DE102006017432A1

DE102006017432A1 - Innerer Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr

Info

Publication number: DE102006017432A1
Application number: DE102006017432A
Authority: DE
Inventors: Stephan Dr. Köster; Roman Dr. Heckt; Thomas Klotten; Zdenek Fidler; Pavel Bartos
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-04-07
Also published as: JP2007278688A; DE102006017432B4; US20070289723A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen inneren Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr, der mit einem Kältemittelübertrager (Akkumulator) eine Baueinheit bildet und in Kältekreisläufen für die Fahrzeugklimatisierung Anwendung findet. Dieser umfasst: - ein Gehäuse (1) mit oberer und unterer Deckelplatte (2, 3), - einen im Gehäuse (1) angeordneten Akkumulator (5) für das flüssige Kältemittel bei Niederdruck, - das wendelförmige Rippenrohr (4) für das Kältemittel bei Hochdruck, das im Spalt mit der Spaltbreite x zwischen dem Akkumulator (5) und dem Gehäuse (1) ausgebildet ist, wobei die Rippen (14) radial kreisringförmig am wendelförmigen Rippenrohr (4) angeordnet sind, so dass der Kältemitteldampf mit Niederdruck zwischen den Rippen (14) des Rippenrohres (4) im Kreuzstrom zum Kältemittel bei Hochdruck führbar ist. Die Kalibrierung der Rippen (14) auf die Maße des Ringspalts x erfolgt durch Umknicken der Rippen (14) an ihrem distalen Ende um die umgeknickte Länge z. Alternativ dazu wird die Kalibrierung der Rippen (20) auf die Maße des Ringspalts x durch Stauchung der Rippen (20) an den Rippenköpfen (21) erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen inneren Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr, der mit einem Kältemittelübertrager (Akkumulator) eine Baueinheit bildet und in Kältekreisläufen für die Fahrzeugklimatisierung Anwendung findet.
Der kombinierte Akkumulator mit innerem Wärmeübertrager vereinigt die Funktionalitäten der beiden Einzelkomponenten in einem Bauteil. Das kombinierte Bauteil wird vorzugsweise in mobilen R744-Kälteanlagen eingesetzt. Im Vergleich zu den Einzelkomponenten passt sich das kombinierte und damit kompakte Bauteil besser dem begrenzten Platzangebot im Motorraum an und wirkt sich zudem kostengünstig auf das Gesamtsystem der mobilen Kälteanlage aus.
Der Akkumulator ist in einer Kältemaschine oder Wärmepumpe dem Verdampfer nachgeschaltet und hat die Aufgabe, unterschiedliche Kältefüllmengen, aufgrund verschiedener Betriebsbedingungen, aufzufangen und eine Kältemittelreserve vorzuhalten, um die im Wartungsintervall auftretenden Leckageverluste auszugleichen.
Die Funktion des inneren Wärmeübertragers besteht darin, zur Unterkühlung von der Hochdruckseite systemintern Wärme an die Niederdruckseite zu übertragen, die ihrerseits dadurch erhitzt wird.
Die Kombination von Sammler und innerem Wärmeübertrager kann aus zwei konzentrisch angeordneten Behältern realisiert werden. Der innere Behälter übernimmt die Funktion des Kältemittelsammlers. Im Ringspalt, zwischen innerem und äußerem Behälter, befindet sich der innere Wärmeübertrager.
Im Stand der Technik sind vielfältige Kombinationen von inneren Wärmeübertragern und Akkumulatoren bekannt.
