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Dokumentenidentifikation DE102005048160A1 12.04.2007
Titel Wärmetauscher
Anmelder Behr GmbH & Co. KG, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Fetzer, Tobias, 89077 Ulm, DE;
Schmadl, Dieter, Dipl.-Ing., 71672 Marbach, DE
DE-Anmeldedatum 06.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005048160
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse F28F 9/00(2006.01)A, F, I, 20051006, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F28D 1/053(2006.01)A, L, I, 20051006, B, H, DE   F25B 39/02(2006.01)A, L, I, 20051006, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit mindestens einer Zuleitung (6) und einer Ableitung (7) für Kältemittel, mindestens einem Sammelbehälter, gebildet durch mindestens einen Sammelkasten (5) und Boden (4), und Rohren (2), welche einen Wärmeübergangsbereich bilden, wobei mindestens einer der Sammelbehälter in seiner Längsrichtung verlängert ausgebildet ist, so dass in einem Bereich des oder der Sammelbehälter keine den Wärmeübergangsbereich bildenden Rohre vorgesehen sind, wodurch mindestens eine Anschlussfläche an dem oder den Sammelbehältern für die Zu- und/oder Ableitung von Kältemittel über Rohre zur Verfügung gestellt ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE 39 00 744 A1 ist ein Kältemittelkondensator bekannt, der aus einer Vielzahl parallel verlaufender Flachrohre und dazwischen angeordneten Wellrippen besteht. Die Enden der Flachrohre sind in entsprechende Öffnungen im Boden eines Anschluss- oder Sammelkastens angeschlossen. Hierbei sind je ein Zu- und ein Ablauf für das den Kältemittelkondensator durchströmende Kältemittel vorgesehen, welche jeweils im Bereich der Oberseite der oberen Sammelkästen, d.h. der den Böden gegenüberliegenden Seite, einstückig mit demselben ausgebildet sind.

Ebenfalls sind Anschlussmöglichkeiten an den Seitenflächen oder an den schmalseitigen Enden der Sammelkästen bekannt. Hierbei kann es jedoch zu Bauraumproblemen auch in Folge der Mindestgröße der Biegeradien der Rohre, insbesondere des das Kältemittel ableitenden Rohres kommen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen, insbesondere einen Wärmetauscher mit geringem Bauraumbedarf. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist ein Wärmetauscher vorgesehen, mit mindestens einer Zuleitung und einer Ableitung für ein Fluid, insbesondere für Kältemittel, mindestens einem Sammelbehälter, gebildet durch mindestens einen Sammelkasten und Boden, und Rohren, vorzugsweise Flachrohren, welche einen Wärmeübergangsbereich bilden, wobei in der Regel Wellrippen zwischen den Flachrohren zur Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche vorgesehen sind. Dabei ist mindestens einer der Sammelbehälter in seiner Längsrichtung verlängert ausgebildet ist, so dass in einem Bereich des oder der Sammelbehälter keine den Wärmeübergangsbereich bildenden Rohre vorgesehen sind, wodurch mindestens eine Anschlussfläche an dem oder den Sammelbehältern für die Zu- und/oder Ableitung von Fluid über Rohre zur Verfügung gestellt ist. In der Anschlussfläche können hierbei Öffnungen für eine direkte Anbringung der Rohre für die Zu- und Ableitung des Fluids vorgesehen sein, so dass eine sehr kompakte, bauraumangepasste Bauform und vorzugsweise auch eine Herstellung in einem einzigen Lötvorgang möglich ist. Alternativ zu einer direkten Anbringung der Rohre für die Zu- und Ableitung am Sammelbehälter kann am Sammelbehälter im Bereich der Anschlussfläche auch ein Flansch für die Anbringung der Rohre vorgesehen sein.

Dabei ragt vorzugsweise mindestens einer der Sammelbehälter in seiner Längsrichtung auf mindestens einer Seite über die den Wärmeübergangsbereich bildenden Rohre hinaus, d.h. auf der Schmalseite des Wärmetauschers, wodurch mindestens eine Anschlussfläche für die Zu- und/oder Ableitung von Fluid über Rohre zur Verfügung gestellt ist.

Die Anschlussfläche ist vorzugsweise am oberen Sammelbehälter ausgebildet, wobei insbesondere die Zu-/Ableitung des Fluids von bzw. nach unten erfolgt. In Folge der Zu-/Ableitung des Fluids parallel zu den den Wärmeübergangsbereich bildenden Rohren wird eine besonders kompakte und volumensparende Bauweise ermöglicht.

Bevorzugt ist die Anschlussfläche am Boden des Sammelbehälters ausgebildet. Dies ermöglicht einen besonders raumsparenden Anschluss der Rohre für die Zu- und/oder Ableitung des Fluids. Ferner sind keine zusätzlichen Bauteile erforderlich, zumindest im Falle eines direkten Anschließens der Rohre für die Zu-/Ableitung des Fluids. Die Einleitung von unten in den Sammelbehälter ermöglicht auch eine gute Ausbildung des Strömungsverlaufs, so dass ein geringer Druckabfall und somit geringe Leistungsverluste durch die Einleitung/Ableitung des Fluidd realisiert werden kann.

