Die Erfindung betrifft einen Sicherheitswärmetauscher für ein Klimasystem und ein Klimasystem mit einem solchen Wärmetauscher. Die Erfindung betrifft insbesondere ein sogenanntes Klimagerät, das zum Kühlen von Innenräumen von Caravans, Booten, etc. geeignet ist. Die Erfindung kann aber auch zur Raumklimatisierung von Wohnungen oder Gebäuden verwendet werden.

Solche Klimageräte sind beispielsweise aus der WO 2007/042065 A1 bekannt. Ihre Funktion wird nachfolgend anhand von Figur 1 erläutert.

Ein Verdichter 1 verdichtet ein gasförmiges Kältemittel, das über eine Kältemittelleitung 2 zu einem Umgebungsluft-Wärmetauscher 3 transportiert wird, der ein Kondensator ist, wenn das Klimagerät zum Kühlen von Raumluft verwendet wird. Im Umgebungsluft-Wärmetauscher 3 kondensiert das Kältemittel, indem ein Teil der in ihm gespeicherten Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird. Hierfür ist ein Umgebungsluft-Gebläse 4 vorgesehen, das Luft über einen Einlass 5 ansaugt und über einen Auslass 6 an die Umgebung abgibt.

Das im Umgebungsluft-Wärmetauscher 3 verflüssigte Kältemittel wird über eine Kühlmittelleitung 7 zu einer Expansionsvorrichtung 8 geführt, beispielsweise einer Drossel.

Beim Entspannen geht das Kältemittel in den dampfförmigen Zustand über. Gleichzeitig verringert sich die Temperatur des Kältemittels. Das expandierte Kältemittel wird in einen Klimatisierungs-Wärmetauscher 9 eingebracht, der als Verdampfer arbeitet, wenn das Klimagerät zum Kühlen von Raumluft verwendet wird.

Die Raumluft für den zu klimatisierenden Raum wird durch den Raumluft- Wärmetauscher 9 geleitet. Hierzu kann ein Raumluft-Gebläse 10 verwendet werden, das die Raumluft durch einen Lufteinlass 1 1 ansaugt, durch den Raumluft-Wärmetauscher 9 führt und über einen oder mehrere Raumluftauslässe 12 wieder zurück in den zu klimatisierenden Raum leitet.

Bei der Raumluft, die durch den Raumluft-Wärmetauscher 9 geleitet wird, kann es sich um Frischluft, um Luft, die im Umluftverfahren dem zu klimatisierenden Raum entnommen wurde, oder um eine Mischung daraus handeln.

Vom Raumluft-Wärmetauscher 9 wird das Kältemittel über eine Kältemittelleitung 14 zurück zum Verdichter geführt, wo es erneut komprimiert wird.

Dieses Klimasystem kann nicht nur als Klimaanlage zum Kühlen von Raumluft verwendet werden, sondern auch als Wärmepumpe zum Erwärmen von Raumluft.

Als Kältemittel werden üblicherweise sogenannte Sicherheitskältemittel (beispielsweise R134a) verwendet, also Kältemittel auf der Basis von halogenierten Kohlenwasserstoffen. Aus Umweltschutzgesichtspunkten gibt es in jüngster Zeit vermehrt das Bestreben, Kältemittel mit einem niedrigen Treibhauspotential zu verwenden, beispielsweise Propan oder R32. Da Propan und R32 jedoch brennbar sind, können sie aus Sicherheitsgründen in einer herkömmlichen Klimaanlage nicht eingesetzt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Klimaanlage zu schaffen, bei der brennbare und/oder toxische Kältemittel eingesetzt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Wärmetauscher für ein Klimasystem vorgesehen, mit mindestens einem Kältemittelrohr, das sich durch einen Luftführungskanal erstreckt, und mindestens einem Sicherheitsrohr, das das Kältemittelrohr innerhalb des Luftführungskanals umgibt. Das Sicherheitsrohr gewährleistet, dass im eventuellen Falle einer Undichtigkeit das Kältemittel nicht in den Luftführungskanal und von dort in den zu klimatisierenden Raum eintreten kann, sondern vom Sicherheitsrohr aufgefangen wird. Auf diese Weise ist ein Sicherheitswärmetauscher geschaffen, in dem Kältemittel, die brennbar und/oder toxisch sind, verwendet werden können, ohne dass im Falle einer Leckage das Risiko besteht, dass ausströmendes Kältemittel über die Raumluft in Räume gelangt, in denen sich Personen aufhalten. Somit können sich dort keine gefährlichen (brennbaren und/oder toxischen) Luftgemische bilden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sicherheitsrohr außerhalb des Luftführungskanals zur Umgebung geöffnet ist. Somit kann das Kältemittel, falls es zu einem Defekt kommt, gezielt zu einem Bereich außerhalb des zu klimatisierenden Raumes hin abgeführt werden.