Aus der DE 311 19 440 A1 geht ein innerer Wärmeübertrager und Akkumulator hervor, bei dem das Kältemittel sich unter Niederdruck im Akkumulator sammelt und anschließend mit dem Hochdruckstrom thermisch kontaktiert wird. Die Wärmeübertragerschlange für den Hochdruckstrom besteht aus vier wendelförmig gebündelten Glattrohren. Die Konzeption der in der DE 311 19 440 A1 offenbarten Lösung besteht dann, dass die Rohrschlange des inneren Wärmeübertragers auf der inneren Seite von dem Kältemittel unter Hochdruck durchströmt und äußerlich von Kältemitteldampf unter Niederdruck umströmt wird. Prinzipiell gilt, dass im Kältemittelkreislauf die beiden Seiten mit dem gleichen Massenstrom beaufschlagt werden. Aus thermodynamischen Gründen ist die Niederdruckseite zur Hochdruckseite erheblich kritischer – im Hinblick auf Druckverlust und Wärmeübertragung. Aus den Transportgrößen des Kohlendioxids (und der Dichte) auf der Niederdruckseite resultiert eine größere Wärmeübertragungsfläche sowie ein größerer Strömungsquerschnitt. Der Nachteil des angegebenen inneren Wärmeübertragers mit einem Hochdruckrohr besteht darin, dass das im Gegenstrom zirkulierende Kältemittel auf der Niederdruckseite einen zu hohen Druckverlust erzeugt und die zur Verfügung stehende Wärmeübertragerfläche zu klein ist. Die Ausführung mit mehreren parallelen Rohren bewirkt, dass die Niederdruckseite im Kreuzgegenstrom zur Hochdruckseite strömt. Der Druckverlust auf der Niederdruckseite nimmt deutlich ab, und die Wärmeübertragerfläche nimmt deutlich zu.
Jedoch ist die Fertigung eines inneren Wärmeübertragers mit gebündelten Glattrohren sehr aufwendig und die entstehenden Wärmeübertragungspakete hinsichtlich der exakten Bestimmung der für den Strömungsquerschnitt entscheidenden Spalte schlecht reproduzierbar.
Die DE 101 61 886 A1 beschreibt einen Wärmeübertrager, bei dem im Raumvolumen zwischen den Wänden eines inneren und äußeren Behälters eine Spiralrohrleitung, und somit ein wendelförmiger innerer Wärmeübertrager, ausgebildet ist. Durch die Spiralrohrleitung strömt dabei ein erstes Fluid, während ein zweites Fluid durch zwei Spalte zwischen den Wänden und der Spiralrohrleitung strömt. Die Größe der Spalte wird dabei so gewählt, dass der Druckabfall ohne nachteilige Auswirkung auf die Wärmeaustauscherleistung vermindert wird bzw. dass der Wärmeaustausch maximiert wird.
Die DE 35 43 230 A1 beschreibt dagegen ein wendelförmiges Rippenrohr als Wärmeübertrager. Dabei wird ein Kühlaggregat offenbart, in dem ein Flüssigkältemittel-Aufnahmebehälter, ein Ansaugdampf-Kältemittelsammler und ein Kältemittel-Wärmetauscher eine integrierte Baugruppe bilden. Diese integrierte Baugruppe wird begrenzt durch ein etwa zylindrisches Außengehäuse, welches den Ansaugdampf-Kältemittelsammler bildet und einen Kältemittel-Dampfeinlass und einen Kältemittel-Dampfauslass aufweist. Des Weiteren besteht die integrierte Baugruppe aus einem ebenfalls etwa zylindrischen Innengehäuse, das innerhalb des oberen Teils des Außengehäuses unter Bildung eines Ringraums zwischen sich und dem Außengehäuse angeordnet ist. Das Innengehäuse dient als Flüssigkältemittel-Aufnahmebehälter und weist einen an deren Kondensatorauslass anzuschließenden Flusskältemitteleinlass sowie einen weiteren Auslass auf, der sich innerhalb des Innengehäuses befindet. Die integrierte Baugruppe besteht darüber hinaus aus einer Wärmeübertragerschlange, die in dem Ringraum zwischen Innengehäuse und Außengehäuse angeordnet und einlassseitig mit dem Auslass des Flüssigkältemittel-Aufnahmebehälters verbunden und auslassseitig zu einem mit dem Verdampfereinlass zu verbindenden Auslass geführt ist.
