DE102009024202A1

DE102009024202A1 - Wärmetauscher für eine Kältemaschine und Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers

Info

Publication number: DE102009024202A1
Application number: DE200910024202
Authority: DE
Inventors: Andreas Jahn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2010-12-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (1) für eine Kältemaschine, umfassend zumindest einen Hochdruckkanal (4.1 und 4.12) und zumindest einen Niederdruckkanal (3) zum Transport eines Kältemittels. Dabei sind der Hochdruckkanal (4.1 und 4.12) und der Niederdruckkanal (3) in einem Wärmetauscher-Gehäuse (2) angeordnet, wobei das Wärmetauscher-Gehäuse (2) aus einem oder mehreren verbundenen Fließpressteilen gebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (1) für eine Kältemaschine.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für eine Kältemaschine, umfassend zumindest einen Hochdruckkanal und zumindest einen Niederdruckkanal zum Transport eines Kältemittels. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers für eine Kältemaschine, wobei zumindest ein Hochdruckkanal und zumindest ein Niederdruckkanal zum Transport eines Kältemittels thermisch gekoppelt werden.
Aus der DE 10 2006 017 816 B4 ist ein innerer Kältemaschinen-Wärmetauscher, bestehend aus einem Rohr, das einen inneren Niederdruckkanal, der zum Anschluss an die Saugseite eines Kältemittelkompressors eingerichtet ist, und Hochdruckkanäle aufweist, die zum Anschluss an die Druckseite des Kältemittelkompressors eingerichtet sind. Dabei weist der Niederdruckkanal einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweist, der eine Innenquerschnittsfläche festlegt, und von einer glatten, unverrippten Wandung umgeben ist. Zusätzlich weist der Niederdruckkanal eine Weite auf, die zumindest so groß ist, wie die Weite seines Anschlusses sowie die Weite angeschlossener Leitungen. Die Hochdruckkanäle sind um den Niederdruckkanal herum angeordnet und durch radial angeordnete Zwischenwände voneinander getrennt, wobei die Summe ihrer jeweiligen Querschnittflächen eine Außenquerschnittsfläche festlegt und die Innenquerschnittsfläche größer als das 1,6-fache der Außenquerschnittsfläche ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Wärmetauscher für eine Kältemaschine und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers anzugeben.
Hinsichtlich des Wärmetauschers wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 13 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Wärmetauscher für eine Kältemaschine umfasst zumindest einen Hochdruckkanal und zumindest einen Niederdruckkanal zum Transport eines Kältemittels. Erfindungsgemäß sind der Hochdruckkanal und der Niederdruckkanal in einem Wärmetauscher-Gehäuse angeordnet, wobei das Wärmetauscher-Gehäuse aus einem oder mehreren verbundenen Fließpressteilen gebildet ist.
Besonders vorteilhaft ist, dass das derart ausgebildete Wärmetauscher-Gehäuse aufgrund einer geringen Anzahl von Fügestellen ein homogenes Bauteil ist, welches sich durch eine hohe mechanische Stabilität als auch thermische Stabilität auszeichnet. Weiterhin ist aufgrund der Ausbildung als Fließpressteil eine sehr kompakte Ausbildung des Wärmetauchers möglich, was in insbesondere bei einer Verwendung des Wärmetauschers für Fahrzeugklimaanlagen besondere Vorteile bringt und eine einfache Integration des Wärmetauschers in bestehende Systeme ermöglicht. Zusätzlich ist auf sehr kleinem Raum mit besonders geringem Herstellungsaufwand eine optimale Gestaltung eines Medienflusses des Kühlmittels erzielbar. Durch die sehr kompakte Bauweise ist neben der einfachen Integration in bestehende Systeme auch eine einfache Befestigung möglich. Auch resultiert aus der sehr kompakten Bauweise ein besonders geringes Gewicht des Wärmetauschers, was sich insbesondere bei der Anwendung in einem Fahrzeug besonders vorteilhaft auswirkt. Auch kann in besonders gewinnbringender Weise infolge der geringen Anzahl von Fügestellen eine aufwändige Überprüfung des Wärmetauschers auf Dichtigkeit gegenüber ein- und austretenden Fremdstoffen entfallen, was den Herstellungsaufwand weiter verringert. Zusätzlich zeichnet sich das Wärmetauscher-Gehäuse neben der Homogenität, Stabilität und Dichtigkeit durch eine besondere Oberflächengüte und insbesondere, wie bereits beschreiben, durch die besonders kompakte Bauweise aus.