Insbesondere bevorzugt ist genau einer der Sammelbehälter, besonders bevorzugt der obere, auf genau einer Seite des Wärmetauschers überstehend ausgebildet, so dass auf dieser Seite der Anschluss des Wärmetauschers erfolgt. Die Rohre für die Zu- und Ableitung des Fluids können hierbei zumindest in einem gewissen Bereich neben dem Wärmetauscher verlaufend angeordnet sein, so dass eine besonders bauraumsparende Ausgestaltung möglich ist. Zudem weist eine derartige Ausgestaltung eine hohe Festigkeit auf. Die Rohre für die Zu- und Ableitung des Fluids müssen bei entsprechender Anordnung des Expansionsorgans nur relativ wenig verformt werden.

Im Boden des Sammelbehälters sind vorzugsweise zwei Öffnungen für die die Zu- bzw. Ableitung bildenden Rohre vorgesehen. Diese Öffnungen weisen bevorzugt Mittelpunkte auf, die in einer Linie senkrecht zur Mittellängsachse des Bodens angeordnet sind. Dabei sind die Mittelpunkte vorzugsweise gleich weit von der Mittellängsachse des Bodens beabstandet. Die Öffnungen können als eine Art Durchzüge ausgebildet sein, so dass die Kontaktfläche der Rohre mit dem Boden relativ groß ist und ein einfaches und sicheres direktes Anlöten der Rohre ermöglicht wird. Ebenso kann in den Öffnungen auch ein Zwischenstück mit Flanschen oder Flansche direkt auf der Außenseite des Bodens angebracht sein.

Insbesondere bevorzugt ist ein dickeres Rohr, welches insbesondere als Ableitung dient, auf der Seite eines Rohranschlusselements, insbesondere eines Expansionsventils, mit dem Boden und ein dünneres Rohr, welches insbesondere als Zuleitung dient, auf der dem Rohranschlusselement abgewandten Seite mit dem Boden verbunden. Dies ermöglicht eine besonders bauraumsparende und gewichtssparende Ausgestaltung, da das Rohr mit dem größeren Durchmesser kürzer ausgebildet ausgeführt werden kann.

Die Rohre sind vorzugsweise mit dem Wärmetauscher direkt verlötet, insbesondere in einem einzigen Arbeitsgang im Rahmen des Verlötens des Wärmetauschers, jedoch kann auch eine mechanische Verbindung (Verpressen) oder ein Verkleben oder Verschweißen mit dem Boden erfolgen.

Diese Ausgestaltung der Anschlüsse ist insbesondere bevorzugt für Wärmetauscher-Bautiefen von 40 bis 65 mm geeignet, jedoch kann die Bautiefe des Wärmetauschers auch kleiner oder größer sein. Insbesondere sind Bautiefen von 45 mm, 50 mm, 55 mm oder 60 mm, jeweils +/– 5 mm, geeignet.

Beim Wärmetauscher handelt es sich vorzugsweise um einen Verdampfer, insbesondere für das Kältemittel R744 (CO2) und/oder R134a.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers gemäß dem Ausführungsbeispiel mit Expansionsventil und Zu- und Ableitung,

2 eine Ansicht der Schmalseite des Wärmetauschers von 1,

3 eine Ansicht von oben auf den Wärmetauscher von 1,

4 eine Seitenansicht des Wärmetauschers von 1, und

5 einen Schnitt entlang Linie A-A von 4.

Ein zweireihiger Verdampfer 1 mit einer Bautiefe von vorliegend 55 mm, der bei Betrieb im Kreuzgegenstrombetrieb von einem Kältemittel, vorliegend von R744 (CO2), durchströmt wird, wobei der Kältemittelstrom dreimal in einer Reihe umgelenkt wird (siehe 3 und 4), weist eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter Flachrohre 2 mit dazwischen angeordneten Wellrippen 3 auf, welche einen Wärmeübergangsbereich bilden. Die Flachrohre 2 ragen mit ihren Enden in Öffnungen, die in Böden 4 vorgesehen sind, welche mit den Böden 4 verbundene Sammelkästen 5 verschließen. Hierbei wird im Folgenden auf die Böden 4 in Verbindung mit den Sammelkästen 5 als Sammelbehälter Bezug genommen.

Ferner ist eine Zuleitung 6, durch welche Kältemittel in den Verdampfer 1 gelangt, und eine Ableitung 7, durch welche das Kältemittel aus dem Verdampfer 1 gelangt vorgesehen, welche in ein Expansionsorgan 8 münden und den Verdampfer 1 in einen nicht näher dargestellten Kältemittelkreislauf einbinden.