Allen diesen beschriebenen Lösungen ist gemein, dass die Rohrschlangen auf der inneren Seite von dem wärmeren hochdruckseitigen Kältemittel durchströmt und äußerlich von dem kälteren niederdruckseitigen Kältemittel umströmt werden. Der Massenstrom ist auf beiden Seiten gleich, so dass sich auf der Niederdruckseite ein wesentlich größerer Volumenstrom ergibt. Aus thermodynamischen Gründen muss der Druckverlust auf der Niederdruckseite aber vergleichsweise gering gehalten werden, weshalb relativ große Querschnitte erforderlich sind. Gleichzeitig muss wegen der geringen Dichte und dem damit einhergehenden schlechten Wärmeübertragungsvermögen des Kältemittels eine große Austauschfläche zur Verfügung gestellt werden.
Diesen Forderungen kommt ein wendelförmiges Rippenrohr wie in der DE 35 43 230 A1 am meisten entgegen. Wie bei allen oben genannten Lösungen werden der Kältemittelsammler und der innere Wärmeübertrager durch zwei konzentrisch angeordnete Rohre kombiniert, wobei sich das wendelförmige Rippenrohr, das die Funktion des inneren Wärmeübertragers übernimmt, im Ringspalt zwischen innerem und äußerem Behälter befindet.
Diese Konstruktion birgt jedoch einige konstruktive Nachteile in sich:
Liegen die Rippenköpfe nicht an der Außenwand des inneren Behälters und an der Innenwand des äußeren Behälters an, dann bilden sich ein bzw. zwei Ringspalten ohne Austauscherfläche vom inneren Wärmeübertrager aus. Durch diese Ringspalten strömen dann niederdruckseitige Bypassströmungen, die die Effizienz des inneren Wärmeübertragers signifikant verschlechtern.
Liegen die Rippenköpfe nicht an den Ringspaltflächen auf, dann fängt die Rohrwendel bei normalen Fahrzeugvibrationen an zu schwingen und schlägt kontinuierlich gegen die Behälterwände, was wiederum zu einer erheblichen Geräuschentwicklung führt.
Werden die Rippenrohre zunächst selbst und anschließend die Rohrwendeln mit sehr viel Aufwand passgenau gefertigt, um Ringspalte zwischen Rippenköpfen und Behälterwänden zu vermeiden, dann führt dies, insbesondere bei der Serienfertigung, zu erheblichen Problemen beim Zusammenfügen der Bauteile. Das Fügen mit dem geringen Spiel zwischen Rohrwendel und Ringspalt wird zusätzlich dadurch erschwert, dass sich die Rohrwendeln beim axialen Fügen mit den Rippen ineinander verhaken. Ein Anpassen des Wendeldurchmessers, beispielsweise durch Verdrehen der Rohrwendel per Hand, wird somit während des Fügeprozesses nahezu unmöglich.
Die DE 195 46 489 A1 offenbart einen Wärmeübertrager mit Rippenrohr, bei dem zur Vermeidung des Ineinandergreifens zweier aufeinander liegender Wendelgänge die Rippen zumindest eines Wendelganges an diesen Kontaktstellen etwa in der Höhe ihrer halben radialen Erstreckung rechtwinklig umgebogen sind.
