DE10039386B4 - Doppelter Wärmetauscher für Fahrzeugklimaanlage - Google Patents
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Abstract
Wärmetauscher (100), der mit einem ersten und einem zweiten Wärme-Freisetzungselement (200, 210) verbunden ist, wobei der Wärmetauscher (100), durch den hindurch Luft strömt, umfasst: einen ersten Wärmetauscher (110) mit einer Vielzahl von ersten Röhrchen (111), eingerichtet zur Durchströmung durch ein erstes Fluid und zur Durchführung eines Wärmeaustausches zwischen einem ersten Fluid, das durch den ersten Wärmetauscher (110) hindurch strömt, und Luft, die durch den ersten Wärmetauscher (110) hindurch strömt, zum Kühlen des ersten Fluids, wobei das mittels des ersten Wärmetauschers (110) gekühlte erste Fluid in das erste Wärme-Freisetzungselement (200) eingeführt wird; einen zweiten Wärmetauscher (120) mit einer Vielzahl von zweiten Röhrchen (121), eingerichtet zur Durchströmung durch das erste Fluid und zur Durchführung eines Wärmeaustausches zwischen dem ersten Fluid, das durch den zweiten Wärmetauscher (120) hindurch strömt, und Luft, die durch den zweiten Wärmetauscher (120) hindurch strömt, zum Kühlen des ersten Fluids auf eine Temperatur niedriger als diejenige des ersten Fluids, das in das erste Wärme-Freisetzungselement (200) eingeführt wird, wobei der zweite Wärmetauscher (120) eingerichtet ist, das mittels des zweiten Wärmetauschers (120) gekühlte erste Fluid in Richtung zu dem zweiten Wärme-Freisetzungselement (210) hin abzugeben; und einen dritten Wärmetauscher (170) mit einer Vielzahl dritter Röhrchen (151), eingerichtet zur Durchströmung durch Kältemittel, der an der luftstromaufwärtigen Seite des ersten und des zweiten Wärmetauschers (110, 120) angeordnet ist, und der zum Kühlen und Kondensieren des Kältemittels mittels Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kältemittel und Luft eingerichtet ist, die durch diesen hindurch strömt, wobei, die ersten bis dritten Röhrchen (111, 121, 151) sich in horizontaler Richtung erstrecken, wobei der dritte Wärmetauscher (170) einen Kondensatorkern (150), der ein Hochdruck-Kältemittel in dem Kühlzyklus kühlt und kondensiert, und einen Kühler (160) aufweist, der das von dem Kondensatorkern (150) aus abgegebene Kältemittel kühlt, wobei mindestens ein Teil des zweiten Wärmetauschers (120) dem Kühler (160) gegenüberliegend angeordnet ist, der erste Wärmetauscher (110) dem Kondensatorkern gegenüberliegend angeordnet ist, ...
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Wärmetauscher und insbesondere einen doppelten Wärmetauscher, der mehrere Wärmetauscher, beispielsweise als einen Kühler und einen Kondensator für eine Fahrzeugklimaanlage aufweist. Die vorliegende Erfindung findet in geeigneter Weise Anwendung bei einem Hybridfahrzeug, das durch einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor schaltbar angetrieben ist oder hauptsächlich durch den Elektromotor angetrieben ist, während der Verbrennungsmotor zur Erzeugung von Elektrizität verwendet wird.
- In herkömmlicher Weise besitzt ein Hybridfahrzeug einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor, und ist es notwendig, den Verbrennungsmotor und elektronische Teile des Fahrzeugs, wie beispielsweise einen Inverter, der den Motor regelt, zu kühlen. Im Allgemeinen wird das Motorkühlmittel zum Kühlen des Verbrennungsmotors mittels eines Kühlers gekühlt, um eine Temperatur von 100–110°C und weniger aufzuweisen. Wenn die elektronischen Teile mittels des Kühlmittels gekühlt werden, muss das Kühlmittel (nachfolgend bezeichnet als Kühlmittel der elektronischen Teile) mittels des Kühlers gekühlt werden, um eine Temperatur niedriger als diejenige des Motorkühlmittels, beispielsweise von 60–70°C und weniger, aufzuweisen.
- Bei einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kühlzyklus liegt die maximale Temperatur des Kühl- bzw. Kältemittels bei etwa 80–90°C, was niedriger ist als die Temperatur des Motorkühlmittels. Daher ist ein Kondensator des Kühlzyklusses, der Hochdruck-Kühl- bzw. Kältemittel in dem Zyklus kondensiert, an der luftstromaufwärtigen Seite des Kühlers angeordnet. Die Differenz zwischen der Temperatur von Luft, die durch den Kondensator hindurch getreten ist, und der Temperatur des Kühlmittels der elektronischen Teile, das in den Kühler einströmt, ist kleiner als die Differenz zwischen der Temperatur von Luft, die durch den Kondensator hindurch geströmt ist, und der Temperatur des Motorkühlmittels, das in den Kühler einströmt. Daher kann es sein, dass dann, wenn das Kühlmittel der elektronischen Teile, das durch den Kühler hindurch geströmt ist, einen Wärmeaustausch mit Luft, die durch den Kondensator hindurch getreten ist, erfährt, das Kühlmittel der elektronischen Teile ungenügend gekühlt wird. Als eine Folge kann es sein, dass die elektronischen Teile durch das Kühlmittel der elektronischen Teile ungenügend gekühlt werden. Die elektronischen Teile können genügend gekühlt werden, wenn die Fläche der Kühlung des Kühlers, der das Kühlmittel der elektronischen Teile kühlt, vergrößert ist. In einem solchen Fall ist jedoch die Größe des Kühlers vergrößert.