Grundsätzlich ist gemäß einer alternativen Ausgestaltung auch denkbar, dass das Sicherheitsrohr in einem geschlossenen System endet, dem ein Sensor zugeordnet ist. Dieser spricht an, wenn sich im Sicherheitsrohr Kältemittel befindet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Sicherheitsrohr und das Kältemittelrohr in gut wärmeleitender Verbindung stehen. Hierdurch wird eine gute Wärmeübertragung vom Kältemittel über das Kältemittelrohr und das Sicherheitsrohr auf die durch den Luftführungskanal strömende, zu kühlende Luft gewährleistet.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Sicherheitsrohr und das Kältemittelrohr aneinander anliegen. Somit ergibt sich eine gute Wärmeübertragung durch Wärmeleitung.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sicherheitsrohr auf seiner Innenseite und/oder das Kältemittelrohr auf seiner Außenseite aufgeraut ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Sicherheitsrohr auf seiner Innenseite und/oder das Kältemittelrohr auf seiner Außenseite mit mindestens einem Abfuhrkanal versehen ist. Mittels der Oberflächenrauigkeit bzw. des Abfuhrkanals wird sichergestellt, dass das Kältemittel im Falle einer Undichtigkeit aus dem Bereich zwischen Sicherheitsrohr und Kältemittelrohr seitlich heraus geleitet werden kann.

Der Abfuhrkanal kann durch mindestens eine Nut oder Rille in der Außenfläche des Kältemittelrohres und/oder der Innenfläche des Sicherheitsrohres gebildet sein. Der Abfuhrkanal kann auch durch unterschiedliche Geometrien und/oder Oberflächenbeschaffenheiten der Außenfläche des Kältemittelrohres und der Innenfläche des Sicherheitsrohres gebildet sein, beispielsweise ein leicht ovales Kältemittelrohr, das in einem runden Sicherheitsrohr angeordnet ist, oder umgekehrt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Luftführungskanal durch Außenwände (sogenannte„Endplates") abgegrenzt ist, durch die hindurch sich mehrere Kältemittelrohre erstrecken, durch die das Kältemittel fließen kann, und dass die die Kältemittelrohre umgebenden Sicherheitsrohre außerhalb des Luftführungskanals zur Umgebung geöffnet sind. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich ein mechanisch einfacher Aufbau.

Vorzugsweise steht das Sicherheitsrohr mit Wärmeübertragerrippen in Verbindung. Die Wärmeübertragerrippen vergrößern die Oberfläche, die zur Wärmeübertragung von der durch den Luftströmungskanal strömenden Luft zum Kältemittel hin zur Verfügung steht.

Um eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen dem Sicherheitsrohr und dem Kältemittelrohr zu gewährleisten, kann vorgesehen sein, dass das Kältemittelrohr und das Sicherheitsrohr mittels einer Preßpassung aneinander anliegen. Diese kann dadurch erzielt werden, dass für das Kältemittelrohr ein Außendurchmesser gewählt wird, der geeignet größer ist als der Innendurchmesser des Sicherheitsrohres, und das Kältemittelrohr in das Sicherheitsrohr eingeschoben wird. Hierbei kann auch das Sicherheitsrohr aufgeweitet werden, so dass sich eine gut wärmeleitende Verbindung mit vorher aufgeschobenen Wärmeübertragungsrippen ergibt.

Die Preßpassung kann auch dadurch erhalten werden, dass das Sicherheitsrohr erwärmt und/oder das Kältemittelrohr abgekühlt wird, bevor die Rohre ineinander montiert werden. Es ist auch möglich, das Kältemittelrohr, nachdem es innerhalb des Sicherheitsrohres angeordnet wurde, unter einen hohen Innendruck zu setzen, so dass es sich aufweitet und dabei plastisch verformt.

Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kältemittelrohr und das Sicherheitsrohr einstückig miteinander ausgeführt sind. Hierdurch werden Trennstellen vermieden, die für die Wärmeleitung nachteilig wären.