Die Rippenköpfe sind naturgemäß relativ spitz. Mit und ohne Spalt zwischen Rippenköpfen und Behälterwänden können die Rippen durch die natürlichen Fahrzeugvibrationen Kerben in die begrenzenden Behälterwände einbringen. Diese Kerben können unter Umständen zum Versagen des Bauteils führen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen inneren Wärmeübertrager mit Akkumulator für Kältemittelkreisläufe zur Verfügung zu stellen, der unter Beseitigung der oben genannten Nachteile des Standes der Technik fertigungstechnisch einfach und kostengünstig ausgebildet ist, der eine hohe Wärmeübertragungsfläche für den Niederdruckstrom bietet und der geringere Strömungsverluste für den Niederdruckstrom aufweist sowie Bypassströmungen vermeidet.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen inneren Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr gelöst, der mit einem Akkumulator eine Baueinheit bildet und in Kältemittelkreisläufen, insbesondere in Kraftfahrzeugklimaanlagen, eingesetzt wird. Der innere Wärmeübertrager weist ein Gehäuse mit einer oberen und einer unteren Deckelplatte auf. In dem Gehäuse ist ein Akkumulator für das flüssige Kältemittel bei Niederdruck angeordnet. Das wendelförmige Rippenrohr, durch das das Kältemittel bei Hochdruck strömt, ist im Spalt mit der Spaltbreite x zwischen dem Akkumulator und dem Gehäuse angeordnet. Die Rippen sind radial kreisringförmig am Rippenrohr angeordnet, so dass der Kältemitteldampf mit Niederdruck zwischen den Rippen des Rippenrohres im Kreuzgegen- und ggf. Gleichstrom zum Kältemittel bei Hochdruck führbar ist. Erfindungsgemäß werden die Rippen durch ein Umknicken der Rippen an ihrem distalen Ende um die Länge z auf die Maße des Ringspaltes kalibriert. Das wendelförmige Rippenrohr wird so in den Ringspalt x integriert, dass die Rippenköpfe am inneren und äußeren Behälter aufliegen, d. h., dass sich Auflageflächen der Rippenköpfe in radialer Richtung bilden.
Genauer gesagt, es wird die Rippe an ihrem distalen Ende um eine definierte Länge z umgeknickt, wobei die umgeknickte Länge z der Rippe kleiner oder gleich dem Abstand der Rippen zueinander ist. Des Weiteren sind die Flächen der Rippenköpfe im Bereich der Kontaktstellen mit den begrenzenden Wänden des Gehäuses bzw. des Akkumulators vergrößert.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Realisierung eines inneren Wärmeübertragers bestehen insbesondere darin, dass die Herstellungs- und Fertigungsprozesse besser zu handhaben und günstiger durchzuführen sind als beim Einsatz von mehreren Glattrohren, die zu einem Wärmeübertragungsbündel geformt werden müssen.
Die erfindungsgemäße Lösung führt gleichfalls dazu, dass der Druckverlust signifikant geringer wird. Die Rippen des Rippenrohres dienen als Abstandshalter zwischen dem Rohr und dem Akkumulator sowie dem Rohr und dem Gehäuse. Zwischen den Rippen strömt Kältemitteldampf in die sich ausbildenden Kanäle. Durch die gezielte Ausprägung der Rippenhöhe wird der Spalt, und somit der Volumenstrom bzw. der Strömungsdruckverlust, kalibrierbar. Daraus ergibt sich der Effekt der reproduzierbaren Gestaltung der Spaltbreiten.
Der erfindungsgemäße innere Wärmeübertrager mit wendelförmigem Rippenrohr ist preisgünstiger herstellbar – im Vergleich zu einem inneren Wärmeübertrager mit einem Bündel von Glattrohren. Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit wendelförmigem Rippenrohr auch ein höherer Wirkungsgrad der Wärmeübertragung erreicht.
Die Konzeption der Erfindung besteht darin, die Rippenrohrwendel durch das Umknicken der Rippen auf die Maße des Ringspaltes zu kalibrieren, um Bypassströmungen zu vermeiden und die Fläche der Rippenköpfe im Bereich der Kontaktstellen mit den begrenzenden Wänden des Ringspaltes x zu vergrößern.
Das Kalibrieren des inneren und äußeren Durchmessers von Rippenrohrwendeln durch partielles Abknicken der Rippenköpfe in radialer Wendelrichtung führt dazu, dass das eigentliche Rippenrohr mit relativ großen Toleranzen gefertigt werden kann.
Die resultierende Passgenauigkeit verhindert Bypassströmungen um die Rippenrohrwendel, was einen reduzierten Materialaufwand für den inneren Wärmeübertrager zur Folge hat, da weniger Austauschfläche für die gleiche Wärmeleistung benötigt wird. Die resultierende Passgenauigkeit verhindert außerdem ein Schwingen der Rippenrohrwendel und damit eine unerwünschte Geräuschentwicklung.