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US 5 176 200 A beschreibt einen Wärmetauscher mit mehreren hintereinander angeordneten Wärmetauschkernen. Durch die Wärmetauschkerne strömt das gleiche Fluid, nämlich Kältemittel. -
US 4 651 816 A beschreibt einen modular aufgebauten Wärmetauscher mit mehreren Wärmetauschern. Bei diesem Aufbau erstrecken sich Rohre von zwei Wärmetauschern vertikal und damit senkrecht zu den Rohren eines dritten Wärmetauschers. -
US 5 186 246 A beschreibt eine Kombination eines Radiators mit einem Kondensor. -
US 5 526 873 A beschreibt einen Wärmetauscher für mehrere Kühlkreisläufe, welche das gleiche Kühlmittel verwenden. -
DE 41 42 023 A1 beschreibt einen komplexen Wärmetauscher mit horizontalen Rohren, bei welchem eine Wärmetauschereinheit vorgesehen ist, bei der ein standardisiertes Bauteil die Wärmetauscher mit einfachen Montagemitteln aufnimmt. -
EP 0 855 566 A2 beschreibt einen integrierten Wärmetauscher, der zwischen einem Paar von Wasserkästen einen Radiator mit einem Kern aufweist. Ferner ist ein Kondensator vorgesehen, der neben dem Kühler angeordnet ist. Der Wärmetauscher enthält Trennwände, die das Innere eines Paares von Kondensatorbehältern trennen, um dadurch Fluidkammern zu schaffen. - In Hinblick auf die vorstehend angegebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher zu schaffen, der ein Wärme-Freisetzungselement ohne Vergrößerung der Größe des Wärmetauschers genügend kühlt.
- Diese Aufgabe wird durch den Wärmetauscher mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen und durch den Wärmetauscher mit den im Anspruch 5 genannten Merkmalen gelöst.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt ein Wärmetauscher einen ersten, einen zweiten und einen dritten Wärmetauscher, und ist er mit einem ersten und mit einem zweiten Wärme-Freisetzungselement verbunden. Der erste Wärmetauscher führt einen Wärmeaustausch zwischen einem ersten Fluid, das durch den ersten Wärmetauscher hindurch strömt, und Luft, die durch den ersten Wärmetauscher hindurch strömt, durch, um das erste Fluid zu kühlen. Das erste Fluid, das mittels des ersten Wärmetauschers gekühlt wird, wird in das erste Wärme-Freisetzungselement eingeführt. Der zweite Wärmetauscher führt einen Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid, das durch den zweiten Wärmetauscher hindurch strömt, und Luft, die durch den zweiten Wärmetauscher hindurch strömt, durch, um das erste Fluid auf eine Temperatur niedriger als diejenige des ersten Fluids zu kühlen, das in das erste Wärme-Freisetzungselement eingeführt wird. Der zweite Wärmetauscher gibt das erste Fluid, das mittels des zweiten Wärmetauschers gekühlt worden ist, in Richtung zu dem zweiten Wärme-Freisetzungselement hin ab. Der dritte Wärmetauscher ist an der luftstromaufwärtigen Seite des ersten und des zweiten Wärmetauschers angeordnet, um einen Wärmeaustausch zwischen einem zweiten Fluid, das durch den dritten Wärmetauscher hindurch strömt, und Luft, die durch den dritten Wärmetauscher hindurch strömt, durchzuführen. Das zweite Fluid besitzt eine Temperatur niedriger als diejenige des ersten Fluids, das durch den ersten und den zweiten Wärmetauscher hindurch strömt. Mindestens ein Teil des zweiten Wärmetauschers ist einem Bereich des dritten Wärmetauschers gegenüberliegend angeordnet, der eine stromabwärtige Strömung des zweiten Fluids aufnimmt bzw. enthält, sodass Luft, die durch den Bereich des dritten Wärmetauschers hindurch geströmt ist, durch den zweiten Wärmetauscher hindurch strömt.
- Wenn der dritte Wärmetauscher ein Kondensator ist, besitzt das zweite Fluid an der stromabwärtigen Seite eine Temperatur niedriger als an der stromaufwärtigen Seite in dem dritten Wärmetauscher. Daher besitzt Luft, die durch den Bereich des dritten Wärmetauschers, der den stromabwärtigen Strom des zweiten Fluids aufnimmt, hindurch getreten ist, eine Temperatur niedriger als diejenige der Luft, die durch den anderen Bereich des dritten Wärmetauschers hindurch getreten ist. Als eine Folge ist die Differenz zwischen der Temperatur der Luft, die durch den zweiten Wärmetauscher hindurch geströmt ist, und der Temperatur des ersten Fluids, das durch den zweiten Wärmetauscher hindurch strömt, vergrößert. Daher ist das erste Fluid, das durch den zweiten Wärmetauscher hindurch strömt, genügend gekühlt, und ist das zweite Wärme-Freisetzungselement durch das erste Fluid ohne Vergrößerung der Größe des zweiten Wärmetauschers genügend gekühlt.
- In bevorzugter Weise besitzt der dritte Wärmetauscher einen Kondensatorkern, der das Kältemittel eines Kühlzyklusses kondensiert, und einen Kühler, der das von dem Kondensatorkern aus abgegebene Kältemittel kühlt. Mindestens ein Teil des zweiten Wärmetauschers ist dem Kühler gegenüberliegend angeordnet, sodass Luft, die durch den Kühler hindurch geströmt ist, durch den zweiten Wärmetauscher hindurch strömt. Weil die Menge der von dem Kühler abgestrahlten Wärme geringer als diejenige des Kondensatorkerns ist, ist die Differenz zwischen der Temperatur der Luft, die durch den zweiten Wärmetauscher hindurch strömt, und der Temperatur des ersten Fluids, das durch den zweiten Wärmetauscher hindurch strömt, vergrößert. Als eine Folge ist das erste Fluid, das durch den zweiten Wärmetauscher hindurch strömt, genügend gekühlt.
- Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich leichter und deutlicher auf Grund eines besseren Verständnisses von bevorzugten Ausführungsformen, die weiter unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen zeigen:
-
1 eine schematische perspektivische Ansicht mit der Darstellung eines doppelten Wärmetauschers einer Fahrzeugklimaanlage gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; -
2 eine schematische perspektivische Ansicht mit der Darstellung des doppelten Wärmetauschers gemäß der ersten Ausführungsform; -
3 ein Blockdiagramm mit der Darstellung des Kühlkreises des doppelten Wärmetauschers gemäß der ersten Ausführungsform; -
4 eine schematische perspektivische Teilansicht mit der Darstellung des doppelten Wärmetauschers gemäß der ersten Ausführungsform; -
5 eine schematische perspektivische Ansicht mit der Darstellung eines doppelten Wärmetauschers für eine Fahrzeugklimaanlage gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
6 ein Blockdiagramm mit der Darstellung des Kühlkreises des doppelten Wärmetauschers gemäß der zweiten Ausführungsform; -
7 eine schematische perspektivische Ansicht mit der Darstellung eines doppelten Wärmetauschers für eine Fahrzeugklimaanlage gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
8 ein Blockdiagramm mit der Darstellung des Kühlkreises des doppelten Wärmetauschers gemäß der dritten Ausführungsform; -
9 eine schematische perspektivische Ansicht mit der Darstellung eines doppelten Wärmetauschers für eine Fahrzeugklimaanlage gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
10 ein Blockdiagramm mit der Darstellung des Kühlkreises eines doppelten Wärmetauschers für eine Fahrzeugklimaanlage gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
- (Erste Ausführungsform)
- Zunächst wird eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf
1 –4 beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform findet die vorliegende Erfindung Anwendung bei einem doppelten Wärmetauscher100 für eine Fahrzeugklimaanlage für ein Hybridfahrzeug. In1 ist der Wärmetauscher100 von der luftstromaufwärtigen Seite aus in Hinblick auf Luft betrachtet, die durch den Wärmetauscher100 hindurch strömt. In2 ist der Wärmetauscher100 von der luftstromaufwärtigen Seite aus betrachtet. - Wie in
1 dargestellt ist, besitzt der Wärmetauscher100 einen ersten Kühler110 , der einen Wärmeaustausch zwischen Motorkühlmittel, das in einen Motor200 (nicht dargestellt) des Fahrzeugs zum Kühlen des Motors200 hindurch einströmt, und Luft durchführt, die durch den ersten Kühler110 hindurch strömt, sodass das Motorkühlmittel gekühlt wird. Der erste Kühler110 besitzt mehrere erste Kühlerröhrchen111 , durch die hindurch Motorkühlmittel strömt, mehrere gewellte Rippen112 , die je zwischen benachbarten ersten Kühlerröhrchen111 zur Erleichterung des Wärmeaustauschs zwischen dem Motorkühlmittel und der Luft angeordnet sind, und einen ersten Kühler-Einlassbehälter113 und einen ersten Kühler-Auslassbehälter114 , die an dem linken bzw. dem rechten Ende des Strömungswegs der erste Röhrchen111 angeordnet sind, um mit den ersten Röhrchen111 in Verbindung zu stehen. - Das Motorkühlmittel, das von dem Motor
200 aus abgegeben wird, strömt in den ersten Kühler-Einlassbehälter113 von einem Einlass115 des Behälters113 aus ein und wird an jedes der ersten Kühlerröhrchen111 verteilt. Nach dem Wärmeaustausch mit zu kühlender Luft wird das Motorkühlmittel, das durch die ersten Kühlerröhrchen111 hindurch strömt, in den ersten Kühler-Auslassbehälter114 gesammelt und in Richtung zu dem Motor200 hin durch einen Auslass116 des Behälters114 hindurch abgegeben. - Der Wärmetauscher
100 besitzt auch einen zweiten Kühler120 , der einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel der elektronischen Teile zum Kühlen25 der elektronischen Teile210 des Fahrzeugs und Luft, die durch den zweiten Kühler120 hindurch strömt, durchführt, sodass das Kühlmittel der elektronischen Teile gekühlt wird, und gibt das Kühlmittel der elektronischen Teile in Richtung zu den elektronischen Teilen210 hin ab. Der zweite Kühler120 besitzt mehrere zweite Kühlerröhrchen121 , durch die hindurch das Kühlmittel der elektronischen Teile strömt, mehrere gewellte Rippen122 , die je zwischen benachbarten zweiten Kühlerröhrchen121 zur Erleichterung des Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel der elektronischen Teile und Luft angeordnet sind, und einen zweiten Kühler-Einlassbehälter123 und einen zweiten Kühler-Auslassbehälter124 , die an dem linken bzw. rechten Ende des Strömungswegs der zweiten Kühlerröhrchen121 in1 angeordnet sind, um mit den zweiten Kühlerröhrchen121 in Verbindung zu stehen. - Das Kühlmittel der elektronischen Teile, das von den elektronischen Teilen
210 aus abgegeben wird, strömt in den zweiten Kühler-Einlassbehälter123 durch einen Einlass125 des Behälters123 hindurch ein und wird an jedes der zweiten Kühlerröhrchen121 verteilt. Nach dem Wärmeaustausch mit zukühlender Luft wird das Kühlmittel der elektronischen Teile, das durch die zweiten Kühlerröhrchen121 hindurch strömt, in den zweiten Kühler-Auslassbehälter124 gesammelt und in Richtung zu den elektronischen Teilen210 hin durch einen Auslass126 des Behälters124 hindurch abgegeben. - Der erste Kühler-Einlassbehälter
