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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen internen Wärmetauscher für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, insbesondere einen rohrförmigen Koaxial-Wärmetauscher.
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Hintergrund
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Zur Leistungs- und Effizienzsteigerung von Kraftfahrzeug-Klimaanlagen sind klimaanlagen-interne Wärmetauscher, sogenannte Internal Heat Exchanger (IHX) bekannt, die einen zwischen Verdampfer und Kompressor verlaufenden Abschnitt des Kältemittelkreislaufs mit einem zwischen Kondensator und Expansionsventil verlaufenden Abschnitt des Kältemittelkreislaufs thermisch miteinander koppeln. Auf diese Art und Weise kann das vom Verdampfer zum Kompressor strömende, relativ kalte Kältemittel zur (Vor-)Kühlung oder Unterkühlung des der Expansionseinrichtung auf der Hochdruckseite des Kältemittel-Kreislaufs zugeführten und vergleichsweise warmen Kältemittels Verwendung finden.
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Bei Anwendungen im Bereich einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage ist es dabei von Nachteil, dass der Rohrdurchmesser als auch die Rohrlänge, mithin die maximalen Außenabmessungen aufgrund bestehender Bauraumanforderungen fest vorgegeben sind. So erweist es sich gerade bei einem bereits bestehenden Fahrzeugpackage als schwierig, einen für die jeweilige Klimaanlage optimalen Wärmeaustausch bei vorgegebenem Rohrdurchmesser und vorgegebener Rohrlänge zu verwirklichen.
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Die
DE 10 2007 015 186 A1 beschreibt zum Beispiel einen internen Wärmetauscher für eine Klimaanlage mit einem Außenrohr und mit einem innerhalb des Außenrohrs angeordneten Innenrohr, das auf seiner Außenseite und auf seiner Innenseite mit Wärmeleitrippen versehen ist. Die Wärmeleitrippen enden dabei auf der Innenseite des Innenrohrs in einem Abstand von der Mittelachse des Innenrohrs.
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Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu Grunde, einen Wärmetauscher für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage bereitzustellen, welcher bei vorgegebenen Außenabmessungen und/oder Außengeometrien, insbesondere bei vorgegebener Länge von Innen- und Außenrohren hinsichtlich der Wärmetauscherleistung ohne wesentliche Änderung seiner Außengeometrie und/oder seiner Außenabmessung an unterschiedliche thermische Anforderungen anpassbar ist.
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Der Wärmetauscher soll hierbei ohne nennenswerten Mehraufwand gegenüber herkömmlichen Ausgestaltungen herstellbar und an bestehende geometrische Erfordernisse, wie sie insbesondere das Fahrzeug-Package bzw. die Fahrzeug-Bauraumaufteilung vorgeben, anpassbar sein.
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Der Wärmetauscher soll ferner zur akustischen Entkopplung innerhalb des Kühlmittelkreislaufs der Klimaanlage beitragen sowie eine geräuschdämpfende Wirkung entfalten.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen
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Diese Aufgabe wird mit einem Wärmetauscher gemäß Patentanspruch 1, mit einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage gemäß Patentanspruch 13, mit einem Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 14 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind hierbei jeweils Gegenstand abhängiger Patentansprüche.
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Der für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage konzipierte Wärmetauscher weist einen Innenrohrabschnitt und einen Außenrohrabschnitt auf, wobei der Außenrohrabschnitt den Innenrohrabschnitt unter Bildung zumindest eines von einem Wärmetauschermedium durchströmbaren Zwischenraums umschließt. Mit anderen Worten ist der Innenrohrabschnitt vollständig vom Außenrohrabschnitt umschlossen, bzw. darin aufgenommen. Bevorzugt sind der Innenrohrabschnitt und der Außenrohrabschnitt koaxial bzw. konzentrisch zueinander angeordnet, so dass der dazwischen gebildete Zwischenraum bei etwa kreisrunden Innen- und Außenrohrabschnitten eine Art Ringspalt bilden.
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In dem von Innenrohrabschnitt und Außenrohrabschnitt gebildeten Zwischenraum ist ferner zumindest eine in radialer Richtung an den Innenrohrabschnitt und/oder an den Außenrohrabschnitt angrenzende Wärmeleitrippe angeordnet. Diese weist zumindest bereichsweise einen helix- oder schraubenförmigen Verlauf in Axialrichtung (z) auf. Die Axialrichtung bezeichnet hierbei diejenige Richtung, in welcher sich der Innenrohrabschnitt bzw. der Außenrohrabschnitt mit ihrer Längsrichtung erstrecken.