In zweckmäßiger Weise umfasst das Wärmetauscher-Gehäuse zumindest ein Seitenwandelement, ein Bodenelement und ein Deckelelement, wobei eine Wandstärke des Bodenelements und/oder des Deckelelements verdickt ausgeführt ist. Dies ermöglicht, dass zusätzlich in das Bodenelement und/oder das Deckelelement Anschlusselemente zur Kopplung mit dem Hochdruckkanal und/oder dem Niederdruckkanal eingebracht sind. Aufgrund dieser Integration der Anschlusselemente in das Bodenelement und/oder das Deckelelement ist der Wärmetauscher besonders einfach handhabbar, da die Anschlusselemente aufgrund der Integration weitestgehend vor mechanischer Beschädigung geschützt sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist das Anschlusselement ein gemeinsam während des Fließpressprozesses mit dem Wärmetauscher-Gehäuse gebildetes Fließpressteil, so dass auch zwischen dem Anschlusselement und dem Wärmetauscher-Gehäuse keine Fügestellen vorhanden sind. Daraus resultiert, dass das Wärmetauscher-Gehäuse und die Anschlusselemente als homogenes Formteil mit hoher Festigkeit, Stabilität und einfachem Aufbau erzeugbar sind. Weiterhin entfallen in vorteilhafter Weise auch zusätzliche Arbeitsschritte zur Anordnung oder zum Einbringen der Anschlusselemente an das Wärmetauscher-Gehäuse bzw. in das Wärmetauscher-Gehäuse.
Um eine dichte und stabile Kopplung des Hochdruckkanals und/oder des Niederdruckkanals mit den Anschlusselementen zu erzielen, sind der Hochdruckkanal und/oder der Niederdruckkanal kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit den Anschlusselementen verbunden. Diese kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung wird beispielsweise durch ein Verstemmen, Löten, Verkleben, Verschweißen, Verpressen oder Verschrauben der Kanäle mit den Anschlusselementen und/oder durch andere Verbindungstechniken erzeugt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers sind der Hochdruckkanal und/oder der Niederdruckkanal ein gemeinsam während des Fließpressprozesses mit den Anschlusselementen und/oder dem Wärmetauscher-Gehäuse gebildetes Fließpressteil, so dass der gesamte Wärmetauscher in besonders vorteilhafter Weise ein homogenes Formteil ist. Dabei sind der Hochdruckkanal, der Niederdruckkanal, die Anschlusselemente und/oder das Wärmetauscher-Gehäuse vorzugsweise aus dem gleichen Material, wie z. B. Kunststoff oder Metall, gebildet. Als Metall eignet sich insbesondere Aluminium, welches besonders einfach während des Fließpressprozesses verarbeitbar ist. Durch diese Ausbildung werden insbesondere auch mechanische Spannungen innerhalb des Wärmetauschers und zwischen Bauteilen desselben vermieden, so dass dieser besonders form- und temperaturbeständig ist.
Der Hochdruckkanal und/oder der Niederdruckkanal sind insbesondere rohr- oder kammerförmig ausgebildet, wobei eine hohe Wärmeübertragung zwischen den Kanälen erzielbar ist. Bei der kammerförmigen Ausbildung wird das Gehäuse insbesondere derart gestaltet, dass das Gehäuse bereits medienführende Elemente wie Kanäle und Kammern beinhaltet bzw. durch sinnvolle Montage mit anderen Bauteilen derartige ausbildbar ist.
Um die sehr kompakte Bauweise des Wärmtauschers zu realisieren, bilden Innenseiten des zumindest einen Seitenwandelements, des Bodenelements und des Deckelelements vorzugsweise Außenseiten des Hochdruckkanals oder des Niederdruckkanals.