113 , der erste Kühler-Auslassbehälter114 , der zweite Kühler-Einlassbehälter123 und der zweite Kühler-Auslassbehälter124 besitzen Behälterkörper113a ,114a ,123a und124a , die je zu einem Rohr mit einem quadratischen Querschnitt ausgebildet sind. Der erste und der zweite Kühler110 ,120 sind über die Behälterkörper113a ,114a 123a und124a einstückig bzw. integral ausgebildet. Der Behälterkörper113a ist von dem Behälterkörper123a mittels einer Trennwand131 , die dazwischen angeordnet ist, getrennt. Der Behälterkörper114a ist von dem Behälterkörper124a mittels einer Trennwand132 , die dazwischen angeordnet ist, getrennt. Daher ist der Raum innenseitig des ersten und des zweiten Kühlers110 ,120 mittels der Trennwände131 ,132 in einen Raum, der den ersten Kühler-Einlassbehälter113 und den ersten Kühler-Auslassbehälter114 aufweist, und in einen Raum, der den zweiten Kühler-Einlassbehälter123 und den zweiten Kühler-Auslassbehälter124 aufweist, aufgeteilt. - Wie in
3 dargestellt ist, ist eine erste Wasserpumpe220 durch den Motor200 eingetrieben, um das Motorkühlmittel durch den Motor200 und den ersten Kühler110 hindurch zirkulieren zu lassen. Eine zweite Wasserpumpe230 ist elektrisch angetrieben, um das Kühlmittel der elektronischen Teile durch die elektronischen Teile210 und den zweiten Kühler120 hindurch zirkulieren zu lassen. Eine Veränderung der Menge des Motorkühlmittels in dem ersten Kühler110 wird durch einen ersten Reservebehälter140 absorbiert. Eine Veränderung der Menge des Kühlmittels der elektronischen Teile in dem zweiten Kühler120 wird mittels eines zweiten Reservebehälters141 absorbiert. Der erste Kühler110 wird mit Motorkühlmittel in dem ersten Reservebehälter140 durch ein erstes Füllloch142 gefüllt und erneut gefüllt. Der zweite Kühler120 wird mit dem Kühlmittel der elektronischen Teile in dem zweiten Speicherbehälter141 durch ein zweites Füllloch143 gefüllt und erneut gefüllt. Jedes Füllloch der ersten und zweiten Fülllöcher142 ,143 ist mittels einer gut bekannten Kühlerkappe zur Unterdrucksetzung verschlossen. Bei der ersten Ausführungsform besitzt das Motorkühlmittel die gleiche Zusammensetzung wie das Kühlmittel der elektronischen Teile, und wird Wasser mit einer Ethylen-Glycol-Frostschutzlösung als Motorkühlmittel und Kühlmittel der elektronischen Teile verwendet. - Wie in
2 dargestellt ist, besitzt der Wärmetauscher100 einen mit einem Kühler integrierten bzw. zusammengefassten Kondensator170 , der an der luftstromaufwärtigen Seite des ersten und des zweiten Kühlers110 ,120 angeordnet ist. Der Kondensator170 besitzt einen Kondensatorkern150 , der Hochdruck-Kühl- bzw. Kältemittel in dem Kühlzyklus der Klimaanlage kondensiert, und einen Kühler160 , der das von dem Kondensatorkern150 aus abgegebene Kühl- bzw. Kältemittel kühlt. In dem Kondensator170 strömt Kühl- bzw. Kältemittel, wie mit Hilfe von Pfeilen in2 dargestellt ist. Die Temperatur des Kühl- bzw. Kältemittels, das durch den Kondensator170 hindurch strömt, ist niedriger als diejenige des Motorkühlmittels und des Kühlmittels der elektronischen Teile, das durch den ersten und den zweiten Kühler110 ,120 hindurch strömt. Wenn die Temperatur der Luft außerhalb des Fahrgastraums des Fahrzeugs etwa 30°C genießt, liegt die Temperatur des Kühl- bzw. Kältemittels an dem Einlass des Kondensators170 bei etwa 80–90°C, und misst die durchschnittliche Temperatur des Kühl- bzw. Kältemittels in dem Kühler160 etwa 45°C. - Der Kondensatorkern
150 besitzt mehrere Kondensatorröhrchen151 , durch die hindurch Kühl- bzw. Kältemittel strömt, mehrere gewellte Rippen152 , die je zwischen benachbarten Kondensatorröhrchen151 zur Erleichterung des Wärmeaustauschs zwischen dem Kühl- bzw. Kältemittel und Luft, die durch den Kondensator170 hindurch strömt, angeordnet sind, und einen ersten und einen zweiten Kondensatorbehälter153 ,154 , die an dem rechten bzw. linken Ende des Strömungswegs der Kondensatorröhrchen151 in2 angeordnet sind, um mit den Kondensatorröhrchen151 in Verbindung zu stehen. Das Kühl- bzw. Kältemittel, das von einem Kompressor (nicht dargestellt) des Kühlzyklusses aus abgegeben wird, strömt in den ersten Kondensatorbehälter153 ein und wird an jedes Kondensatorröhrchen151 verteilt. Nach dem Wärmeaustausch mit zu kühlender Luft wird das Kühl- bzw. Kältemittel, das durch die Kondensatorröhrchen151 hindurch strömt, in dem zweiten Kondensatorbehälter154 gesammelt und in Richtung zu dem Kühler160 hin abgegeben. - Der Kühler
160 besitzt mehrere Kühlerröhrchen161 , durch die hindurch das Kühl- bzw. Kältemittel strömt, mehrere gewellte Rippen, deren jede zwischen benachbarten Kühlerröhrchen161 angeordnet ist, und einen ersten und einen zweiten Kühlerbehälter163 ,164 , die an dem linken bzw. rechten Ende des Strömungswegs der Kühlerröhrchen161 in2 angeordnet sind, um mit den Kühlerröhrchen161 in Verbindung zu stehen. Das Kühl- bzw. Kältemittel, das in den ersten Kühlerbehälter163 einströmt, wird an jedes der Kühlerröhrchen161 verteilt. Nach dem Wärmeaustausch mit zu kühlender Luft wird das Kühl- bzw. Kältemittel, das durch die Kühlerröhrchen161 strömt, in dem zweiten Kühlerbehälter164 gesammelt und in Richtung zu einem Dekompressor bzw. zu einer Ausdehnungseinrichtung (nicht dargestellt) des Kühlzyklusses hin abgegeben. - Der Kondensatorkern
