Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen
verbesserten Wärmeübertrager
zur Verfügung
zu stellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmeübertrager
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist ein
Wärmeübertrager, insbesondere
ein Verdampfer für
eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage zum Abkühlen von zu konditionierender
Luft für
den Innenraum vorgesehen, mit einer Mehrzahl nebeneinanderliegend
angeordneter, kältemittelführender
Rohre und mit wenigstens einem Kältespeicher,
in welchem ein Kältespeichermedium vorgesehen
ist. Hierbei weist der Verdampfer zwei parallel zueinander angeordnete
und über
die gesamte Breite verlaufende Bereiche auf, wobei der erste Bereich
in seinem Aufbau einem herkömmlichen
Verdampfer entspricht, der Kältespeicher
in einen eigenständigen
zweiten Bereich angeordnet ist, der von zumindest einem Teil des
Kältemittelstroms durchströmbar ist,
welcher auch zumindest ein Teil des ersten Bereichs durchströmt, und
der erste und der zweite Bereich durch mindestens eine Überströmöffnung miteinander
verbunden sind. Über
die Überströmöffnung strömt zumindest
ein Teilstrom von Kältemittel
von einem Bereich in den anderen Bereich über, d.h. in beiden Bereichen
strömt
Kältemittel.
Zwischen den Rohren des ersten und/oder des zweiten Bereichs des
Wärmeübertragers
können Wellrippen
oder andere die Wärmeübertragungsfläche vergrößernde Elemente
angeordnet sein. Dadurch, dass der erste Bereich im Wesentlichen
dem eines herkömmlichen
Wärmeübertragers
entspricht, können
vorhandene Werkzeuge weiter verwendet werden, lediglich die Werkzeuge
für den
zweiten Bereich und zur Herstellung der Überströmöffnung(en) muss neu besorgt
werden. Der zweite Bereich ist – bei
entsprechend der bisherigen Bauweise ausgestaltetem ersten Bereich – relativ
einfach an den vorhandenen Bauraum und den Kühlbedarf anpassbar. Ferner
ist nur ein Expansionsorgan erforderlich.
Auf
Grund des modularen Aufbaus kann man einen derartig ausgebildeten
Verdampfer auch als "Add-on"-Speicherverdampfer
bezeichnen, d.h. der im Prinzip im Wesentlichen herkömmlichen
Basisform des Verdampfers wird ein entsprechend ausgebildetes Kühlmodul
zugefügt.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
erstrecken sich der erste und der zweite Bereich über die
gesamte Breite, wodurch eine hohe Leistungsfähigkeit bei kompakter Bauweise
gegeben ist. Alternativ kann sich auch einer der Bereiche nur über einen Teil
der gesamten Breite erstrecken, was je nach zur Verfügung stehendem
Bauraum oder auch nach gewünschter
Verteilung der Kälteleistungen
von herkömmlichem
Verdampfer und Speicherverdampfer gewünscht sein kann.
Bevorzugt
sind genau zwei Überströmöffnungen
vorgesehen, jedoch kann – bei
einer getrennten Kältemittelzuführung – auch nur
eine Überströmöffnung vorgesehen
sein. Ebenso sind eine Mehrzahl von Überströmöffnungen möglich, durch die Kältemittel
vom ersten Bereich zum zweiten Bereich und umgekehrt überströmen kann.
In
mindestens einem Kältespeicherelement ist
bevorzugt mindestens ein kältemittelführendes Rohr
angeordnet. Dabei können
die Kältespeicherelemente
miteinander verbunden sein, insbesondere über mindestens einen Sammelbehälter.
Bei
einer Anordnung des kältemittelführenden
Rohres im Kältespeicherelement
kann es in das mit dem Kältespeichermedium
befüllte
Kältespeicherelement
eingesteckt sein oder aber direkt hierin ausgebildet sein, wobei
das Kältespeichermedium bevorzugt
das Kältemittel
von allen Seiten umgibt, wobei insbesondere eine Rohr-in-Rohr-Anordnung vorgesehen
ist.
Ebenfalls
kann das Kältespeicherelement durch
ein Rohr mit U-förmigem
Querschnitt gebildet sein, insbesondere mit mehreren Kammern. Hierbei entsprechen
bevorzugt die Innenabmessungen des Kältespeicherelements den Außenabmessungen
des kältemittelführenden
Rohres im entsprechenden Bereich, so dass die Rohre flächig aneinander
anliegen. Auch eine einstückige
Ausgestaltung, bspw. gebildet durch ein entsprechend extrudiertes
Rohr mit mindestens zwei Kanälen,
ist möglich.
Das
kältemittelführende und
das Kältespeichermedium
enthaltende Rohr ist im Falle einer Anordnung vollständig innerhalb
des Kältespeicherelements
bevorzugt als ein doppelwandiges Flachrohr ausgebildet, wobei sich
das Kältemittel
im zentralen Bereich und das Kältespeichermedium
im äußeren Bereich
befindet. Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist das doppelwandige Flachrohr Stege auf, die das außen liegende
mit dem innen liegenden Flachrohr verbinden. Dadurch, dass der Kältespeicher
direkten Luftkontakt hat, ergibt sich eine sehr gute Dynamik beim
Wärmeübergang,
so dass im Bedarfsfall, d.h. im Idle-stop-Betrieb, die volle Kälteleistung
sofort zur Verfügung
steht.
Das
das Kältespeichermedium
enthaltende Rohr kann das kältemittelführende Rohr
auch nicht vollständig
umgeben. Dabei sind vorzugsweise genau drei Seiten des kältemittelführenden
Rohres vom das Kältespeichermedium
enthaltenden Rohr umgeben. Das das Kältespeichermedium enthaltende Rohr
kann dabei mit einem U-förmigen
Querschnitt ausgebildet sein und das kältemittelführende Rohr, wobei es sich
vorzugsweise um ein Flachrohr handelt, teilweise, d.h. über einen
Teil seines Umfangs, umgeben, wobei bevorzugt der größte Teil
des kältemittelführenden
Rohres im Inneren des das Kältespeichermedium
enthaltenden Rohres angeordnet ist.
Bevorzugt
enden die kältemittelführenden Rohre
des zweiten Bereichs in einem Sammelbehälter, der getrennt von und
lediglich über
eine oder mehrere Überströmöffnungen
mit einem Sammelbehälter
des ersten Bereichs ausgebildet ist. Dies ermöglicht gegebenenfalls auch
eine nachträgliche Aufrüstung des
Wärmeübertragers
mit einem Kältespeicher,
insbesondere können
aber die ersten Bereiche – abgesehen
von den Überströmöffnungen – gleich
ausgebildet sein, wie im Falle herkömmlicher Wärmeübertrager; so dass die Herstellungskosten
in Folge größerer Stückzahlen
und gleicher Werkzeuge für
einen Großteil
der Bauteile gesenkt werden können.
Ferner können
die beiden Bereiche getrennt zusammengesetzt und anschließend miteinander
verbunden werden.
Die
kältespeichermediumführenden
Rohre beziehungsweise Kanäle
enden vorzugsweise in einem Kältespeichermedium-Sammelbehälter, durch den
die kältemittelführenden
Rohre beziehungsweise Kanäle
ragen, die in einem getrennten Sammelbehälter enden. Dies ermöglicht eine
gemeinsame Befül lung
der einzelnen Kältespeicherelemente
mit dem Kältespeichermedium,
so dass eine einfache und schnelle Befüllung der kältespeichermediumführenden
Rohre beziehungsweise Kanäle
möglich
ist. Ferner kann die Montage durch die bevorzugt einstückige Ausgestaltung
des Kältespeichers
im Falle einer getrennten Ausbildung der kältemittelführenden Rohre und der Kältespeicherelemente
vereinfacht werden. Auch kann dadurch ein Ausgleichsraum für insbesondere
temperaturbedingte Volumenänderungen des
Kältemittels
zur Verfügung
gestellt werden. Ferner ermöglicht
dies eine kompakte Bauweise des zweiten Bereichs.
