DE10355936A1

DE10355936A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE10355936A1
Application number: DE10355936A
Authority: DE
Inventors: Gregory G. Milwaukee Hughes; Stephan Kenosha Memory
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2003-11-29
Publication date: 2004-08-05
Also published as: JP2004184074A; BR0305279A; CA2449380A1; MXPA03010592A; US20040104018A1; FR2847971A1; US6959758B2

Abstract

Es wird ein Wärmetauscher (10) zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten und einem zweiten Fluidstrom bereitgestellt. Der Wärmetauscher (10) enthält einen in Form von einem oder mehreren Wärmetauschrohren (40, 40A-C) vorgesehenen Strömungsweg (20) und einen in Form von einem oder mehreren Schlangenwärmetauschrohren (42, 42A-C) vorgesehenen zweiten Strömungsweg (30). Das Rohr (die Rohre) (40, 40A-C) ist (sind) mit dem Rohr (den Rohren) (42, 42A-C) so "verwoben", dass sie senkrecht zueinander verlaufen. Der Wärmetauscher (10) kann bestimmte Vorteile bieten, wenn er als ein Saugleitungswärmetauscher in einem transkritischen Kühlsystem (12) verwendet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher, insbesondere Rohrschlangen besitzende Wärmetauscher zur Verwendung als Saugleitungswärmetauscher in Klimaanlagen/Kühlsystemen.

Wie bekannt, wird die Abführung von gewissen Kältemitteln, wie zum Beispiel jene, die Fluorkohlenwasserstoffe enthalten, an die Atmosphäre als für die Umwelt nicht wünschenswert erachtet, da sie zum sogenannten Treibhauseffekt und/oder zur Beschädigung der Ozonschicht beitragen können. Fluorkohlenwasserstoffe enthaltende Kältemittel sind oftmals in Fahrzeuganwendungen eingesetzt worden, wo Gewicht und Größe von besonderem Interesse sind. Dies führt jedoch bei vielen Fahrzeugklimaanlagen zu einem Lecken des unerwünschten Kältemittels an die Atmosphäre, weil solche Systeme in der Regel einen Kompressor einsetzen, der Drehkraft von einem Riemen oder dergleichen vom Motor des Fahrzeugs benötigt und infolgedessen nicht hermetisch abgedichtet werden kann, wie bei stationären Systemen. Demgemäß wäre es wünschenswert, ein Kühlsystem zum Einsatz in Fahrzeuganwendungen bereitzustellen, bei dem ein möglicherweise an die Atmosphäre entweichendes Kältemittel potentiell nicht so gefährlich für die Umwelt sein würde wie derzeit eingesetzte Kältemittel und bei dem die Komponenten des Kühlsystems relativ klein und leicht bleiben, um jegliche nachteiligen Konsequenzen für die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs auf ein Minimum zu reduzieren.

Eine für Fahrzeuganwendungen in Betracht kommende Systemart ist ein transkritisches Kohlendioxid- (CO₂-)System. Ein Vorteil solcher Systeme besteht darin, dass das als Kältemittel verwendete CO₂ anfangs aus der Atmosphäre gewonnen werden kann, so dass es zu keiner Nettoerhöhung des CO₂-Gehalts in der Atmosphäre kommt, falls es schließlich aus dem System leckt. Obgleich das CO₂ hinsichtlich des Treibhauseffekts unerwünscht sein kann, beeinträchtigt es des Weiteren nicht die Ozonschicht, und seine Verwendung als Kältemittel sollte keine Verstärkung des Treibhauseffekts verursachen da es infolge einer Leckage, wie soeben erwähnt, zu keiner Nettozunahme des CO₂ in der Atmosphäre kommt.

Bei transkritischen CO₂-Klimanlagen ist es oftmals wünschenswert, einen sogenannten „Saugleitungswärmetauscher" einzusetzen, um den Wirkungsgrad des transkritischen Zyklus durch Übertragung von Wärme von dem Kältemittel auf der Hochdruckseite der Anlage auf das Kältemittel auf der Niederdruckseite der Anlage zu erhöhen. Jedoch führt das Hinzufügen eines Saugleitungswärmetauschers zu dem Fahrzeug potentiell zu einer Gewichtszunahme sowie zu einem größeren Platzbedarf für die Klimaanlage im Fahrzeug. Demgemäß besteht Bedarf nach einem relativ kompakten und leichten Saugleitungswärmetauscher.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer neuen und verbesserten Wärmetauscherausführung.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Wärmetauscherausführung, die für e^inen Saugleitungswärmetauscher in einem transkritischen Kühlsystem verwendet werden kann, insbesondere in einem transkritischen Kühlsystem für ein Fahrzeug.