150 und der Kühler160 sind über den ersten und den zweiten Kondensatorbehälter153 ,154 und den ersten und den zweiten Kühlerbehälter163 ,164 einstückig bzw. integral ausgebildet. Der Raum innerhalb des Kondensators150 und des Kühlers160 ist in einen Raum, der den ersten und den zweiten Kondensatorbehälter153 ,154 aufweist, und in einen Raum, der den ersten und den zweiten Kühlerbehälter163 ,164 aufweist, mittels einer Trennwand (nicht dargestellt), die zwischen dem ersten Kondensatorbehälter153 und dem zweiten Kühlerbehälter164 angeordnet ist, und mittels einer Trennwand (nicht dargestellt), die zwischen dem zweiten Kondensatorbehälter154 und den ersten Kühlerbehälter163 angeordnet ist, aufgeteilt. Ferner ist ein Trennelement171 einstückig mit dem Kondensator170 verlötet. Das Trennelement171 teilt das Kühl- bzw. Kältemittel von dem zweiten Kondensatorbehälter154 in flüssiges Kühl- bzw. Kältemittel und in gasförmiges Kühl- bzw. Kältemittel auf und gibt das flüssige Kühl- bzw. Kältemittel in den ersten Kühlerbehälter163 ab. Überschüssiges Kühl- bzw. Kältemittel in dem Kühlzyklus wird ebenfalls in dem Trennelement171 gespeichert. - Wie in
1 und2 dargestellt ist, sind die ersten und die zweiten Kondensatorröhrchen111 ,121 , die Kondensatorröhrchen151 und die Kühlerröhrchen161 so angeordnet, dass sie sich parallel zueinander in Längsrichtung derselben und im Wesentlichen rechtwinklig zu der Luft-Strömungsrichtung erstrecken. Ferner ist ein Paar von Seitenplatten180 , die sich parallel zu den Röhrchen111 ,121 ,151 und161 erstrecken, quer zu den Behältern113 ,114 ,123 ,124 ,153 ,154 ,163 und164 zur Verstärkung des ersten und des zweiten Kühlers110 ,120 und des Kondensators170 angeordnet. - Wie in
4 dargestellt ist, ist jede der Rippen112 des ersten Kühlers110 einstückig bzw. integral mit jeder der Rippen152 des Kondensatorkerns150 über einen Verbindungsbereich190 ausgebildet. In gleicher Weise ist jede der Rippen122 des zweiten Kühlers120 einstückig bzw. integral mit jeder der Rippen162 des Kühlers160 über den Verbindungsbereich190 ausgebildet. Somit sind der erste und der zweite Kühler110 ,120 und der Kondensator170 über die Rippen112 ,122 ,152 und162 und die Seitenplatten180 einstückig bzw. integral ausgebildet. Weiter ist, wie in1 und2 dargestellt ist, der zweite Kühler120 an einer mittleren stromabwärtigen Stelle des Kühlers160 angeordnet, sodass mindestens ein Teil des zweiten Kühlers120 einem Bereich des Kondensators170 gegenüberliegend angeordnet ist, der eine stromabwärtige Strömung des Kühl- bzw. Kältemittels aufnimmt. - Im Allgemeinen wird bei einem Kondensator, durch den hindurch Kühl- bzw. Kältemittel strömt, das Kühl- bzw. Kältemittel an einer stromabwärtigen Stelle stärker kondensiert, um eine niedrigere Temperatur als an einer stromaufwärtigen Stelle aufzuweisen. Daher besitzt die Luft, die durch den Bereich des Kondensators hindurch geströmt ist, der die stromabwärtige Strömung des Kühl- bzw. Kältemittels aufnimmt, eine Temperatur niedriger als diejenige der Luft, die durch den anderen Bereich des Kondensators hindurch geströmt ist.
- Gemäß der ersten Ausführungsform ist der zweite Kühler
120 an der stromabwärtigen Seite des Kondensators170 dem Kühler160 gegenüberliegend angeordnet, d. h. dem Bereich des Kondensators170 gegenüberliegend, der die stromabwärtige Strömung des Kühl-Kältemittels aufnimmt. Daher ist die Differenz zwischen der Temperatur des Kühlmittels der elektronischen Teile, das durch den zweiten Kühler120 hindurch strömt, und der Temperatur der Luft, die durch den zweiten Kühler120 hindurch strömt, vergrößert. Als eine Folge wird das Kühlmittel der elektronischen Teile mittels der Luft auf eine niedrigere Temperatur genügend gekühlt, und werden die elektronischen Teile210 genügend mittels des Kühlmittels der elektronischen Teile ohne Vergrößerung der Größe des zweiten Kühlers120 genügend gekühlt. - Das Kühl- bzw. Kältemittel in dem Kondensatorkern
150 wird kondensiert und gekühlt, wobei Kondensationswärme abgestrahlt wird. Das Kühl- bzw. Kältemittel in dem Kühler160 wird nicht kondensiert und wird gekühlt, wobei fühlbare Wärme abgestrahlt wird. Daher ist die Menge der von dem Kühler160 abgestrahlten Wärme kleiner als diejenige des Kondensatorkerns150 . Als eine Folge ist die Temperatur der Luft, die durch den Kühler160 hindurch geströmt ist, niedriger als diejenige der Luft, die durch den Kondensatorkern150 hindurch geströmt ist. Daher ist die Differenz zwischen der Temperatur des Kühlmittels der elektronischen Teile, das durch den zweiten Kühler120 hindurch strömt, und der Temperatur der Luft, die durch den zweiten Kühler120 hindurch strömt, weiter vergrößert, und ist die Temperatur des Kühlmittels der elektronischen Teile weiter herabgesetzt. - Weiter sind bei der ersten Ausführungsform der erste und der zweite Kühler
110 ,120 und der Kondensator170 einstückig bzw. integral ausgebildet. Daher werden der erste und der zweite Kühler110 ,120 und der Kondensator170 an einem Fahrzeug in einem einzigen Anbauvorgang angebaut, wodurch die Wirksamkeit des Anbaus an dem Fahrzeug verbessert ist. Weiter ist, weil der zweite Kühler120 an der luftstromabwärtigen Seite des Kondensators170 angeordnet ist, die Leistung der Kühlung des Kondensators170 nicht durch den zweiten Kühler120 beeinträchtigt. Als eine Folge ist der Stromverbrauch des Kompressors nicht vergrößert. - (Zweite Ausführungsform)
- Nachfolgend wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf
5 und6 beschrieben. Bei dieser und den nachfolgenden Ausführungsformen werden Bauteile, die im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen von vorausgehenden Ausführungsformen sind, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. - Bei der ersten Ausführungsform sind, wie in
