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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Kondensator für den Kältemittel-Kreislauf einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage,
bestehend aus einem Rohr-Rippenblock
mit waagerecht verlaufenden Rohren, die in seitlich angeordnete
Sammelrohre münden,
die durch Trennwände
unterteilt sind, so daß die
Rohre mehrflutig durchströmt
werden und im wesentlichen drei Bereiche, nämlich einen Heißgas-, einen
Kondensations- und einen Unterkühlungsbereich
bilden. Ein solcher Kondensator ist aus der EP-A 255 313 bekannt.
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Bei
diesem bekannten Flachrohrkondensator tritt das Kältemittel
als Heißgas über einen
ersten Abschnitt eines Sammelrohres in den Kondensator ein und durchströmt einen
ersten oberen Bereich, der als Heißgas-Bereich bezeichnet wird.
Das Kältemittel wird
dann im gegenüberliegenden
Sammelrohr umgelenkt und tritt in einen mittleren Bereich ein, der
als Kondensations-Bereich bezeichnet wird. Schließlich wird
das größtenteils
kondensierte Kältemittel
wiederum umgelenkt und tritt jetzt in den untersten Bereich ein,
der als Unterkühl-Bereich
bezeichnet wird. In diesem untersten Bereich ist das Kältemittel
in der Regel verflüssigt
und weist die niedrigste Temperatur auf; hier findet die sogenannte
Unterkühlung
des Kältemittels
unter die Kondensationstemperatur statt, d. h. es erfolgt kein Phasenwechsel
mehr. Das Kältemittel
tritt in flüssiger
Form am untersten Bereich des Kondensators aus, um von dort – gegebenenfalls nach
Trocknung – in
ein Expansionsventil (nicht dargestellt) einzutreten. Dieser Kondensator
wird also mit waagerecht verlaufenden Rohren bzw. mit seitlich angeordneten
Sammelrohren in ein Kraftfahrzeug eingebaut und befindet sich in
der Regel, in Fahrtrichtung gesehen, vor dem Kühlmittelkühler. Die Beaufschlagung mit
Umgebungsluft erfolgt entweder durch den Fahrtwind oder durch ein
Gebläse,
wobei die Kondensatorstirnfläche
in Folge der Einbauverhältnisse
im Kraftfahrzeug nicht gleichmäßig belüftet wird;
insbesondere ist der untere Teil, d. h. der Unterkühlungsbereich
häufig
schlecht belüftet,
obwohl hier in Folge der niedrigen Kältemitteltemperatur und der damit
verbundenen geringeren Temperaturdifferenz eine verstärkte Beaufschlagung
mit Luft vorteilhaft wäre.
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In
der DE-A 198 30 329 wurde daher bereits vorgeschlagen, den Unterkühlungsbereich
in den obersten Bereich des Kondensators zu verlegen, wobei der
Kältemitteleintritt
unmittelbar unterhalb des Unterkühlungsbereiches,
also im oberen Bereich des Kondensators erfolgt. Diese Lösung bietet
zwar für spezielle
Einbauverhältnisse
eine bessere Belüftung der
Unterkühlstrecke,
sie wird jedoch nicht immer den Einbau-, Strömungs- und Lufttemperaturverhältnissen
im Fahrzeug gerecht.
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Die
EP 0 854 327 A1 offenbart
einen Kondensator mit einer Aufteilung von verschiedenen Strömungswegen
und einer Unterkühlzone
unterhalb der Kondensationszone.
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Die
DE 197 53 641 A1 offenbart
einen Kondensator mit einem im unteren Bereich angeordneten Unterkühlungsbereich.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kondensator
der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß die Belüftung des
gesamten Kondensators, insbesondere die des Unterkühlbereiches
verbessert und damit die Leistung des Kondensators, insbesondere
die Unterkühlung
verbessert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Dies
geschieht in vorteilhafter Weise dadurch, daß die Unterkühlstrecke
in den mittleren Bereich des Kondensators verlegt wird, d. h. zwischen
den Heißgas-
und den Kondensationsbereich, welche beide an den außen liegenden
Bereichen, d. h. oben oder unten, angeordnet sind. Dadurch ergibt
sich in den meisten Fällen
eine optimale Belüftung
des Unterkühlbereiches,
da hier auf Grund der Einbauverhältnisse
im Fahrzeug der stärkste Luftstrom
und die niedrigste Lufttemperatur herrschen. Die Unterkühlleistung
wird durch diese mittige Anordnung signifikant erhöht, insofern
kann auch dieser Unterkühlungsabschnitt
flächenmäßig geringer
ausgelegt werden.