Die Hauptaufgabe wird durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst.

Zumindest einige dieser Aufgaben werden in einem Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten und einem zweiten Fluid gelöst. Der Wärmetauscher enthält ein erstes abgeflachtes Wärmetauschrohr zur Leitung des ersten Fluids durch den Wärmetauscher und ein zweites abgeflachtes Wärmetauschrohr zur Leitung des zweiten Fluids durch den Wärmetauscher. Das erste Rohr enthält mindestens ein erstes Paar im Wesentlichen paralleler, beabstandeter Rohrstrecken, die durch einen Krümmer im ersten Rohr verbunden sind. Das zweite Rohr enthält mindestens drei im Wesentlichen parallele, beabstandete Rohrstrecken, die durch Krümmer im zweiten Rohr verbunden sind. Die Rohrstrecken des zweiten Rohrs verlaufen im Wesentlichen senkrecht zum ersten Paar Rohrstrecken des ersten Rohrs. Eine der Rohrstrecken des zweiten Rohrs ist zwischen den Rohrstrecken des ersten Paars Rohrstrecken angeordnet. Eine der Rohrstrecken des erstens Paars Rohrstrecken ist zwischen der einen der Rohrstrecken des zweiten Rohrs und einer anderen der Rohrstrecken des zweiten Rohrs angeordnet, und die andere der Rohrstrecken des ersten Paars Rohrstrecken ist zwischen einer anderen der Rohrstrecken des zweiten Rohrs und der einen der Rohrstrecken des zweiten Rohrs, die zwischen den Rohrstrecken des erstens Paars Rohrstrecken angeordnet ist, angeordnet.

Bei einer Form ist ein erstes Paar Verteiler an einander gegenüberliegenden Enden des ersten Rohrs angeschlossen, um das erste Fluid zu dem ersten Rohr zu verteilen und es daraus aufzufangen, und ein zweites Paar Verteiler ist mit einander gegenüberliegenden Enden des zweiten Rohrs verbunden, um das zweite Fluid zu dem zweiten Rohr zu verteilen und es daraus aufzufangen.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Wärmetauscher zur Verwendung in einem transkritischen Kühlsystem mit einem Kompressor, einem Gaskühler, der einen Hochdruckkältemittelstrom von dem Kompressor empfängt und ein gekühltes Hochdruckkältemittel zu dem System liefert, einer Expansionsvorrichtung, die den Hochdruckkältemittelstrom von dem Gaskühler empfängt und einen Niederdruckkältemittelstrom zu dem System liefert, und einem Verdampfer, der den Niederdruckkältemittelstrom empfängt und ein erwärmtes Niederdruckkältemittel zu dem System liefert, bereitgestellt. Der Wärmetauscher enthält Folgendes: ein erstes abgeflachtes Wärmetauschrohr zur Leitung des Hochdruckarbeitsfluids durch den Wärmetauscher und ein zweites abgeflachtes Wärmetauschrohr zur Leitung des Niederdruckarbeitsfluids durch den Wärmetauscher. Das erste Rohr enthält mindestens ein Paar im Wesentlichen paralleler, beabstandeter Rohrstrecken, 'die durch einen Krümmer im ersten Rohr verbunden sind. Das zweite Rohr enthält mindestens drei parallele, beabstandete Rohrstrecken, die durch Krümmer im zweiten Rohr verbunden sind. Die Rohrstrecken des zweiten Rohrs verlaufen im Wesentlichen senkrecht zum ersten Paar Rohrstrecken. Eine der Rohrstrecken des zweiten Rohrs ist zwischen den Rohrstrecken des erstens Paars Rohrstrecken angeordnet. Eine der Rohrstrecken des ersten Paar Rohrstrecken ist zwischen der einen der Rohrstrecken des zweiten Rohrs und einer anderen der Rohrstrecken des zweiten Rohrs angeordnet, und die andere der Rohrstrecken des ersten Paars Rohrstrecken ist zwischen einer anderen der Rohrstrecken des zweiten Rohrs und der einen der Rohrstrecken des zweiten Rohrs angeordnet.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten und einem zweiten Fluid bereitgestellt. Der Wärmetauscher enthält mehrere erste abgeflachte Wärmetauschrohre zur Leitung des ersten Fluids durch den Wärmetauscher und mehrere zweite abgeflachte Wärmetauschrohre zur Leitung des zweiten Fluids durch den Wärmetauscher. Jedes der ersten Rohre enthält mindestens ein erstes Paar im Wesentlichen paralleler, beabstandeter Rohrstrecken, die durch einen Krümmer im ersten Rohr verbunden sind. Die ersten Paare der Strecken sind im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet. Jedes der zweiten Rohre enthält mindestens ein zweites Paar im Wesentlichen paralleler, beabstandeter Rohrstrecken, die durch einen Krümmer im zweiten Rohr verbunden sind. Die zweiten Paare Rohrstrecken sind im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet und verlaufen im Wesentlichen senkrecht zum ersten Paar Rohrstrecken. Eine der Rohrstrecken jedes der zweiten Rohre ist zwischen den Rohrstrecken jedes ersten Paars Rohrstrecken der ersten Rohre angeordnet. Eine der Rohrstrecken jedes der ersten Rohre ist zwischen den Rohrstrecken jedes zweiten Paars Rohrstrecken der zweiten Rohre angeordnet.