3 dargestellt ist, der Kreis des Motorkühlmittels und der Kreis des Kühlmittels der elektronischen Teile voneinander unabhängig. Bei der zweiten Ausführungsform ist, wie in5 dargestellt ist, ein Verbindungsloch131a in der Trennwand131 ausgebildet, die zwischen dem ersten Kühler-Einlassbehälter113 und dem zweiten Kühler-Einlassbehälter123 angeordnet ist, sodass der erste Kühler-Einlassbehälter113 und der erste Kühler-Auslassbehälter114 mit dem zweiten Kühler-Einlassbehälter123 bzw. mit dem zweiten Kühler-Auslassbehälter124 in Verbindung stehen. Als eine Folge sind, wie in6 dargestellt ist, das zweite Füllloch143 und der zweite Reservebehälter141 des zweiten Kühlers120 der ersten Ausführungsform weggelassen. Daher ist die Anzahl der Teile des Wärmetauschers120 verkleinert, und sind die Herstellungskosten des Wärmetauschers100 herabgesetzt. - (Dritte Ausführungsform)
- Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der dritten Ausführungsform sind, wie in
7 dargestellt ist, die Trennwand131 und der Einlass125 des zweiten Kühlers120 der ersten Ausführungsform weggelassen. Daher strömt das von dem Einlass115 aus eingeführte Kühlmittel in den ersten Kühler-Einlassbehälter113 und in den zweiten Kühler-Einlassbehälter123 ein. Als eine Folge sind, wie in8 dargestellt ist, das zweite Füllloch143 und der zweite Reservebehälter141 des zweiten Kühlers120 der ersten Ausführungsform weggelassen, wodurch die Anzahl der Teile des Wärmetauschers100 verkleinert ist und die Herstellungskosten des Wärmetauschers100 herabgesetzt sind. Als eine Folge ist die Anzahl der Teile des Fahrzeugs verkleinert, und ist die Effizienz des Anbaus des Wärmetauschers100 an dem Fahrzeug verbessert. - (Vierte Ausführungsform)
- Nachfolgend wird eine vierte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf
9 beschrieben. Bei der vierten Ausführungsform ist, wie in9 dargestellt ist, der zweite Kühler-Auslassbehälter124 unter dem ersten Kühler-Einlassbehälter113 angeordnet, und ist der zweite Kühler-Einlassbehälter123 unter dem ersten Kühler-Auslassbehälter114 angeordnet. Der erste Kühler-Einlassbehälter113 ist von dem zweiten Kühler-Auslassbehälter124 durch die Trennwand131 getrennt. Der erste Kühler-Auslassbehälter114 steht mit dem zweiten Kühler-Einlassbehälter123 in Verbindung. Der Einlass125 des zweiten Kühlers120 der ersten Ausführungsform ist weggelassen. - Als eine Folge wird das Motorkühlmittel, das in den ersten Kühler
110 von dem Einlass115 aus eingeführt wird, in dem ersten Kühler110 gekühlt und am meisten von dem Auslass116 des ersten Kühlers110 aus abgegeben. Jedoch strömt ein Teil des Motorkühlmittels, das durch den ersten Kühler110 geströmt ist, in den zweiten Kühler121 , wobei es eine U-förmige Wende zwischen dem ersten Kühler-Auslassbehälter114 und dem zweiten Kühler-Einlassbehälter123 durchführt, und wird es von dem Auslass126 des zweiten Kühlers120 aus abgegeben. Als eine Folge wird das Kühlmittel der elektronischen Teile sowohl durch den ersten als auch durch den zweiten Kühler110 ,120 gekühlt, und ist die Temperatur des Kühlmittels der elektronischen Teile weiter herabgesetzt. Die Durchsatzrate des Motorkühlmittels wird durch Einstellung der Große und der Position des Auslasses160 des ersten Kühlers110 geregelt bzw. eingestellt. Die Temperatur des Kühlmittels der elektronischen Teile wird durch Einstellung der Menge des Motorkühlmittels, das von dem ersten Kühler110 aus zu dem zweiten Kühler120 hin strömt, wobei es eine U-förmige Wende zwischen dem ersten Kühler-Auslassbehälter114 und dem zweiten Kühler-Auslassbehälter124 durchführt, geregelt bzw. eingestellt. - (Fünfte Ausführungsform)
- Nachfolgend wird eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf
10 beschrieben. Bei der fünften Ausführungsform ist, wie in10 dargestellt ist, die zweite Wasserpumpe230 der ersten Ausführungsform weggelassen, und wird das von der ersten Wasserpumpe220 aus abgegebene Kühlmittel an den ersten Kühler110 und an den zweiten Kühler120 verteilt. Das Verhältnis zwischen der Menge des Kühlmittels, das dem ersten Kühler110 zugeführt wird, und der Menge des Kühlmittels, das dem zweiten Kühler120 zugeführt wird, wird mit Hilfe eines Ventils231 eingestellt. Bei der fünften Ausführungsform ist die erste Wasserpumpe220 elektrisch angetrieben, und werden die erste Wasserpumpe220 und das Ventil231 mittels einer elektronischen Steuereinheit (ECU)232 geregelt. - Bei den oben angegebenen Ausführungsformen kann der Kondensator
170 durch einen Kühler eines überkritischen Kühlkreises ersetzt sein, bei dem der hohe Druck des Kühl- bzw. Kältemittels den kritischen Druck des Kühl- bzw. Kältemittels übersteigt, beispielsweise eines Kühlkreises, durch den hindurch Kohlenstoffdioxid strömt. In einem solchen Fall ist, weil das Kühl- bzw. Kältemittel in dem Kühler nicht kondensiert wird, der zweite Kühler120 vorzugsweise an der luftstromabwärtigen Seite des Kühlers einem Bereich des Kühlers gegenüberliegend, der die stromabwärtige Strömung des Kühl- bzw. Kältemittels aufnimmt, angeordnet. Weiter können der erste und der zweite Kühler110 ,120 und der Kondensator170 separat ausgebildet sein, solange der erste und der zweite Kühler110 ,120 und der Kondensator170 wie oben angegeben in dem Wärmetauscher100 angeordnet sind. - Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden ist, ist zu beachten, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen für den Fachmann ersichtlich sein werden. Diese Änderungen und Modifikationen sind als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung gemäß Definition durch die beigefügten Ansprüche liegend zu verstehen.