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In
vorteilhaften Weiterbildungen dieser grundsätzlichen Lösung kann der Heißgasbereich entweder
unten oder oben liegen, d. h. der Kondensationsbereich oben respektive
unten. Dadurch ergibt sich bei bestimmten Konstellationen die Notwendigkeit,
das Kältemittel
um die Sammelrohre herum zu führen,
was vorteilhafterweise über
sogenannte Bypassrohre erfolgt. Damit wird es möglich, die Unterkühlstrecke
quasi in beliebigen Höhenlagen,
aber jeweils im mittleren Bereich des Kondensators anzuordnen. Dabei
kann es auch von Vorteil sein, den Kondensationsbereich in zwei
Bereiche, die über
ein Bypassrohr miteinander verbunden sind, aufzuteilen und den Unterkühlungsbereich
zwischen diese beiden Kondensationsbereiche zu legen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Weiterhin
wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch die Merkmale von Anspruch
9 bzw. durch die Merkmale von Anspruch 10.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
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1 einen
Kondensator mit oberem Heißgasbereich
und Durchströmung
des Kondensationsbereiches von oben nach unten,
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2 einen
Kondensator mit oberem Heißgasbereich
und Durchströmung
des Kondensationsbereiches von unten nach oben,
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3 einen
Kondensator mit oberem Heißgasbereich
und geteiltem Kondensationsbereich,
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4 einen
Kondensator mit unterem Heißgasbereich
und Durchströmung
des Kondensationsbereiches von oben nach unten,
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5 einen
Kondensator mit unterem Heißgasbereich
und geteiltem Kondensationsbereich,
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6 einen
Kondensator mit unterem Heißgasbereich
und Durchströmung
des Kondensationsbereiches von unten nach oben,
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7 eine
schematische Darstellung von verschiedenen Ausführungen für Bypasskanäle und
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8 eine
Variante mit oben liegendem Unterkühlungsbereich und Heißgaseintritt
im untersten Bereich.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung einen Flachrohrkondensator 1 mit
waagerecht verlaufenden, nicht dargestellten Flachrohren, zwischen denen
sich ebenfalls nicht dargestellte Wellrippen befinden, welche von
Umgebungsluft beaufschlagt werden. Die nicht dargestellten Flachrohre
münden
in seitlich, d. h. vertikal angeordnete Sammelrohre 2 und 3.
Der aus den Flachrohren bestehende Netzbereich (Rohr-Rippenblock)
zwischen den beiden Sammelrohren 2 und 3 ist in
verschiedenen Bereiche unterteilt, nämlich einen oberen Heißgasbereich 4,
einen darunter angeordneten Unterkühlungsbereich 5 und
einen Kondensationsbereich, der in drei nebeneinander liegende Abschnitte
bzw. Flutigkeiten 6.1, 6.2 und 6.3 unterteilt
ist. Die Sammelrohre 2 und 3 sind entsprechend
den vorgenannten Heißgas-,
Unterkühlungs-
und Kondensationsbereichen in einzelne Kammern 7 bis 14 unterteilt
und durch entsprechende Trennwände 15 bis 20 voneinander
abgeteilt. Zwischen den Kammern 7 und 9 ist ein
Bypassrohr 21 angeordnet, welches beide Kammern miteinander verbindet.
In ähnlicher
Weise sind die Kammern 12 und 14 über ein
zweites Bypassrohr 22 miteinander verbunden.
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In
diesem Kondensator 1 tritt das Kältemittel, dargestellt durch
den Pfeil A, in die oben liegende Kammer 11 des rechten
Sammelrohres 3 ein, d. h. das Kältemittel durchströmt als Heißgas den
obersten Bereich 4 des Kondensators und gelangt dann auf
der gegenüberliegenden
Seite in die Kammer 7 des Sammelrohres 2. Von
dort aus gelangt das Kältemittel,
wie durch die Pfeile B und C angedeutet, über das Bypassrohr 21 in
die Kammer 9, d. h. in den obersten Kondensationsbereich 6.1.
Der zwischen Heißgasbereich 4 und
oberstem Kondensationsbereich 6.1 liegende Unterkühlungsbereich 5 wird
somit von dem Kältemittel
umgangen. Dieses strömt
dann auf die andere Seite, wird in der Kammer 13, wie durch
den Pfeil D angedeutet, umgelenkt und strömt durch den mittleren Kondensationsbereich 6.2 zurück auf die
andere Seite in die Kammer 10. Dort erfolgt eine weitere
Umlenkung entsprechend dem Pfeil E und nachfolgend eine Durchströmung des
untersten Kondensationsbereiches 6.3 in die Kammer 14.