Bei einer Form enthält jedes der zweiten Rohre eine zusätzliche Rohrstrecke, die im Wesentlichen parallel zum zweiten Paar Rohrstrecken des zweiten Rohrs verläuft und durch einen zusätzlichen Krümmer mit der einen der Rohrstrecken des zweiten Rohrs verbunden ist. Die andere der Rohrstrecken jedes der ersten Rohre ist zwischen der zusätzlichen Rohrstrecke jedes der zweiten Rohre und der einen der Rohrstrecken jedes der zweiten Rohre angeordnet.

Bei einer Form enthält der Wärmetauscher weiterhin ein erstes Paar Verteiler, die an einander gegenüberliegenden Enden jedes der ersten Rohre angeschlossen sind und das erste Fluid zu den ersten Rohren verteilen und es aus ihnen auffangen. Ein zweites Paar Verteiler ist an einander gegenüberliegenden Enden jedes der zweiten Rohre angeschlossen, um das zweite Fluid zu den zweiten Rohren zu verteilen und es aus ihnen aufzufangen.

Gemäß einem Aspekt wird ein Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten und einem zweiten Fluid bereitgestellt. Der Wärmetauscher enthält mehrere erste Wärmetauschrohre zur Leitung des ersten Fluids durch den Wärmetauscher und mehrere zweite Wärmetauschrohre zur Leitung des zweiten Fluids durch den Wärmetauscher. Jedes erste Rohr enthält mindestens ein Paar im Wesentlichen paralleler, beabstandeter Rohrstrecken, die durch einen Krümmer im Rohr verbunden sind. Die ersten Paare Rohrstrecken sind im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet. Jedes zweite Rohr enthält mindestens drei im Wesentlichen parallele, beabstandete Rohrstrecken, die durch Krümmer in den zweiten Rohren verbunden sind. Die Rohrstrecken jedes der zweiten Rohre sind im Wesentlichen auf die Rohrstrecken der anderen der zweiten Rohre ausgerichtet und verlaufen im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Paar Rohrstrecken. Eine der Rohrstrecken jedes der zweiten Rohre ist zwischen den Rohrstrecken jedes ersten Paars Rohrstrecken der ersten Rohre angeordnet. Eine der Rohrstrecken jedes der ersten Rohre ist zwischen der einen der Rohrstrecken jedes der zweiten Rohre und einer anderen der Rohrstrecken jedes der zweiten Rohre angeordnet, und die andere der Rohrstrecken jedes der ersten Rohre ist zwischen einer anderen der Rohrstrecken jedes der zweiten Rohre und der einen der Rohrstrecken jedes der zweiten Rohre angeordnet.