Claims (9)
- Wärmetauscher (
100 ), der mit einem ersten und einem zweiten Wärme-Freisetzungselement (200 ,210 ) verbunden ist, wobei der Wärmetauscher (100 ), durch den hindurch Luft strömt, umfasst: einen ersten Wärmetauscher (110 ) mit einer Vielzahl von ersten Röhrchen (111 ), eingerichtet zur Durchströmung durch ein erstes Fluid und zur Durchführung eines Wärmeaustausches zwischen einem ersten Fluid, das durch den ersten Wärmetauscher (110 ) hindurch strömt, und Luft, die durch den ersten Wärmetauscher (110 ) hindurch strömt, zum Kühlen des ersten Fluids, wobei das mittels des ersten Wärmetauschers (110 ) gekühlte erste Fluid in das erste Wärme-Freisetzungselement (200 ) eingeführt wird; einen zweiten Wärmetauscher (120 ) mit einer Vielzahl von zweiten Röhrchen (121 ), eingerichtet zur Durchströmung durch das erste Fluid und zur Durchführung eines Wärmeaustausches zwischen dem ersten Fluid, das durch den zweiten Wärmetauscher (120 ) hindurch strömt, und Luft, die durch den zweiten Wärmetauscher (120 ) hindurch strömt, zum Kühlen des ersten Fluids auf eine Temperatur niedriger als diejenige des ersten Fluids, das in das erste Wärme-Freisetzungselement (200 ) eingeführt wird, wobei der zweite Wärmetauscher (120 ) eingerichtet ist, das mittels des zweiten Wärmetauschers (120 ) gekühlte erste Fluid in Richtung zu dem zweiten Wärme-Freisetzungselement (210 ) hin abzugeben; und einen dritten Wärmetauscher (170 ) mit einer Vielzahl dritter Röhrchen (151 ), eingerichtet zur Durchströmung durch Kältemittel, der an der luftstromaufwärtigen Seite des ersten und des zweiten Wärmetauschers (110 ,120 ) angeordnet ist, und der zum Kühlen und Kondensieren des Kältemittels mittels Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kältemittel und Luft eingerichtet ist, die durch diesen hindurch strömt, wobei, die ersten bis dritten Röhrchen (111 ,121 ,151 ) sich in horizontaler Richtung erstrecken, wobei der dritte Wärmetauscher (170 ) einen Kondensatorkern (150 ), der ein Hochdruck-Kältemittel in dem Kühlzyklus kühlt und kondensiert, und einen Kühler (160 ) aufweist, der das von dem Kondensatorkern (150 ) aus abgegebene Kältemittel kühlt, wobei mindestens ein Teil des zweiten Wärmetauschers (120 ) dem Kühler (160 ) gegenüberliegend angeordnet ist, der erste Wärmetauscher (110 ) dem Kondensatorkern gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei mindestens ein Teil des zweiten Wärmetauschers (120 ) einem fluidstromabwärtigen Bereich des dritten Wärmetauschers (170 ) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei: der erste Wärmetauscher (110 ) einen ersten Einlassbehälter (113 ), der an dem ersten Ende des Strömungswegs der ersten Röhrchen (111 ) angeordnet ist, um das erste Fluid an jedes der ersten Röhrchen (111 ) zu verteilen, und einen ersten Auslassbehälter (114 ) aufweist, der an dem zweiten Ende des Strömungswegs der ersten Röhrchen (111 ) angeordnet ist, um das erste Fluid, das dort einen Wärmeaustausch mit Luft erfahren hat, zu sammeln; der zweite Wärmetauscher (120 ) einen zweiten Einlassbehälter (123 ), der an dem ersten Ende des Strömungswegs der zweiten Röhrchen (121 ) angeordnet ist, um das erste Fluid an jedes der zweiten Röhrchen (121 ) zu verteilen, und einen zweiten Auslassbehälter (124 ) aufweist, der an dem zweiten Ende des Strömungswegs der zweiten Röhrchen (121 ) angeordnet ist, um das erste Fluid, das dort einen Wärmeaustausch mit Luft erfahren hat, zu sammeln; und der erste und der zweite Wärmetauscher (110 ,120 ) integral ausgebildet sind durch eine Zusammenfassung des ersten und des zweiten Einlassbehälters (113 ,123 ) und/oder eine Zusammenfassung des ersten und des zweiten Auslassbehälters (114 ,124 ). - Wärmetauscher (
100 ) nach Anspruch 1, wobei der erste Einlassbehälter (113 ) mit dem zweiten Einlassbehälter (123 ) in fluider Verbindung steht. - Wärmetauscher (
100 ) nach Anspruch 2, wobei der erste Einlassbehälter (113 ) einen Einlass (115 ) aufweist, durch den hindurch das erste Fluid in den ersten Einlassbehälter (113 ) und in den zweiten Einlassbehälter (123 ) eingeführt wird. - Wärmetauscher (
100 ) nach Anspruch 2, wobei der zweite Einlassbehälter (123 ) einen Einlass (125 ) aufweist, durch den hindurch das erste Fluid in den ersten Einlassbehälter (113 ) und in den zweiten Einlassbehälter (123 ) eingeführt wird. - Wärmetauscher (