Zusätzlich verlaufen der Hochdruckkanal oder die Hochdruckkanäle durch das Innere des Niederdruckkanals oder der Niederdruckkanal bzw. die Niederdruckkanäle verlaufen durch das Innere des Hochdruckkanals. Somit ist es einerseits möglich, eine besonders kompakte Bauform des Wärmetauschers zu erzielen und andererseits sind durch einen daraus resultierenden verringerten Materialeinsatz ein verringerter Herstellungs- sowie Kostenaufwand sowie ein besonders geringes Gewicht des Wärmetauschers erzielbar.
Zur Realisierung einer besonders großen Wärmeübertragungsfläche zwischen dem Hochdruckkanal und dem Niederdruckkanal verläuft der zumindest eine Hochdruckkanal spiralförmig um den zumindest einen Niederdruckkanal oder alternativ verläuft der zumindest eine Niederdruckkanal spiralförmig um den zumindest einen Hochdruckkanal. Neben der großen Wärmeübertragungsfläche und dem daraus resultierenden hohen Wirkungsgrad des Wärmetauschers ist durch diese Ausbildung und Anordnung der Kanäle eine weitere Verringerung der Baugröße des Wärmetauschers erzielbar.
Alternativ zu der spiralförmigen Anordnung sind die mehreren Hochdruckkanäle symmetrisch um den Niederdruckkanal und parallel zu diesem verlaufend angeordnet oder die mehreren Niederdruckkanäle sind symmetrisch um den Hochdruckkanal und parallel zu diesem verlaufend angeordnet, woraus ebenfalls eine große Wärmeübertragungsfläche bei besonders kompakter Bauweise realisierbar sind.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers für eine Kältemaschine werden zumindest ein Hochdruckkanal und zumindest ein Niederdruckkanal zum Transport eines Kältemittels thermisch gekoppelt werden. Erfindungsgemäß werden der Hochdruckkanal und der Niederdruckkanal in einem Wärmetauscher-Gehäuse angeordnet, wobei das Wärmetauscher-Gehäuse aus einem oder mehreren verbundenen, in einem Fließpressverfahren erzeugten Fließpressteilen gebildet wird.
Dieses Verfahren ist in vorteilhafter Weise besonders Werkstoff- und zeitsparend und ermöglicht somit eine kostengünstige Herstellung des Wärmetauschers. Weitere Vorteile des Verfahrens liegen in geringen Werkzeugkosten, hohen Werkzeugstandzeiten, einer hohen Arbeitsgeschwindigkeit und somit einer großen möglichen auszubringenden Stückzahl. Ferner sind mittels des Verfahrens verschiedenste, insbesondere auch komplexe Formen des Wärmetauschers realisierbar, so dass dieser in einfacher Art und Weise in verschiedenste Systeme integrierbar ist.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden während des Fließpressverfahrens zumindest ein Seitenwandelement, ein Bodenelement und/oder ein Deckelelement des Wärmetauscher-Gehäuses gebildet, wobei das Fließpressverfahren derart ausgeführt wird, dass eine verdickte Wandstärke des Bodenelements und/oder des Deckelelements erzeugt wird.
Somit ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, dass in einer Ausgestaltung des Verfahrens in das Bodenelement und/oder das Deckelelement Anschlusselemente zur Kopplung mit dem Hochdruckkanal und/oder dem Niederdruckkanal eingebracht werden, so dass ein besonders kompakter und leicht handhabbarer Wärmetauscher mit besonders geringem Herstellungsaufwand und daraus folgend mit besonders geringen Herstellungs- und Materialkosten erzeugt wird.
Um den Herstellungsaufwand weiter zu verringern und eine besondere Stabilität und Homogenität des Wärmetauschers zu erzielen, werden zusätzlich die Anschlusselemente vorzugsweise während des Fließpressprozesses gemeinsam mit dem Wärmetauscher-Gehäuse erzeugt.