Weiteren Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen bei weiterer Durchsicht der Beschreibung, einschließlich der angehängten Ansprüche und Zeichnungen, hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines transkritischen Kühlsystems mit einem die vorliegende Erfindung darstellenden Wärmetauscher;
2 ist eine etwas schematische, perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Wärmetauschers;
3 ist ein Aufriss einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;
4 ist eine Ansicht entlang der Linie 4-4 in 3; und
5 ist eine Ansicht entlang der Linie 5-5 in 3 mit einem Verteiler des nicht gezeigten Wärmetauschers.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Es werden hier mehrere Ausführungsformen eines die vorliegende Erfindung darstellenden Wärmetauschers 10 in Verbindung mit einem transkritischen Kühlsystem 12 gezeigt und/oder beschrieben. Obgleich der Wärmetauscher 10 gewisse Vorteile bieten kann, wenn er als ein Saugleitungswärmetauscher in einem transkritischen Kühlsystem 12 zur Übertragung von Wärme von dem Hochdruckkältemittel auf das Niederdruckkältemittel eingesetzt wird, versteht sich, dass der Wärmetauscher 10 auch bei anderen Arten von Systemen zur Übertragung von Wärme zwischen anderen Arten von Fluiden Anwendung finden kann. Demgemäß soll die Verwendung nicht auf ein transkritisches Kühlsystem oder ein Kältemittel beschränkt sein, es sei denn, dies wird in den Ansprüchen ausdrücklich angeführt.
Wie in 1 zu sehen, enthält das transkritische Kühlsystem 12 einen Kompressor 14, der Dampfphasen-CO₂-Kältemittel empfängt und dieses zur Lieferung von Hochdruckkältemittelstrom zu einem Gaskühler 16 komprimiert. In der Regel, aber nicht immer, wird der Gaskühler 16 durch Umgebungsluft gekühlt, die durch einen Ventilator 18 und/oder durch Vorwärtsbewegung eines Fahrzeugs, in dem das System angebracht ist, durch ihn hindurch geleitet wird. Infolgedessen tritt heißes flüssiges und/oder dichtes gasförmiges Kältemittel aus dem Gaskühler 16 aus und wird zu einem Hochdruckströmungsweg 20 des Saugleitungswärmetauschers 10 und dann zu einer Expansionsvorrichtung 22 geliefert. Die Expansionsvorrichtung 22 entspannt den Hochdruckkältemittelstrom zur Lieferung eines gekühlten Niederdruckkältemittelstroms an einen Verdampfer 24. In der Regel, aber nicht immer, wird Umgebungsluft über einen Ventilator 26 durch den Verdampfer geleitet, so dass die Wärme von der Luft durch den Verdampfer 24 an den Niederdruckkältemittelstrom abgegeben werden kann. In einigen Fällen kann der Verdampfer jedoch zur Kühlung eines anderen Fluids als Luft eingesetzt werden. Dann strömt das erwärmte Niederdruckkältemittel durch einen Niederdruckströmungsweg 30 des Wärmetauschers 10, wobei Wärme von dem Kältemittel im Hochdruckströmungsweg 20 an das Niederdruckkältemittel im Niederdruckströmungsweg 30 abgegeben wird. Vorzugsweise ist die Wärmeübertragung derart, dass das Niederdruckkältemittel aus dem Wärmetauscher 10 als ein überhitzter Dampf hervortritt, der dann zur Vervollständigung des Zyklus zu dem Kompressor 14 strömt.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 – 5 werden zwei Ausführungsformen des Wärmetauschers 10 gezeigt. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist der Hochdruckströmungsweg 20 in Form eines einzigen, abgeflachten Schlangenwärmetauschrohrs 40 vorgesehen, und der Niederdruckströmungsweg 30 ist in Form eines einzigen, abgeflachten Schlangenwärmetauschrohrs 42 vorgesehen. Als Alternative dazu ist bei der in den 3 – 5 gezeigten Ausführungsform des Wärmetauschers 10 der Hochdruckströmungsweg 20 in Form von drei (3) abgeflachten Schlangenwärmetauschrohren 40A, 40B, 40C vorgesehen, und der Niederdruckströmungsweg 30 ist in Form von drei abgeflachten Schlangenwärmetauschrohren 42A, 428 und 42C vorgesehen. In den 2 – 5 ist zu sehen, dass das Rohr (die Rohre) 40, 40A-C mit dem Rohr (den Rohren) 42, 42A-C so „verwoben" ist (sind), dass sie senkrecht zueinander verlaufen. Demgemäß stellt der Wärmetauscher 10 eine Kreuzstromanordnung für das Kältemittel dar.