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In dem die zumindest eine Wärmeleitrippe einen helix- oder schraubenartigen Verlauf aufweist, bildet sie zumindest einen sich in etwa schrauben- oder spiral-, respektive helixartig um den Innenrohrabschnitt windenden Kanal für das im entsprechenden Zwischenraum strömende Wärmetauschermedium. Dadurch, dass die Wärmeleitrippe helix- oder schraubenartig ausgebildet ist, kann die Gesamtlänge der Wärmeleitrippe, insbesondere ihre mit dem Wärmetauschermedium in thermischen Kontakt bringbare Oberfläche im Vergleich zu einer geradlinigen Erstreckung vergrößert werden.
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So kann durch die helix- oder schraubenartige Windung der zumindest einen Wärmeleitrippe eine Gesamtrippenfläche innerhalb des Wärmetauschers bei fest vorgegebener Länge und/oder Durchmesser von Außenrohrabschnitt und/oder Innenrohrabschnitt allein durch Verändern der Steigung des helix- oder schraubenartigen Verlaufs gezielt modifiziert und an vorgegebene Anforderungen angepasst werden. Der helix- oder schraubenartige Verlauf der zumindest einen Wärmeleitrippe hat ferner Einfluss auf die Strömungscharakteristik des durch den Zwischenraum strömenden Wärmetauschermediums. Dieses kann entsprechend der konkreten Ausgestaltung der zumindest einen Wärmeleitrippe unterschiedlichen Strömungswiderständen ausgesetzt werden und kann je nach Ausgestaltung der zumindest einen Wärmeleitrippe eine gezielte Verwirbelung erfahren, die sich ebenfalls steigernd, zumindest in gewünschter Weise verändernd auf die Wärmeaustauschkapazität des Wärmetauschers auswirken kann.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind im Zwischenraum zwischen Innenrohrabschnitt und Außenrohrabschnitt mehrere, in Umfangsrichtung (u) verteilt angeordnete, bevorzugt regelmäßig bzw. äquidistant zueinander angeordnete Wärmeleitrippen vorgesehen.
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Die einzelnen Wärmeleitrippen erstrecken sich bevorzugt in Radialrichtung vom Innenrohrabschnitt und/oder vom Außenrohrabschnitt und stellen gegenüber den, im Querschnitt etwa kreisförmig ausgebildeten Innen- oder Außenrohrabschnitten, radial nach innen und/oder radial nach außen ragende stegartige, sich bevorzugt jeweils in Axialrichtung erstreckende, Vorsprünge dar.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ferner ein Zwischenrohrabschnitt vorgesehen, welcher den Innenrohrabschnitt in Umfangsrichtung (u) vollständig umschließt und welcher innerhalb des Außenrohrabschnitts angeordnet ist. Der Zwischenrohrabschnitt stellt insoweit eine weitere radiale Unterteilung des Koaxialrohr-Wärmetauschers bereit. Die zumindest eine Wärmeleitrippe kann hierbei in einem radialen Zwischenraum zwischen Innenrohrabschnitt und Zwischenrohrabschnitt und/oder im Zwischenraum zwischen Zwischenrohrabschnitt und Außenrohrabschnitt vorgesehen werden.
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Es ist hierbei ferner denkbar, dass die zumindest eine helix- oder schraubenartig ausgebildete Wärmeleitrippe innenseitig des Zwischenrohrabschnitts angeordnet ist, während im Zwischenraum zwischen Zwischenrohrabschnitt und Außenrohrabschnitt zumindest eine oder mehrere konventionell ausgebildete Wärmeleitrippen vorgesehen sind, die sich bevorzugt geradlinig in Axialrichtung (z) erstrecken. Umgekehrt kann ebenfalls vorgesehen werden, dass geradlinig ausgebildete Wärmeleitrippen im Zwischenraum zwischen Zwischenrohrabschnitt und Innenrohrabschnitt angeordnet sind, während im Zwischenraum zwischen Zwischenrohrabschnitt und Außenrohrabschnitt die zumindest eine helix- oder schraubenartige Wärmeleitrippe angeordnet ist. Es ist natürlich auch denkbar, dass in beiden innerhalb und außerhalb des Zwischenrohrabschnitts gebildeten radialen Zwischenräumen eine oder mehrere helix- oder schraubenartige Wärmeleitrippen ausgebildet bzw. angeordnet sind.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zumindest eine Wärmeleitrippe einstückig mit dem Innenrohrabschnitt, mit dem Zwischenrohrabschnitt und/oder einstückig mit dem Außenrohrabschnitt ausgebildet. Bei einer einstückigen Ausgestaltung des Innenrohrabschnitts mit der radial nach außen ragenden Wärmeleitrippe ist insbesondere vorgesehen, dass sich das aus Innenrohrabschnitt und entsprechender Wärmeleitrippe gebildete Innenrohr über die radial nach außen ragende Wärmeleitrippe an der Innenseite des Zwischenrohrabschnitts abstützt. Korrespondierend hierzu kann aber auch vorgesehen werden, dass die zumindest eine helix- oder schraubenartige Wärmeleitrippe radial nach innen ragend an dem Zwischenrohrabschnitt ausgebildet ist und sich radial nach innen ragend an der Außenseite des Innenrohrabschnitts abstützt.