Das erfindungsgemäße Umknicken der Rippen hat des Weiteren zur Folge, dass die Rippen an der Außenwand, d. h. der Wand des Gehäuses, und/oder an der Innenwand des Ringspaltes, d. h. der Wand des Akkumulators, flächig aufliegen. Dadurch können Beschädigungen dieser Behälterwände durch Einbringen von Kerben infolge von Fahrzeugvibrationen vermieden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Rippenrohrköpfe nicht nur in radialer, sondern auch in axialer Weise partiell umgeknickt, und zwar in der Weise, dass sich Auflageflächen zwischen den einzelnen Wendeln bilden, auf denen diese radial, ohne zu verhaken, abgleiten können. Bevorzugt ist der innere Wärmeübertrager als Rippenrohrwendel mit vierfach umgeknickten Rippenköpfen ausgeführt. Dabei sind die beiden Rippenköpfe an den beiden jeweils gegenüberliegenden Seiten in radialer Richtung und in axialer Richtung umgeknickt.
Das Abknicken der Rippenköpfe in axialer Richtung der Rippenrohrwendel führt dazu, dass die einzelnen Wendeln auf Flächen stoßen und nicht ineinander verhaken. Das Fügen des Bauteils wird dadurch auch mit passgenauen Rippenrohrwendeln möglich. Ein weiterer Vorteil ist, dass somit die Höhe der Rippenrohrwendel exakt definiert ist und nicht vom Verhakungsgrad abhängig ist. Eine gleichmäßige Verteilung der Einzelwendel über die Höhe der Rippenrohrwendel ist gewährleistet.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung sind die kreisringförmigen Rippen der wendelförmigen Rippenrohre konzentrisch am jeweiligen Rippenrohr angeordnet. In einer Vorzugsausgestaltung sind die Rippen der wendelförmigen Rippenrohre derart dimensioniert, dass zwischen dem Ende der Rippen und dem Gehäuse und/oder dem Akkumulator maximal ein Spalt von 5 %, bezogen auf die Spaltbreite x, ausgebildet ist. Die bevorzugte Höhe h, die die kreisringförmigen Rippen aufweisen, beträgt 5 % bis 30 % vom Wert der Spaltbreite x.
Die kreisringförmigen Rippen sind in einem Abstand t zueinander angeordnet. Dabei wird für das Größenverhältnis zwischen Abstand t zur Rippenhöhe h ein Wert aus einem Bereich von eins bis vier ausgewählt. Vorzugsweise beträgt die umgeknickte Länge z mindestens der Hälfte der Länge L1, wobei die Länge L1 den Abstand benachbarter Rippenoberflächen darstellt.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe der Erfindung durch einen inneren Wärmeübertrager mit wendelförmigen Rippenrohren gelöst, der mit einem Akkumulator eine Baueinheit bildet. Der innere Wärmeübertrager weist ein Gehäuse mit einer oberen und einer unteren Deckelplatte auf. In dem Gehäuse ist ein Akkumulator für das flüssige Kältemittel bei Niederdruck angeordnet. Das wendelförmige Rippenrohr, durch das das Kältemittel bei Hochdruck strömt, ist im Spalt mit der Spaltbreite x zwischen dem Akkumulator und dem Gehäuse angeordnet. Die Rippen sind radial kreisringförmig am Rippenrohr angeordnet, so dass der Kältemitteldampf mit Niederdruck zwischen den Rippen des Rippenrohres im Kreuzgegen- und ggf. Gleichstrom zum Kältemittel bei Hochdruck führbar ist. Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Lösung werden die Rippen durch Stauchung kalibriert, so dass sich Auflageflächen in radialer Richtung ergeben.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Innenfläche des Gehäuses mit einer Isolationsschicht versehen. Speziell dann, wenn der innere Zylinder als Hochdruckprofil ausgeführt ist, wird auch die Innenseite des inneren Zylinders mit einer Isolationsschicht versehen. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass auch die Außenfläche des Akkumulators mit einer Isolationsschicht versehen ist. Vorzugsweise weisen sowohl die obere als auch die untere Deckelplatte des Gehäuses Anschlüsse für das Kältemittel bei Niederdruck und bei Hochdruck auf.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1: einen inneren Wärmeübertrager mit Akkumulator im Querschnitt;
2: ein kalibriertes Rippenrohr mit abgeknickten Rippen im eingebauten Zustand;
3a: zwei benachbarte Rippenrohrwendeln während des axialen Fügens, Stand der Technik;
3b: zwei benachbarte Rippenrohrwendeln mit umgeknickten Rippenköpfen während des axialen Fügens;
4: Detail des kalibrierten Rippenrohres mit abgeknickten Rippen im Querschnitt;
5: Detail des kalibrierten Rippenrohres mit gestauchten Rippen im Querschnitt.
