WO2004005826A1 - Wärmeübertrager - Google Patents

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WO2004005826A1
WO2004005826A1 PCT/EP2003/007102 EP0307102W WO2004005826A1 WO 2004005826 A1 WO2004005826 A1 WO 2004005826A1 EP 0307102 W EP0307102 W EP 0307102W WO 2004005826 A1 WO2004005826 A1 WO 2004005826A1
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WO
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heat exchanger
sub
blocks
exchanger according
tubes
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Ceased
Application number
PCT/EP2003/007102
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English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Demuth
Martin Kotsch
Karl-Heinz Staffa
Christoph Watler
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Publication date
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Priority to AU2003281285A priority patent/AU2003281285A1/en
Priority to JP2004518684A priority patent/JP2005531748A/ja
Priority to EP03740407A priority patent/EP1520146A1/de
Priority to US10/496,001 priority patent/US7650934B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/028—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using inserts for modifying the pattern of flow inside the header box, e.g. by using flow restrictors or permeable bodies or blocks with channels
    • 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
    • F28D1/047—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 bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0475—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 bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits having a single U-bend
    • F28D1/0476—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 bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits having a single U-bend the conduits having a non-circular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • F28F9/0204—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular a cooler for a heating or air conditioning system of motor vehicles, according to the preamble of claim 1, 8, 9, 10 or 11.
  • a flat tube heat exchanger in particular a serpentine type condenser, with a flat tube block consisting of one or more flat tubes, which with preferably twisted end sections on the opposite or on the same tube block side in respective connection space components, i.e. Manifolds, so that if the manifolds are arranged on the same tube block side, two adjacent and parallel manifolds are provided.
  • a plurality of serpentine-shaped flat tubes can be provided, in which adjacent flat tubes are arranged adjacent to one another in the longitudinal direction of the header tubes with their inlet-side or outlet-side tube sections, the serpentines comprising a plurality of 180 ° bends. A corresponding arrangement prevents heat transfer losses, but still leaves something to be desired.
  • EP 0 414 433 discloses a duplex heat exchanger which enables a refrigerant flow in cross-countercurrent by two flat heat exchangers arranged in series, hereinafter referred to as blocks, each with two header pipes, which are connected over a large number of flat tubes. tubes are interconnected, are provided.
  • the two blocks are connected to each other by means of flanges and O-ring seals, for which purpose they have to be assembled, tensioned, soldered and connected after soldering.
  • the refrigerant is supplied to the block through which flow first occurs in an upper region, the outlet at the bottom, and when the second block flows through thereafter, the inlet can take place both at the bottom and at the top, and the outlet takes place accordingly at the top and bottom.
  • Such a duplex heat exchanger consisting of two blocks is associated with a large number of individual parts and a relatively high production outlay, so that production is expensive. Such a heat exchanger also leaves something to be desired with regard to the thermal properties.
  • a cooler for a supercritical vapor compression refrigeration cycle in which a refrigerant outlet is provided in a higher position than a refrigerant inlet in relation to a vertical direction, so that refrigerant flows from an underside to an upper side of the cooler.
  • a cooler also leaves something to be desired in terms of coolant efficiency.
  • the main idea of the invention is the surfaces of the
  • the sub-block preferably being arranged within the zone with the highest air temperature.
  • the height of the partial block through which refrigerant flows is at least as large as the height of the zone with increased air temperature.
  • the number of pipes arranged in a partial block in the horizontal direction depends on the space temperature-related air temperature zone within which the corresponding partial block is arranged.
  • the number of tubes of a partial block within a zone with a higher temperature is greater than the number of tubes of a partial block which is arranged within a zone with a lower temperature, the ratio of the number of tubes of the partial block within the zone also a higher temperature for the number of tubes of the sub-block within the zone with a lower temperature in the range from 1: 1 to 3: 1 can be selected.
  • At least two sub-blocks are arranged one behind the other and at least two sub-blocks one above the other, the sub-blocks being flowed through one after the other by the refrigerant, and the sequence of the through-flow being arbitrarily specifiable by means of structural measures.
  • the refrigerant preferably flows through at least two of the sub-blocks in countercurrent to the air flow.
  • the heat exchanger is subdivided into four sub-blocks, which are flowed through in succession, the sub-blocks flowing through first being arranged below the sub-blocks flowed through subsequently, the first and second sub-blocks as well as the third and fourth sub-blocks each being at the same height are arranged.
  • Such a heat exchanger is particularly suitable for an installation space in which, due to the installation space, a zone in a lower area a higher air temperature is present than in an upper area of the installation space.
  • the partial blocks flowed through first are arranged above the partial blocks flowed through subsequently, the first and second partial blocks and the third and fourth partial blocks each being arranged at the same height.
  • This alternative embodiment of the heat exchanger is particularly suitable for an installation space in which, due to the installation space, a zone with a higher air temperature is present in an upper region than in a lower region of the installation space.
