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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung, insbesondere zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug. Die Wärme wird dabei bevorzugt zwischen einem flüssigen Fluid und einem Kältemittel übertragen. Als flüssiges Fluid können Wasser oder Wasser-Glykol-Mischungen, welche die Wärme von dem Kältemittel aufnehmen oder an das Kältemittel abgeben, dienen. Als Kältemittel wird bevorzugt Kohlenstoffdioxid, welches auch als R744 oder CO2 bezeichnet wird, verwendet. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung.
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Aus dem Stand der Technik sind Klimatisierungssysteme für Kraftfahrzeuge mit Kältemittelkreisläufen und darin integrierten Wärmeübertragern bekannt, wobei die Wärmeübertrager zum einen als Verdampfer zum Abkühlen eines flüssigen Fluids und zum anderen als Kondensatoren zum Erwärmen des flüssigen Fluids betrieben werden. Beim Durchströmen des Verdampfers verdampft das Kältemittel, während es beim Durchströmen des Kondensators verflüssigt wird. Der Kondensator des Kältemittelkreislaufes wird folglich flüssigkeitsgekühlt betrieben. Die Wärmeübertragung zwischen dem flüssigen Fluid und dem Kältemittel erfolgt unter Phasenänderung des Kältemittels. Im Kältemittelkreislauf zirkulieren herkömmliche Kältemittel, wie R134a und 1234yf, welche im Vergleich zu Kohlenstoffdioxid deutlich geringere Drücke aufweisen.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Wärmeübertrager für die Kältemittel R134a und 1234yf sind als Plattenwärmeübertrager ausgebildet. Dabei werden sowohl das flüssige Fluid, im Weiteren auch als Kühlmittel bezeichnet, als auch das Kältemittel durch Platten hindurchgeleitet. Das Kühlmittel und das Kältemittel strömen jeweils innerhalb der beziehungsweise zwischen den Platten. Die aus dünnwandigem Aluminiumblech oder Stahlblech gefertigten Platten entsprechen dabei den Festigkeitsanforderungen der Kältemittel bei den jeweils vorgegebenen Drücken.
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In der
US 2007/0267169 A1 wird ein als Kondensator betriebener, flüssigkeitsgekühlter Platten-Wärmeübertrager beschrieben. Die beim Durchströmen des Wärmeübertragers von der Flüssigkeit aufgenommene Wärme wird in einem luftumströmten Wärmeübertrager an die Umgebung wieder abgegeben. Der Wärmeübertrager weist eine Anzahl an ersten und eine Anzahl an zweiten Platten auf, welche als Stapel aneinandergereiht zusammengefasst sind. Die Platten definieren jeweils abwechselnd nebeneinander angeordnete Kammern, welche mit einem Kältemittel beziehungsweise einem Kühlmittel beaufschlagt werden.
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Sowohl der Berstdruck als auch der Betriebsdruck liegen für das Kältemittel R744 bei gleichen Anforderungen an die Temperaturen etwa um den Faktor 10 höher als bei den Kältemitteln R134a bzw. 1234yf. Um den bedeutend höheren Festigkeitsanforderungen zu entsprechen, sind die Wände der Bleche der Platten mit wesentlich größeren Stärken oder/und aus anderen Werkstoffen, wie Edelstahl, auszubilden. Ein aus stärkeren Wänden oder/und Edelstahl gefertigter Wärmeübertrager weist jedoch ein sehr hohes Gewicht sowie einen großen Bauraum auf und ist sehr kostenintensiv in der Herstellung sowie in der Unterhaltung. Die Anforderungen an die Seite des Kühlmittels sind von den verwendeten Kältemitteln nahezu unabhängig.
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Aus der
EP 2 402 694 A1 geht ein Wärmeübertrager, insbesondere ein als Kondensator betriebener Wärmeübertrager, einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs hervor. Der Kondensator weist ein Gehäuse und ein Rohrbündel zur Wärmeübertragung zwischen einem Kältemittel und einem Kühlmittel auf, wobei das Kältemittel durch die Rohre des Rohrbündels und das Kühlmittel durch das Gehäuse geleitet werden. Das Kühlmittel umströmt die Rohre auf der Außenseite. Die Rohre münden an den Enden jeweils in als Sammler ausgebildete Elemente. Der Wärmeübertrager wird im Kreuzstrom betrieben.