Bevorzugt
weist der erste Bereich eine Anzahl von in unterschiedlicher Richtung
vom Kältemittel
durchströmbarer
Blöcke
in Richtung seiner Breite benachbart dem zweiten Bereich auf, und
der zweite Bereich mindestens einen Block, insbesondere eine Anzahl
von in unterschiedlicher Richtung vom Kältemittel durchströmbarer Blöcke, auf.
Dabei unterscheidet sich bevorzugt die Anzahl und/oder Breite der
einzelnen Blöcke
in Breitenrichtung des Verdampfers im ersten Bereich und im zweiten
Bereich. Der erste Bereich weist vorzugsweise direkt benachbart
zum zweiten Bereich zwei bis vier, insbesondere drei Blöcke, und
der zweite Bereich einen bis sechs Blöcke, insbesondere ein bis drei
Blöcke,
auf.
Bevorzugt
fluchten Flachrohrreihen des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs
miteinander, wobei jedoch auch nur hinter jedem n-ten, insbesondere
jedem zweiten oder dritten Flachrohr, des ersten Bereichs ein Flachrohr
des zweiten Bereichs angeordnet sein kann, so dass der Luftströmungswiderstand
möglichst
gering ist, jedoch können
die Flachrohrreihen auch unregelmäßig oder versetzt (z.B. mittig
auf Lücke)
angeordnet sein, oder die Kältespeicherelemente
mit den hierin angeordneten kältemittelführenden
Rohren können
gegenüber
den anderen Flachrohren des Verdampfers verdreht angeordnet sein.
Die Anzahl und Gestalt der Flachrohre des zweiten Bereichs kann
entsprechend der gewünschten
Wärmemenge
im Falle eines Fahrzeugstopps gewählt werden.
Der
zweite Bereich des Verdampfers ist bevorzugt in normaler Luftströmungsrichtung
gesehen nach dem ersten Bereich des Verdampfers, insbesondere direkt
in Anschluss an den Verdampfer, angeordnet, aber es ist ebenfalls
eine Anordnung vor dem Verdampfer oder etwas beabstandet vom Verdampfer
möglich
in einem zweiten, insbesondere kleineren Verdampferteil. Insbesondere
im Falle einer beabstandeten Anordnung vom (Haupt)Verdampfer kann
die Größe des Sammlers
mit Kältespeicher
entsprechend dem vorhandenen Bauraum und/oder den Erfordernissen
angepasst werden. Besonders vorteilhaft ist, dass der bestehende
Verdampfer nicht oder nur unwesentlich abgeändert werden muss, so dass
eine relativ einfache Integration des Kältespeichers in bestehende
Systeme möglich
ist. Vorhandene Werkzeuge müssen
nicht (oder nur unwesentlich) abgeändert werden. Lediglich die Werkzeuge
für den
Kältespeicherbereich
des Verdampfers, der angefügt
wird, müssen
beschafft werden.
Bei
den Rohren, welche vom Kältemittel durchströmt werden,
handelt es sich vorzugsweise um geschweißte, gefalzte, aus Scheiben
tiefgezogene oder extrudierte Flachrohre, die sowohl abgerundet
als auch eckig ausgebildet sein können. Jedoch können auch
bspw. ovale Rohre oder Rundrohre verwendet werden. Als Materialien
kommen insbesondere Aluminium und Aluminiumlegierungen in Frage, jedoch
ist auch die Verwendung beliebiger anderer geeigneter, gut wärmeleitender
Materialien möglich.
Der
Kältespeicher
besteht bevorzugt aus Aluminium, insbesondere innen und/oder außen beschichtetem
Aluminium (wobei unter Aluminium auch eine Aluminiumlegierung zu
verstehen ist), gegebenenfalls auch Kupfer, einer Kupfer-Zink-Legierung, Kunstharz
oder Kunststoff. Ein Aluminium-Behälter hat den Vorteil, dass
er sich mit den übrigen
Teilen des Verdampfers prob lemlos verlöten lässt. Dabei handelt es sich
bevorzugt um ein stranggepresstes Flachrohr, das eine Mehrzahl von
Kanälen
aufweist, wobei ein Teil der Kanäle
das Kältespeichermedium und
der andere Teil der Kanäle
das Kältemittel
enthalten. Die Ausgestaltung kann jedoch auch mehrteilig sein.
Beim
Latent- oder Speichermedium handelt es sich bevorzugt um ein PCM-Material (phase change
material), das bevorzugt kongruent schmelzende Medien, insbesondere
Decanol, Tetra-, Penta- oder Hexadecan, Li-ClO33H2O, wässrige
Salzlösungen
oder organische Hydrate enthält
oder hieraus gebildet ist. Im Speichermedium können auch Keimbildner vorgesehen
sein, welche die Kristallbildung beschleunigen.
Die
Phasenumwandlungstemperatur des Speichermediums liegt vorzugsweise
in einem Bereich von 0°C
bis 30°C,
bevorzugt von 1°C
bis 20°C, insbesondere
von 2°C
bis 15°C,
insbesondere bevorzugt von 4°C
bis 12°C.
Im
Inneren des Kältespeicherelements
können – unabhängig ob
es das kältemittelführende Rohr ganz
oder nur teilweise umgibt – Einlagen,
wie Rippenbleche, vorzugsweise aus Aluminium, jedoch sind auch andere
Metalle oder Kunststoffe geeignet, oder andere Turbulenzeinlagen,
wie Vliese oder Gestricke, bspw. aus Kunststoff oder Metall, oder Schäume, bspw.
Metallschäume
oder Kunststoffschäume,
vorgesehen sein. Die Einlagen dienen zur Verbesserung des Wärmetransports
sowie zur Erhöhung
der inneren Oberfläche
um die Kristallbildung des Speichermediums zu beschleunigen.
Die
Durchströmung
der beiden Bereiche erfolgt vorzugsweise seriell bzw. parallel,
so dass nur ein, insbesondere ein und dasselbe Expansionsorgan für beide
Bereiche vorgesehen ist. Hierbei ist der Kältemitteleintritt bevorzugt
am Sammler des ersten Bereichs vorgesehen. Parallel kann in diesem
Zusammenhang auch bedeuten, dass einer der Teilströme im Verhältnis zum anderen
relativ klein ist, insbesondere, dass der Anteil durch den zweiten
Bereich relativ klein im Verhältnis
zum Anteil durch den ersten Bereich ist.
Bevorzugt
hat der Wärmeübertrager
folgende Abmessungen (bezüglich
der Maße
wird auf die 8 und 9 verwiesen):
Die
Gesamttiefe T des Wärmeübertragers
beträgt bevorzugt
23 bis 200 mm, insbesondere 35 bis 80 mm, besonders bevorzugt 60
+/- 10 mm. Auch 35 bis 100 mm ist denkbar.
Die
Bautiefe T' beträgt bevorzugt
20 bis 150 mm, insbesondere 25 bis 90 mm. Die Bautiefen T1 und T2
der Flachrohre des Verdampfers im Bereich ohne Kältespeicher entsprechen in
der Regel einander (symmetrische Ausgestaltung dieses Verdampferbereichs).
Die Bautiefe des Speicherelements T'' kann
5 bis 100 mm, vorzugsweise 10 bis 40 mm betragen.
Für die Höhe H und
die Breite B bieten sich vorteilhafterweise für H und B 50 bis 500 mm, insbesondere
für H 100
bis 300 mm und B 100 bis 350 mm an Die Breiten b1 und b2 der Flachrohre
des Verdampfers im Bereich ohne Kältespeicher entsprechen vorzugsweise
einander, wobei bevorzugt je ein Flachrohr der einen Reihe mit einem
Flachrohr der anderen Reihe fluchtet. Die Breiten b1 und b2 betragen
vorzugsweise 0,8 bis 4 mm, insbesondere 1,3 bis 3,5 mm, besonders
bevorzugt 1,0 bis 3,2 mm.