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Dementsprechende Ausgestaltungen sind ferner auch für den zwischen Außenrohrabschnitt und Zwischenrohrabschnitt gebildeten Zwischenraum denkbar. Entsprechend geradlinige und/oder helix- oder schraubenartige Wärmeleitrippen können entweder außenseitig am Zwischenrohrabschnitt oder innenseitig am Außenrohrabschnitt angeordnet bzw. angeformt sein.
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Insoweit ist nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung insbesondere vorgesehen, dass sich die zumindest eine Wärmeleitrippe vom Außenrohrabschnitt und/oder vom Zwischenraumabschnitt radial nach innen erstreckt.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann sich die zumindest eine Wärmeleitrippe auch vom Innenrohrabschnitt und/oder vom Zwischenrohrabschnitt radial nach außen erstrecken. Sämtliche Wärmeleitrippen, welche bezogen auf die Radialrichtung einen Ends an einem der genannten Rohrabschnitte, so etwa dem Außenrohrabschnitt, dem Zwischenrohrabschnitt oder dem Innenrohrabschnitt angeformt oder anderweitig angeordnet bzw. befestigt sind, gelangen mit einem hiervon in Radialrichtung abgewandten Ende an einen benachbarten Rohrabschnitt zur Anlage, so dass von der zumindest einen helix- oder schraubenartigen Wärmeleitrippe auch eine mechanisch abstützende Funktion für die angrenzenden Rohrabschnitte ausgehen kann.
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Die Dicke bzw. die Erstreckung der zumindest einen Wärmeleitrippe liegt bevorzugt im Bereich der Wandstärke oder Wanddicke des jeweils angrenzenden und/oder des einstückig hiermit verbundenen Rohrabschnitts. Insbesondere dann, wenn eine Vielzahl von über den Umfang verteilt angeordneten Wärmeleitrippen vorgesehen ist, können diese vergleichsweise dünnwandig ausgebildet sein und in Form von Wärmeaustauschlamellen fungieren, die bei möglichst geringer Dicke und Masse eine vergleichsweise große Oberfläche für einen guten Wärmeaustausch bereitstellen können.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung bilden der Innenrohrabschnitt, der Außenrohrabschnitt und/oder Zwischenrohrabschnitt mit daran angeformten bzw. hiermit verbundenen Wärmeleitrippen jeweils ein Innenrohr, ein Außenrohr und/oder ein Zwischenrohr. Bei einer derartigen dreiteiligen Ausgestaltung des Wärmetauschers ist es nicht zwingend erforderlich, dass jedes der drei Rohre einstückig hiermit verbundene Wärmeleitrippen aufweist.
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So sind insbesondere Konfigurationen denkbar, bei welchen das Zwischenrohr als Rundrohr ausgebildet ist, während außenseitig am Innenrohr radial nach außen ragende Wärmeleitrippen sowie am Außenrohr radial nach innen ragende Wärmeleitrippen vorgesehen sind. Andere Ausgestaltungen können zum Beispiel vorsehen, dass anstelle radial nach innen ragender Wärmeleitrippen des Außenrohrs hiermit korrespondierende radial nach außen ragende Wärmeleitrippen am Zwischenrohr vorgesehen sind. Im zusammengefügten bzw. ineinander geschobenen Zustand von Innenrohr, Zwischenrohr und Außenrohr können sich hierbei weitgehend identische Rohrquerschnitte ergeben.