Jedes der abgeflachten Rohre 40, 40A-C, 42, 42A-C enthält einander gegenüberliegende, lange, flache Seiten 44 und kurze Seiten oder abgerundete Ränder 46, die sich über die kleine Abmessung des Rohrs erstrecken. Mehrere Öffnungen oder Mikrokanäle 48 sind in jedem der Rohre vorgesehen und durch Stege 49 getrennt. In der Regel werden die Rohre durch Extrudieren hergestellt, wobei die Rohre 40 und 42 große Hauptextrudate und die Rohre 40A-C und 42A-C kleinere Hauptextrudate sind. Es versteht sich jedoch, dass die Rohre auch gefertigt werden könnten, das heißt ein abgeflachtes Rohr mit einem inneren Einsatz ist mit den Innenwänden verlötet, um die mehreren Öffnungen 49 zu definieren.
Nunmehr insbesondere auf 2 Bezug nehmend, ist zu sehen, dass das Rohr 40 ein Paar im Wesentlichen paralleler beabstandeter Rohrstrecken 50 und 52 enthält, die durch einen Krümmer 54 im Rohr 40 verbunden sind. Das Rohr 42 enthält drei im Wesentlichen parallele, beabstandete Rohrstrecken 56, 58 und 60, wobei die Rohrstrecken 56 und 58 bei 62 durch einen Krümmer und die Rohrstrecken 58 und 60 durch einen Krümmer 64 verbunden sind. Die Rohrstrecken 56, 58 und 60 des Rohrs 42 verlaufen im Wesentlichen senkrecht zu den Rohrstrecken 50 und 52 des ersten Rohrs 40.
Die Rohrstrecke 50 des Rohrs 40 ist zwischen den Rohrstrecken 56 und 58 des Rohrs 42 angeordnet, wobei die flachen Seiten 44 der Rohrstrecke 50 in den Eingriffsbereichen an eine der flachen Seiten 44 der Rohrstrecke 56 und an eine der flachen Seiten 44 der Rohrstrecke 58 stoßen. Ebenso ist die Rohrstrecke 52 des Rohrs 40 zwischen den Rohrstrecken 58 und 60 des Rohrs 42 angeordnet, wobei die flachen Seiten 44 der Rohrstrecke 52 in den Eingriffsbereichen an eine der flachen Seiten 44 der Rohrstrecke 58 und an eine der flachen Seiten 44 der Rohrstrecke 60 stoßen. Daraus folgt, dass die Rohrstrecke 58 des Rohrs 42 zwischen den Rohrstrecken 50 und 52 des Rohrs 40 angeordnet ist, wobei die flachen Seiten 44 der Rohrstrecke 58 in den Eingriffsbereichen wieder an eine der flachen Seiten 44 der Rohrstrecke 50 und an eine der flachen Seiten 44 der Rohrstrecke 52 stoßen.
Vorzugsweise ist ein Paar zylindrischer Verteiler 66 und 68 an jedem Ende 70 und 72 des Rohrs 40 angeordnet, und ein Paar zylindrischer Sammler 74 und 76 ist an jedem Ende 78 und 80 des Rohrs 42 angeordnet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sammler 66 um einen Einlasssammler, der das Hochdruckkältemittel von dem System 10 empfängt und es an das Rohr 40 verteilt, und der Sammler 68 ist ein Auslasssammler, der das Hochdruckkältemittel aus dem Rohr 40 auffängt und es wieder an das System 12 zurückführt, und der Sammler 74 ist ein Einlasssammler, der den Niederdruckkältemittelstrom von dem System 12 empfängt und ihn an das Rohr 42 verteilt, und der Sammler 76 ist ein Auslasssammler, der das Niederdruckkältemittel aus dem Rohr 42 auffängt und ihn wieder an das System 12 zurückführt. Diese Konfiguration stellt eine gewünschte Kreuzstromströmungsanordnung für die Nieder- und Hochdruckkältemittelströme des Systems 12 bereit.
Nunmehr auf die in den 3 – 5 gezeigte Ausführungsform des Wärmetauschers 10 Bezug nehmend, ist zu sehen, dass jedes der Rohre 40A-C fünf parallele, beabstandete Rohrstrecken 82, 84, 86, 88 und 90 enthält, wobei die Rohrstrecken 82 und 84 durch einen Krümmer 92, die Rohrstrecken 84 und 86 durch einen Krümmer 94, die Rohrstrecken 86 und 88 durch einen Krümmer 96 und die Rohrstrecken 88 und 90 durch einen Krümmer 98 verbunden sind, wie am besten in 4 zu sehen. Wie am besten in 5 zu sehen, enthält jedes der Rohre 42A-C sechs Rohrstrecken 100, 102, 104, 106, 108 und 110, wobei die Rohrstrecken 100 und 102 durch einen Krümmer 112, die Rohrstrecken 102 und 104 durch einen Krümmer 114, die Rohrstrecken 104 und 106 durch einen Krümmer 116, die Rohrstrecken 106 und 108 durch einen Krümmer 118 und die Rohrstrecken 108 und 110 durch einen Krümmer 120 verbunden sind. Bei jedem der Rohre 40A-C ist die Rohrstrecke 82 zwischen den Rohrstrecken 100 und 102 der Rohre 42A-C, die