Besonders bevorzugt werden auch der Hochdruckkanal und/oder der Niederdruckkanal während des Fließpressprozesses gemeinsam mit den Anschlusselementen und/oder dem Wärmetauscher-Gehäuse erzeugt, wobei mittels des Fließpressverfahrens mit sehr geringem Aufwand gezielt Strukturen im Hochdruckkanal, Niederdruckkanal, Wärmetauscher-Gehäuse und/oder den Anschlusselementen erzeugt werden können, so dass ein späteres Strömungsverhalten des Kühlmittels gezielt beeinflusst bzw. vorherbestimmt werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:
1A schematisch eine perspektivische Ansicht mit einem Teilschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers mit einem Niederdruckkanal und mehreren radial um diesen angeordneten Hochdruckkanälen,
1B schematisch einen Längsschnitt des Wärmetauschers gemäß 1A,
1C schematisch eine Detaildarstellung einer Verbindung zwischen einem Hochdruckkanal und einem Bodenelement des Wärmetauschers gemäß 1B,
2A schematisch einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers mit einem spiralförmig um einen Niederdruckkanal angeordneten Hochdruckkanal,
2B schematisch einen Querschnitt des Wärmetauschers gemäß 2A.
3A schematisch einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers, und
3B schematisch einen Querschnitt des Wärmetauschers gemäß 3A,
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1A und 1B zeigen einen Wärmetauscher 1 für eine nicht dargestellte Klimaanlage eines Fahrzeugs in verschiedenen Ansichten. Der Wärmetauscher 1 umfasst ein Wärmetauscher-Gehäuse 2 mit einem ersten Gehäuseteil 2.1 und einem zweiten Gehäuseteil 2.2.
Weiterhin umfasst der Wärmetauscher 1 einen Niederdruckkanal 3 und mehrere Hochdruckkanäle 4.1 bis 4.12, welche den Niederdruckkanal 3 randseitig begrenzen.
Der Wärmetauscher 1 ist insbesondere zu einer Steigerung einer Effizienz der Klimaanlage des Fahrzeugs vorgesehen, kann jedoch auch in weiteren Anwendungen eingesetzt werden. Die nicht dargestellte Klimaanlage umfasst dabei beispielsweise einen Verdichter, mittels welchem ein niederdruckiges Kältemittel verdichtet und somit erwärmt wird. Bei dem Kältemittel kann es sich um verschiedenste Kältemittel, wie beispielsweise Tetrafluorethan, weitere Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffdioxid oder Ammoniak handeln.
Ferner umfasst die Klimaanlage einen Kondensator, welchem das verdichtete und somit hochdruckige Kältemittel derart zuführbar ist, dass es sich abkühlt und kondensiert.
Von dem Kondensator ist das Kältemittel dem Wärmetauscher 1 zuführbar. Der dargestellte Wärmetauscher 1 weist hierzu mehrere Anschlusselemente auf, anhand derer der Wärmetauscher 1 mit dem Kondensator gekoppelt ist. Zur Zuführung des Kältemittels von dem Kondensator umfasst der Wärmetauscher 1 als Anschlusselemente mehrere Hochdruckeingänge 5.1 bis 5.12, wobei ein Hochdruckeingang 5.1 bis 5.12 mit jeweils einem Hochdruckkanal 4.1 bis 4.12 verbunden ist, so dass das Kältemittel die Hochdruckkanäle 4.1 bis 4.12 von deren Hochdruckeingängen 5.1 bis 5.12 zu Hochdruckausgängen 6.1 bis 6.12 durchströmt.
Die Hochdruckausgänge 6.1 bis 6.12 sind in Strömungsrichtung nach dem Wärmetauscher 1 vorzugsweise zu einer Leitung zusammengefasst und einem Expansionsventil zuführbar, anhand dessen das Kältemittel entspannt wird.
In diesem entspannten Zustand wird das Kältemittel einem Verdampfer zugeführt, anhand dessen das Kältemittel unter Aufnahme von Umgebungswärme verdampft wird, so dass eine Kühlung eines Fahrzeuginnenraums erfolgt.
Das verdampfte Kältemittel wird über einen Niederdruckeingang 7 dem Wärmetauscher 1 zugeführt und durchströmt den Niederdruckkanal 3 im Gegenstrom zu den Hochdruckkanälen 4.1 bis 4.12, so dass das Kältemittel in den Hochdruckkanälen 4.1 bis 4.12 abgekühlt wird und sich das Kältemittel in dem Niederdruckkanal 3 erwärmt.
Nach dieser Erwärmung wird das Kältemittel über einen Niederdruckausgang 8.1 wiederum dem Verdichter zur Verdichtung zugeführt.
