, auch ein Ladeluftkühler zugeordnet, der in Luftströmungsrichtung vor dem Kondensator angeordnet ist und einen unteren Bereich der Stimfläche des Kondensators abdeckt. Ein Kondensator für eine Kraftfahrzeugklimaanlage besteht aus einem Rippenrohrblock, dessen Rohre von einem Kältemittel durchströmt werden, welches über seitlich des Blockes angeordnete Sammelrohre verteilt, umgelenkt und gesammelt wird. Kondensatoren werden vielfach mehrflutig durchströmt, d. h. vom Eintritt des gasförmigen Kältemittels bis zum Austritt von flüssigem Kältemittel. Die zuletzt durchströmten Rohre des Blockes bilden einen so genannten Unterkühlabschnitt (auch: Unterkühlstrecke), in welchem das bereits flüssige Kältemittel unter seine Kondensationstemperatur abgekühlt wird. Durch die DE 42 38 853 C2 der Anmelderin wurde ein Kondensator für eine Kraftfahrzeugkilmaanlage bekannt, welcher als Querstromkühler mit einer unten liegenden Unterkühlstrecke und einem seitlich angeordneten Sammler ausgebildet ist. Der Sammler dient dabei als Kältemittelspeicher, Gasabscheider und Trockner und ist weitestgehend mit einem benachbarten Sammelrohr integriert.
  • Durch die DE 196 45 502 C2 sowie die DE 102 37 037 A1 der Anmelderin wurden Kondensatoren für Kraftfahrzeugklimaanlagen mit einem Trockner (Trocknerflasche) bekannt, welcher unterhalb des Kondensatorblockes angeordnet ist. Der Kondensator wird von oben nach unten von Kältemittel durchströmt und weist somit eine unten liegende Unterkühlstrecke auf, an welche sich kältemittelseitig der Trockner anschließt. Durch die DE 198 30 329 A1 sowie die DE 199 12 381 A1 der Anmelderin wurden Kondensatoren mit oben liegender Unterkühlstrecke bekannt, und zwar mit seitlich angeordnetem Sammler bzw. Trockner. Auch in der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen 104..... (Zeichen der Anmelderin: 03-B-107) wurde ein Kondensator mit oben liegender Unterkühlstrecke und seitlich angeordnetem Sammler mit einem Trockner-Filtereinsatz bekannt. Schließlich wurde durch die ältere Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen 103..... (Zeichen der Anmelderin: 03-B-033) ein Querstromkondensator mit unten liegender Unterkühlstrecke und einer Trocknerflasche bekannt, welche im unteren Bereich und in Luftströmungsrichtung vor dem Kondensator angeordnet ist.
  • Die Einbauverhältnisse für den Einbau eines Kondensators im vorderen Motorraum eines Kraftfahrzeuges sind sehr unterschiedlich: teilweise gibt es Beschränkungen in der Breite, teilweise Beschränkungen in der Höhe des Bauraumes und teilweise sind die Belüftungsverhältnisse für den Kondensator unterschiedlich, beispielsweise bei zusätzlicher Anordnung eines Ladeluftkühlers in Luftströmungsrichtung vor dem Kondensator. In diesem Falle wird eine unten liegende Unterkühlstrecke nur unzureichend gekühlt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kondensator der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass er speziellen Einbaubedingungen im Fahrzeug genügt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Sammler bzw. die Trocknerflasche oberhalb des Kondensatorblockes angeordnet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer geringeren Einbaubreite für den Kondensator, bestehend aus Kondensatvrblock und seitlich angeordneten Sammelrohren,
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Kondensator als Querstromkondensator mit einer oben liegenden Unterkühlstrecke ausgebildet, d. h. er wird im Wesentlichen von unten nach oben mehrflutig von Kältemittel durchströmt. Die letzten Rohre, etwa vier, bilden dabei den so genannten Unterkühlabschnitt, an welchen sich kältemittelseitig über ein Verbindungsrohr der oben angeordnete Sammler anschließt. Damit wird der Vorteil erreicht, dass zwischen Unterkühlabschnitt und Sammler nur ein kurzer Leitungsabschnitt erforderlich ist, welcher einen geringen Druckabfall bedeutet. Durch die oben liegende Unterkühlstrecke wird der Vorteil einer besseren Belüftung erreicht für den Fall, dass im unteren Kondensationsbereich des Kondensators unzureichende Belüftungsverhältnisse vorliegen. Oben liegende Unterkühlstrecke mit oben liegendem Sammler mit verlustarmer Kältemittelverbindung ergänzen sich somit vorteilhaft.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Sammler mittels Haltern am Kondensatorblock, vorzugsweise an dessen Seitenteil befestigt. Die Halter können somit als Blechteile ausgebildet sein, welche mit dem Sammler verlötet werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der im Wesentlichen oberhalb des Kondensatorblocks angeordnete Sammler versetzt bzw. in Luftströmungsrichtung vor oder hinter einer Stimfläche des Kondensators angeordnet. Damit ergibt sich der Vorteil einer besseren Bauraumausnutzung und eine etwas geringere Bauhöhe.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1
    einen Kondensator mit oben liegendem Sammler in einer Ansicht von vom,
    Fig. 2
    einen oberen Ausschnitt des Sammlers gemäß Fig. 1 in perspektivischer Darstellung und Ansicht von hinten und
    Fig. 3
    den Kondensator gemäß Fig. 1 und 2 in einer Seitenansicht.