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Es ist von Vorteil vorgesehen, wenn an zumindest zwei der genannten Rohre, Innenrohr, Zwischenrohr und Außenrohr radial nach innen bzw. radial nach außen ragende Wärmeleitrippen gleich welcher Geometrie angeordnet sind, während das verbleibende dritte Rohr wärmeleitrippenfrei ausgebildet ist.
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Im vorliegenden Kontext wird mit einem Innenrohr-, Zwischenrohr-, und Außenrohrabschnitt derjenige Teil eines Wärmetauscherrohrs beschrieben, welcher eine zum Beispiel Rundrohrgeometrie aufweist. Solche etwa im Querschnitt kreisförmige Rohrabschnitte bilden zusammen mit den vom jeweiligen Rohrabschnitt radial nach innen oder radial nach außen ragenden Wärmeleitrippen ein entsprechendes Innen-, Zwischen- oder Außenrohr. Die Rohre bzw. Rohrabschnitte müssen hierbei nicht zwangsläufig als Rundrohre ausgebildet sein. So können auch andere Rohrabschnitte, etwa mit ovaler, elliptischer oder gar eckiger Querschnittsgeometrie vorgesehen werden.
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Eine einstückige Ausgestaltung von Innenrohr, Zwischenrohr und/oder Außenrohr, mit zumindest einer daran ausgebildeten Wärmeleitrippe kann zum Beispiel in Form eines stranggepressten oder extrudierten Metallprofils gefertigt sein. Ein helix- oder schraubenartiger Verlauf der zumindest einen Wärmeleitrippe kann hierbei entweder direkt im Extrusions- oder Strangpressprozess oder aber in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt, etwa durch Verdrillen bzw. durch eine gezielte Torsion eines mit geradlinigen Wärmeleitrippen versehenen Rohrs gebildet werden.
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Es ist ferner denkbar, einzelne oder sämtliche Rohre des Wärmetauschers aus einem Rohling zu ziehen, wobei während des Ziehprozesses das Rohr verdrillt wird oder einer entsprechenden Torsion unterliegt.
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Herstellungstechnisch wäre hierbei zumindest eines der mit Wärmeleitrippen versehenen Rohre zumindest abschnittsweise zu verdrillen, bevor die den Wärmetauscher bildenden Rohre bestimmungsgemäß axial ineinander geschoben bzw. gefügt werden.
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Insoweit wäre z. B. ein gängiger Herstellungsprozess für derartige Wärmetauscher lediglich durch einen weiteren Herstellungsschritt, nämlich durch ein Verdrehen oder Verdrillen eines mit zumindest einer Wärmeleitrippe versehenen Rohres zu modifizieren.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der von dem Zwischenrohrabschnitt und dem Außenrohrabschnitt gebildete Zwischenraum als Hochdruckseite eines Koaxialrohr-Wärmetauschers ausgebildet. Der zwischen Zwischenrohrabschnitt und Außenrohrabschnitt gebildete Zwischenraum ist insoweit stromabwärts eines Kondensators und stromaufwärts einer Expansionseinrichtung einer Kraftfahrzeugklimaanlage vorzusehen, während der Innenraum des Zwischenrohrabschnitts und/oder der Innenraum des Innenrohrabschnitts eine Niederdruckseite des Koaxialrohr-Wärmetauschers bilden und demgemäß stromabwärts eines Verdampfers und stromaufwärts eines Kompressors der Kraftfahrzeug-Klimaanlage in den Kältemittelkreislauf einzubinden ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist auch der Innenrohrabschnitt bzw. dessen Innenraum vom Wärmetauschermedium durchströmbar.
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Dadurch, dass zumindest eine der im Zwischenraum zwischen diversen Rohrabschnitten vorgesehenen Wärmeleitrippe eine helix- oder schraubenartige Kontur aufweist, ergibt sich hierdurch in strömungstechnischer Hinsicht eine effektive Verlängerung eines von der entsprechenden Wärmeleitrippe gebildeten Kanals.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung bilden die zumindest eine zwischen dem Innenrohrabschnitt und dem Zwischenrohrabschnitt angeordnete Wärmeleitrippe und die zwischen dem Außenrohrabschnitt und dem Zwischenrohrabschnitt angeordneten Wärmeleitrippe unterschiedlich lange Zwischenräume bzw. Strömungskanäle für das Wärmetauschermedium. Dies kann allein schon durch die helixartige Ausgestaltung der von bevorzugt mehreren Wärmeleitrippen gebildeten Kanäle erreicht werden. Sind sowohl die Strömungskanäle zwischen Innen- und Zwischenrohrabschnitt als auch die Strömungskanäle zwischen Zwischen- und Außenrohrabschnitt von helixartigen Wärmeleitrippen gebildet, ergeben sich allein schon aufgrund der unterschiedlichen radialen Helixdurchmesser unterschiedliche Längen der jeweiligen Strömungskanäle. Verschieden lange Strömungskanäle können aber auch und insbesondere durch unterschiedliche Steigungen der schraubenförmigen Wärmeleitrippen realisiert werden.