Die Steigerung der Effizienz der Klimaanlage resultiert zum einen aus dieser Erhöhung der Temperatur des Kältemittels vor dem Verdichter, wobei dem Kondensator das Kältemittel somit mit einer höheren Temperatur zugeführt wird, so dass dieser eine größere Wärmemenge abgibt. Zum anderen wird durch die Absenkung der Temperatur des Kältemittels in den Hochdruckkanälen 4.1 bis 4.12 erreicht, dass die Temperatur des Kältemittels am Eingang des Verdampfers verringert wird, woraus eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen dem Verdampfer und der Umgebung resultiert.
Um eine möglichst hohe Wärmeübertragung innerhalb des Wärmetauschers 1 zwischen den Hochdruckkanälen 4.1 bis 4.12 und dem Niederdruckkanal 3 zu erzielen, sind eine möglichst große Wärme übertragende Fläche zwischen den Hochdruckkanälen 4.1 bis 4.12 und dem Niederdruckkanal 3 sowie eine optimale Strömung des Kältemittels erforderlich. Gleichzeitig ist es jedoch auch erforderlich, dass der Wärmetauscher 1 eine besonders kompakte Bauweise aufweist, so dass er einfach im Fahrzeug anordbar ist.
Zur Erzielung eines optimalen Strömungswiderstands und vielfältiger sowie optimierter Anordnungen und Ausführungen der Hochdruckkanäle 4.1 bis 4.12 und des Niederdruckkanals 3 werden die Gehäuseteile 2.1, 2.2 in einem Fließpressverfahren als Fließpressteile erzeugt. Durch die Herstellung der Gehäuseteile 2.1, 2.2 während des Fließpressverfahrens wird einerseits erreicht, dass homogene Bauteile gebildet werden, die sich neben ihrer Stabilität auch durch eine besondere Oberflächengüte und somit durch einen sehr geringen Strömungswiderstand auszeichnen.
Der dargestellte Wärmetauscher 1 weist dabei eine im Wesentlichen zylindrische Bauform auf, wobei Mantelflächen 2.11 und 2.21 der Gehäuseteile 2.1 und 2.2 ein gemeinsames Seitenwandelement 2.3 des Wärmetauschergehäuses 2 bilden. Die die Gehäuseteile 2.1 und 2.2 sind dabei kraft-, stoff- und/oder formschlüssig miteinander verbunden. Zu dieser Verbindung werden die Gehäuseteile 2.1 und 2.2 vorzugsweise verschweißt, verklebt, verlötet oder in anderer Weise dicht gegen eintretende und austretende Stoffe verbunden.
Weiterhin weist das Wärmetauscher-Gehäuse 1 ein Bodenelement 2.4 und ein Deckelelement 2.5 auf, welche während des Fließpressprozesses gemeinsam mit der Mantelfläche 2.11 bzw. der Mantelfläche 2.21 des jeweils zugehörigen Gehäuseteils 2.1, 2.2 gebildet werden.
Dabei wird eine Wandstärke des Bodenelements 2.4 und des Deckelelements 2.5 während des Fließpressverfahrens verdickt ausgeführt, so dass die Anschlusselemente, d. h. im dargestellten Ausführungsbeispiel die Hochdruckeingänge 5.1 bis 5.12, die Hochdrucklausgänge 6.1 bis 6.12 sowie der Niederdruckeingang 7 und der Niederdruckausgang 8.1 in das Bodenelement 2.4 und das Deckelelement 2.5 integrierbar sind.
Zu dieser Integration werden die Anschlusselemente insbesondere nach dem Fließpressverfahren mittels Fräs-, Bohr- und/oder Drehverfahren in das verdickt ausgeführte Bodenelement 2.4 und Deckelelement 2.5 eingebracht. Alternativ werden die Anschlusselemente während des Fließpressverfahrens gemeinsam mit dem Wärmetauscher-Gehäuse 2 erzeugt.
Die Anschlusselemente sind zur Kopplung der Hochdruckkanäle 4.1 bis 4.12 und des Niederdruckkanals 3 nach außerhalb des Wärmetauschers 1 vorgesehen. Diese Kopplung erfolgt anhand eines Koppelelements 9, welches zu den Anschlusselementen des Wärmetauschers 1 korrespondierende Anschlusselemente aufweist, so dass dem Wärmetauscher 1 das Kältemittel zuführbar ist, wobei die Anschlusselemente des Wärmetauschers 1 und des Koppelements fluiddicht miteinander verbunden sind.