Die
Querteilung q1 der ersten Flachrohrreihe beträgt vorzugsweise 4 bis 20 mm,
insbesondere bevorzugt 5 bis 13 mm. Sie entspricht bevorzugt der Querteilung
der zweiten Flachrohrreihe des Verdampfers.
Die
Höhe der
Wellrippe der ersten Flachrohrreihe beträgt somit bevorzugt 3 bis 18
mm, insbesondere 4 bis 10 mm. Sie entspricht bevorzugt der Wellrippenhöhe der zweiten
Flachrohrreihe des Verdampfers.
Der
Verdampfer im Bereich des Kältespeichers
weist Flachrohre, welche das Kältespeichermedium
in den äußeren Kältespeichermedium-Kanälen enthalten,
mit Breiten b3 von vorzugsweise 2,0 bis 10,0 mm, insbesondere von
3,0 bis 8,0 mm, auf. Die Breite b4 der hierin angeordneten Flachrohre,
in deren Kältemittel-Kanälen das
Kältemittel
strömt,
beträgt
vorzugsweise 0,6 bis 2,5 mm, insbesondere 0,9 bis 1,5 mm. Denkbar
sind jedoch auch 0,6 bis 2,5 mm, insbesondere 0,9 bis 2 mm.
Die
Bautiefe T3 der Flachrohre des Verdampfers im Bereich mit Kältespeicher
beträgt
vorzugsweise 5 bis 70 mm, insbesondere bevorzugt 10 bis 30 mm. Auch
der Bereich von 8 bis 20 mm, insbesondere 10 bis 13 mm kann sich
als vorteilhaft erweisen. Für
die Außenabmessungen
der das Latentspeichermedium enthaltenden Rohre, in denen Vorteilhafterweise
kältemitteldurchströmte Flachrohre
angeordnet sind, haben sich eine Bautiefe von 7 bis 80 mm, vorzugsweise
von 10 bis 26 mm, besonders bevorzugt von 12 bis 16 mm als günstig erwiesen.
Die
Querteilung q3 der Flachrohre des Verdampfers im Bereich mit Kältespeicher
beträgt
vorzugsweise ein Vielfaches von q1, um so den Druckabfall der durchströmenden Luft
gering zu halten, kann aber auch q1 entsprechen. Besonders bevorzugte
Werte sind zwei und drei. Als typische Werte von q3 ergeben sich üblicherweise
4 bis 30 mm, insbesondere 9 bis 22 mm. Die Wellrippenhöhe kann Vorteilhafterweise
mit 2 bis 20 mm, insbesondere mit 4 bis 10 mm gewählt werden.
Die
Höhe H1
der Kältespeichermedium-Sammelbehälter beträgt bevorzugt
3 bis 25 mm, insbesondere 3 bis 15 mm, ist jedoch vorzugsweise so
klein wie möglich,
um Bauraum zu sparen und den von Luft durchströmbaren Querschnitt so groß wie möglich zu
halten. Auch 5 bis 40 mm, insbesondere 10 bis 20 mm können sich
in diesem Zusammenhang als besonders vorteilhaft erweisen.
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind ein erster Sammelbehälter
für das
Kältemittel
und ein benachbarter zweiter Sammelbehälter für das Kältespeichermedium im Wesentlichen
aus zumindest einem Blechformteil ausgebildet, wodurch eine kostengünstige Serienfertigung
vereinfacht ist. Besonders bevorzugt sind dabei der erste Sammelbehälter und
der zweite Sammelbehälter
insgesamt im Wesentlichen aus drei Blechformteilen ausgebildet,
umfassend ein Bodenteil, ein Zwischenteil und ein Deckelteil. Dies
ermöglicht
einerseits eine einfache Herstellung der einzelnen Blechformteile
und andererseits eine noch gut beherrschbare Kombination der Blechteile
zu den beiden Sammelbehältern,
beispielsweise mittels gleichzeitiger Verlötung der zusammengesetzten
Formteile in einem Lötofen
auf an sich bekannte Weise. Hierzu ist zumindest eines der drei
Blechformteile als im Wesentlichen wannenförmiges Teil mit einem umlaufenden,
insbesondere im Bereich einer Stirnseite aufgebogenen Rand ausgebildet.
Dies ermöglicht
nicht nur eine einfache Vormontage und zuverlässige Verlötung, sondern spart auch zusätzliche
Teile wie etwa stirnseitige Abschlussdeckel.
Der
Begriff Blechformteil ist vorliegend grundsätzlich breit auszulegen. Neben
klassischen Blechen aus einem metallischen Material fallen darunter
insbesondere Formteile, deren Dicke im Verhältnis zu deren sonstigen Abmessungen
relativ klein ist.
Im
Sinne einer kostengünstigen
Fertigung ist zumindest eines der drei Blechformteile als Tiefziehteil
ausgebildet, wodurch besonders bei Verwendung von Aluminium und/oder
Aluminiumlegierungen als Blechmaterial eine komplexe Formgebung
ermöglicht
ist.
In
vorteilhafter Weiterbildung weist zumindest eines der drei Blechformteile
eine Lasche zur klemmenden Halterung eines der anderen Blechformteile
auf. Durch diese klemmende Halterung ist eine Vormontage vor einer
gemeinsamen Verlötung in
einem Lötofen
vereinfacht und eine Fehlerrate bei der Verlötung reduziert.
In
vorteilhafter Detailgestaltung verlaufen eine obere Bodenebene eines
unteren Sammelbehälters
des zweiten Bereichs und eine obere Bodenebene eines unteren Sammelbehälters des
ersten Bereichs im Wesentlichen in der gleichen Höhe. Hierdurch
kann angesammeltes Kondenswasser des ersten Bereichs über den
zweiten Bereich ablaufen und umgekehrt, so dass eines Wasserablauf
des Wärmetauschers
flexibel angeordnet werden kann.
Um
ein ausreichendes Volumen für
das Kältespeichermedium
auch bei begrenzten Außenmassen
des Wärmeübertragers
bereitzustellen, kann vorteilhaft eine Bauhöhe eines Sammelbehälters des zweiten
Bereichs größer sein
als eine Bauhöhe
eines Sammelbehälters
des ersten Bereichs.
Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
sind in dem zweiten Bereich ein oberer Sammlerbereich und ein unterer
Sammlerbereich mit jeweils einem ersten Sammelbehälter für das Kältemittel
und einem benachbarten zweiten Sammelbehälter für das Kältespeichermedium vorgesehen,
wobei der obere Sammelbereich und der untere Sammelbereich über eine
Mehrzahl von Rohren verbunden sind, wobei zumindest eines der Rohre
zumindest einen ersten Kanal zur Führung des Kältemittels und zumindest einen
durch eine Trennwand separierten zweiten Kanal zur Führung des
Kältespeichermediums
aufweist. Dabei erfolgt ein Hauptteil einer Wärmeübertragung zwischen Kältemittel
und Speichermedium über
die Trennwand, wobei die ersten Kanäle zugleich die Funktion von
herkömmlichen
Verdampferkanälen
im Zuge der Durchströmung
mit dem Kältemittel
aufweisen. Insgesamt wird hierdurch eine kompakte Bauweise mit hoher
Wärmeübertragungsleistung
bereitgestellt.
In
einer einfach herstellbaren Variante ist dabei einer der Kanäle als ein äußeres Rohr
und der andere der Kanäle
als in das äußere Rohr
eingesetztes inneres Rohr ausgebildet, wodurch zugleich eine große Trennwandfläche gegeben
ist. Bei dieser Version ineinandergesteckter Rohre sind zur Vermeidung
von Vibrationen und zur Vergrößerung thermisch
gut leitfähiger
Kontaktbereiche zweckmäßig an zumindest einem
von beiden, äußerem Rohr
oder innerem Rohr, Mittel zur radialen Führung des jeweils anderen Rohrs
ausgebildet. Alternativ können
auch inneres Rohr und äußeres Rohr
als einheitliches Strangpressprofil ausgeformt sein. Weiterhin alternativ
können die
Rohre bzw. Kanäle
auch nebeneinander und nicht ineinander angeordnet sein.