  • the temperature of the refrigerant differs in the different sub-blocks.
  • the temperature of the refrigerant in the lower sub-blocks is higher than in the upper ones Sub-blocks, where the temperature of one or both rear sub-blocks is higher than the temperature of the corresponding front
  • the temperature of the refrigerant is higher in the upper sub-blocks than in the lower ones Sub-blocks, the temperature of one or both rear sub-blocks being higher than the temperature of the corresponding front sub-block.
  • R 134 a and carbon dioxide can be used as refrigerants.
  • carbon dioxide in a supercritical state ie if there is a pure gas flow in the heat exchanger, is suitable for a heat exchanger according to the invention.
  • a flow of at least two of the four sub-blocks with refrigerant preferably takes place in a cross-countercurrent to the air. Cross-countercurrent operation results in more effective heat transfer.
  • a diagonal deflection is provided between the second sub-block and the third sub-block, so that cross-countercurrent operation takes place in all sub-blocks.
  • the diagonal deflection is preferably formed by means of a one-piece transition flange which is connected to two manifolds, namely to the manifold assigned to the second sub-block and to the third sub-block.
  • a tube in particular a flat tube, is preferably provided in the region of the diagonal deflection, through which refrigerant does not flow or only flows minimally, whereby the heat transfer is decoupled.
  • the tubes connecting the collecting tubes in the area where the heat transfer takes place are preferably formed by flat tubes, the flat tubes being twisted in the vicinity of the collecting tubes and on the side of the heat exchanger opposite the collecting tubes before and after a 180 ° bending point by 90 °.
  • the sub-blocks are closed on both sides by manifolds, wherein at least two sub-areas on at least one side can also be terminated by a common manifold.
  • the air flowing through the heat exchanger preferably comes into contact with two or more areas with different temperatures, the maximum air temperature difference between the air inlet and outlet being less than half the temperature difference between the refrigerant inlet and the refrigerant outlet, carbon dioxide being used as the refrigerant in supercritical operation , Temperatures are around 150 ° C at the refrigerant inlet and around 50 ° C at the outlet.
  • the tubes arranged essentially in the horizontal direction are preferably thermally separated from one another, for example by an air gap.
  • the individual partial blocks are preferably also thermally separated from one another.
  • the header tubes are preferably also essentially thermally decoupled. There is only thermal contact on the diagonal deflection and, depending on the version, also on the connecting flanges.
  • the cooling fins arranged between the tubes are preferably also thermally decoupled. This is achieved, for example, in that each sub-block has its own cooling fins.
  • Figure 1 is a front view of a flat tube heat exchanger according to the embodiment.
  • FIG. 2 shows a section through the flat tube heat exchanger from FIG. 1 along line II-II in FIG. 1;
  • FIGs 1 and 2 show a cooler 1 serving as a flat tube heat exchanger for a heating or air conditioning system of a motor vehicle, which is part of a refrigerant circuit, not shown, and is used to pass a refrigerant, in particular CO 2 , with the aid of which the cooler 1 flows Cool air.
  • a refrigerant in particular CO 2
  • the air flow is symbolic by one of shown on the left on the radiator 1 arrow.
  • the CO 2 is usually present as a pure gas flow, temperatures of around 150 ° C. being present at inlet 2 in cooler 1.
  • the coolant is cooled in the cooler 1, so that there are 3 temperatures at 50 ° C. at the outlet.
  • the cooler 1 is divided into 2 ⁇ 2 sub-blocks, which are referred to below as T1, T2, T3 and T4.
  • the sub-blocks T1 and T2 are arranged in the installed state within a zone 4 with a higher air temperature and below the sub-blocks T3 and T4.
  • the height h of the two sub-blocks T1, T2, which are arranged within zone 4 with the higher air temperature, is greater than the height H of zone 4 with increased air temperature, the value of the air temperature in zone 4 being greater than the air temperature in the remaining areas of the installation space of the cooler 1.
  • a manifold S1, S2, S3, S4 is connected to each sub-block, two manifolds S1, S2 and S3, S4 being arranged at the corresponding height of the sub-blocks T1, T2 or T3, T4 are.
  • a plurality of flat pipes 5 are arranged between the collecting pipes S1 and S2 as well as S3 and S4, through which the refrigerant can pass from a collecting pipe S1 or S3 to the neighboring collecting pipe S2 or S4, which is why the flat pipes 5 have a U-shaped course. They are twisted by 90 ° in a known manner in the vicinity of the respective manifold S1, S2, S3, S4. Ribs (not shown) are arranged between the flat tubes 5, which support the heat exchange.
  • ribs can be divided into two, ie. H. the sub-blocks T1 and T2 or T3 and T4 arranged one behind the other each have their own ribs. However, it is also possible to thermally decouple the ribs of the partial blocks by means of slots.