Auch sind sowohl die Hochdruckkanäle 4.1 bis 4.12 mit den Hochdruckeingängen 5.1 bis 5.12 und den Hochdruckausgängen 6.1 bis 6.12 als auch der der Niederdruckkanal 3 mit dem Niederdruckeingang 7 und dem Niederdruckausgang 8.1 fluiddicht kraft-, stoff- und/oder formschlüssig miteinander verbunden.
Zu dieser fluiddichten Verbindung werden die rohrförmig ausgebildeten Hochdruckkanäle 4.1 bis 4.12 durch die als Bohrungen ausgebildeten Hochdruckeingänge 5.1 bis 5.12 und Hochdruckausgänge 6.1 bis 6.12 geführt und jeweils mit diesen verstemmt, wie es in der 1C in einer Detailzeichnung näher dargestellt ist. Alternativ können die Hochdruckkanäle 4.1 bis 4.12 auch in anderer Weise mit den Anschlusselementen, beispielsweise durch Verkleben, verbunden werden.
Die rohrförmigen Hochdruckkanäle 4.1 bis 4.12 sind derart angeordnet, dass sie den Niederdruckkanal 3 symmetrisch, d. h. zylindrisch umgeben und parallel zu diesem verlaufen. Dabei verlaufen die Hochdruckkanäle 4.1 bis 4.12 durch das Innere des Niederdruckkanals 3, wobei der Niederdruckkanal 3 durch Innenseiten des Wärmetauscher-Gehäuses 2 randseitig begrenzt und durch diese ausgebildet ist. Die Hochdruckkanäle 4.1 bis 4.12 verlaufen dabei derart durch den Niederdruckkanal 3, dass das Kältemittel die Hochdruckkanäle 4.1 bis 4.12 vollständig umströmen kann.
Somit ist zum einen eine besonders große Wärmeübertragungsfläche zwischen den Hochdruckkanälen 4.1 bis 4.12 und dem Niederdruckkanal 3 auf besonders kleinem Raum erzielbar. Zum anderen ist es möglich, während des Fließpressverfahrens gezielt Strukturen in das Innere des Wärmetauscher-Gehäuses 2 und somit in den während des Fließpressverfahrens erzeugten Niederdruckkanal 3 einzubringen, um die Strömung des Kältemittels gezielt zu beeinflussen und somit zu optimieren.
Die 2A und 2B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers 1 mit einem spiralförmig um den Niederdruckkanal 3 angeordneten Hochdruckkanal 4.1.
Das Wärmetauscher-Gehäuse 2 ist wiederum aus den zwei miteinander verbundenen, in dem Fließpressverfahren gebildeten Gehäuseteilen 2.1 und 2.2 gebildet. Auch ist der Niederdruckkanal 3 durch die Innerseiten des Wärmetauscher-Gehäuses 2 randseitig begrenzt und wird mittels des Niederdruckeingangs 7 mit dem Kältemittel beaufschlagt, welches durch den Niederdruckausgang 8.1 aus dem Niederdruckkanal 3 herausgeführt wird.
Die Strömungsrichtung des Hochdruckkanals 4.1 verläuft entgegengesetzt zu der des Niederdruckkanals 3, wobei dem Hochdruckkanal 4.1 das Kältemittel über den Hochdruckeingang 5.1 zugeführt wird und aus diesem über den Hochdruckausgang 6.1 wieder abgeführt wird. Aufgrund der spiralförmigen Ausbildung des Hochdruckkanals 4.1 wird eine besonders große Wärmeübertragungsfläche zwischen dem Niederdruckkanal 3 und dem Hochdruckkanal 4.1 erreicht, so dass der Wärmetauscher 1 in besonders kompakter Bauform ausführbar ist.
Es ist gemäß einer ersten Alternative möglich, den spiralförmig um den Niederdruckkanal 3 angeordneten Hochdruckkanal 4.1 konventionell herzustellen und anzuordnen. Gemäß einer zweiten Alternative ist es möglich, den spiralförmig um den Niederdruckkanal 3 angeordneten Hochdruckkanal 4.1 durch Fließpressen herzustellen, diesen anschließend zu Wendeln und anschließend im Wärmetauscher anzuordnen.