In
zweckmäßiger Detailgestaltung
der ineinander angeordneten Kanäle
ist das innere Rohr der erste Kanal zur Führung des Kältemittels und das äußere Rohr
der zweite Kanal zur Führung
des Kältespeichermediums.
Zum einen hat der Kältemittelkanal
zumeist einen kleineren Gesamtquerschnitt und zum anderen ist es
zumeist gewünscht,
dass das Kältespeichermedium
in gutem thermischen Austausch mit der das äußere Rohr umströmenden Luft steht,
um eine schnelle Bereitstellung der gespeicherten Kälte bei
gestopptem Verdichter zu gewährleisten.
Im
Interesse einer konstruktiv kleinbauenden Lösung weist einer der Kanäle einen
endseitigen Überstand über den
anderen Kanal auf, wobei einer der Sammelbehälter von dem überstehenden
Kanal vollständig
durchgriffen wird. Somit endet auf einfache Weise das kürzer endende
Rohr nur in dem ersten Sammelbehälter,
wobei das längere
Rohr diesen abgedichtet durchgreift und in dem benachbarten zweiten
Sammelbehälter
endet.
In
bevorzugter Ausführung
ist zumindest einer der Kanäle
als extrudiertes Profil ausgebildet, wodurch kostengünstig eine
komplexe Formgebung des Kanals zum Beispiel mit einer Mehrzahl von
separaten Kammern und/oder ausgeformten Mitteln zur radialen Abstützung des
anderen Kanals ermöglicht
ist.
In
einer weiteren vorteilhaften Detailgestaltung weist ein Sammlerbereich
des zweiten Bereichs zumindest einen im Wesentlichen ebenen Abschnitt auf,
der mit einem korrespondierenden, im Wesentlichen ebenen Abschnitt
eines Sammlerbereichs des ersten Bereichs flächig verlötet ist. Auf diese Weise ist
der zweite Bereich einfach und sicher an dem ersten Bereich festlegbar,
insbesondere im Wege einer vollständigen Verlötung des vormontierten Wärmeübertragers
in einem Lötofen.
Zudem können
der erste und der zweite Bereich als separate Module ohne Bevorratung
oder Montage von weiteren Festlegemitteln vorgesehen sein, was die
Produktion von Wärmeübertragern
mit und ohne Kältespeicher
insgesamt effizienter macht. Besonders zweckmäßig weisen die miteinander
verlöteten
ebenen Abschnitte eine Durchbrechung zur Ausbildung der Überströmöffnung auf,
so dass die flächige
Verlötung
zugleich einer mechanischen Halterung als auch einer Erzeugung der Überströmöffnung dient.
Die Durchbrechung kann dabei je nach Bauform und Verschaltung der
Fluidwege in der individuellen Serie in dem ebenen Bereich vorgenommen
werden. Zum Beispiel können
so immer mehrere ebene Abschnitte vorgesehen sein und zur mechanischen
Halterung verlötet werden,
wogegen nur eine Teilmenge der ebenen Abschnitte mit Durchbrechungen
zur Herstellung eines Kältemitteldurchtritts
versehen wird.
In
vorteilhafter Detailgestaltung ist der im Wesentlichen ebene Abschnitt
nach Art eines Erkers aus einer Wandung des Sammelbereichs ausgeformt.
Dies ermöglicht
eine definierte Anlage und gute flächige Verlötung der benachbarten Sammelbereiche
aneinander. Besonders bevorzugt ist zudem eine Verbindungsfläche zur
flächigen
Verlötung der
ebenen Abschnitte aus einer Fläche
des Erkers herausgezogen. Auch bei gegebenen Toleranzen und einem
gewissen Verzug der Bauteile kann hierdurch eine zuverlässige flächige Verlötung erzielt werden,
zum Beispiel in Kombination mit einem geeigneten Klammern oder Anpressen
der Teile vor einer Behandlung in einem Lötofen.
Für einen
allgemeinen Wärmeübertrager, insbesondere
für ein
Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 30 wird die Aufgabe
der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 30
gelöst.
Durch die Ausbildung der benachbarten Sammelbehälter mittels eines oder mehrerer Blechformteile
wird eine kostengünstige
Herstellung bei besonders wenig Ausschuss ermöglicht. Der Aufbau solcher
Bereiche aus Blechformteilen, also mittels Tiefziehen und/oder Stanzen
und/oder ähnlichen Verfahren
umgeformten Blechen, ist günstig
und gut mit einer Verlötung
in einem Lötofen
kombinierbar. Hierdurch kann weitgehend oder vollständig auf
aufwendige Bearbeitungsschritte wird etwa spanende Formgebung der
Sammlerbereiche verzichtet werden. Selbstverständlich ist der Begriff Blechformteil auch
in diesem Zusammenhang, wie bereits erwähnt, grundsätzlich breit auszulegen.
In
bevorzugter Weiterbildung sind der erste Sammelbehälter und
der zweite Sammelbehälter
insgesamt im Wesentlichen aus drei Blechformteilen ausgebildet,
umfassend ein Bodenteil, ein Zwischenteil und ein Deckelteil. Grundsätzlich können zwei
benachbarte Sammelbehälter
auch aus nur einem oder aus zwei oder auch aus mehr als drei Formteilen
aufgebaut werden, wobei sich in der Praxis der Aufbau aus drei Formteilen
als guter Kompromiss erwiesen hat. Dabei ist zu berücksichtigen,
dass sowohl eine zunehmende Anzahl separater und eher einfach geformter
Teile nachteilig ist, da aufgrund der zunehmenden Anzahl an Lötstellen
die Ausfallrate bei der Herstellung steigt. Bei weniger als drei
Formteilen zur Herstellung der beiden Sammelbehälter hat sich dagegen die Formgebung
der Blechformteile bzw. deren anschließende Bearbeitung als relativ
aufwendig erwiesen.
Besonders
bevorzugt ist zumindest eines der drei Blechformteile als im Wesentlichen
wannenförmiges
Teil mit einem umlaufenden, insbesondere im Bereich einer Stirnseite
aufgebogenen Rand ausgebildet. Hierdurch lässt sich eine sichere und flächige Verlötung an
einer Seite des Randes erzielen, wobei durch den umlaufenden Rand
zudem auf zusätzliche Abschlussteile
wie etwa stirnseitige Deckel verzichtet werden kann. Vorteilhaft
ist zumindest eines der drei Blechformteile als Tiefziehteil ausgebildet,
wobei zum Beispiel ein wannenförmiges
Teil zweckmäßig mittels
Tiefzeihen hergestellt wird.
Weiterhin
bevorzugt weist zumindest eines der drei Blechformteile eine Lasche
zur klemmenden Halterung eines der anderen Blechformteile auf, wodurch
eine Vormontage vor Einbringen in einen Lötofen verbessert ist.
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
kann der Wärmeübertrager
nach einem der Ansprüche
30 bis 34 einen inneren Wärmetauscher
einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage umfassen, insbesondere einen inneren
Wärmetauscher
einer CO2-Klimaanlage, wobei das erste und das zweite Fluid CO2
aus verschiedenen Bereichen eines Kältekreises ist. Die spezifischen
Anforderungen eines inneren Wärmeübertragers
von CO2-Klimaanlagen lassen sich durch eine solche Bauform kostengünstig erfüllen.