Gemäß einer Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass das Kältemittelrohr und das Sicherheitsrohr Abschnitte eines Strangpreßprofilteils sind. Auf diese Weise können die beiden Rohre in gut wärmeleitender Verbindung und mit der gewünschten Geometrie hergestellt werden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Kältemittelrohr und dem Sicherheitsrohr ein gut wärmleitendes Material angeordnet ist, welches mindestens einen Gasleitungskanal definiert. Bei dem gut wärmeleitenden Material kann es beispielsweise um ein poröses Material handeln, durch das hindurch eventuell ausströmendes Kältemittel geleitet wird. Als gut wärmeleitendes Material kann beispielsweise Graphit verwendet werden.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist erfindungsgemäß auch ein Klimasystem mit einem Verdichter, einem Umgebungs-Wärmetauscher und einem Raumluft- Wärmetauscher der vorstehend genannten Art vorgesehen. Hinsichtlich der sich ergebenden Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:

- Figur 1 schematisch einen Kältemittelkreislauf;

- Figur 2 in einer teilgeschnittenen Draufsicht ein Klimasystem;

- Figur 3 in einer schematischen, perspektivischen Ansicht einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher;

- Figur 4 in einer schematischen Schnittansicht einen Teil eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;

- Figur 5 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt V von Fig. 4;

- Figur 6 einen Teil eines Kältemittelrohres gemäß einer alternativen Ausgestaltung; und

- Figur 7 in einer schematischen Schnittansicht eine weitere Ausführungsform eines Kältemittelrohres mit Sicherheitsrohr.

In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßes Klimasystem mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitswärmetauscher 9 gezeigt. Der Raumluft-Wärmetauscher 9 weist eine Vielzahl von Kältemittelrohren 20 auf, die sich zwischen einander gegenüberliegenden Außenwänden 22 des Wärmetauschers erstrecken. Mehrere der einzelnen Kältemittelrohre 20 sind mittels Rohrbögen 24 in Reihe geschaltet (siehe auch Figur 3). Je nach gewünschter Betriebsart können alle Kältemittelrohre hintereinander geschaltet sein (einflutiger Betrieb), oder es können Pakete von hintereinandergeschalteten Kältemittelrohren parallelgeschaltet werden (mehrflutiger Betrieb).

Zwischen den Außenwänden 22 und durch den Bereich, in dem sich die Kältemittelrohre befinden, ist ein Raumluftführungskanal L definiert, durch den die Raumluft strömt, die mit dem Raumluft-Wärmetauscher 9 klimatisiert werden soll.

Die Kältemittelrohre 20 erstrecken sich durch die Außenwände 22 bis außerhalb des Bereichs des Luftführungskanals zwischen den Außenwänden 22. Somit liegen auch die Lötstellen, mittels denen die Rohrbögen 24 mit den Kältemittelrohren 20 verbunden sind, außerhalb des Luftführungskanals.

Die Außenwände 22 des Wärmetauschers 9 sind hier dicht in einer Seitenwand 15 eines Gehäuses 16 des Klimasystems aufgenommen. Hierzu ist auch eine Dichtung 17 vorgesehen. Auf diese Weise ist ein Raumluftbereich 18 dicht von einem Umgebungsluftbereich 19 getrennt. Jedes Kältemittelrohr 20 ist von einem Sicherheitsrohr 26 umgeben. Die Sicherheitsrohre 26 erstrecken sich dabei ebenfalls durch die Außenwände 22. Wie insbesondere in den Figuren 3 und 4 zu sehen ist, liegen die Enden der Sicherheitsrohre 26 außerhalb der Außenwände 22 offen. Der Durchtritt der Sicherheitsrohre 26 durch die Außenwände ist abgedichtet ausgeführt. Somit sind die Sicherheitsrohre 26 zum Umgebungsluftbereich 19 offen und vom dem Raumluftbereich 18 hermetisch getrennt.

Die Kältemittelrohre 20 stehen mit den Sicherheitsrohren 26 in einer gut wärmeleitenden Verbindung. Anders als in der schematischen Darstellung von Figur 4 gezeigt, liegt die Außenfläche der Kältemittelrohre 20 an der Innenfläche der Sicherheitsrohre 26 an (siehe Figur 5).