Von dort gelangt das Kältemittel
jetzt über
das Bypassrohr 22 in den Unterkühlungsbereich 5, der – wie bereits
erwähnt – im mittleren
Bereich des Kondensators, genauer gesagt eher etwas oberhalb, angeordnet
ist. Nach Durchströmen
dieses Bereiches 5 gelangt das Kältemittel schließlich in
die Kammer 8, von wo aus es als unterkühltes, flüssiges Kältemittel in den nicht dargestellten
Kältemittelkreislauf
der Fahrzeugklimaanlage eintritt.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen
Flachrohrkondensator 30, der in ähnlicher Weise wie das Ausführungsbeispiel
gemäß 1 in einen
oberen Heißgasbereich 301,
einen darunterliegenden Unterkühlungsbereich 302 und
einen unteren Kondensationsbereich mit 3-facher Durchströmung 303, 304 und 305 unterteilt
ist. Der Kondensator 30 weist ebenfalls zwei seitlich angeordnete
Sammelrohre 31 und 32 auf, die in Kammern 33 bis 39 durch
Trennwände 40 bis 44 unterteilt
sind. Das Kältemittel
tritt, wie durch den Pfeil A gekennzeichnet, in die obere Kammer 33 als
Heißgas
ein, durchströmt den
oberen Bereich 301 und tritt dann in die Kammer 39 ein,
von der aus ein Bypassrohr 45 zu der Kammer 36 führt, die
im untersten Bereich des Sammelrohres 32 angeordnet ist.
Das Kältemittel
strömt,
den Pfeilen B und C folgend, durch das Bypassrohr 45 in die
unterste Kammer 36 und von dort durch die erste Flut des
Kondensationsbereiches in die Kammer 35. Von dort aus wird
der Kondensationsbereich in zwei weiteren Fluten 304, 305,
den Pfeilen D und E entsprechend, durchströmt. Aus der Kammer 34 wird das
Kältemittel,
dem Pfeil F folgend, jetzt in den Unterkühlungsbereich 302 eingeleitet,
der direkt unter dem Heißgasbereich 301 angeordnet
ist, und erreicht schließlich
die Kammer 38. Von dort tritt das Kältemittel, unterkühlt und
in flüssiger
Phase, aus dem Kondensator aus.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen
Kondensator 50, der in einen oberen Heißgasbereich 501, einen
dreiflutigen Kondensationsbereich 502, 503, 504 und
einen Unterkühlungsbereich 505 aufgeteilt
ist. Entsprechend den vorgenannten Bereichen sind die Sammelrohre 51 und 52 in
Kammern 53 bis 59 durch Trennwände 60 bis 64 unterteilt.
Das Kältemittel
tritt wiederum im oberen Bereich, gekennzeichnet durch den Pfeil
A, in die Kammer 53 ein und strömt nach der Umlenkung in der Kammer 59,
dem Pfeil B folgend, in den ersten Kondensationsbereich 502 bis
in die Kammer 54. Letztere ist über ein Bypassrohr 65 mit
der untersten Kammer 56 verbunden.
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Aus
der Kammer 54 strömt
das teilweise kondensierte Kältemittel über das
Bypassrohr 65 in die untere Kammer 56 und dann
durch den untersten Kondensationsbereich 504 in die Kammer 57,
wird dort, dem Pfeil E entsprechend, umgelenkt und tritt in den
darüberliegenden
Kondensationsbereich 503 ein, um in die Kammer 55 zu
gelangen. Dort erfolgt, dem Pfeil F folgend, eine Umlenkung in den
Unterkühlungsbereich 505,
der einerseits etwa in der Mitte des Kondensators und andererseits
zwischen den beiden Kondensationsbereichen 502 und 503 angeordnet
ist. Nach Durchströmen
des Unterkühlungsbereiches
gelangt das flüssige
Kältemittel
in die Kammer 58, von wo aus es, entsprechend dem Pfeil
G, in den Kältemittelkreislauf
eintritt.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen
Kondensator 70, der in einen unteren Heißgasbereich 701,
einen dreiflutigen Kondensationsbereich 702, 703, 704 und
einen darunterliegenden Unterkühlungsbereich 705 unterteilt
ist. Seitliche Sammelrohre 71 und 72 sind entsprechend
diesen Bereichen in Kammern 73 bis 79 durch Trennwände 80 bis 84 unterteilt.