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele mit Varianten,
teilweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung, im Einzelnen erläutert. Es
zeigen:
1 eine
perspektivische Ansicht eines Wärmeübertragers
mit Sammler gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine
Seitenansicht des Wärmeübertragers
von 1,
3 eine
ausschnittsweise, perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers von 1 mit abgenommenem
Sammelkasten und Sammelrohr,
4 eine
weitere perspektivische Ansicht eines Bereichs des Wärmeübertragers
von 1 mit seitlich geöffneten Sammelbehälter und
-rohr,
5 eine
geschnittene Seitenansicht des Wärmeübertragers
von 1,
6 eine
Detailansicht einer Überströmöffnung,
7 eine
geschnittene Detailansicht des Wärmeübertragers
von 1 im Bereich des Kältespeichers,
8 einen
Schnitt quer durch den Wärmeübertrager
von 1,
9 einen
Schnitt durch den unteren Bereich des Wärmeübertragers von 1,
10 eine
perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers
von 1 mit schematischer Darstellung des Kältemittelströmungsverlaufs,
11 eine
schematische Schnittdarstellung des Wärmeübertragers von 1 zur
Verdeutlichung des Kältemittelströmungsverlaufs,
12 eine
schematische Seitenansicht des Wärmeübertragerbereichs
mit dem Kältespeicher von 1 zur
Verdeutlichung des Kältemittelströmungsverlaufs,
13a, b schematische Darstellungen des Kältemittelströmungsverlaufs
gemäß einer
ersten Variante,
14a, b schematische Darstellungen des Kältemittelströmungsverlaufs
gemäß einer
zweiten Variante,
15a, b schematische Darstellungen des Kältemittelströmungsverlaufs
gemäß einer
dritten Variante,
16a, b schematische Darstellungen des Kältemittelströmungsverlaufs
gemäß einer
vierten Variante,
17a, b schematische Darstellungen des Kältemittelströmungsverlaufs
gemäß einer
fünften Variante,
und
18a, b schematische Darstellungen des Kältemittelströmungsverlaufs
gemäß einer
sechsten Variante.
19 eine
räumliche
Gesamtansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,
20 eine
teilweise Schnittansicht des Wärmeübertragers
aus 19,
21 eine
weitere teilweise Schnittansicht des Wärmeübertragers aus 19,
22 eine
Draufsicht auf Deckelteile eines ersten Bereichs des Wärmeübertragers
aus 19,
23 eine
Schnittansicht durch die Deckelteile aus 22 entlang
der Linie A-A,
24 eine
Draufsicht von der Seite auf ein Deckelteil eines zweiten Bereichs
des Wärmeübertragers
aus 19,
25 eine
Draufsicht von oben auf ein Zwischenteil des Wärmeübertragers aus 19,
26 eine
seitliche Draufsicht auf das Zwischenteil aus 25,
27 eine
Draufsicht auf ein Bodenteil des Wärmeübertragers aus 19,
28 eine
Schnittansicht eines zweikanaligen Rohrs des zweiten Bereichs des
Wärmeübertragers
aus 19,
29 eine
räumliche
Explosionsansicht eines dritten Ausführunbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,
30 eine
schematische Darstellung mehrerer verschiedener Bauprinzipien eines
erfindungsgemäßen Wärmeübertragers.
Eine
Kraftfahrzeug-Klimaanlage zum Temperieren des Kraftfahrzeug-Innenraums mit einem Kältemittel-Kreislauf
(vorliegend R134a, jedoch kann bspw. auch CO2 oder
ein anderes Kältemittel
verwendet werden) von der nur der Verdampfer 1, mit Einspritzrohr 2 und
Saugrohr 3 dargestellt ist, weist, um auch bei einem Motorstopp
zumindest über
einen kurzen Zeitraum eine ausreichende Kühlleistung zur Verfügung zu
stellen, einen Kältespeicher 4 auf,
bestehend aus einer Mehrzahl von Kältespeicherelementen 5,
vorliegend zweiundzwanzig, welche mit einem Kältespeichermedium gefüllt sind.
Die Kältespeicherelemente 5 sind
durch Bereiche speziell ausgestalteter Flachrohre 6 aus
Aluminium gebildet, auf die an späterer Stelle näher eingegangen
wird. Als Kältespeichermedium
dient vorliegend Decanol. Alternativ sind beispielsweise auch Tetra-,
Penta- oder Hexadecan geeignet.
Die
normale Luftströmungsrichtung
ist in den 1 und 2 durch
Pfeile angedeutet. Der Verdampfer 1 weist im größeren, luftanströmseitigen
Teil einen Bereich 1' mit
Aufbau auf, der dem eines herkömmlichen
Verdampfers entspricht, mit zwei Reihen von Flachrohren 7 und
dazwischen angeordneten Wellrippen 8. Die Flachrohre 7 enden
jeweils in einem Sammelbehälter 9.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich,
tritt das Kältemittel
an der Schmalseite des oberen Sammelbehälters 9 luftabströmseitig
in den Verdampfer 1 ein und verlässt ihn auf der gleichen Schmalseite
im luftanströmseitigen
Bereich des Sammelbehälters 9.
Der
andere Bereich des Verdampfers 1, nämlich der Kältespeicherbereich 1'', welcher vom Prinzip her getrennt
als eigenständiger
Bereich des Verdampfers 1 ausgebildet ist und in welchem
die Kältespeicherelemente 5 vorgesehen
sind, wird durch den kleineren, luftabströmseitigen Teil des Verdampfers 1 gebildet.
Die
Kältespeicher-Flachrohre 6 im
Kältespeicherbereich 1'' und die herkömmlichen Flachrohre 7 im
Bereich 1' sind,
wie insbesondere aus 8 ersichtlich, derart angeordnet,
dass jeweils beim ersten, dritten, fünften usw. Flachrohr 7 mit
demselben in Luftströmungsrichtung
fluchtend ein Kältespeicher-Flachrohr 6 jeweils
fluchtend angeordnet ist.
Da
die Zwischenräume
zwischen den Kältespeicher-Flachrohren 6,
die vorliegend in Luftströmungsrichtung
schmaler, aber quer hierzu breiter ausgebildet sind, als die Flachrohre 7,
auf Grund dieser Anordnung relativ breit sind, ist der Strömungswiderstand
für die
den Verdampfer 1 durchströmende Luft in Vergleich zum
Strömungswiderstand
des ersten Bereichs 1' des
Verdampfers 1 nahezu vernachlässigbar und kann für die Auslegung
des Verdampfers 1 in Hinblick auf die Luftdurchströmung im
Wesentlichen vernachlässigt
werden, so dass gegenüber
einer Basisvariante des Verdampfers ohne den Kältespeicherbereich 1'' keine oder nur unwesentliche Neuberechnungen
in Hinblick auf die Luftströmung
erfolgen müssen.
Alternativ können
die Flachrohre 6 und 7 auf beliebige andere Weise
angeordnet sind, bspw. fluchtend oder auf Lücke.
Die
Kältespeicher-Flachrohre 6 weisen
einen doppelwandigen Aufbau mit einer Mehrzahl von Kältemittel-Kanälen 6' und Kältespeichermedium-Kanälen 6'' auf, wobei die Kältemittel-Kanäle 6' innen angeordnet
sind (siehe 8). Dabei sind die Kältespeicher-Flachrohre 6 derart
angeordnet, dass die als Kältespeicherelemente 5 dienenden
Kältespeichermedium-Kanäle 6'' jeweils in einem von zwei Kältespeichermedium-Sammelbehältern 10 enden, so
dass das Kältespeicherelement 5 nur
einen einzigen Hohlraum aufweist, welcher – von einem Ausgleichsraum
abgesehen – vollständig mit
dem Kältespeichermedium
gefüllt
ist. Das Befüllen
erfolgt über eine Öffnung im
Kältespeichermedium-Sammelbehälter 10 in
einem einzigen Arbeitsgang. Nach dem Befüllen wird die Öffnung fest
verschlossen, so dass ein unbefugtes Öffnen sicher verhindert wird.
Im
Inneren des durchgehenden Hohlraums sind gemäß einer nicht in der Zeichnung
dargestellten Variante Elemente vorgesehen, wie vorliegend ein Kunststoff-Vlies,
die zur Verbesserung des Wärmetransports
sowie zur Erhöhung
der inneren Oberfläche
dienen, um die Kristallbildung des Latentmediums zu beschleunigen.