  • a diagonal reversal 6 from partial block T2 to partial block T3 is provided, as indicated in FIG. 2 by an arrow drawn in the cooler 1.
  • a transition flange 7, as shown in FIGS. 3 to 6, is provided between the two manifolds S2 and S3, the zone of the flat tube 5 ', which lies on the boundary of the two sub-blocks T2, T3, is used by the partitions of the two collecting pipes S2 and S3 are offset by a transverse division.
  • the middle flat tube 5 ' is thus "short-circuited” and hardly flows through, at most as a result of a small pressure difference that occurs between the two header tubes S2 and S3 due to the low throttling effect in the transition flange 7.
  • the flat tube 5' which has no or only minimal flow has the As a side effect, thermal decoupling is achieved between the sub-blocks T1 and T3 or T2 and T4
  • the transition flange 7 is usually designed as a component together with the two partition walls and is soldered when the cooler 1 is soldered.
  • manifolds S1 and S2 or S3 and S4 are connected to each other at inlet 2 and outlet 3 via a connector 9, as shown in FIGS. 7 to 9, so that refrigerant can also get directly into manifold S2 can flow directly out of the collecting pipe S3.
  • the refrigerant is collected after the partial blocks T1 and T2 or T3 and T4 have been flowed through, in separately formed collecting pipes S1, S3 or S2, S4.
  • the thermal coupling of the sub-blocks T1 and T2 or T3 and T4 via the one-piece ribs can be reduced by slitting the rib or by any other suitable measure.
  • the sub-blocks T1, T2 are divided into sub-blocks T3, T4 50:50, but the division should preferably be degressive, i.e. for example, 60:40 or 70:30, because, as with the condenser, the outlet density is higher and thus the volume flow is lower than at the inlet.
  • the gas cooler also serves as a capacitor in subcritical operation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere Kühler für eine Heizungs- oder Klimaanlage van Kraftfahrzeugen zum Kühlen von Kälternit­ tel, der von Luft durchströmt wird, mit Sammelrohren (S1, S2, S3, S4) und mehreren im wesentlichen in horizontaler Richtung angeordneten Rohren (5), wobei der Wärmeübertrager (1) in mehrere Teilblöcke (T1, T2, T3, T4) unterteilt ist, Erfindungsgernäss wird vorgeschlagen, die Oberflächen der Teilbiöcke von der Grösse von bauraumbedingten Zonen mit unterschiedli­ cher Lufttemperaturen im Elnbauraum des Wärmübertragers abhängig zu machen, wobei der zuerst von Kältemittel durchströmte Teilblock innerhalb einer bauraumbedingten Zone mit höherer Lufttemperatur, vorzugsweise innerhalb der Zone mit der höchsten Lufttemperatur, angeordnet ist.

Description

BEHR GmbH & Co. Mauserstraße 3, 70469 Stuttgart
Wärmeübertrager
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Kühler für eine Heizungs- oder Klimaanlage von Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 , 8, 9, 10 oder 11.
Aus der EP 0 845 648 A2 ist ein Flachrohr-Wärmeübertrager bekannt, insbesondere ein Kondensator vom Serpentinentyp, mit einem Flachrohrblock aus einem oder mehreren Flachrohren, die mit vorzugsweise tordierten Endabschnitten an der entgegengesetzten oder an derselben Rohrblockseite in jeweilige Anschlussraumbauteile, d.h. Sammelrohre, münden, so dass im Falle einer Anordnung der Sammelrohre auf der gleichen Rohrblockseite zwei benachbart und parallel zueinander verlaufende Sammelrohre vorgese- hen sind. Dabei kann eine Mehrzahl serpentinenförmiger Flachrohre vorgesehen sein, bei der benachbarte Flachrohre mit ihren eintrittsseitigen bzw. ihren austrittsseitigen Rohrabschnitten in Längsrichtung der Sammelrohre benachbart zueinander angeordnet sind, wobei die Serpentinen mehrere 180°-Biegungen umfassen. Eine entsprechende Anordnung beugt Wärme- übertragungsverlusten vor, lässt jedoch noch Wünsche offen.
Die EP 0 414 433 offenbart einen Duplex-Wärmeübertrager, der einen Käl- temitteldurchfluss im Kreuzgegenstrom ermöglicht, indem zwei hintereinander angeordneten flachen Wärmeübertragern, im folgenden als Blöcke be- zeichnet, mit jeweils zwei Sammelrohren, die über eine Vielzahl von Flach- röhren miteinander verbunden sind, vorgesehen sind. Die beiden Blöcke sind mittels Flanschen und O-Ring-Abdichtungen miteinander verbunden, wofür sie getrennt aufgebaut, gespannt, gelötet und nach dem Löten miteinander verbunden werden müssen. Die Zuführung des Kältemittels zum zuerst durchströmten Block erfolgt in einem oberen Bereich, der Austritt unten, beim anschließend durchströmten zweiten Block kann der Eintritt sowohl unten als auch oben erfolgen, der Austritt erfolgt entsprechend oben bzw. unten. Ein derartiger Duplex-Wärmeübertrager aus zwei Blöcken ist mit einer Vielzahl von Einzelteilen und einem relativ hohen Herstellungsaufwand ver- bunden, so dass die Herstellung teuer ist. Ein derartiger Wärmeübertrager lässt ferner in Hinblick auf die thermischen Eigenschaften noch Wünsche offen.