Um zu gewährleisten, dass Kältemittel, das im Falle einer Undichtigkeit aus dem Kältemittelrohr 20 entweicht, in axialer Richtung zwischen dem Kaltemittelrohr 20 und dem Sicherheitsrohr 26 in den Umgebungsluftbereich 19 abgeführt werden kann, sind zwischen dem Kaltemittelrohr 20 und dem Sicherheitsrohr 26 geeignete Gestaltungen vorgesehen. Ein Beispiel ist ein spiralförmig umlaufender Abfuhrkanal 28, wie er in Figur 5 gezeigt ist, oder ein oder mehrere sich in Längsrichtung erstreckende Abfuhrkanäle.

Bei dem in Figur 5 gezeigten Beispiel ist der Abfuhrkanal 28 in der Außenfläche des Kältemittelrohres 20 vorgesehen. Es ist genauso gut möglich, dass der Abfuhranal 28 auf der Innenfläche des Sicherheitsrohres 26 vorgesehen ist. Eine alternative Ausgestaltung ist in Figur 6 gezeigt. Dort ist das Kältemittelrohr 20 auf seiner Außenseite mit einer Kreuzrändelung 30 versehen. Die Kreuzrändelung gewährleistet, dass sehr feine Strömungskanäle zwischen der Außenseite des Kältemittelrohres 20 und der Innenseite des Sicherheitsrohres 26 vorhanden sind, auch wenn die Innenseite des Sicherheitsrohres 26 fest an der Außenseite des Kältemittelrohres 20 anliegt.

Auf die Sicherheitsrohre 26 sind in an sich bekannter Weise mehrere Wärmeübertragungsrippen 32 aufgesetzt, die insgesamt ein Rippenpaket 34 bilden.

Für eine gute Wärmeübertragung vom Kältemittel über das Kältemittelrohr 20 auf das Sicherheitsrohr 26 und von dort zu den Wärmeübertragungsrippen 32 ist es wichtig, dass eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen dem Kältemittelrohr 20 und dem Sicherheitsrohr 26 etabliert ist. Zu diesem Zweck liegt die Außenfläche des Kältemittelrohres 20 fest an der Innenfläche des Sicherheitsrohres 26 an. Der gewünschte innige Kontakt kann beispielweise dadurch erzielt werden, dass zunächst ein Kältemittelrohr 20 mit einem Außendurchmesser bereit gestellt wird, der geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Sicherheitsrohres 26 ist. Nachdem die beiden Rohre ineinander gesteckt sind, wird das Kältemittelrohr 20 so aufgeweitet, dass es fest an der Innenfläche des Sicherheitsrohres 26 anliegt.

Hierzu kann innerhalb des Kältemittelrohres 20 ein hoher Druck aufgebaut werden, der das Kältemittelrohr 20 aufweitet und dabei plastisch verformt. Die Eigenschaften der beiden Rohre sind dabei so aneinander angepasst, dass sich beim Aufweiten des Kältemittelrohres 20 dort eine geeignete plastische Verformung einstellt, die auch unter Berücksichtigung der unvermeidlichen Rückfederung, wenn der Innenhochdruck abgebaut wird, zum gewünschten engen mechanischen Kontakt zwischen der Außenseite des Kältemittelrohres 20 und der Innenseite des Sicherheitsrohres 26 führt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Sicherheitsrohr geeignet erwärmt und/oder das Kältemittelrohr 20 geeignet abgekühlt wird, bevor die Rohre ineinander geschoben werden. Wenn dann die Rohre wieder ihre Ausgangstemperatur haben, ergibt sich aufgrund der Wärmeausdehnung der gewünschte mechanische Kontakt zwischen dem Kältemittelrohr 20 und dem Sicherheitsrohr 26.

Es können auch zwei Rohre verwendet werden, zwischen denen ein Ringraum verbleibt. Dieser wird mit einem gut wärmeleitenden Material gefüllt, das gleichzeitig einen Gasdurchsatz ermöglicht, beispielsweise aufgrund von Porosität. Ein geeignetes Material ist beispielsweise Graphit.

In Figur 7 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei der das Sicherheitsrohr 26 der äußere Abschnitt eines Strangpreßprofilteils 40 und das Kältemittelrohr 20 den inneren Abschnitt darstellt. Das Kältemittelrohr 20 und das Sicherheitsrohr 26 sind hier durch Stege 42 miteinander verbunden, so dass sich eine gute Wärmeleitung vom Kältemittelrohr 20 zum Sicherheitsrohr 26 ergibt.