  • Fig. 1 zeigt einen Kondensator 1 für eine nicht dargestellte Kraftfahrzeugklimaanlage. Der Kondensator 1 ist als Querstromkondensator ausgebildet mit einem aus nicht näher dargestellten Flachrohren und Wellrippen bestehenden Kondensatorblock (auch Rippen/Rohr-Block genannt) und weist zwei seitlich und senkrecht angeordnete Sammelrohre 3, 4 auf - in dieser Lage wird der Kondensator 1 in den nicht dargestellten vorderen Motorraum des Kraftfahrzeuges eingebaut und dort von Umgebungsluft bzw. vom Fahrtwind durchströmt, welcher durch einen nicht dargestellten Grill im Frontbereich des Fahrzeuges eintritt. An den beiden Sammelrohren 3, 4 sind Halter 5, 6, 7, 8 befestigt, mit denen der Kondensator 1 im Fahrzeug auf nicht dargestellte Weise, z. B. an einem Kühlmittelkühler befestigt wird. Der Kondensator 1 wird mehrflutig von Kältemittel durchströmt, welches über eine Kältemitteleintrittsleitung 9 in den Sammler 4, welcher in nicht dargestellte Kammern unterteilt ist, eintritt. Infolge weiterer nicht dargestellter Trennwände, auch im Sammelrohr 3, wird der etwa 40 Rohre aufweisende Kondensatorblock 2 vierflutig von unten nach oben durchströmt, wobei der Strömungsquerschnitt der jeweils in einer Richtung durchströmten Rohre sukzessive abnimmt. Im obersten Bereich des Kondensatorblockes 2 befindet sich eine so genannte Unterkühlstrecke UK, welche aus etwa vier nicht dargestellten Rohren besteht, die im Wesentlichen flüssiges Kältemittel führen und in eine obere Kammer 4a des Sammelrohres 4 münden. Im obersten Bereich des Kondensatorblockes 2 ist ein an sich bekannter Sammler 10 angeordnet, welcher rohrförmig ausgebildet ist und auch als Trocknerflasche bezeichnet wird, weil er einen hier nicht dargestellten Trockner enthält. Der Sammler 10 ist im Wesentlichen horizontal angeordnet und am Kondensatorblock 2 befestigt. Der Innenraum des Sammlers 10 ist über einen kurzen Leitungsabschnitt 11 mit der oberen Kammer 4a des Sammelrohres 4 und damit mit der Unterkühlstrecke UK verbunden. Durch die Leitung 11 gelangt somit flüssiges Kältemittel in den Trockner 10, wo das Kältemittel getrocknet wird und Gasblasen aus dem Kältemittel abgeschieden werden. Der Sammler 10 dient gleichzeitig der Bevorratung von Kältemittel. Über eine Kältemittelaustrittsleitung 12 gelangt das Kältemittel aus dem Sammler 10 zu einem Anschlussflansch 13, über welchen der Kondensator 1 an einen nicht, dargestellten Kältemittelkreislauf anschließbar ist.
  • Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des oberen Teils des Kondensators 1 gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von hinten, d. h. der Kondensator 1 ist gegenüber der Ansicht in Fig. 4 etwa um 180 Grad um seine Hochachse gedreht. Der Sammler 10 ist über zwei Halter 14, 15 am Kondensatorblock 2 befestigt, welcher auf seiner Oberseite ein Seitenteil 12, bestehend aus einem flachen oder profilierten Blech, aufweist. Der gesamte Kondensator 1 ist hart gelötet, d. h. auch das Seitenteil 16 ist mit dem Block 2 verlötet und bildet somit eine stabile Basis zur Halterung des Sammlers 10. Man erkennt aus dieser Darstellung, dass die oben liegende Unterkühlstrecke UK ungestört von Luft anströmbar ist und somit gut gekühlt wird. Somit ist sichergestellt, dass das Kältemittel in flüssigem Zustand bleibt und unter seine Kondensationstemperatur abgekühlt wird, so dass nur flüssiges Kältemittel in den Sammler 10 eintritt. Der geodätische Unterschied zwischen Unterkühlstrecke UK und Sammler 10 ist somit relativ gering, daher tritt nur ein geringer kältemittelseitiger Druckabfall beim Übertritt in den Sammler 10 auf, zumal die Verbindungsleitung 11 ausgesprochen kurz ist.
  • Fig. 3 zeigt den Kondensator 1 (es werden wiederum gleiche Bezugszahlen für gleiche Teile verwendet) in einer Seitenansicht, d. h. mit Blickrichtung auf das Sammelrohr 3, wobei der Kondensator 1 allerdings leicht nach vome geneigt ist, so dass das Seitenteil 16 verkürzt erkennbar ist. Die Halter 14, 15 sind gegenüber einer gedachten Horizontalen leicht nach oben geneigt und wirken gleichzeitig als Abstandshalter zwischen Sammler 10 und Kondensatorblock 2- Die Luftströmungsrichtung ist durch einen Pfeil L dargestellt, d. h. in der Zeichnung von links nach rechts; die umgekehrte Richtung, dargestellt durch einen gestrichelten Pfeil L', ist jedoch auch möglich. In beiden Fällen wird die oben liegenden Unterkühlstrecke UK praktisch ungestört angeströmt, auch bei der Luftströmungsrichtung L'. Der Sammler 10 ist - wie die zeichnerische Darstellung zeigt - in Luftströmungsrichtung L gegenüber dem Kondensatorblock 2 versetzt angeordnet, wobei sich gleichzeitig eine gewisse Überschneidung zwischen Oberkante Block 2 und Unterkante Sammler 10 ergibt. Wesentlich ist jedoch, dass sowohl Unterkühlstrecke UK als auch Sammler 10 oben liegen, d. h. ungefähr auf gleicher Höhe und somit nur eine kurze kältemittelseitige Verbindung aufweisen. Der Anschlussflansch 13 nimmt - wie hier gut erkennbar - die Kältemitteleintrittsleitung 9 und die Kältemittelaustrittsleitung 12 in entsprechenden Bohrungen auf und verbindet beide in nicht dargestellter Weise mit entsprechenden Gegenanschlüssen des nicht dargestellten Kältemittelkreislaufes der Kraftfahrzeugklimaanlage.

Claims (8)

  1. Kondensator (1) für eine Klimaanlage, insbesondere eines Kraftfahrzeuges mit einem mehrflutig in mehreren Abschnitten von einem Kältemittel durchströmbaren Rippen/Rohr-Block (2), beiderseits angeordneten Sammelrohren (3, 4) sowie mit einem Sammler (10), wobei ein Abschnitt als Unterkühlabschnitt (UK) ausgebildet ist, der mit dem Sammler (10) in Kältemittelverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (10) im Wesentlichen oberhalb des Rippen/Rohr-Blockes (2) angeordnet ist.
  2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterkühlabschnitt (UK) im oberen oder obersten Bereich des Rippen/Rohr-Blockes (2) angeordnet ist.
  3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterkühlabschnitt im unteren oder mittleren Bereich des Rippen/Rohr-Blockes (2) angeordnet ist.
  4. Kondensator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (10) mittels Haltern (14, 15) am Rippen/Rohr-Block (2) befestigt ist.
  5. Kondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rippen/Rohr-Block (2) ein Seitenteil (16) aufweist, an welchem die Halter (14, 15) befestigt sind.
  6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (10), in Luftströmungsrichtung L gesehen, vor oder hinter dem Rohr/Rippen-Block (2) angeordnet ist.
  7. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (10) über ein kurzes Kältemittelrohr (11) mit einem Sammelrohr (4, 4a) verbunden ist.
  8. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (10) rohrförmig ausgebildet ist und eine Längsachse aufweist, die parallel zu den Rohren des Rippen/RohrBlockes (2), d. h. im Wesentlichen horizontal angeordnet ist.
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