Ferner ist aus der DE 100 43 439 A1 ein Kühler für einen superkritischen Dampfverdichtungskältekreislauf bekannt, bei dem ein Kältemittelauslass in einer höheren Position vorgesehen ist als ein Kältemitteleinlass, bezogen auf eine vertikale Richtung, so dass Kältemittel von einer Unterseite zu einer Oberseite des Kühlers strömt, wodurch eine Verbesserung des Kühlwirkungsgrades des Kältemittels versprochen wird. Jedoch lässt auch ein der- artiger Kühler noch Wünsche in Hinblick auf den Kühlmittelwirkungsgrad offen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , 8, 9, 10 oder 11. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Der Hauptgedanke der Erfindung besteht darin, die Oberflächen der
Teilblöcke von der Größe von bauraumbedingten Zonen mit unterschiedlichen Lufttemperaturen abhängig zu machen und zuerst den Teilblock innerhalb einer bauraumbedingten Zone mit höherer Lufttemperatur von Kältemittel durchströmen zu lassen, wobei der Teilblock vorzugsweise innerhalb der Zone mit der höchsten Lufttemperatur angeordnet ist. Bei einer vorteilhafte Ausführungsform des Wärmeübertragers ist die Höhe des zuerst von Kältemittel durchströmten Teilblockes mindestens so groß ist wie die Höhe der Zone mit erhöhter Lufttemperatur.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Wärmeübertragers die Anzahl der in einem Teilblock in horizontaler Richtung angeordneten Rohre von der bauraumbedingten Lufttemperaturzone innerhalb der der entsprechende Teilblock angeordnet ist, abhängig.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Rohranzahl eines Teilblockes innerhalb einer Zone mit einer höheren Temperatur größer, als die Rohrzahl eines Teilblockes, der innerhalb einer Zone mit niedrigerer Temperatur angeordnet ist, wobei das Verhältnis der Rohran- zahl des Teilblockes innerhalb der Zone mit einer höheren Temperatur zur Rohranzahl des Teilblockes innerhalb der Zone mit einer niedrigeren Temperatur im Bereich von 1 :1 bis 3:1 wählbar ist.
Bei einer besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sind minde- stens zwei Teilblöcke hintereinander und mindestens zwei Teilblöcke übereinander angeordnet, wobei die Teilblöcke nacheinander vom Kältemittel durchströmt werden, und wobei die Reihenfolge der Durchströmung mittels baulicher Maßnahmen beliebig vorgebbar ist.
Vorzugsweise werden mindestens zwei der Teilblöcke vom Kältemittel im Gegenstrom zum Luftstrom durchströmt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Wärmeübertrager in vier Teilblöcke unterteilt, die nacheinander durchströmt werden, wobei die zuerst durchströmten Teilblöcke unterhalb der nachfolgend durchströmten Teilblöcke angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Teilblock sowie der dritte und der vierte Teilblock jeweils auf der selben Höhe angeordnet sind. Ein solcher Wärmeübertrager eignet sich insbesondere für einen Einbauraum, in dem bauraumbedingt in einem unteren Bereich eine Zone mit einer höheren Lufttemperatur vorhanden ist als in einem oberen Bereich des Einbauraumes.
Bei einer alternativen Ausführung des Wärmeübertragers sind die zuerst durchströmten Teilblöcke oberhalb der nachfolgend durchströmten Teilblök- ke angeordnet, wobei der erste und der zweite Teilblock sowie der dritte und der vierte Teilblock jeweils auf der selben Höhe angeordnet sind. Diese alternative Ausführung des Wärmeübertragers eignet sich insbesondere für einen Einbauraum, in dem bauraumbedingt in einem oberen Bereich eine Zone mit einer höheren Lufttemperatur vorhanden ist als in einem unteren Bereich des Einbauraumes.