In den 3A und 3B ist eine dritte Ausführungsform des Wärmetauschers 1 dargestellt, wobei das zweite Gehäuseteil 2.2 das Deckelelement 2.5 bildet. Das erste Gehäuseteil 2.1 umfasst das Bodenelement 2.4 des Wärmetauscher-Gehäuses 2 und bildet mittels der Mantelfläche 2.11 das Seitenwandelement 2.3 des Wärmetauscher-Gehäuses 2. Das erste Gehäuseteil 2.1 und das zweite Gehäuseteil 2.2 sind dabei wiederum stoff-, kraft- und/oder formschlüssig sowie fluiddicht miteinander verbunden.
Der Wärmetauscher 1 ist dabei als so genannter Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher ausbildet. Hierbei ist der Niederdruckkanal 3 zum einen durch die Innenseiten des Wärmetauscher-Gehäuses 2 begrenzt. Zusätzlich ist mittig im Niederdruckkanal 3 ein rohrförmiger Hochdruckkanal 4.1 angeordnet, der derart ausgebildet ist, dass innerhalb dessen wiederum eine rohrförmiger Kanal ausgebildet ist. Diese Rohr-in-Rohr-Anordnung wird gemeinsam während des Fließpressverfahrens erzeugt, d. h. sowohl das Wärmetauscher-Gehäuse 2 als auch der Niederdruckkanal 3 und der Hochdruckkanal 4.1 werden gemeinsam während des Fließpressverfahrens erzeugt, so dass in besonders vorteilhafter Weise zusätzlich Arbeitsschritte entfallen können.
Auch sind die Anschlusselemente, d. h. der Hochdruckeingang 5.1, der Hochdruckausgang 6.1 sowie der Niederdruckeingang 7 und die Niederdruckausgänge 8.1 und 8.2 in dem Bodenelement 2.4 angeordnet und können so in besonders vorteilhafter Weise während des Fließpressverfahrens erzeugt werden. Alternativ ist jedoch auch eine Erzeugung nach dem Fließpressverfahren möglich.
Zum Verschluss des Wärmetauschers 1 wird abschließend das als Deckelelement 2.5 ausgebildete zweite Gehäuseteil 2.2 mit dem ersten Gehäuseteil 2.1 fluiddicht verbunden, wobei in das Deckelelement 2.5 ein Kanal K eingebracht ist, welcher die unterschiedlichen Abschnitte des Niederdruckkanals 3 miteinander verbindet.
Daraus resultiert ein Wärmetauscher 1, bei welchem der Niederdruckkanal 3 in einem ersten äußeren Abschnitt randseitig von den Innenseiten des Wärmetauscher-Gehäuses 2 und in einem zweiten inneren Abschnitt von dem Hochdruckkanal 4.1 begrenzt ist. Der Hochdruckkanal 4.1 wird dagegen sowohl nach außen als auch nach innen randseitig von den Abschnitten des Niederdruckkanals 3 begrenzt.
Aus dieser Anordnung der des Hochdruckkanals 4.1 und des Niederdruckkanals 3 ergibt sich in besonders vorteilhafter Weise wiederum eine besonders große Wärmeübertragungsfläche zwischen diesen auf sehr kleinem Bauraum, so dass der Wärmetauscher in besonders kompakter Bauweise erzeugbar ist.

1: Wärmetauscher
2: Wärmetauscher-Gehäuse
2.1: Erstes Gehäuseteil
2.11: Mantelfläche
2.2: Zweites Gehäuseteil
2.21: Mantelfläche
2.3: Seitenwandelement
2.4: Bodenelement
2.5: Deckelelement
3: Niederdruckkanal
4.1 bis 4.12: Hochdruckkanal
5.1 bis 5.12: Hochdruckeingang
6.1 bis 6.12: Hochdruckausgang
7: Niederdruckeingang
8.1, 8.2: Niederdruckausgang
9: Koppelelement
K: Kanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006017816 B4 [0002]

Claims

Wärmetauscher (1) für eine Kältemaschine, umfassend zumindest einen Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) und zumindest einen Niederdruckkanal (3) zum Transport eines Kältemittels, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) und der Niederdruckkanal (3) in einem Wärmetauscher-Gehäuse (2) angeordnet sind, wobei das Wärmetauscher-Gehäuse (2) aus einem oder mehreren verbundenen Fließpressteilen gebildet ist.