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Es ist hierbei ferner denkbar, dass innenseitig des Zwischenrohrabschnitts helix- oder schraubenartige Wärmeleitrippen vorgesehen sind, während außenseitig des Zwischenrohrabschnitts im Wesentlichen geradlinig, sich in Axialrichtung (z) erstreckende Wärmeleitrippen ausgebildet sind, oder umgekehrt.
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Ferner ist es denkbar, dass beidseitig des Zwischenrohrabschnitts Wärmeleitrippen unterschiedlicher Steigung ggf. auch unterschiedlicher Richtung vorgesehen sind. Je nach Steigung bzw. Steigungsunterschied zwischen den innerhalb und außerhalb des Zwischenrohrs vorgesehenen Wärmeleitrippen können bezüglich ihres Strömungsweges unterschiedlich lange Strömungskanäle für das Wärmetauschermedium bereitgestellt werden.
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Unabhängig davon auf welche Art und Weise unterschiedlich lange Strömungskanäle gebildet werden können diese jeweils positive Auswirkungen auf die Ausbreitung akustischer Wellen und mechanischer Schwingungen innerhalb der Kältemittelkreislaufs haben. Ist zum Beispiel der Strömungswegunterschied zwischen einzelnen Strömungskanälen, welche z. B. von Wärmeleitrippen unterschiedlicher Steigung gebildet sind, auf zum Beispiel die Betriebs- oder Schwingungsfrequenz des Klimaanlagenkompressors und der sich hieraus ergebenden Frequenz der Pulsation des Wärmetauschermediums abgestimmt, so kann durch die unterschiedlich langen Strömungskanäle zum Beispiel ein π- oder 180°-Phasenversatz erreicht werden, der sich schwingungs- als auch geräuschmindernd auf den Betrieb der Klimaanlage auswirken kann.
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Auf den Einsatz sogenannter Dämpfer oder Muffler im Bereich der Wärmetauscheranschlüsse kann somit unter Umständen sogar verzichtet werden, so dass im Endeffekt eine Gewichtsreduzierung und eine Verringerung des Bauraumbedarfs verwirklicht werden können.
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Nach einem weiteren unabhängigen Aspekt ist schließlich eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf vorgesehen, der zumindest einen Kompressor, einen Kondensator, eine Expansionseinrichtung sowie einen Verdampfer der Klimaanlage strömungstechnisch miteinander koppelt und welcher zumindest einen zuvor beschriebenen Wärmetauscher aufweist.
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Daneben ist in einem weiteren unabhängigen Aspekt schließlich ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Kraftfahrzeug-Klimaanlage bzw. mit einem zuvor beschriebenen Wärmetauscher vorgesehen.
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Schließlich ist nach einem weiteren unabhängigen Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines zuvor beschriebenen Wärmetauschers vorgesehen. Hierbei wird vor einem Ineinanderfügen der zueinander geschachtelt und bevorzugt koaxial zueinander ausgerichteten Rohre, nämlich von Innenrohr, Zwischenrohr und/oder Außenrohr zumindest eines der Rohre mit zumindest einer daran vorgesehenen, bevorzugt hieran einstückig angeformten Wärmeleitrippe zumindest bereichsweise verdrillt oder aber bereits im Rahmen eines Strangpress- oder Extrusionsverfahrens mit zumindest einer helix- oder schraubenartig in Axialrichtung (z) verlaufenden Wärmeleitrippe versehen.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Ziele, sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten werden in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage,
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2 eine schematische Darstellung eines Innenrohrs mit sternförmig und radial nach außen ragenden helix- oder schraubenartig gewendelten Wärmeleitrippen,
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3a einen Querschnitt durch einen dreikomponentigen Koaxialrohr-Wärmetauscher,
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3b eine isolierte Querschnittsdarstellung eines Innenrohrs,
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3c eine isolierte Querschnittsdarstellung eines Zwischenrohrs und
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3d eine isolierte Querschnittsdarstellung eines Außenrohrs,
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4a eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausgestaltung eines Koaxial-Wärmetauschers,
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4b eine isolierte Querschnittsdarstellung des Innenrohrs des Wärmetauschers gemäß 4a,
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4c eine isolierte Darstellung des Zwischenrohrs gemäß der Ausgestaltung nach 4a und
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4d eine Querschnittsdarstellung des Außenrohrs der Ausgestaltung gemäß 4a,
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5 eine schematische, perspektivische Darstellung eines mit einer einzigen Wärmeleitrippe versehenen Wärmetauscherrohrs und
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6 ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung eines Wärmetauschers gemäß der 3 oder 4.