Abhängig von den Zonen mit unterschiedlicher Temperatur unterscheidet sich die Temperatur des Kältemittels in den verschiedenen Teilblöcken. So ist bei einer Ausführungsform des Wärmeübertragers, der in einem Einbauraum angeordnet ist, bei dem in einem unteren Bereich eine Zone mit einer höheren Lufttemperatur vorhanden ist als in einem oberen Bereich des Einbauraumes, die Temperatur des Kältemittels in den unteren Teilblöcken höher als in den oberen Teilblöcken, wobei die Temperatur eines oder beider hinterer Teilblöcke höher als die Temperatur des entsprechenden vorderen
Teilblocks ist. Bei einer alternativen Ausführungsform des Wärmeübertragers, der in einem Einbauraum angeordnet ist, bei dem in einem oberen Bereich eine Zone mit einer höheren Lufttemperatur vorhanden ist als in einem unteren Bereich des Einbauraumes, ist die Temperatur des Kältemittels in den oberen Teilblöcken höher als in den unteren Teilblöcken, wobei die Temperatur eines oder beider hinterer Teilblöcke höher als die Temperatur des entsprechenden vorderen Teilblocks ist.
In allen genannten Fällen kann beispielsweise R 134 a und Kohlendioxid als Kältemittel verwendet werden. Insbesondere Kohlendioxid in einem überkritischen Zustand, d.h. wenn eine reine Gasströmung im Wärmeübertrager vorliegt, ist für einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager geeignet. Vorzugsweise erfolgt eine Durchströmung von zumindest zwei der vier Teilblöcke mit Kältemittel im Kreuzgegenstrom zur Luft. Durch den Kreuzgegenstrombetrieb erfolgt eine effektivere Wärmeübertragung.
Insbesondere ist zwischen dem zweiten Teilblock und dem dritten Teilblock eine Diagonalumlenkung vorgesehen, so dass der Kreuzgegenstrombetrieb in allen Teilblöcken erfolgt.
Vorzugsweise wird die Diagonalumlenkung mittels eines einteilig ausgebil- deten Übergangsflansches gebildet, welcher mit zwei Sammelrohren, nämlich mit dem dem zweiten Teilblock und dem dem dritten Teilblock zugeordneten Sammelrohr, in Verbindung steht.
Vorzugsweise ist im Bereich der Diagonalumlenkung ein Rohr, insbesondere ein Flachrohr, vorgesehen, das nicht oder nur minimal von Kältemittel durchströmt wird, wodurch eine Entkoppelung der Wärmeübertragung erfolgt.
Vorzugsweise werden die die Sammelrohre verbindenden Rohre in deren Bereich der Wärmeübergang stattfindet, durch Flachrohre gebildet, wobei die Flachrohre in der Nähe der Sammelrohre und auf der den Sammelrohren gegenüberliegenden Seite des Wärmeübertragers vor und nach einer 180°- Biegestelle um 90° tordiert sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Teilblöcke beidseitig durch Sammelrohre abgeschlossen, wobei auch mindestens zwei Teilbereiche an mindestens einer Seite durch ein gemeinsames Sammelrohr abgeschlossen sein können.
Vorzugsweise kommt die durch den Wärmeübertrager strömende Luft mit zwei oder mehr in der Temperatur unterschiedlichen Bereichen in Kontakt, wobei die maximale Lufttemperaturdifferenz zwischen Luftein- und austritt kleiner als einhalb mal die Temperaturdifferenz zwischen Kältemitteleintritt und Kältemittelaustritt ist, wobei als Kältemittel Kohlendioxid im überkritischen Betrieb verwendet wird. Hierbei liegen am Kältemitteleintritt Tempe- raturen um 150°C und am Austritt um 50°C vor. Vorzugsweise sind die im wesentlichen in horizontaler Richtung angeordneten Rohre thermisch, beispielsweise durch einen Luftspalt voneinander getrennt.
Vorzugsweise sind auch die einzelnen Teilblöcke thermisch voneinander getrennt.
Vorzugsweise sind auch die Sammelrohre im wesentlichen thermisch ent- koppelt. Einen thermischer Kontakt gibt es nur an der Diagonalumlenkung und je nach Ausführung auch an den Anschlussflanschen.
Vorzugsweise sind die zwischen den Rohren angeordneten Kühlrippen ebenfalls thermisch entkoppelt. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass jeder Teilblock über eigenen Kühlrippen verfügt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht eines Flachrohr-Wärmeübertragers gemäß dem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 einen Schnitt durch den Flachrohr-Wärmeübertrager von Fig. 1 entlang Linie ll-II in Fig. 1 ;
Fig. 3 bis 6 einen Übergangsflansch in verschiedenen Ansichten; und
Fig. 7 bis 9 ein Anschlussstück in verschiedenen Ansichten.
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen als Kühler 1 dienenden Flachrohr- Wärmeübertrager für eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, welcher Teil eines nicht dargestellten Kältemittelkreislaufs ist und dazu dient, ein Kältemittel, insbesondere C02, mit Hilfe der den Kühler 1 durchströmen- den Luft abzukühlen. In Fig. 2 ist der Luftstrom symbolisch durch einen von links auf den Kühler 1 zeigenden Pfeil dargestellt. Üblicherweise liegt das CO2 im überkritischen Betrieb als eine reine Gasströmung vor, wobei am Einlass 2 in den Kühler 1 Temperaturen von um 150°C vorliegen. Im Kühler 1 erfolgt eine Abkühlung des Kältemittels, so dass am Auslass 3 Temperatu- ren um 50°C vorliegen.