Wärmetauscher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscher-Gehäuse (2) zumindest ein Seitenwandelement (2.3), ein Bodenelement (2.4) und ein Deckelelement (2.5) umfasst, wobei eine Wandstärke des Bodenelements (2.4) und/oder des Deckelelements (2.5) verdickt ausgeführt ist.
Wärmetauscher (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in das Bodenelement (2.3) und/oder das Deckelelement (2.5) Anschlusselemente zur Kopplung mit dem Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) und/oder dem Niederdruckkanal (3) eingebracht sind.
Wärmetauscher (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement ein gemeinsam während des Fließpressprozesses mit dem Wärmetauscher-Gehäuse (2) gebildetes Fließpressteil ist.
Wärmetauscher (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) und/oder der Niederdruckkanal (3) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit den Anschlusselementen verbunden sind.
Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) und/oder der Niederdruckkanal (3) ein gemeinsam während des Fließpressprozesses mit den Anschlusselementen und/oder dem Wärmetauscher-Gehäuse (2) gebildetes Fließpressteil sind.
Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) und/oder der Niederdruckkanal (3) rohr- oder kammerförmig ausgebildet sind.
Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Innenseiten des zumindest einen Seitenwandelements (2.3), des Bodenelements (2.4) und des Deckelelements (2.5) Außenseiten des Hochdruckkanals (4.1 bis 4.12) oder des Niederdruckkanals (3) bilden.
Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckkanal (3) randseitig von dem zumindest einen Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) oder mehreren Hochdruckkanälen (4.1 bis 4.12) begrenzt und/oder umgeben ist oder dass der Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) randseitig von dem zumindest einen Niederdruckkanal (3) oder mehreren Niederdruckkanälen (3) begrenzt und/oder umgeben ist.
Wärmetauscher (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) oder die Hochdruckkanäle (4.1 bis 4.12) durch das Innere des Niederdruckkanals (3) verlaufen oder dass der Niederdruckkanal (3) oder die Niederdruckkanäle (3) durch das Innere des Hochdruckkanals (4.1 bis 4.12) verlaufen.
Wärmetauscher (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) spiralförmig um den zumindest einen Niederdruckkanal (3) verläuft oder dass der zumindest eine Niederdruckkanal (3) spiralförmig um den zumindest einen Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) verläuft.
Wärmetauscher (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Hochdruckkanäle (4.1 bis 4.12) symmetrisch um den Niederdruckkanal (3) und parallel zu diesem verlaufend angeordnet sind oder die mehreren Niederdruckkanäle (3) symmetrisch um den Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) und parallel zu diesem verlaufend angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (1) für eine Kältemaschine, wobei zumindest ein Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) und zumindest ein Niederdruckkanal (3) zum Transport eines Kältemittels thermisch gekoppelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) und der Niederdruckkanal (3) in einem Wärmetauscher-Gehäuse (2) angeordnet werden, wobei das Wärmetauscher-Gehäuse (2) aus einem oder mehreren verbundenen, in einem Fließpressverfahren erzeugten Fließpressteilen gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Fließpressverfahrens zumindest ein Seitenwandelement (2.3), ein Bodenelement (2.4) und/oder ein Deckelelement (2.5) des Wärmetauscher-Gehäuses (2) gebildet werden, wobei das Fließpressverfahren derart ausgeführt wird, dass eine verdickte Wandstärke des Bodenelements (2.4) und/oder des Deckelelements (2.5) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in das Bodenelement (2.4) und/oder das Deckelelement (2.5) Anschlusselemente zur Kopplung mit dem Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) und/oder dem Niederdruckkanal (3) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente während des Fließpressprozesses gemeinsam mit dem Wärmetauscher-Gehäuse (2) erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkanal (4.1 bis 4.12) und/oder der Niederdruckkanal (3) während des Fließpressprozesses gemeinsam mit den Anschlusselementen und/oder dem Wärmetauscher-Gehäuse (2) erzeugt werden.