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Detaillierte Beschreibung
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Die in 1 schematisch dargestellte Kraftfahrzeug-Klimaanlage 20 weist einen Kältemittelkreislauf 22 auf, welcher die einzelnen Klimaanlagenkomponenten, nämlich Kompressor 18, Kondensator 16, Wärmetauscher 10, Expansionsventil 12 sowie den Verdampfer 14 in einer an sich bekannten Art und Weise strömungstechnisch miteinander koppelt. Der Wärmetauscher 10 ist hochdruckseitig stromabwärts des Kondensators 16 und stromaufwärts der Expansionseinrichtung 12 angeordnet. Niederdruckseitig ist der Wärmetauscher 10 stromabwärts des Verdampfers 14 sowie stromaufwärts des Kompressors 18 vorgesehen.
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Das Hochtemperatur- und unter vergleichsweise hohem Druck stehende Wärmetauschermedium 24 wird durch das im Wärmetauscher 10 in entgegengesetzter Richtung strömende Niederdruck- und Niedertemperatur-Wärmetauschermedium 24 der Expansionseinrichtung 12 vorgelagert unterkühlt. Durch diesen internen Wärmeaustausch im Kältemittelkreislauf 22 kann der Wirkungsgrad der Kraftfahrzeug-Klimaanlage 20 verbessert werden.
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In 3a ist eine erste Ausgestaltung des Wärmetauschers 10 im Querschnitt gezeigt. Dieser weist ein in 3b isoliert gezeigtes Innenrohr 30, ein in 3c gezeigtes Zwischenrohr 50 sowie ein in 3d entsprechend dargestelltes Außenrohr 40 auf. Während das Außenrohr 40 quasi wärmeleitrippenfrei ausgebildet ist und eine kreisrunde Rundrohrgeometrie aufweist, sind vorliegend am Zwischenrohr 50 mehrere, etwa sternförmig und radial nach außen, in Radialrichtung (r) ragende Wärmeleitrippen 54 vorgesehen. Diese bilden zwischen sich kanalartige Zwischenräume 56 aus, welche in der in 3a gezeigten zusammengefügten Konfiguration mit der Innenseite des Außenrohrs 40 eine im Querschnitt geschlossene Kanalstruktur bilden.
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In ähnlicher Art und Weise weist auch das in 3b isoliert im Querschnitt gezeigte Innenrohr 30 radial nach außen ragende Wärmeleitrippen 34 auf, die sich im montiertem Zustand an der Innenseite des Zwischenrohrs 50 abstützen und dementsprechende Zwischenräume 36 zwischen sich ausbilden. Wenngleich sämtliche in den 3a bis 3c gezeigten Wärmeleitrippen 34, 54 eines Rohres 30, 50 in etwa gleichlange, radiale Erstreckungen aufweisen, sind abweichend hiervon auch Ausgestaltungen denkbar, bei welchen einige der Wärmeleitrippen 34, 54 bezogen auf die Radialrichtung (r) kürzer als benachbarte Wärmeleitrippen 34, 54 ausgebildet sind.
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Wie anhand der 3a bis 3c verdeutlicht, können die Abmessungen, insbesondere die Erstreckung in Radialrichtung (r), die Wandstärke, die Anzahl als auch die geometrische Anordnung der einzelnen Wärmeleitrippen 34, 54 zueinander zur Herbeiführung unterschiedlicher Wärmeaustauschkapazitäten des Wärmetauschers 10 an vorgegebene Anforderungen angepasst werden.