Um eine optimale Ausnutzung der den Kühler 1 durchströmenden Luft zu ermöglichen, ist der Kühler 1 in 2 x 2 Teilblöcke unterteilt, die im folgenden als T1 , T2, T3 und T4 bezeichnet sind. Hierbei sind die Teilblöcke T1 und T2 im eingebauten Zustand innerhalb einer Zone 4 mit einer höheren Lufttemperatur und unterhalb der Teilblöcke T3 und T4 angeordnet. Die Höhe h der beiden Teilblöcke T1 , T2, die innerhalb der Zone 4 mit der höheren Lufttemperatur angeordnet sind, ist größer als die Höhe H der Zone 4 mit erhöhter Lufttemperatur, wobei der Wert der Lufttemperatur in der Zone 4 größer ist als die Lufttemperatur in den restlichen Bereichen des Einbauraumes des Kühlers 1. Mit jedem Teilblock ist ein Sammelrohr S1 , S2, S3, S4 verbunden, wobei je zwei Sammelrohre S1 , S2 und S3, S4 auf der entsprechenden Höhe der Teilblöcke T1 , T2 bzw. T3, T4 angeordnet sind. Zwischen den Sammelrohren S1 und S2 sowie S3 und S4 sind eine Mehrzahl von Flachrohren 5 angeordnet, durch welche das Kältemittel von einem Sammelrohr S1 oder S3 zum benachbarten Sammelrohr S2 bzw. S4 gelangen kann, weshalb die Flachrohre 5 einen U-förmigen Verlauf haben. Sie sind auf bekannte Weise in der Nähe zum jeweiligen Sammelrohr S1 , S2, S3, S4 jeweils um 90° tor- diert. Zwischen den Flachrohren 5 sind Rippen (nicht dargestellt) angeord- net, welche den Wärmeaustausch unterstützen, wobei diese Rippen zweigeteilt sein können, d. h. die hintereinander angeordneten Teilblöcke T1 und T2 bzw. T3 und T4 verfügen jeweils über eigene Rippen. Es ist aber auch möglich, die Rippen der Teilblöcke durch Schlitze thermisch zu entkoppeln.
Damit der Kühler 1 im Kreuzgegenstrom zur Luft durchströmt werden kann, ist eine diagonale Umkehr 6 von Teilblock T2 zu Teilblock T3 vorgesehen, wie in Fig. 2 durch einen in den Kühler 1 eingezeichneten Pfeil angedeutet ist. Hierfür ist ein Übergangsflansch 7, wie er in den Fig. 3 bis 6 dargestellt ist, zwischen den beiden Sammelrohren S2 und S3 vorgesehen, wobei die Zone des Flachrohres 5', das an der Grenze beider Teilblöcke T2, T3 liegt, genutzt wird, indem die Trennwände beider Sammelrohre S2 und S3 um eine Querteilung versetzt angebracht sind. Das mittlere Flachrohr 5' ist somit „kurzgeschlossen" und wird kaum durchströmt, höchstens infolge einer geringen Druckdifferenz, die zwischen den beiden Sammelrohren S2 und S3 infolge des geringen Drosseleffekts im Übergangsflansch 7 auftritt. Dabei hat das nicht oder nur minimal durchströmte Flachrohr 5' den Nebeneffekt, dass eine thermische Entkoppelung zwischen den Teilblöcken T1 und T3 bzw. T2 und T4 erreicht wird. Der Übergangsflansch 7 wird üblicherweise zusammen mit den beiden Trennwänden als ein Bauteil ausgeführt und beim Verlöten des Kühlers 1 mitgelötet.
Die Sammelrohre S1 und S2 oder S3 und S4 sind jeweils am Einlass 2 bzw. am Auslass 3 über ein Anschlussstück 9, wie es in Fig. 7 bis 9 dargestellt ist, miteinander verbunden, so dass Kältemittel auch direkt in das Sammelrohr S2 gelangen kann bzw. direkt aus dem Sammelrohr S3 ausströmen kann.
Zur thermischen Entkoppelung erfolgt das Sammeln des Kältemittels, nachdem die Teilblöcke T1 und T2 bzw. T3 und T4 durchströmt wurden, in getrennt ausgebildeten Sammelrohren S1 , S3 bzw. S2, S4. Die thermische Kopplung der Teilblöcke T1 und T2 bzw. T3 und T4 über die einteiligen Rippen kann durch Schlitzen der Rippe oder eine beliebige andere geeignete Maßnahme reduziert werden.
Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Teilung der Teilblöcke T1 , T2 zu den Teilblöcken T3, T4 50:50, jedoch sollte die Teilung vorzugsweise degressiv, d.h. bspw. 60:40 oder 70:30, ausgeführt sein, da wie beim Kondensator die Austrittsdichte höher und damit der Volumenstrom geringer ist als beim Eintritt. Außerdem dient der Gaskühler in einem unterkritischen Betrieb ebenso als Kondensator.
.o0o. Bezugszeichenliste
1 Kühler
2 Einlass
3 Auslass
4 Zone mit höherer Temperatur 5, 5' Flachrohr
6 diagonale Umkehr
7 Übergangsflansch 9 Anschlussstück
S1 , S2, S3, S4 Sammelrohr T1 , T2, T3, T4 Teilblock H Höhe der Zone mit höherer Temperatur h Teilblockhöhe

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Wärmeübertrager, insbesondere Kühler für eine Heizungs- oder Klimaanlage von Kraftfahrzeugen zum Kühlen von Kältemittel, der von Luft durchströmt wird, mit Sammelrohren (S1 , S2, S3, S4) und mehreren im wesentlichen in horizontaler Richtung angeordneten Rohren (5), wobei der Wärmeübertrager (1) in mehrere Teilblöcke (T1 , T2, T3, T4) unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der
Teilblöcke von der Größe von bauraumbedingten Zonen mit unterschiedlicher Lufttemperatur im Einbauraum des Wärmübertragers abhängig sind, wobei der zuerst von Kältemittel durchströmte Teilblock innerhalb einer bauraumbedingten Zone mit höherer Lufttemperatur, vorzugsweise innerhalb der Zone mit der höchsten Lufttemperatur, angeordnet ist.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des zuerst von Kältemittel durchströmten Teilblockes min- destens so groß ist wie die Höhe der Zone mit erhöhter Lufttemperatur.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der in einem Teilblock in horizontaler Richtung ange- ordneten Rohre von der bauraumbedingten Lufttemperaturzone innerhalb der der entsprechende Teilblock angeordnet ist abhängig ist.
4. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohranzahl in einem ersten Teilblock, welcher innerhalb einer Zo- ne mit einer höheren Temperatur angeordnet ist größer ist, als die Rohrzahl eines zweiten Teilblockes, der innerhalb einer Zone mit niedrigerer Temperatur angeordnet ist.
5. Wärmeübertrager nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Rohranzahl des ersten Teilblockes zur
Rohranzahl des zweiten Blockes im Bereich von 1 :1 bis 3: 1 wählbar ist.
6. Wärmeübertrager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Teilblöcke hintereinander und mindestens zwei Teilblöcke übereinander angeordnet sind, wobei die Teilblöcke nacheinander vom Kältemittel durchströmt werden, und wobei die Reihenfolge der Durchströmung mittels baulicher Maßnahmen beliebig vorgebbar ist.
7. Wärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Teilblöcke vom Kältemittel im Gegenstrom zum Luftstrom durchströmt werden.
8. Wärmeübertrager, insbesondere Kühler für eine Heizungs- oder Klimaanlage von Kraftfahrzeugen zum Kühlen von Kältemittel, der von Luft durchströmt wird, mit Sammelrohren (S1 , S2, S3, S4) und mehreren im wesentlichen in horizontaler Richtung angeordneten Rohren (5), wobei der Wärmeübertrager (1) in vier Teilblöcke (T1 , T2, T3, T4) unterteilt ist, die nacheinander durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die zuerst durchströmten Teilblöcke (T1 , T2) unterhalb der nachfolgend durchströmten Teilblöcke (T3, T4) angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Teilblock (T1 und T2) sowie der dritte und der vierte Teilblock (T3 und T4) jeweils auf der selben Höhe an- geordnet sind.
9. Wärmeübertrager, insbesondere Kühler für eine Heizungs- oder Klimaanlage von Kraftfahrzeugen zum Kühlen von Kältemittel, der von Luft durchströmt wird, mit Sammelrohren (S1 , S2, S3, S4) und mehre- ren im wesentlichen in horizontaler Richtung angeordneten Rohren (5), wobei der Wärmeübertrager (1) in vier Teilblöcke (T1 , T2, T3, T4) unterteilt ist, die nacheinander durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die zuerst durchströmten Teilblöcke (T3, T4) oberhalb der nachfolgend durchströmten Teilblöcke (T1 , T2) angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Teilblock (T1 und T2) sowie der dritte und der vierte Teilblock (T3 und T4) jeweils auf der selben Höhe angeordnet sind.