Darüber
hinaus ist die Kammer 76 mit der Kammer 79 über ein
Bypassrohr 85 verbunden. Das Kältemittel tritt bei diesem
Ausführungsbeispiel also
unten, dem Pfeil A folgend, ein und durchströmt den Kondensator in der Reihenfolge
der Pfeile B, C, D, E, F und G. Der dreiflutige Kondensationsbereich wird
somit von oben nach unten durchströmt, und der Unterkühlungsbereich 705 liegt
in der unteren Hälfte des
Kondensators.
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen
Kondensator 90 mit einem unten angeordneten Heißgasbereich 901,
einem dreiflutigen Kondensationsbereich 902, 903, 904 und
einem in der Mitte des Kondensators und zwischen den beiden Kondensationsbereichen 904 und 902 angeordneten Unterkühlungsbereich 905.
Entsprechend dieser Unterteilung sind die beiden Sammelrohre 91 und 92 in Kammern 93 bis 99 über Trennwände 100 bis 104 unterteilt.
Die Kammern 95 und 93 sind über ein Bypassrohr 105 verbunden.
Das Kältemittel
tritt über den
Pfeil A in den Kondensator als Heißgas ein und durchströmt diesen,
den Pfeilen B, C, D, E und F folgend, tritt also aus der Kammer 98 im
mittleren Bereich des Kondensators aus, als flüssiges und unterkühltes Kältemittel.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen
weiteren Kondensator 110 mit einem unteren Heißgasbereich
111, einem obenliegenden dreiflutigen Kondensationsbereich 112, 113, 114,
der von unten nach oben durchströmt
wird. Entsprechend sind seitliche Sammelrohre 116, 117 in
Kammern 118 bis 125 durch Trennwände 126 bis 131 unterteilt.
Die Kammern 118 und 120 sind durch ein Bypassrohr 132,
und die Kammern 122 und 124 sind durch ein weiteres
Bypassrohr 133 miteinander verbunden. Der Kondensator 110 wird
somit entsprechend den Pfeilen A bis H durchströmt, d. h. das Kältemittel
tritt als Heißgas
im untersten Bereich ein und verläßt den Kondensator als flüssiges,
unterkühltes Kältemittel
durch Austritt aus der Kammer 123.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung eines Sammelrohres 140 in
Querschnittsdarstellung, d. h. das Sammelrohr 140 weist
einen kreisförmigen Querschnitt
auf und ist als Rohr ausgebildet. Mit diesem Sammelrohr 140 ist
eine Vielzahl von Flachrohren 141 dicht, z. B. durch Verlöten, verbunden.
Das Sammelrohr 140 ist mit einem Bypassrohr 142 verbunden,
welches den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen entsprechend
den 2, 3, 4, 5 und 6 entspricht.
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7a zeigt
eine andere Ausführung
für die Gestaltung
der Querschnitte von Sammelrohr und Bypassrohr, nämlich als
Sammelrohr 143, dessen Querschnitt durch eine Trennwand 144 in
einen Sammelrohrquerschnitt 145 und einen Bypassquerschnitt 146 unterteilt
ist.
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7b zeigt
eine ähnliche
Ausführung
wie 7, mit dem Unterschied, daß das Sammelrohr 147 und
das Bypassrohr 148 jeweils in Längsrichtung abgeplattet und
in diesem Bereich 149 miteinander verbunden sind, z. B.
durch Verlöten.
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8 zeigt
eine in sofern etwas abweichende Variante für einen Kondensator 150,
als der gesamte Kondensator von unten nach oben durchströmt wird,
d. h. zunächst
durch einen unten liegenden Heißgasbereich 151,
dann durch einen dreiflutigen Kondensationsbereich 152, 153, 154 und
abschließend
durch einen im obersten Bereich angeordneten Unterkühlungsbereich 155.
Diese Durchströmung
des Kondensators 150 in der Richtung der Pfeile A bis F
kommt also – im
Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ohne eine Bypassleitung
aus.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
gemäß den 1 bis 6 und
auch 8 wurde jeweils ein Kondensator mit 5-facher Flutigkeit
dargestellt, d. h. mit 5 Strömungswegen bzw.
Abschnitten von in einer Richtung parallel durchströmten Rohren.
Die Flutigkeit kann jedoch auch im konkreten Anwendungsfall erhöht oder
vermindert werden, wobei dies für
alle gezeigten Ausführungsbeispiele
gilt. Bei ungerader Flutigkeit sind Zu- und Abführungsstutzen auf zwei unterschiedlichen
Seiten, bei gerader Flutigkeit auf der gleichen Seite angeordnet.