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Im vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Erstreckung der inneren Wärmeleitrippen 34 ein Vielfaches der vom Zwischenrohrabschnitt 52 radial nach außen ragenden Wärmeleitrippen 54. Hierbei ist der zwischen dem Zwischenrohr 50 und dem Außenrohr 40 gebildete Zwischenraum als Hochdruckseite des Wärmetauschers 10 ausgebildet, während die Zwischenräume 36 zwischen dem Innenrohr 30 und dem Zwischenrohr 50 als auch der Innenraum 38 des Innenrohrs 30 als Niederdruckseite des Wärmetauschers 10 vorgesehen und dementsprechend in den Kältemittelkreislauf 22 eingebunden sind.
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Die in den 3b und 3c isoliert dargestellten Rohre, Innenrohr 30 und Zwischenrohr 50 weisen jeweils einen etwa kreisrunden Innenrohrabschnitt 32 bzw. Zwischenrohrabschnitt 52 auf, an welchem die jeweils radial nach außen ragenden Wärmeleitrippen 34, 54 bevorzugt einstückig angeordnet bzw. angeformt sind. Die entsprechend ausgebildeten Rohre, Innenrohr 30 und Zwischenrohr 50 können hierbei insbesondere als Strangpress- oder Extrusionsprofile hergestellt sein.
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Wie in 2 schemenhaft dargestellt, sind im dort gezeigten Fall die radial nach außen ragenden Wärmeleitrippen 34 des Innenrohrs 30 in Axialrichtung (z) helix- bzw. schraubenartig ausgebildet und winden sich demgemäß um den im Querschnitt etwa kreisrund ausgebildeten Innenrohrabschnitt 32. Je nach Steigung der Wärmeleitrippen 34 können in strömungstechnischer Hinsicht unterschiedlich lange, von den jeweiligen Zwischenräumen 36 gebildete Strömungskanäle für das etwa in 3a lediglich angedeutete Wärmetauschermedium 24 bereitgestellt werden. Durch die unterschiedlich langen Strömungskanäle können insbesondere akustische Effekte gedämpft bzw. teilweise oder nahezu gänzlich kompensiert werden.
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Ferner kann durch die helix- oder schraubenartige Ausgestaltung der etwa lamellenartig ausgebildeten Wärmeleitrippen 34 deren Oberfläche im Vergleich zu einer Ausgestaltung mit in Axialrichtung (z) geradlinig ausgebildeten Wärmeleitrippen vergrößert werden, so dass im Ergebnis ein verbesserter bzw. gesteigerter Wärmeaustausch bei gleichbleibender Dimensionierung der einzelnen Rohrabschnitte 32, 52 bzw. bei geometrisch unverändertem Außenrohr 40 bereitgestellt werden kann. Allein durch die interne geometrische Ausgestaltung der Wärmeleitrippen 34, 54 kann die Wärmetauscherleistung des Wärmetauschers 10 um bis zu 10%, bis zu 15% oder sogar bis zu 20% gezielt verändert werden. Hierdurch wird letztendlich ermöglicht, Wärmetauscher 10 einerseits mit weitreichend identischer Außengeometrie andererseits aber mit unterschiedlichen Wärmetauscherleistungen bereitzustellen, die für unterschiedliche Fahrzeuge bzw. Fahrzeugtypen oder umgekehrt geeignet sind.
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Der helix- oder schraubenartige Verlauf einer an einem Rundrohrabschnitt 62 ausgebildeten Wärmeleitrippe 64 eines in 5 schematisch gezeigten, etwa als Innenrohr fungierenden Wärmetauscherrohrs 60 ist nicht auf die in 2 angedeutete Ausgestaltung eines Innenrohrs 30 beschränkt. Auch kann das zum Beispiel in 3c gezeigte Zwischenrohr 50 einen im Wesentlichen als Rundrohr ausgebildeten Rohrabschnitt 52 mit helix- oder schraubenartig in Axialrichtung (z) verlaufenden, radial nach außen abragenden Wärmeleitrippen 54 aufweisen. Die Steigung und die Ausrichtung der Wärmeleitrippen 54 kann hierbei vollkommen unabhängig von der Ausgestaltung der Wärmeleitrippen 34 ausgebildet sein.
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Es ist hierbei insbesondere denkbar, dass beide Wärmeleitrippen 34, 54 von Innenrohr 30 und Zwischenrohr 50 einen helix- oder schraubenartigen Verlauf aufweisen. Abweichend ist denkbar, dass lediglich das Innenrohr 30 oder das Außenrohr 50 mit helix- oder schraubenartigen Wärmeleitrippen 34, 54 versehen ist, während das jeweils andere Rohr 50, 30 in etwa in Axialrichtung (z) geradlinig ausgebildete Wärmeleitrippen 34, 54 aufweist.