Rohrstrecke 84 zwischen den Rohrstrecken 102 und 104 der Rohre 42A-C, die Rohrstrecke 86 zwischen den Rohrstrecken 104 und 106 der Rohre 42A-C, die Rohrstrecke 88 zwischen den Rohrstrecken 106 und 108 der Rohre 42A-C und die Rohrstrecke 90 zwischen den Rohrstrecken 108 und 110 der Rohre 42A-C angeordnet, wobei die jeweiligen flachen Seiten 44 in den Eingriffsbereichen wieder aneinander anstoßen. Daraus folgt, dass bei jedem der Rohre 42A-C die Rohrstrecke 102 zwischen den Rohrstrecken 82 und 84 der Rohre 40A- C, die Rohrstrecke 104 zwischen den Rohrstrecken 84 und 86 der Rohre 40A-C, die Rohrstrecke 106 zwischen den Rohrstrecken 86 und 88 der Rohre 40A-C und die Rohrstrecke 108 zwischen den Rohrstrecken 88 und 90 der Rohrstrecken 40A-C angeordnet ist, wobei die flachen Seiten 44 der jeweiligen Rohre in den Eingriffsbereichen wieder aneinander anstoßen. Wie bei der in 2 gezeigten Ausführungsform wird bevorzugt, dass die in den 3 – 5 gezeigte Ausführungsform des Wärmetauschers 10 ein Paar Sammler 66 und 68, die mit den gegenüberliegenden Enden 70 und 72 der Rohre 40A-C verbunden sind, und ein Paar Sammler 74 und 76 enthält, die mit den Enden 78 und 80 der Rohre 42A-C verbunden sind. Wie bei der in 2 gezeigten Ausführungsform wird wieder bevorzugt, dass der Sammler 66 bei der in den 3 – 5 gezeigten Ausführungsform des Wärmetauschers 10 als ein Einlasssammler dient, der den Hochdruckkältemittelstrom von dem System 12 empfängt und ihn an die Rohre 40A-C verteilt, der Sammler 68 als ein Auslasssammler dient, der das Hochdruckkältemittel aus den Rohren 40A-C auffängt und es an das System 12 zurückführt, der Sammler 74 als Einlasssammler dient, der den Niederdruckkältemittelstrom empfängt und ihn an die Rohre 42A-C verteilt und der Sammler 76 als ein Auslasssammler dient, der den Niederdruckkältemittelstrom aus den Rohren 42A-C auffängt und ihn an das System 12 zurückführt.
Es versteht sich, dass die Anzahl von Rohren 40 und 42 und die Anzahl von Rohrstrecken für jedes der Rohre 40 und 42 in hohem Maße von den spezifischen Parametern jeder besonderen Anwendung für den Wärmetauscher 10 abhängt. Zu solchen Parametern könnten zum Beispiel die erwartete Fluidströmungsmenge durch jeden der Strömungswege 20, 30 des Wärmetauschers 10, die Art von Fluid für jeden der Strömungswege 20, 30 des Wärmetauschers 10, der gewünschte Wirkungsgrad des Wärmetauschers 10, die Materialien der Wärmetauschrohre 40, 42, 40A-C, 42A-C und der Arbeitsdruck der Fluide für den Wärmetauscher 10 zählen. In dieser Hinsicht befinden sich bei einer ungeraden Anzahl von Rohrstrecken in einem der Rohre 40, 42, 40A-C, 42A-C die Sammler für die Rohrstrecken an gegenüberliegenden Enden des Wärmetauschers, während sich bei einer geraden Anzahl von Rohrstrecken die Sammler am gleichen Ende des Wärmetauschers 10 befinden.
Obgleich abgeflachte Wärmetauschrohre stark bevorzugt werden, ist es möglich, dass sich bei einigen bestimmten Anwendungen Wärmetauschrohre mit anderen Querschnittsformen als wünschenswert erweisen können.
Darüber hinaus versteht sich, dass zylindrische Sammler zwar bevorzugt werden, es aber auch andere Anwendungen geben kann, bei denen andere Sammlerausführungen und -querschnitte wünschenswert sein können.
Es versteht sich, dass ein möglicher Vorteil des offenbarten Wärmetauschers 10 die leichte Herstellung ist. Insbesondere kann durch einen einfachen automatischen Biegevorgang der Hauptkörper des Wärmetauschers 10, das heißt die Rohre, hergestellt werden. Die Rohre würden vorzugsweise mit einem Lötmaterial plattiert werden, oder es wird eine Lötfolie an den flachen Seiten 44 angebracht, wo sie aneinander stoßen. Weil der Innendurchmesser der Sammler 66, 68, 74 und 76 nur die kleine Abmessung der Rohre 40, 42, 40A-C, 42A-C aufnehmen muss, kann der Innendurchmesser so klein ausgeführt werden, dass die Wanddicke jedes der Sammler, die den Berstdruck widerstehen muss, der in einem transkritischen CO₂-Zyklus erforderlich ist, so wird, dass die Sammler zur Herstellung von Öffnungen für die Rohre geschlitzt werden können.