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Das Material des Gehäuses ist Kunststoff.
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In der
KR 1170690 B1 wird ein aus Flachrohren, welche an den Enden jeweils in Sammler münden, ausgebildeter Wärmeübertrager offenbart. Ein von den Sammlern und den Flachrohren in Kombination umschlossenes Volumen wird von einem ersten Fluid durchströmt. Die Flachrohre sind innerhalb von Strömungskanälen angeordnet, welche von einem zweiten Fluid durchströmt werden. Dabei kann jedem Strömungskanal genau ein Flachrohr zugeordnet sein. Alternativ können auch zwei oder mehrere Flachrohre in einem Strömungskanal angeordnet sein. Die Strömungskanäle werden dabei von jeweils zwei gegensinnig zueinander angeordneten Platten ausgebildet. Das Flachrohr ist innerhalb des von den zwei Platten begrenzten Volumens integriert. Der Wärmeübertrager ist aus einer Aneinanderreihung von Segmenten, welche jeweils die Platten und die darin angeordneten Flachrohre aufweisen, ausgebildet.
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Bei den aus dem Stand der Technik bekannten, derart ausgebildeten Systemen handelt es sich im Wesentlichen um als Kondensatoren oder im Fall von im überkritischen Zustand vorliegendem Kohlenstoffdioxid als Gaskühler betreibbare Wärmeübertrager, bei welchen die Wärme vom Kältemittel an das Kühlmittel übertragen wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Wärmeübertragers zur effizienten Wärmeübertragung zwischen mindestens zwei Fluiden, insbesondere zwischen einem Kältemittel und einem flüssigen Fluid als Kühlmittel. Mit dem Wärmeübertrager soll eine maximale Wärmeleistung bei minimaler Baugröße beziehungsweise bei minimalem Bauraumbedarf übertragbar sein. Die Fluide sollen beim Durchströmen des Wärmeübertragers lediglich einen möglichst geringen Druckverlust aufweisen. Der Wärmeübertrager soll für den Betrieb mit Kohlenstoffdioxid geeignet sein. Der Wärmeübertrager soll des Weiteren ein minimales Gewicht aufweisen sowie minimale Herstellungskosten und Materialkosten verursachen.
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Die Bezeichnung „Kühlmittel“ bezieht sich dabei nicht auf die ausschließliche Wärmeübertragung vom Kältemittel an das Kühlmittel, das heißt auf ein „Abkühlen“ des Kältemittels. Die Wärmeübertragung soll ebenso vom Kühlmittel an das Kältemittel möglich sein.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmeübertragung, insbesondere zur Wärmeübertragung zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, gelöst. Die Vorrichtung ist aus beabstandet zueinander angeordneten Flachrohren und aus beabstandet zueinander angeordneten Sammlern ausgebildet. Die sich jeweils zwischen zwei Sammlern erstreckenden Flachrohre und die Sammler umschließen zusammen ein erstes Volumen, welches mit dem ersten Fluid beaufschlagbar ist. Die Flachrohre sind vorteilhaft, ebenso wie die Sammler, parallel zueinander ausgerichtet.
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Nach der Konzeption der Erfindung sind jeweils zwischen benachbart angeordneten Flachrohren Platten ausgebildet. Die Platten umschließen dabei ein zweites Volumen, welches mit dem zweiten Fluid beaufschlagbar ist.
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Die Platten sind erfindungsgemäß mit den Flachrohren thermisch gekoppelt ausgebildet, sodass zwischen den miteinander gekoppelten Platten und den Flachrohren Wärme durch Wärmeleitung übertragbar ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch mittels einer Vorrichtung zur Wärmeübertragung der oben genannten Art gelöst, bei welcher erfindungsgemäß Platten und Rippen ausgebildet sind. Die Platten umschließen dabei ein zweites Volumen, welches mit dem zweiten Fluid beaufschlagbar ist. Die Rippen sind von einem dritten Fluid umströmbar angeordnet.