Die
Kältemittel-Kanäle 6' ragen mit ihren
Enden jeweils durch die entsprechenden Kältespeichermedium-Sammelbehälter 10 hindurch
und enden jeweils in einem getrennt vom Sammelbehälter 9 ausgebildeten,
vorliegend als Rohr ausgebildeten Sammelbehälter 12, auf die im
Folgenden als Sammelrohre Bezug genommen wird.
Jedes
der Sammelrohre ist über
je eine langlochartige Überströmöffnung (nicht
dargestellt) mit einer an entsprechender Stelle angeordnete, langlochartige Überströmöffnung 13 der
Sammelbehälter 9 verbunden
(siehe 5).
Der
Verdampfer 1 wird in seinem herkömmlichen Bereich 1' derart durchströmt, dass
der Kältemittelstrom
in der Verdampferbreite zweimal umgelenkt wird, bevor er in der
Tiefe entgegen der Luftströmungsrichtung
umgelenkt wird. Im luftanströmseitigen
Bereich wird er ebenfalls zweimal in der Breite umgelenkt. Es handelt
sich somit um einen Verdampfer mit sechs Blöcken B1 bis B6, wobei je drei
Blöcke in
Breitenrichtung des Verdampfers 1 vorgesehen sind (d.h.
in der zuerst durchströmten
Reihe die Blöcke
B1 bis B3 und in der zuletzt durchströmten Reihe die Blöcke B4 bis
B6) und die ein zelnen Blöcke
B1 bis B6 der beiden Blockreihen im Kreuz-Gegenstrombetrieb durchströmt werden.
Dieser Kältemittelströmungsverlauf
ist in 10 durch Pfeile mit durchgehender
Linie dargestellt.
Von
dem Kältemittelstrom
wird über
die Überströmöffnung 13 im
Sammelbehälter 9,
kurz nach dem Eintritt vom Einspritzrohr 2 in den Sammelbehälter 9 im
ersten Block B1 ein Teil des Kältemittels abgezweigt,
welches über
die Überströmöffnung in das
Sammelrohr gelangt und über
das Sammelrohr auf die Kältemittel-Kanäle 6' der Flachrohre 6 verteilt wird,
welche vorliegend in einer Richtung durchströmt werden, d.h. es liegt über die
gesamte Breite des Verdampfers 1 im Kältespeicherbereich 1'' nur ein Speicherelementblock vor.
Der abgezweigte Teil des Kältemittels
wird über
die zweite Überströmöffnung,
die am zweiten Sammelrohr vorgesehen ist, und die entsprechende
zweite Überströmöffnung 13 am
anderen Sammelbehälter 9 wieder
dem Haupt-Kältemittelstrom
zugeführt,
welches in diesem Bereich des Blocks B3 in der Tiefe zum Block B4
umgelenkt wird. Der Kältemittelströmungsverlauf
des Teilstroms ist in 10 durch Pfeile mit gestrichelter Linie
dargestellt.
An
Stelle des zuvor beschriebenen Aufbaus können die Sammelbehälter auch
auf andere Weise, insbesondere in Plattenbauweise, aufgebaut sein.
In
den weiteren Figuren sind verschiedene Varianten der Kältemitteldurchleitung
durch den Kältespeicherbereich 1'' des Verdampfers 1 dargestellt, die
sicherstellen sollen, dass das Kältespeichermedium
in allen Kältespeichermedium-Kanälen 6'' möglichst gleichmäßig seine
Phasenumwandlung durchläuft.
Hierfür
ist sicherzustellen, dass der abgezweigte Teilstrom des Kältemittels
möglichst
gleichmäßig auf
die Flachrohre 6 mit ihren Kältemittel-Kanälen 6' verteilt wird.
Die 13a und 13b zeigen
eine Verschaltungsvariante mit 3-Block-Verschaltung im Speicherelement. Hierbei
wird das Kältemittel
aus jedem der ersten drei Blöcke
B1 bis B3 des herkömmlichen
Bereichs 1' des
Verdampfers 1 in den zugehörigen Speicherelementblock
verteilt (d.h. es gibt drei Speicherelementblöcke) und wieder zurückgeführt. Durch
die verringerte Anzahl parallel geschalteter Flachrohre pro Speicherelementblock
ergibt sich eine verbesserte Kältemittelverteilung
als bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Gemäß einer
nicht in der Zeichnung dargestellten Abwandlung dieser Variante
sind mehr als nur eine Aus- und Eintrittsöffnung je Block des herkömmlichem
Bereichs des Verdampfers vorgesehen, so dass beispielsweise sechs
Speicherelementblöcke
vorgesehen sind.
Gemäß der zweiten,
in den 14a und 14b dargestellten
Variante erfolgt die Kältemittelströmungsführung im
Speicherelement entsprechend der im Serienverdampfer (d.h. 2x Umlenkung in
der Breite). Bei dieser Verschaltung wird bei einmaligem Überströmen aus
dem herkömmlichen
Bereich 1' des
Verdampfers 1 nur ein Drittel der Flachrohre des Speicherelement
parallel mit Kältemittel beaufschlagt.
Andere Verschaltungen sind im Kältespeicherbereich 1'' ebenfalls möglich, bspw. können fünf Speicherelementblöcke vorgesehen
sein.
15a und 15b zeigen
einen direkten Kältemitteleintritt
in den Kältemittelspeicherbereich 1'' an Stelle in den herkömmlichen
Bereich 1' des Verdampfers 1.
Mit dieser Variante lässt
sich eine bevorzugte Versorgung des Speicherelementblocks für den Fall
gewährleisten,
dass durch die Übertrittsöffnungen
zu wenig KM aus dem herkömmlichen
Bereich 1' des
Verdampfers 1 abgezogen werden kann.
In
den 16a und 16b ist
als vierte Variante ein geteilter Kältemitteleintritt für den herkömmlichen
Bereich 1' des
Verdampfers 1 und den Kältespeicherbereich 1'' vorgesehen, d.h. die Abzweigung
des Teilstroms für
den Käl tespeicherbereich 1'' erfolgt noch vor dem Eintritt
des Kältemittels in
den Verdampfer 1 im Bereich des Einspritzrohres. Hierbei
lässt sich
die Kältemittelverteilung
auf die beiden Eintrittsöffnungen
gegebenenfalls über
den Einspritzrohrdurchmesser und den Druckverlust im herkömmlichen
Bereich 1' des
Verdampfers 1 und im Kältespeicherbereich 1'' optimieren.
17a und 17b zeigen
eine Verschaltungsvariante mit einer Serienschaltung des Kältespeicherbereich 1'' und, nachgeschaltet, des herkömmlichen
Bereichs 1' des
Verdampfers 1. Bei dieser Variante wird zunächst das
Kältespeichermedium im
Kältespeicherbereich 1'' über den Kältemittelstrom gefroren (vorliegend
erfolgt der Eintritt von unten), bevor das Kältemittel dann in der üblichen Stromführung den
herkömmlichen
Bereich 1' des Verdampfers 1 durchläuft. Da
der gesamte Kältemittelstrom
vollständig
durch den Kältespeicherbereich 1'' geleitet wird, friert diese Variante
am schnellsten das Kältespeichermedium
ein.
In
den 18a und 18b ist
eine weitere Verschaltungsvariante dargestellt, gemäß der wiederum
ein Teilstrom im ersten Block B1 abgezweigt wird. Der Kältespeicherbereich 1'' weist hierbei vorliegend zwei
Blöcke
auf, die in unterschiedlichen Richtungen durchströmt werden.
Das Kältemittel
aus dem Kältespeicherbereich 1'' tritt hierbei am in den Sammelbehälter des
dritten Blocks B3 ein und durchströmt denselben gemeinsam, d.h.
der dritte Block B3 wird vom gesamten Kältemittel durchströmt, während die
ersten beiden Blöcke
B1 und B2 nur von einem (größeren) Kältemittelteilstrom
durchströmt
werden. Die beiden Blöcke
des Kältespeicherbereichs 1'' weisen gemäß der dargestellten Variante
eine unterschiedliche Bereite auf, wobei der zuerst durchströmte Block
schmaler als der danach durchströmte
Block ist.