Der obere Sammelbehälter, d.h. der obere Sammelkasten 5 und der obere Boden 4, sind vorliegend länger ausgebildet als der untere Sammelbehälter, dessen Breite etwa der Breite des Wärmeübergangsbereichs entspricht. Im überstehenden Teil des Bodens 4 sind zwei kreisförmige Öffnungen mit jeweils einem Durchmesser, welcher dem Außendurchmesser des entsprechenden Rohres entspricht, für die Aufnahme der Zu- und der Ableitung 6, 7 vorgesehen, wie aus 5 ersichtlich (Anschlussbereich). Der Sammelkasten 5 ist auf der entsprechenden Seite in Verlängerung des auf herkömmliche Weise ausgestalteten benachbarten Bereichs auch mittig geteilt ausgebildet, so dass kein Kältemittel zwischen den getrennten Bereichen überströmen kann. Vorliegend ist das dickere Rohr der Ableitung 7 auf der Seite des Expansionsventils 8 mit dem Boden 4 verbunden, während das dünnere Rohr der Zuleitung 6 auf der hinteren Seite mit dem Boden 4 verbunden ist (siehe 4). Die Öffnungsmitten der beiden kreisförmigen Öffnungen liegen in einer Linie senkrecht zur Mittellängsachse des Bodens 4 und vorliegend im gleichen Abstand von der Mittellängsachse.

Eine weitere – nicht näher in der Zeichnung dargestellte – Bauform ergibt sich, wenn zumindest eine Zuleitung und/oder zumindest eine Ableitung in einem zwischenliegenden Bereich, wie insbesondere in der Mitte des Sammelbehälters, angeordnet ist. Das kann dadurch realisiert werden, dass in einem entsprechenden Bereich, in dem die Ableitung und/oder Zuleitung vorgesehen ist, keine Flachrohre bzw. Wellrippen angeordnet sind. Neben dem Anschlussbereich von Zuleitung bzw. Ableitung sind dann auf beiden Seiten Flachrohre mit Wellrippen angeordnet.

Bei entsprechender Ausgestaltung der Sammelbehälter und Führung des Kältemittels kann im Falle einer inneren, insbesondere einer mittigen Anordnung, des Anschlussbereichs der dem Anschlussbereich gegenüberliegende Sammelbehälter auch im entsprechenden Bereich ohne Flachrohre geteilt ausgebildet sein, so dass besondere Bedürfnisse in Hinblick auf den Bauraum berücksichtigt werden können, welche ansonsten zwei vollständig getrennte Wärmetauscher erfordert hätten.


Anspruch[de]
Wärmetauscher mit mindestens einer Zuleitung (6) und einer Ableitung (7) für ein Fluid, mindestens einem Sammelbehälter, gebildet durch mindestens einen Sammelkasten (5) und Boden (4), und Rohren (2), welche einen Wärmeübergangsbereich bilden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Sammelbehälter in seiner Längsrichtung verlängert ausgebildet ist, so dass in einem Bereich des oder der Sammelbehälter keine den Wärmeübergangsbereich bildenden Rohre vorgesehen sind, wodurch mindestens eine Anschlussfläche an dem oder den Sammelbehältern für die Zu- und/oder Ableitung von Fluid über Rohre zur Verfügung gestellt ist. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Sammelbehälter in seiner Längsrichtung auf mindestens einer Seite über die den Wärmeübergangsbereich bildenden Rohre hinausragt, wodurch mindestens eine Anschlussfläche für die Zu- und/oder Ableitung von Fluid über Rohre zur Verfügung gestellt ist. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussfläche am oberen Sammelbehälter ausgebildet ist. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussfläche am Boden (4) des Sammelbehälters ausgebildet ist. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genau einer der Sammelbehälter auf genau einer Seite des Wärmetauschers übersteht. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Boden (4) des Sammelbehälters zwei Öffnungen für die die Zu- bzw. Ableitung bildenden Rohre vorgesehen sind. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte der Öffnungen in einer Linie senkrecht zur Mittellängsachse des Bodens (4) angeordnet sind. Wärmetauscher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte gleich weit von der Mittellängsachse des Bodens (4) beabstandet sind. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Zu- bzw. Ableitung bildenden Rohre direkt mit dem Boden (4) des Wärmetauschers verbunden sind. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dickeres Rohr (7), welches insbesondere als Ableitung dient, auf der Seite eines Rohranschlusselements (8), insbesondere eines Expansionsventils, mit dem Boden (4) und ein dünneres Rohr (6), welches insbesondere als Zuleitung dient, auf der dem Rohranschlusselement (8) abgewandten Seite mit dem Boden (4) verbunden ist. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre durch Flachrohre gebildet sind. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den die Wärmeübertragungsfläche bildenden Rohren Wellrippen angeordnet sind. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher einschließlich der Rohre für die Zu- und Ableitung verlötet ist. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher ein Verdampfer (1), insbesondere für das Kältemittel R744 (CO2) und/oder R134a, ist.






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