Claims

Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme zwischen einem ersten und einem zweiten Fluidstrom, wobei der Wärmetauscher (10) Folgendes umfasst: ein erstes Wärmetauschrohr (40) zur Leitung des ersten Fluidstroms durch den Wärmetauscher, wobei das erste Rohr (40) mindestens ein erstes Paar im Wesentlichen paralleler, beabstandeter Rohrstrecken (50, 52) enthält, die durch einen Krümmer (54) im ersten Rohr (40) verbunden sind; ein zweites Wärmetauschrohr (42) zur Leitung des zweiten Fluidstroms durch den Wärmetauscher, wobei das zweite Rohr (42) ein zweites Paar im Wesentlichen paralleler, beabstandeter Rohrstrecken (56, 58, 60) enthält, die durch Krümmer (64) im zweiten Rohr verbunden sind, wobei die Rohrstrecken (56, 58, 60) des zweiten Rohrs (42) im Wesentlichen senkrecht zum ersten Paar Rohrstrecken (50, 52) verlaufen; wobei eine der Rohrstrecken (58) des zweiten Rohrs (42) zwischen den Rohrstrecken (50, 52) des ersten Paars Rohrstrecken des ersten Rohrs (40) angeordnet ist; und wobei eine der Rohrstrecken (50) des ersten Rohrs (40) zwischen den Rohrstrecken (56, 58) des zweites Paars Rohrstrecken des zweiten Rohrs (42) angeordnet ist.
Wärmetauscher, nach Anspruch 1, der weiterhin Folgendes umfasst: ein erstes Paar Verteiler (66, 68), die an einander gegenüberliegenden Enden des ersten Rohrs (40) angeschlossen sind, um das erste Fluid zu dem ersten Rohr (40) zu verteilen und es daraus aufzufangen; und ein zweites Paar Verteiler (74, 76), die an einander gegenüberliegenden Enden des zweiten Rohrs (42) angeschlossen sind, um das zweite Fluid zu dem zweiten Rohr (42) zu verteilen und es daraus aufzufangen.
Wärmetauscher, nach den Ansprüchen 1 und 2, bei dem das erste und/oder das zweite Rohr (40, 42) mindestens eine zusätzliche Rohrstrecke und einen zusätzlichen Krümmer enthält/enthalten.
Wärmetauscher, nach einem der Ansprüche 1 – 3, bei dem weiterhin das erste und das zweite Rohr (40, 42) abgeflachte Rohre sind.
Wärmetauscher, nach einem der Ansprüche 1 – 4, wobei das erste Rohr (40) aus mehreren insbesondere flachen Rohren (40A, 40B, 40C) und das zweite Rohr (42) aus mehreren insbesondere flachen Rohren (42A, 42B, 42C) besteht.
Wärmetauscher, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher zur Verwendung in einem transkritschen Kühlsystem vorgesehen ist, mit einem Kompressor (14), einem Gaskühler (16), der einen Hochdruckkältemittelstrom von dem Kompressor empfängt und ein gekühltes Hochdruckkältemittel zu dem System liefert, mit einer Expansionsvorrichtung (22), die den Hochdruckkältemittelstrom von dem Gaskühler (16) empfängt und einen Niederdruckkältemittelstrom zu dem System liefert, und mit einem Verdampfer (24), der den Niederdruckkältemittelstrom empfängt und ein erwärmtes Niederdruckkältemittel zu dem System liefert, wobei das Hochdruckkältemittel durch das/die erste/n Wärmetauscherrohr/e (40 / 40A, 40B, 40C) und das Niederdruckkältemittel durch das/die zweite/n Wärmetauscherrohr/e (42 / 42A, 42B, 42C) des Wärmetauschers strömt.