In 1 ist ein innerer Wärmeübertrager mit wendelförmigem Rippenrohr dargestellt, der mit einem Akkumulator eine Baueinheit bildet. Der innere Wärmeübertrager besteht aus einem Gehäuse 1, welches bevorzugt zylindrisch, und insbesondere im Ausführungsbeispiel kreiszylindrisch ausgestaltet ist. Das Gehäuse 1 wird begrenzt durch eine obere Deckelplatte 2 und eine untere Deckelplatte 3. In der oberen Deckelplatte 2 ist der Niederdruckeingang 6 sowie der Hochdruckausgang 10 integriert. In die untere Deckelplatte 3 ist der Niederdruckausgang 8 und der Hochdruckeingang 9 integriert. Im Innenraum ist der Akkumulator 5 in Form eines konzentrisch angeordneten und unten verschlossenen Zylinders platziert. In der oberen Deckfläche des Akkumulator-Zylinders befindet sich die Öffnung für den Niederdruckeingang 6 neben einer als Überlauf 7 ausgebildeten Öffnung. Das Kältemittel mit Hochdruck durchströmt das sich von der unteren Deckelplatte 3 erstreckende wendelförmige Rippenrohr 4, welches im Spalt mit der Spaltbreite x zwischen dem Akkumulator 5 und dem Gehäuse 1 angeordnet ist und sich koaxial entlang der äußeren Wandung des Akkumulators 5 von unten nach oben wendelt, um den inneren Wärmeübertrager über den Hochdruckausgang 10 durch die obere Deckelplatte 2 hindurch zu verlassen.
Gemäß dieser Ausgestaltung nach 1 ist die Innenfläche des zylindrischen Gehäuses 1 mit einer Isolationsschicht 11 versehen. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass auch die Außenfläche des zylindrisch geformten Akkumulators 5 mit einer Isolationsschicht 12 versehen ist.
Die 2 zeigt eine kalibrierte Rippenrohrwendel 13 des wendelförmigen Rippenrohres 4, dass erfindungsgemäß durch Umknicken der Rippen 14 kalibriert ist. Die umknickende Länge z der Rippensegmente lässt sich problemlos einstellen, so dass sich der Innendurchmesser d und der Außendurchmesser D der kalibrierten Rippenrohrwendel 13 exakt an die Durchmesser des Ringspalts zwischen dem inneren Behälter, der dem Akkumulator 5 entspricht, und dem äußeren Behälter, der dem Gehäuse 1 entspricht, anpassen lassen. Durch derartiges Kalibrieren der Rippenrohrwendel 13 liegen die umgeknickten Rippenköpfe 15 an der begrenzenden Behälterwand 16 des inneren Behälters und an der begrenzenden Behälterwand 17 des äußeren Behälters auf. Auf diese Weise werden Ringspalte für niederdruckseitige Bypassströmungen im inneren Wärmeübertrager vermieden. Gleichzeitig wird durch das Anliegen der umgeknickten Rippenköpfe 15 ein Schwingen der kalibrierten Rohrwendel 13 durch übliche Fahrzeugvibrationen verhindert und störende Geräuschentwicklungen vermieden.
Die umgeknickten Rippenköpfe 15 vergrößern die Auflagefläche an den begrenzenden Behälterwänden 16, 17, so dass keine Kerben durch die umgeknickten Rippenköpfe 15 in die begrenzenden Behälterwände 16, 17 eingebracht werden können.