100 ), der mit einem ersten und einem zweiten Wärme-Freisetzungselement (200 ,210 ) verbunden ist, wobei der Wärmetauscher (100 ), durch den hindurch Luft strömt, umfasst: einen ersten Wärmetauscher (110 ) mit einer Vielzahl von ersten Röhrchen (111 ), eingerichtet zur Durchströmung durch ein erstes Fluid und zur Durchführung eines Wärmeaustausches zwischen einem ersten Fluid, das durch den ersten Wärmetauscher (110 ) hindurch strömt, und Luft, die durch den ersten Wärmetauscher (110 ) hindurch strömt, zum Kühlen des ersten Fluids, wobei das mittels des ersten Wärmetauschers (110 ) gekühlte erste Fluid in das erste Wärme-Freisetzungselement (200 ) eingeführt wird; einen zweiten Wärmetauscher (120 ) mit einer Vielzahl von zweiten Röhrchen (121 ), eingerichtet zur Durchströmung durch das erste Fluid und zur Durchführung eines Wärmeaustausches zwischen dem ersten Fluid, das durch den zweiten Wärmetauscher (120 ) hindurch strömt, und Luft, die durch den zweiten Wärmetauscher (120 ) hindurch strömt, zum Kühlen des ersten Fluids auf eine Temperatur niedriger als diejenige des ersten Fluids, das in das erste Wärme-Freisetzungselement (200 ) eingeführt wird, wobei der zweite Wärmetauscher (120 ) eingerichtet ist, das mittels des zweiten Wärmetauschers (120 ) gekühlte erste Fluid in Richtung zu dem zweiten Wärme-Freisetzungselement (210 ) hin abzugeben; und einen dritten Wärmetauscher (170 ) mit einer Vielzahl dritter Röhrchen (151 ), eingerichtet zur Durchströmung durch Kältemittel, der an der luftstromaufwärtigen Seite des ersten und des zweiten Wärmetauschers (110 ,120 ) angeordnet ist, und der zum Kühlen und Kondensieren des Kältemittels mittels Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kältemittel und Luft eingerichtet ist, die durch diesen hindurch strömt, wobei, die ersten bis dritten Röhrchen (111 ,121 ,151 ) sich in horizontaler Richtung erstrecken, wobei der dritte Wärmetauscher (170 ) einen Kondensatorkern (150 ), der ein Hochdruck-Kältemittel in dem Kühlzyklus kühlt und kondensiert, und einen Kühler (160 ) aufweist, der das von dem Kondensatorkern (150 ) aus abgegebene Kältemittel kühlt, wobei mindestens ein Teil des zweiten Wärmetauschers (120 ) dem Kühler (160 ) gegenüberliegend angeordnet ist, der erste Wärmetauscher (110 ) dem Kondensatorkern (150 ) gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei mindestens ein Teil des zweiten Wärmetauschers (120 ) einem fluidstromabwärtigen Bereich des dritten Wärmetauschers (170 ) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei: der erste Wärmetauscher (110 ) einen ersten Einlassbehälter (113 ), der an dem ersten Ende des Strömungswegs der ersten Röhrchen (111 ) angeordnet ist, um das erste Fluid an jedes der ersten Röhrchen (111 ) zu verteilen, und einen ersten Auslassbehälter (114 ) aufweist, der an dem zweiten Ende des Strömungswegs der ersten Röhrchen (111 ) angeordnet ist, um das erste Fluid, das dort einen Wärmeaustausch mit Luft erfahren hat, zu sammeln; der zweite Wärmetauscher (120 ) einen zweiten Einlassbehälter (123 ), der an dem ersten Ende des Strömungswegs der zweiten Röhrchen (121 ) angeordnet ist, um das erste Fluid an jedes der zweiten Röhrchen (121 ) zu verteilen, und einen zweiten Auslassbehälter (124 ) aufweist, der an dem zweiten Ende des Strömungswegs der zweiten Röhrchen (121 ) angeordnet ist, um das erste Fluid, das dort einen Wärmeaustausch mit Luft erfahren hat, zu sammeln; und der erste und der zweite Wärmetauscher (110 ,120 ) integral ausgebildet sind durch eine Zusammenfassung des ersten Einlassbehälters (113 ) und des zweiten Auslassbehälters (124 ) und/oder eine Zusammenfassung des ersten Auslassbehälters (114 ) und des zweiten Einlassbehälters (123 ). - Wärmetauscher (
100 ) nach Anspruch 5, wobei der erste Wärmetauscher (110 ) mit dem zweiten Wärmetauscher (120 ) in Verbindung steht, sodass ein Teil des mittels des ersten Wärmetauschers (110 ) gekühlten ersten Fluids in den zweiten Wärmetauscher (120 ) einströmt. - Wärmetauscher (
100 ) nach Anspruch 5, weiter umfassend: ein Trennelement (131 ), das zwischen dem ersten Einlassbehälter (113 ) und dem zweiten Auslassbehälter (124 ) angeordnet ist, um den ersten Einlassbehälter (113 ) von dem zweiten Auslassbehälter (124 ) zu trennen, wobei: der erste Auslassbehälter (114 ) mit dem zweiten Einlassbehälter (123 ) in Verbindung steht; und mindestens ein Behälter von erstem Auslassbehälter (114 ) und zweitem Einlassbehälter (123 ) einen Auslass (116 ) aufweist, durch den hindurch das erste Fluid abgegeben wird. - Wärmetauscher (
100 ) nach Anspruch 1 oder 5, wobei das erste Wärmefreisetzungselement ein Motor (200 ) ist und das zweite Wärmefreisetzungselement ein elektronisches Teil (210 ) ist, und der Wärmetauscher mit einem Kühlzyklus eines Fahrzeugs verbunden ist, wobei das erste Fluid ein Kühlfluid ist und das mittels des ersten Wärmetauschers (110 ) gekühlte Kühlfluid in den Motor (200 ) eingeführt wird; der zweite Wärmetauscher (120 ) einen Wärmeaustausch zwischen einem Kühlfluid, das durch den zweiten Wärmetauscher (120 ) hindurch strömt, und Luft, die durch den zweiten Wärmetauscher (120 ) hindurch strömt, zum Kühlen des Kühlfluids durchführt, wobei der zweite Wärmetauscher (120 ) das mittels des zweiten Wärmetauschers (120 ) gekühlte Kühlfluid in Richtung zu dem elektronischen Teil (210 ) hin abgibt. - Wärmetauscher (
100 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste, der zweite und der dritte Wärmetauscher (110 ,120 ,170 ) integral ausgebildet sind.
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