Wärmetauscher, insbesondere gemäß Anspruch 6, wobei der Wärmetauscher (10) weiterhin Folgendes umfasst: einen ersten Einlassverteiler (66), der zum Empfang des Hochdruckkältemittelstroms vom System ausgeführt ist; mehrere abgeflachte erste Wärmetauschrohre (40A, 40B, 40C), die mit dem ersten Einlassverteiler (66) zum Empfang des Hochdruckkältemittels daraus verbunden sind, wobei jedes erste Rohr mindestens ein erstes Paar im Wesentlichen paralleler, beabstandeter Rohrstrecken (84, 86) enthält, die durch einen Krümmer im ersten Rohr verbunden sind, wobei die ersten Paare Rohrstrecken im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet sind; einen mit den ersten Rohren zum Auffangen des Hochdruckkältemittelstroms daraus verbundenen ersten Auslassverteiler (68); einen zweiten Einlassverteiler (74), der zum Empfang des Niederdruckkältemittelstroms aus dem System ausgeführt ist; mehrere abgeflachte zweite Wärmetauschrohre (42A, 42B, 42C) zur Leitung des zweiten Fluids durch den Wärmetauscher, wobei jedes zweite Rohr mindestens ein zweites Paar im Wesentlichen paralleler, beabstandeter Rohrstrecken (56, 58) enthält, die durch einen Krümmer im zweiten Rohr verbunden sind, wobei die zweiten Paare Rohrstrecken im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet sind und im Wesentlichen senkrecht zu den ersten Paaren Rohrstrecken (84, 86) verlaufen; und einen zweiten Auslassverteiler (76), der mit den zweiten Rohren (42) zum Auffangen des Niederdruckkältemittelstroms daraus verbunden ist; wobei eine der Rohrstrecken jedes der zweiten Rohre (42) zwischen den Rohrstrecken jedes ersten Paars Rohrstrecken der ersten Rohre (40) angeordnet ist; und eine der Rohrstrecken jedes der ersten Rohre (40) zwischen den Rohrstrecken jedes zweiten Paars Rohrstrecken des zweiten Rohrs (42) angeordnet ist.
Wärmetauscher, insbesondere nach den Ansprüchen 6 und 7, bei dem weiterhin jedes der zweiten Rohre (42A, 42B, 42C) eine zusätzliche Rohrstrecke enthält, die im Wesentlichen parallel zum zweiten Paar Rohrstrecken der zweiten Rohre (42) verläuft und durch einen zusätzlichen Krümmer mit der einen der Rohrstrecken des zweiten Rohrs (42) verbunden ist; und die andere der Rohrstrecken jedes der ersten Rohre (40A, 40B, 40C) zwischen der zusätzlichen Rohrstrecke jedes der zweiten Rohre (42) und der einen der Rohrstrecken jedes der zweiten Rohre (42A, 42B, 42C) angeordnet ist.