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Die Ausgestaltung eines in den 4a bis 4d gezeigten Wärmetauschers 10 unterscheidet sich von derjenigen gemäß der 3a bis 3d lediglich darin, dass anstelle der radial nach außen ragenden Wärmeleitrippen 54 des Zwischenrohrs 50 korrespondierend hiermit ausgebildete, jeweils radial nach innen ragende Wärmeleitrippen 44 an der Innenseite eines Außenrohrabschnitts 42 angeordnet sind. Der im Querschnitt etwa rund ausgebildete, die Form eines Rundrohrs aufweisende Außenrohrabschnitt 42 bildet zusammen mit den bevorzugt einstückig hieran angeformten und radial nach innen ragenden Wärmeleitrippen 44 das gegenüber der 3d modifizierte Außenrohr.
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Aus Gründen einer einheitlichen Darstellung wurde hierbei für gleiche oder ähnliche Komponenten der in den 3a bis 3d und in den 4a bis 4d gezeigten Wärmetauscher 10 gleiche Bezugszeichen verwendet. Zwischen den radial nach innen ragenden Wärmeleitrippen 44 sind Zwischenräume 46 gebildet, die bei ineinander geschobener Konfiguration gemäß 4a jeweils Strömungskanäle für das bevorzugt unter Hochdruck stehende Wärmetauschermedium 24 bereitstellen.
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Die einzelnen in den 3a bis 4d gezeigten Wärmetauscherohre, nämlich Innenrohr 30, Zwischenrohr 50 und Außenrohr 40 können sämtlichst als Strangpress- oder Extrusionsprofil hergestellt sein. Der helix- oder schraubenartige Verlauf einzelner Wärmeleitrippen 34, 54 kann hierbei entweder direkt im Zuge des Strangpress- oder Extrusionsprozesses ausgebildet werden. Es ist ferner aber auch denkbar, die zunächst geradlinig extrudierten oder stranggepressten Rohre in einem nachträglichen Bearbeitungsschritt zumindest bereichsweise zu verdrillen, so dass sich ein in 2 angedeuteter bzw. in 5 anhand einer einzigen Wärmeleitrippe 46 dargestellter schraubenartiger Verlauf ergibt.
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Herstellungstechnisch ist insoweit nach einem in 6 skizzierten Verfahren vorgesehen, dass in einem ersten Schritt 100 zumindest eines der hier vorgesehenen Rohre, Innenrohr 30, Zwischenrohr 50 und/oder Außenrohr 40 stranggepresst oder extrudiert und dementsprechend bereitgestellt wird. In einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt 102 wird dieses dann zumindest bereichsweise verdrillt. Abschließend werden die auf diese Art und Weise vorkonfektionierten Rohre im Schritt 104 zur Bildung des in den jeweiligen 3a und 4a gezeigten Wärmetauschers 10 ineinandergefügt.
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Die dargestellten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausgestaltung der Erfindung zu welcher weitere zahlreiche Varianten denkbar und im Rahmen der Erfindung sind. Die exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise hinsichtlich des Umfangs, der Anwendbarkeit oder der Konfigurationsmöglichkeiten der Erfindung als einschränkend auszulegen. Die vorliegende Beschreibung zeigt dem Fachmann lediglich eine mögliche Implementierung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels auf. So können an der Funktion und Anordnung von beschriebenen Elementen vielfältigste Modifikationen vorgenommen werden, ohne hierbei den durch die nachfolgenden Patentansprüche definierten Schutzbereich oder dessen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wärmetauscher
- 12
- Expansionseinrichtung
- 14
- Verdampfer
- 16
- Kondensator
- 18
- Kompressor
- 20
- Klimaanlage
- 22
- Kältemittelkreislauf
- 24
- Wärmetauschermedium
- 30
- Innenrohr
- 32
- Innenrohrabschnitt
- 34
- Wärmeleitrippe
- 36
- Zwischenraum
- 38
- Innenraum
- 40
- Außenrohr
- 42
- Außenrohrabschnitt
- 44
- Wärmeleitrippe
- 46
- Zwischenraum
- 50
- Außenrohr
- 52
- Außenrohrabschnitt
- 54
- Wärmeleitrippe
- 56
- Zwischenraum
- 60
- Wärmetauscherrohr
- 62
- Rundrohrabschnitt
- 64
- Wärmeleitrippe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007015186 A1 [0004]