10. Wärmeübertrager, insbesondere Kühler für eine Heizungs- oder Kli- maanlage von Kraftfahrzeugen zum Kühlen von Kältemittel, der von
Luft durchströmt wird, mit Sammelrohren (S1 , S2, S3, S4) und mehreren im wesentlichen in horizontaler Richtung angeordneten Rohren (5), wobei der Wärmeübertrager (1) in vier Teilblöcke (T1 , T2, T3, T4) unterteilt ist, die nacheinander durchströmt werden, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Temperatur des Kältemittels in unteren Teilblöcken
(T1 , T2) höher als in oberen Teilblöcken (T3, T4) ist, wobei die Temperatur eines oder beider hinterer Teilblöcke (T1 , T3) höher als die Temperatur des entsprechenden vorderen Teilblocks (T2, T4) ist.
11. Wärmeübertrager, insbesondere Kühler für eine Heizungs- oder Klimaanlage von Kraftfahrzeugen zum Kühlen von Kältemittel, der von Luft durchströmt wird, mit Sammelrohren (S1 , S2, S3, S4) und mehreren im wesentlichen in horizontaler Richtung angeordneten Rohren (5), wobei der Wärmeübertrager (1) in vier Teilblöcke (T1 , T2, T3, T4) unterteilt ist, die nacheinander durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Kältemittels in oberen Teilblöcken (T3, T4) höher als in unteren Teilblöcken (T1 , T2) ist, wobei die Temperatur eines oder beider hinterer Teilblöcke (T1 , T3). höher als die Temperatur des entsprechenden vorderen Teilblocks (T2, T4) ist.
12. Wärmeübertrager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der vier Teilblöcke (T1 , T2, T3, T4) im Kreuzgegenstrom zur Luft durchströmbar sind.
13. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Teilblöcken (T2, T3) eine Diagonalumlenkung (6) vorgesehen ist.
14. Wärmeübertrager nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagonalumlenkung (6) mittels eines einteilig ausgebildeten Übergangsflansches (7) erfolgt, der mit zwei Sammelrohren (S2, S3) in Verbindung steht.
15. Wärmeübertrager nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsflansch (7) Trennwände für die Sammelrohre (S2, S3) aufweist.
16. Wärmeübertrager nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsflansch (7) zwei parallel zueinander verlaufende, voneinander beabstandete zylinderförmige Ausnehmungen aufweist.
17. Wärmeübertrager nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsflansch (7) einen Durchlass aufweist, welcher eine Verbindung zwischen den beiden Sammelrohren (S2 und S3) bildet.
18. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Diagonalumlenkung (6) minde- stens ein Rohr (5') vorgesehen ist, das nicht oder nur gering von Kältemittel durchströmt wird.
19. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Einlass (2) und/oder am Auslass (3) ein Anschlussstück (9) vorgesehen ist, das mit zwei Sammelrohren
(S1 und S2 bzw. S3 und S4) verbunden ist.
20. Wärmeübertrager nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (9) eine Trennwand aufweist.
21. Wärmeübertrager nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (9) die Trennwand durch die verbleibende Mate- rialpartie zwei parallel zueinander verlaufender zylinderförmiger Ausnehmungen gebildet ist.
22. Wärmeübertrager nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (9) eine auf die Trennwand senkrecht zulaufende, die Trennwand teilweise durchdringende zylinderförmige Ausnehmung aufweist, welche die Zu- oder Ableitung bildet.
23. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (5) in der Nähe der Sammelrohre (S1 , S2, S3, S4) um jeweils 90° tordiert sind.
24. Wärmeübertrager nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (5) auf der den Sammelrohren (S1 , S2, S3, S4) gegenüberliegenden Seite des Wärmeübertragers (1) vor und nach einer 180°-Biegestelle um 90° tordiert sind.
25. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbereiche (T1 , T2, T3, T4) beidsei- tig durch Sammelrohre (S1 , S2, S3, S4) abgeschlossen sind.
26. Wärmeübertrager nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Teilbereiche (T1 , T2, T3, T4) an mindestens einer
Seite durch ein gemeinsames Sammelrohr (S1 , S2, S3, S4) abgeschlossen sind.
27. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die durch den Wärmeübertrager (1) strömende Luft mit zwei oder mehr in der Temperatur unterschiedlichen Bereichen in Kontakt kommt, wobei die maximale Lufttemperaturdifferenz zwischen Luftein- und -austritt kleiner als einhalb mal die Temperaturdifferenz zwischen Kältemittelein- und -austritt ist, wobei als Kältemittel Kohlendioxid im überkritischen Betrieb verwendet wird.
28. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im wesentlichen in horizontaler Richtung angeordneten Rohre (5) thermisch voneinander getrennt sind.
29. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Teilblöcke thermisch voneinander getrennt sind.
30. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelrohre im wesentlichen thermisch entkoppelt sind.
31. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass zwischen den im wesentlichen in horizontaler Richtung angeordneten Rohren (5) Kühlrippen angeordnet sind, wobei die Kühlrippen der einzelnen Teilblöcke, insbesondere der Teilblöcke, welche hintereinander liegen, thermisch entkoppelt sind.
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