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Nach der Konzeption der Erfindung ist zwischen benachbart angeordneten Flachrohren mindestens eine Platte und/oder mindestens eine Rippe ausgebildet, welche jeweils thermisch mit dem benachbart angeordneten Element gekoppelt ist, sodass zwischen den miteinander gekoppelten Flachrohren, Platten und Rippen Wärme durch Wärmeleitung übertragbar ist. Anstelle der Rippen können alternativ auch Lamellen vorgesehen sein. Die Lamellen oder Rippen sind vorteilhaft aus einem gut wärmeleitfähigen Material, wie einem Metall, insbesondere Aluminium oder Stahl, ausgebildet.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Platten aus jeweils zwei, paarweise angeordneten Plattenelementen ausgebildet. Dabei begrenzen die zwei Plattenelemente im montierten Zustand jeweils einen Strömungskanal.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Plattenelemente Öffnungen auf, welche in den Strömungskanal einmünden.
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Die Plattenelemente sind zudem bevorzugt mit Ausformungen ausgebildet. Mittels der Ausformungen wird vor einem Verbindungsprozess während der Montage der Vorrichtung eine Fixierung der Plattenelemente gewährleistet. Die Ausformungen sind dabei offen oder geschlossen ausgestaltet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Plattenelemente Abstandselemente aufweisen. Die Abstandselemente sind zwischen zwei zu einer Platte zusammengefügten Plattenelementen derart ausgebildet, die Form des Strömungskanals, insbesondere die Höhe des Strömungskanals, festzulegen beziehungsweise zu fixieren. Die Abstandselemente sind dabei in den Plattenelementen integriert.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Wärmeübertragung bezüglich der Anordnung und Ausbildung der Flachrohre in Kombination mit den Sammlern aus einem oder mehreren nacheinander angeordneten Segmenten ausgebildet. Ein Segment umfasst dabei bevorzugt zwei beabstandet zueinander angeordnete Sammler sowie sich zwischen den Sammlern erstreckende, parallel zueinander angeordnete Flachrohre. Der Wärmeübertrager kann dabei seitens des ersten Fluids einreihig oder mehrreihig, insbesondere zweireihig, durchströmbar sein und ist vorteilhaft in den Abmessungen, wie Länge, Breite und/oder Höhe, skalierbar.
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Der vorteilhaft in reinem Kreuzstrom oder in reinem Gegenstrom oder in einer Kombination aus Kreuzstrom und Gegenstrom betreibbare Wärmeübertrager kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung in einem Kältemittelkreislauf integriert angeordnet sein und dabei zur Kühlung oder zur Erwärmung eines Fluids eines Kühlkreislaufes beziehungsweise eines Heizkreislaufes dienen. Der Wärmeübertrager kann dabei als Kondensator, Gaskühler oder Verdampfer in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt werden, wie beispielsweise als kältemittelbeaufschlagter Ladeluftkühler, als Ölkühler oder zur Kühlung von elektronischen Bauelementen. Dabei sind auch andere Medien als Kältemittel und Wasser oder Wasser-Glykolgemische, wie Öl oder Abgas, einsetzbar.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Flachrohre mit einem Abstand im Bereich von 0,5 mm und 5 mm zueinander angeordnet. Ein Verhältnis einer Breite eines Flachrohres zum Abstand benachbart angeordneter Flachrohre liegt vorteilhaft im Bereich von 1 bis 200.
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Die Aufgabe wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung der voranstehenden Vorrichtung zur Wärmeübertragung gelöst. Das Verfahren umfasst dabei den Schritt, bei welchem aus jeweils zwei, paarweise angeordneten Plattenelementen ausgebildete Platten für einen Verbindungsprozess an Ausformungen fixiert werden. Der Verbindungsprozess bezieht sich auf die Montage der Vorrichtung.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Plattenelemente bei der Montage der Vorrichtung miteinander verlötet oder verklebt.