Die
Verschaltungsvarianten ermöglichen eine
verbesserte Dynamik des Be- und
Entladevorgangs zu optimieren und das Austrittstemperaturprofil
des Verdampfers bei Fahrzeugstopps zu homogenisieren.
Alle
Varianten sind unabhängig
vom Kältemittel
(R134a, R744), der Sammlerkonstruktion (gebogener Sammler, Plattenbauweise)
und Blockverschaltung des Serienverdampfers (bspw. 2- oder 4-Blockverschaltung).
Ein
zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
ist in 19 dargestellt. Dieser Wärmetauscher
funktioniert bezüglich
der Fluidwege auf gleiche Weise wie der in 1 gezeigte,
wobei die Fluidwege gemäß der Darstellungen
in 11 und 12 verlaufen.
Ein
erster Bereich 201 umfasst einen im Prinzip bekannten Verdampfer
mit zwei in Durchströmungsrichtung
der Luft hintereinander angeordneten Verdampferebenen 202, 203.
In senkrechter Richtung verlaufen in jeder der Ebenen eine Vielzahl
von parallelen Kältemittelrohren 204,
die jeweils als extrudierte Profile mit mehreren separaten Kammern ausgebildet
sind. endseitig münden
die Rohre 204 jeweils in oberen oder unteren Sammelbehältern 205, 206 der
jeweiligen Ebene.
Die
Sammelbehälter
sind als Blechformteile ausgebildet. Aus einem Aluminiumblech werden
dabei Öffnungen
zum Einführen
der Rohre 204 ausgestanzt, verrundete Ausformungen durch
Tiefziehen ausgebildet und ein Teil des Blechs zur Herstellung eines
geschlossenen Kastens umgebogen (siehe insbesondere 23).
Hierdurch bleiben Stirnseiten der Sammelbehälter 205, 206 zunächst offen
und werden im Zuge der weiteren Fertigstellung mittels Abschlusskappen 207 verschlossen.
die Abschlusskappen dienen zweckmäßig zur Zuführung der Kältemittelleitungen einer Klimaanlage
zum Verdampfer (nur im ersten und dritten Ausführungsbeispiel dargestellt).
In
den Blechformteilen der Sammelbehälter sind zudem jeweils zwei
Rillen 208 ausgeformt, in denen Trennstücke zur Separation der verschiedenen Blöcke des
Verdampfers einsetzbar sind. Hierdurch ist eine Untergruppe der
Rohre 204 nur mit jeweils einem separierten Abschnitt des
jeweiligen Sammelbehälter 205, 206 verbunden.
Auf
einer Seite des zweilagigen Verdampfers 201 bzw. des ersten
Bereichs des Wärmeübertragers ist
als Kältespeicher
mit Verdampferfunktion der zweite Bereich 209 angeordnet.
Wie beim ersten Ausführungsbeispiel
umfasst dieser Teil des Wärmeübertragers
ebenfalls eine Mehrzahl von parallelen Rohren 210, die
im Unterschied zu den Rohren 204 des ersten Bereichs 201 einen
ersten Kanal 211 und einen zweiten Kanal 212 umfassen
(siehe Querschnittsdarstellung in 28). Der
erste Kanal 211 ist ein extrudiertes Flachrohr mit mehreren
Kammern 211a und führt
das Kältemittel
auf seinen Strömungspfaden
gemäß 12.
Der zweite Kanal 212 ist als extrudiertes Profil mit zwei
geraden, längeren
Seitenflächen
und zwei gebogenen, kürzeren
Stirnflächen ausgeformt,
wodurch die den zweiten Kanal umströmende Luft günstig geleitet
wird. In dem zweiten Kanal befindet sich das Kältespeichermedium wie im ersten
Ausführungsbeispiel
beschrieben.
Das
Flachrohr 211 des ersten Kanals ist in das Profil des zweiten
Kanals eingeschoben. Hierbei weist der zweite Kanal 212 im
Querschnitt eine Anzahl von Streben 212a auf, die sich
von der Außenwand
des zweiten Kanals 212 bis zur Wand des eingeschobenen
ersten Kanals 211 erstrecken. Die Streben 212a erfüllen neben
einer Separation des zweiten Kanals 212 in mehrere Kammern
und einer Verbesserung des Wärmetransports
zudem die Funktion einer radialen Führung bzw. Halterung des eingeschobenen
ersten Kanals. Je nach vorgesehenen Maßen und Toleranzen kann die
Führung stramm
oder locker sein. Es ist auch denkbar, den ersten und zweiten Kanal über die
Streben 212a miteinander zu verlöten, etwa indem die Außenfläche des
ersten Kanalrohrs 212 mit Lot plattiert wird.
Die
Rohre 210 des zweiten Bereichs 209 münden endseitig
in einem oberen Sammelbereich 213 und einem unteren Sammelbereich 214.
Jeder der Samelbereiche 213, 214 umfasst jeweils
einen ersten Sammelbehälter 213a, 214a und
einen daran unmittelbar angrenzenden zweiten Sammelbehälter 213b, 214b.
Von den ersten Sammelbehältern 213a, 214a aus
wird das Kältemittel
auf die inneren Rohre 211 verteilt bzw. aus ihnen gesammelt.
Die zweiten Sammelbehälter 213b, 214b stehen
dagegen jeweils mit den äußeren Rohren 212 in
Austausch und führen
demnach das Kältespeichermedium.
Ähnlich wie
im ersten Ausführungsbeispiel stehen
bei diesem Aufbau die inneren Kanäle 211 der Rohre 210 endseitig über die äußeren Kanäle 212 über und
durchgreifen die zweiten Sammelbehälter 213b, 214b vollständig, wobei
sie an den Durchgriffsöffnungen
der Sammelbehälter
dichtend verlötet sind.
Die äußeren Rohre 212 münden dagegen
jeweils in den zweiten Sammelbehältern 213b, 214b. Die
Höhe der
zweiten Sammelbehälter
beträgt
vorzugsweise – und
insbesondere in Abhängigkeit
von der Einbaulage bzw. der Befüllmenge
mit Kältespeichermedium – 5 bis
25 mm, vorzugsweise 8 bis 20 mm.
Die
Sammelbereiche 213, 214 sind jeweils aus drei
Blechformteilen aufgebaut, nämlich
einem Bodenteil 215, einem Zwischenteil 216 und
einem Deckelteil 217. Wie die Schnittzeichnungen 20 (unterer
Sammelbereich 214) und 21 (oberer Sammelbereich 213)
verdeutlichen, sind die Formteile 215, 216, 217 nicht
identisch, aber ähnlich
ausgeformt. Insbesondere weist im Fall des oberen Sammelbereichs 213 das
Zwischenteil 216 eine etwas größere Höhe auf als das Zwischenteil 216 des
unteren Sammelbereichs 214. Hierdurch wird im oberen Sammelbereich 213 ein
größeres Sammelvolumen für das Kältespeichermedium
bereitgestellt. Hieraus folgt, da eine einheitliche obere Abschlußebene der Bereiche
bauraumbedingt vorgegeben ist, ein Überstand über die oberen Sammler des
in der Tiefe anschließenden
ersten Bereichs 201 (siehe 21). Dieser
im Verhältnis
zur freien Länge
der Rohre 204 geringe Überstand
beeinträchtigt
die Luftdurchströmung
des Wärmeübertragers
nur unwesentlich, so dass die Vorteile aus dem größeren Sammlervolumen überwiegen.
Im Fall der unteren Sammelbereiche ist es gewünscht, dass die Sammler von
erstem und zweitem Bereich auf gleicher Höhe abschließen, um einen Ablauf von Kondenswasser
auch auf der Seite des zweiten Bereichs zu ermöglichen (siehe insbesondere 20).