In 3 werden jeweils zwei benachbarte Rippenrohrwendeln 13 während des axialen Fügens des Bauteils einerseits gemäß Stand der Technik in 3a und andererseits gemäß der Erfindung in 3 b dargestellt.
In 3a ist das Verhaken der Rohrwendeln zu erkennen, wozu es zwangsläufig beim axialen Fügen des Bauteils kommt. Ein Anpassen des Wendeldurchmessers beim Fügen, z. B. per Hand, wird durch das Ineinanderhaken der Wendel unmöglich. Mit passgenau gefertigten Rippenrohrwendeln kann das Fügen der Komponenten dadurch unmöglich werden.
In 3b sind die umgeknickten Rippenköpfe 15 in axialer Richtung der Rippenrohrwendeln 13 abgeknickt. Dadurch bilden sich Auflageflächen 18 zwischen den einzelnen Rippenrohrwendeln 13, auf denen diese radial, ohne zu verhaken aufeinander abgleiten können. Das Anpassen des Durchmessers der kalibrierten Rippenrohrwendel 13 beim Fügen, stellt bei den Rippen 14 mit den umgeknickten Rippenköpfen 15 in axialer Richtung der kalibrierten Rippenrohrwendel 13, auch bei passgenauer Fertigung, kein Problem dar.
In 4 ist eine Detailansicht des wendelförmigen Rippenrohres 4 zu erkennen, wobei die umgeknickten Rippenköpfe 15 an vier Knickstellen 19, d. h. sowohl in radialer als auch in axialer Richtung, jeweils zweimal um 90° mit der umgeknickten Länge z umgeknickt sind. Die Rippen sind konzentrisch zum wendelförmigen Rippenrohr 4 angeordnet, so dass die Rippenhöhe h auf beiden Seiten des Rohres den gleichen Betrag aufweist. Das wendelförmige Rippenrohr 4 selber hat eine Wandung mit der Wandstärke s sowie einen Innendurchmesser d1 und einen Außendurchmesser d2. Das gesamte wendelförmige Rippenrohr 4 weist einen Durchmesser mit der lichten Weite d3 auf. Die vom Hochdruckkältemittel durchströmte Fläche ergibt sich aus dem von zwei benachbarten Rippen 14 gebildeten Kanal. Die Anordnung der Rippen 14 am Rippenrohr erfolgt mit einem Abstand t, wobei L1 den Abstand benachbarter gegenüberliegender Rippenoberflächen darstellt und L2 die Rippendicke kennzeichnet.
Eine alternative formgebende Maßnahme für die Bereitstellung von Auflageflächen in radialer Richtung ist das Stauchen der Rippen 20. Eine Detailansicht eines wendelförmigen Rippenrohres 4 mit an den Rippenköpfen 21 gestauchten Rippen 20 ist in 5 dargestellt.

1: Gehäuse
2: obere Deckelplatte
3: untere Deckelplatte
4: wendelförmiges Rippenrohr
5: Akkumulator
6: Niederdruckeingang
7: Überlauf
8: Niederdruckausgang
9: Hochdruckeingang
10: Hochdruckausgang
11: Isolationsschicht auf der Innenfläche des Gehäuses 1
12: Isolationsschicht auf der Außenfläche des Akkumulators 5
13: kalibrierte Rippenrohrwendel
14: Rippen
15: umgeknickte Rippenköpfe
16: Behälterwand des inneren Behälters
17: Behälterwand des äußeren Behälters
18: Auflageflächen
19: Knickstellen
20: gestauchte Rippen
21: Rippenköpfe der gestauchten Rippen 20
L1: Abstand benachbarter Rippenoberflächen
L2: Rippendicke
t: Abstand bei der Anordnung der Rippen 12
D: Außendurchmesser der kalibrierten Rippenrohrwendel 13
d: Innendurchmesser der kalibrierten Rippenrohrwendel 13
d1: Innendurchmesser des Rippenrohres 4
d2: Außendurchmesser des Rippenrohres 4
d3: Durchmesser des gesamten Rippenrohres
s: Wandstärke
h: Rippenhöhe
z: umgeknickte Länge der Rippe 14
x Ringspalt

Claims

Innerer Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr, der mit einem Akkumulator eine Baueinheit bildet und für Kältemittelkreisläufe, insbesondere in Kraftfahrzeugklimaanlagen, eingesetzt wird, umfassend: – ein Gehäuse (1) mit oberer und unterer Deckelplatte (2, 3), – einen im Gehäuse (1) angeordneten Akkumulator (5) für das flüssige Kältemittel bei Niederdruck, – das wendelförmige Rippenrohr (4) für das Kältemittel bei Hochdruck, das im Spalt mit der Spaltbreite x zwischen dem Akkumulator (5) und dem Gehäuse (1) ausgebildet ist, wobei die Rippen (14) radial kreisringförmig am wendelförmigen Rippenrohr (4) angeordnet sind, so dass der Kältemitteldampf mit Niederdruck zwischen den Rippen (14) des wendelförmigen Rippenrohres (4) im Kreuzstrom zum Kältemittel bei Hochdruck führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (14) durch Umknicken an ihrem distalen Ende um die umgeknickte Länge z auf die Maße des Ringspalts x kalibriert sind.