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Zudem werden die Plattenelemente der Platten und die Flachrohre während der Montage vorteilhaft unter mechanischer Spannung miteinander verbunden. Die Plattenelemente werden dabei bevorzugt mit den Flachrohren verlötet oder verklebt oder verklemmt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmeübertragung stellt somit insbesondere einen kombinierten Platten-Flachrohr-Wärmeübertrager dar. Die Flachrohre sind vorteilhaft als extrudierte Profile für ein Kältemittel und die Platten für ein Kühlmittel, zum Beispiel Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch, ausgebildet. Die Vorrichtung kombiniert die Vorteile der Plattenbauweise und des Flachrohrdesigns bei der Herstellung und beim Betrieb eines Wärmeübertragers. Die Auslegung der Platten und Flachrohre, insbesondere im Hinblick auf die Anforderungen an die Festigkeit der Wärmeübertragerprofile für beide Fluide, kann separat erfolgen. Die Platten und die Flachrohre werden bei der Montage der Vorrichtung untereinander thermisch kontaktiert.
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Die Vorrichtung weist zudem zusammenfassend diverse Vorteile auf:
- – effiziente Wärmeübertragung zwischen zwei Fluiden, insbesondere zwischen einem Kältemittel und einem flüssigen Fluid als Kühlmittel,
- – Übertragen einer maximalen Wärmeleistung bei einer minimalen Baugröße beziehungsweise bei minimalem Bauraumbedarf, das heißt bei optimalem Verhältnis von übertragbarer Wärmeleistung zu umbauten Volumen,
- – für den Betrieb mit Kohlenstoffdioxid, insbesondere zur Anwendung im Kraftfahrzeug, geeignet,
- – minimales Gewicht sowie
- – minimale Kosten bei der Herstellung und minimaler Materialaufwand.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
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1: Vorrichtung zur Wärmeübertragung aus Platten und einreihig angeordneten Flachrohren in perspektivischer Darstellung,
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2: Vorrichtung zur Wärmeübertragung aus Platten und zweireihig angeordneten Flachrohren in perspektivischer Darstellung,
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3: Platte eines Plattenpaares zur Ausbildung eines Strömungskanals für ein Fluid und
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4: paarweise zu einer Platte angeordnete Plattenelemente mit umschlossenem Volumen als Strömungskanal für ein Fluid sowie
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5a bis 5d: Vorrichtung zur Wärmeübertragung aus Flachrohren, Platten und Rippen.
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In den 1 und 2 ist jeweils eine Vorrichtung 1, 1' zur Wärmeübertragung aus Platten 4, 4' und Flachrohren 2, 2' in perspektivischer Darstellung gezeigt. Die Flachrohre 2, 2' erstrecken sich dabei jeweils in x-Richtung zwischen beabstandet, parallel zueinander angeordneten Sammlern 3a, 3b, 3'a, 3'b, welche in z-Richtung ausgerichtet sind. 1 zeigt einen einreihigen Wärmeübertrager 1. In 2 ist ein zweireihiger Wärmeübertrager 1' dargestellt. Die Bezeichnung der Reihen bezieht sich dabei auf die Anzahl der übereinander, das heißt in y-Richtung, angeordneten Flachrohre 2, 2', wobei die Flachrohre 2, 2' in y-Richtung mit ihren Schmalseiten zueinander ausgerichtet sind.