Das
Blechformteil 215 des Bodenteils ist als Stanzteil aus
einem ebenen Blech hergestellt (siehe 27). Es
weist eine Mehrzahl von Einbuchtungen 215a zur formschlüssigen Positionierung
beim Zusammenbau auf, in die korrespondierende Zinken 216a des
Zwischenteils 216 eingreifen. Zudem ist für jedes
der Rohre 210 eine Ausstanzung 215b vorgesehen,
die im Rahmen einer genau definierten Maßtoleranz dem Außenumfang
der zweiten Kanäle 212 der
Rohre 210 entsprechen.
Das
Blechformteil 216 des Zwischenteils ist als Tiefziehteil
hergestellt. Sein Umriss entspricht gemäß der Form der Sammelbereiche 213, 214 einem Rechteck
mit einem ausgeprägtem
Seitenverhältnis von
etwa 18:1. Durch das Tiefziehen wird ein vollständig umlaufender Rand 216b aufgebogen,
so dass das Formteil 216 insgesamt wannenförmig ist. In
der umrandeten Fläche
des Formteils sind Durchbrechungen 216c vorgesehen, die
mit dem Außenumfang
der inneren Kanäle 211 der
Rohre 210 korrespondieren.
Das
Blechformteil oder Deckelteil 217 ist ebenfalls als wannenförmiges Tiefziehteil
ausgeformt. Sein vollständig
umlaufender Rand übergreift das
Zwischenteil 216 im montierten und verlöteten Zustand teilweise, wobei
die Ränder
des Deckelteils 217 und des Zwischenteils 217 jeweils
in die gleiche Richtung weisen.
Ein
Hohlraum zwischen Deckelteil 217 und Zwischenteil 216 bildet
den ersten Sammelbehälter 213.
Ein Hohlraum zwischen Zwischenteil 216 und Bodenteil 215 bildet
den zweiten Sammelbehälter 214.
Durch das Zwischenteil 216 wird somit jeweils der erste
Sammelbehälter 213 von
dem zweiten Sammelbehälter 214 getrennt.
Insgesamt können
so durch die drei Blechformteile die beiden benachbarten Sammelbehälter vollständig und
mit einfachem Herstellungsverfahren ausgebildet werden, wobei insbesondere
zusätzliche
stirnseitige Abschlussdeckel wie etwa im Fall der Sammler des ersten
Bereichs 201 nicht erforderlich sind.
Das
Deckelteil 217 hat über
den größten Teil seiner
Länge einen
im wesentlichen U-förmigen Querschnitt
(siehe etwa 20, 21). An
drei Positionen ist jeweils im Zuge des Tiefziehens ein erkerartiger
Vorsprung 217a seitlich ausgebildet. Diese erkerartige
Ausformung hat einen ebenen, senkrecht ausgerichteten Abschnitt,
der einem korrespondierenden Abschnitt 206b eines ähnlichen
Erkers 206a des Sammlers 206 des ersten Bereichs 201 flächig angrenzend
gegenüberliegt.
Diese Abschnitte 206b, 217b sind im montierten
Zustand flächig
miteinander verlötet,
so dass eine mechanisch sichere Halterung des zweiten Bereichs an
dem ersten Bereich gegeben ist. Insgesamtliegen sechs solche Verbindungen vor;
jeweils drei auf der Oberseite und drei auf der Unterseite des Wärmeübertragers.
Zwei
der Abschnitte weisen zudem jeweils überlappende Durchbrechungen 217c, 206c auf,
so dass jeweils eine Überströmöffnung zwischen
erstem Bereich und zweitem Bereich ausgebildet ist. Als Abmessungen
für die Überströmöffnungen
bieten sich eine Breite von 5 bis 40 mm, insbesondere 20 bis 30 mm
und eine Höhe
von 2 bis 20 mm, insbesondere 5 bis 10 mm an.
Im
Interesse einer geringen Fehlerquote bei der Verlötung weisen
die ebenen Abschnitte 206b, 217b zudem herausgezogene
Verbindungsflächen (siehe
etwa 206d in 23) auf, die typisch um weniger
als einen Millimeter über
die ebenen Abschnitte hervorstehen. Solche Verbindungsflächen bilden zweckmäßig Umrandungen
um die Durchbrechungen.
Der
Wärmeübertrager
umfasst zudem gemäß 19 seitliche
Abschlussbleche 218, die eine Montage des Wärmeübertragers
erleichtern und die Führung
der zu kühlenden
Luft verbessern. Die Abschlussbleche 218 sind keine notwendigen
Bauteile.
Eine
Befüllöffnung 219 ist
in der Stirnseite des oberen Zwischenteils 216 eingebracht
und wird entweder nach einem Befüllen
mit Kältespeichermedium
verschlossen oder mit einem Ausgleichsbehälter verbunden. Die Befüllöffnung kann
verschließbar mit üblichen
Verfahren, wie beispielsweise durch Kleben, Nieten, Schweißen, Löten, form-
oder reibschlüssige
Verbindung oder eine Kombination daraus, ausgeführt sein.
Der
Wärmeübertrager
des dritten Ausführungsbeispiels
nach 29 ist ähnlich
dem zweiten Ausführungsbeispiel
konstruiert. Der erste Bereich und die Rohre des zweiten Bereichs
sind identisch ausgeführt,
weshalb hier die gleichen Bezugszeichen wie im zweiten Ausführungsbeispiel
verwendet werden.
Die
Sammlerbereiche des zweiten Bereichs bestehen ebenfalls aus drei
Blechformteilen, nämlich einem
Bodenteil 301, einem Zwischenteil 302 und einem
Deckelteil 303. Hierbei sind sämtliche der drei Teile als
wannenförmige
Tiefziehteile ausgebildet. Das Bodenteil 301 übergreift
mit seinem Rand einen Teil der Außenwand des Zwischenteils 302,
dessen aufgebogener Rand 302a gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel
andersherum gerichtet ist. An dem Rand 302a ist eine Anzahl
von federnden oder biegbaren Laschen 302b vorgesehen, mittels
derer das aufgesetzte Deckelteil 303 im Zuge einer Vormontage
klammernd gehalten wird.
In
der Darstellung 30 sind einige Grundkonzepte
schematisch dargestellt, nach denen ein Sammlerbereich mit zwei
Sammelbehältern
aus einfachen Blechformteilen aufgebaut werden kann. Dabei wird
jeweils ein unterer Sammelbehälter 401 von einem
ersten Rohr 402 durchgriffen, wobei ein zweites Rohr 403 in
ihm mündet.
Das erste Rohr 402 mündet
in einem unmittelbar benachbarten oberen Sammelbehälter 404,
der nur durch eine Formblechwand von dem unteren Sammelbehälter 401 getrennt ist.
Im
Fall der fünf
Darstellungen der oberen Reihe werden jeweils drei Formblechteile
miteinander verbunden, wobei einige der Formblechteile mit aufgebogenen
Rändern
versehen sind (Tiefziehteile oder abgekantete Bleche) oder auch
flache Bleche sind (einfache Stanzteile). Schematisch entspricht die
mittlere Darstellung der oberen Reihe dem zweiten Ausführungsbeispiel
und die vierte Darstellung von links entspricht dem dritten Ausführungsbeispiel.
Die
drei Beispiele der mittleren Reihe zeigen Lösungen mit nur zwei Blechformteilen.
Das
untere Beispiel zeigt eine Lösung,
bei der beide Sammelbehälter
aus nur einem S-förmig umgebogenen
Blechteil geformt werden.
Es
versteht sich, die einzelnen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele
je nach Anforderungen sinnvoll miteinander kombiniert werden können.
Im Übrigen ist
es auch denkbar, dass bei den genannten Ausführungsbeispielen das Kältemittel
in umgekehrter Richtung wie oben beschrieben den Wärmetauscher
durchströmt.
Da sich der Druck in Richtung Saugleitung verringert und damit die
Verdampfungstemperatur des Kältemittels
sinkt, kann hier ggf. eine verbesserte Abkühldynamik des Speicherverdampfers,
insbesondere des Latentmediums resultieren.