Innerer Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die umgeknickten Rippenrohrköpfe (15) in axialer Richtung der kalibrierten Rippenrohrwendel (13) partiell in der Weise umgeknickt sind, dass sich Auflageflächen zwischen den einzelnen Wendeln bilden, auf denen diese radial, ohne zu verhaken, abgleiten können.
Innerer Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die umgeknickten Rippenrohrköpfe (15) der kalibrierten Rippenrohrwendel (13) insgesamt vierfach umgeknickt sind.
Innerer Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisringförmigen Rippen (14) konzentrisch am wendelförmigen Rippenrohr (4) angeordnet sind.
Innerer Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisringförmigen Rippen (14) eine Höhe h von 5 % der Spaltbreite x aufweisen.
Innerer Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (14) derart dimensioniert sind, dass zwischen dem Ende der Rippen (14) und dem Gehäuse (1) und/oder dem Akkumulator (5) maximal ein Spalt von 5 %, bezogen auf die Spaltbreite x, ausgebildet ist.
Innerer Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die umgeknickte Länge z mindestens die Hälfte der Länge L1, die dem Abstand benachbarter Rippenoberflächen entspricht, beträgt.
Innerer Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisringförmigen Rippen (14) am wendelförmigen Rippenrohr (4) in einem Abstand t zueinander angeordnet sind, wobei das Verhältnis von Abstand t zur Rippenhöhe h aus einem Bereich von eins bis vier ausgewählt ist.
Innerer Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr, der mit einem Akkumulator eine Baueinheit bildet und für Kältemittelkreisläufe, insbesondere in Kraftfahrzeugklimaanlagen, eingesetzt wird, umfassend: – ein Gehäuse (1) mit oberer und unterer Deckelplatte (2, 3), – einen im Gehäuse (1) angeordneten Akkumulator (5) für das flüssige Kältemittel bei Niederdruck, – das wendelförmige Rippenrohr (4) für das Kältemittel bei Hochdruck, das im Spalt mit der Spaltbreite x zwischen dem Akkumulator (5) und dem Gehäuse (1) ausgebildet ist, wobei die Rippen (14, 20) radial kreisringförmig am wendelförmigen Rippenrohr (4) angeordnet sind, so dass der Kältemitteldampf mit Niederdruck zwischen den Rippen (14) des wendelförmigen Rippenrohres (4) im Kreuzstrom zum Kältemittel bei Hochdruck führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (20) durch Stauchung an den Rippenköpfen (21) auf die Maße des Ringspalts x kalibriert sind.
Innerer Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Gehäuses (1) mit einer Isolationsschicht (11) versehen ist.
Innerer Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche des Akkumulators (5) mit einer Isolationsschicht (12) versehen ist.
Innerer Wärmeübertrager mit kalibriertem wendelförmigen Rippenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die obere und untere Deckelplatte (2, 3) Anschlüsse (6, 8, 9, 10) für das Kältemittel bei Niederdruck und Hochdruck aufweist.