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Die Wärmeübertrager 1, 1' sind aus parallel zueinander und beabstandet zueinander angeordneten sowie mit den Breitseiten zueinander ausgerichteten Flachrohren 2, 2' ausgebildet, sodass zwischen direkt benachbart angeordneten Flachrohren 2, 2' ein Zwischenraum entsteht. Da sich die Flachrohre 2, 2' jeweils zwischen zwei Sammlern 3a, 3b, 3'a, 3'b erstrecken und mit den Enden in die Sammler 3a, 3b, 3'a, 3'b münden, umschließen die Flachrohre 2, 2' in Kombination mit den Sammlern 3a, 3b, 3'a, 3'b ein gemeinsames inneres Volumen. Innerhalb des durch die Flachrohre 2, 2' und die Sammler 3a, 3b, 3'a, 3'b umschlossenen Volumens strömt ein erstes Fluid, insbesondere ein Kältemittel. Für das Kältemittel werden hocheffiziente Profile als Flachrohre 2, 2' verwendet, welche beispielsweise den Festigkeitsanforderungen von Kohlenstoffdioxid entsprechen und für eine effiziente Wärmeübertragung optimiert werden. Die extrudierten Flachrohre 2, 2' werden unabhängig von den Platten 4, 4', im Speziellen in Querschnitt und Wandstärke, auf das verwendete Kältemittel ausgelegt und optimiert.
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Das Kältemittel strömt während des Betriebs des Wärmeübertragers 1 gemäß 1 in den ersten Sammler 3a ein und wird im ersten Sammler 3a auf die Flachrohre 2 verteilt. Anschließend strömt das Kältemittel durch die extrudierten Flachrohre 2 zum zweiten Sammler 3b, wird gesammelt und aus dem Wärmeübertrager 1 abgeleitet.
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Der Wärmeübertrager 1 ist je nach Leistungsanforderung einreihig, wie in 1, oder mehrreihig, insbesondere zweireihig, wie in 2, ausgebildet und ist in der Länge beziehungsweise der Breite skalierbar.
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Das Kältemittel strömt während des Betriebs des Wärmeübertragers 1' gemäß 2 in einen Abschnitt des ersten Sammlers 3'a ein und wird im ersten Abschnitt des ersten Sammlers 3'a auf Flachrohre 2' einer ersten Reihe 5'a von Flachrohren 2' verteilt. Anschließend strömt das Kältemittel durch die extrudierten Flachrohre 2' der ersten Reihe 5'a zum zweiten Sammler 3'b, wird gesammelt, auf Flachrohre 2' einer zweiten Reihe 5'b aufgeteilt und strömt durch die Flachrohre 2' der zweiten Reihe 5'b zu einem zweiten Abschnitt des ersten Sammlers 3'a zurück. Das Kältemittel wird nach dem Sammeln aus dem zweiten Abschnitt des ersten Sammlers 3'a aus dem Wärmeübertrager 1' abgeleitet.
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In den Zwischenräumen benachbart angeordneter Flachrohre 2, 2' sind Platten 4, 4' aus paarweise angeordneten Plattenelementen 4a, 4b, 4'a, 4'b ausgebildet. Innerhalb des von den Platten 4, 4' umschlossenen Volumens, im Weiteren als Strömungskanal 6, 6' bezeichnet, strömt während des Betriebs der Vorrichtung 1, 1' ein flüssiges, zweites Fluid, insbesondere ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch. Die kühlmittelführenden Platten 4, 4' werden in Bezug auf Gewicht und Kosten optimiert. Die Auslegung der Platten 4, 4' kann unabhängig von der Auslegung der Flachrohre 2, 2' erfolgen.
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Das zweite Fluid wird durch die Öffnungen 8, 8' in den zwischen zwei Platten 4, 4' ausgebildeten Strömungskanal 6, 6' eingeleitet und in den von benachbart angeordneten Platten 4, 4' ausgebildeten Strömungskanal 6, 6' übergeleitet. Die von den Platten 4, 4' ausgebildeten Kanäle 6, 6' sind folglich strömungstechnisch miteinander verbunden. Die einzelnen Platten 4, 4' sind mit Ausformungen 7, 7' ausgebildet, welche vor dem Verbindungsprozess eine Fixierung der Platten 4, 4' gewährleisten. Die Verbindung der Platten 4, 4' untereinander wird bevorzugt über Löten oder Kleben sichergestellt.
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Die Flachrohre 2, 2' sind mit den jeweils angrenzend angeordneten Platten 4, 4' thermisch gekoppelt und kontaktiert. Unter einer thermischen Kopplung ist dabei ein mechanischer Kontakt zu verstehen, sodass zwischen den Flachrohren 2, 2' und den Platten 4, 4' Wärme leitbar ist. Jede Breitseite eines Flachrohres 2, 2' steht dabei im thermischen Kontakt mit einer Platte 4, 4', sodass die Wärme zwischen den beiden Fluiden durch die Wandung eines Flachrohres 2, 2' und die Wandung einer Platte 4, 4' geleitet wird. Die Verbindung zwischen den Platten 4, 4' und den Flachrohren 2, 2' wird beispielsweise als Lötung, Verklebung oder Verklemmung mit und ohne Zwischenmaterial zur Verbesserung des Wärmeübergangs und zur Vermeidung von Kontaktkorrosion zwischen den Platten 4, 4' und den Flachrohren 2, 2' ausgebildet.
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Die bevorzugt durch Verlöten oder Verkleben miteinander verbundenen Platten 4, 4' werden folglich mit den Flachrohren 2, 2' verlötet, verklebt oder verklemmt, wobei die Platten 4, 4' und Flachrohre 2, 2' unter mechanischer Spannung miteinander und untereinander verbunden werden.
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Der Wärmeübertrager 1, 1' ist sowohl für Medien ohne Anteil einer latenten Wärmeübertragung als auch für Medien mit Anteil einer latenten Wärmeübertragung vorgesehen. Unter latenter Wärmeübertragung wird ein Vorgang der Wärmeübertragung verstanden, bei welchem die Wärme bei einem Phasenübergang aufgenommen oder abgegeben wird. Dabei bleibt die Temperatur im Wesentlichen konstant, wobei eine mögliche Temperaturänderung lediglich auf Druckverluste zurückzuführen ist. Bei der Wärmeübertragung ohne latente Anteile ändert sich die Temperatur des Mediums. Beispiele latenter Wärmeübertragung sind die Kondensation und die Verdampfung. Vorgänge der Wärmeübertragung ohne latenten Anteil finden zum Beispiel in einem als Gaskühler betriebenen Wärmeübertrager, insbesondere einem kühlmittelgekühlten beziehungsweise wassergekühlten Gaskühler für Kohlenstoffdioxid, statt. Der Wärmeübertrager 1, 1' kann somit alternativ als Kondensator oder Verdampfer, als kältemittelbeaufschlagter Ladeluftkühler, Ölkühler, Abgaskühler oder zur Kühlung von elektronischen Bauelementen betrieben werden. Es sind auch andere Medien als Kältemittel und Kühlmittel, wie Wasser oder Wasser-Glykol-Mischungen, verwendbar.
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Das Kühlmittel beziehungsweise das flüssige Medium wird in den Strömungskanälen 6, 6' bevorzugt in einem Gegenstrom zur Strömungsrichtung des Kältemittels in den Flachrohren 2, 2' geführt.
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In 3 ist ein Plattenelement 4a, 4b einer Platte 4 zur Ausbildung eines Strömungskanals 6 für ein Fluid dargestellt. 4 zeigt ein Plattenelement 4'a, 4'b einer Platte 4' für ein als Strömungskanal 6' zu umschließendes Volumen für ein Fluid. Die Plattenelemente 4a, 4b, 4'a, 4'b sind mit einer Mehrzahl von Ausformungen 7, 7' ausgebildet, welche bei zu einer Platte 4, 4' gehörenden Plattenelementen 4a, 4b, 4'a, 4'b miteinander korrespondieren.
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Das zweite Fluid strömt durch die Öffnung 8, 8' in den zwischen zwei Plattenelementen 4a, 4b, 4'a, 4'b ausgebildeten Strömungskanal 6, 6' ein beziehungsweise in den von benachbart angeordneten Plattenelementen 4a, 4b, 4'a, 4'b ausgebildeten Strömungskanal 6, 6' über. Nach dem Einströmen in den Strömungskanal 6, 6' an einem ersten Ende wird das Fluid durch den Strömungskanal 6, 6' hindurchgeleitet, bevor es an einem zweiten Ende aus dem Strömungskanal 6, 6' wieder ausströmt. Die Öffnungen 8, 8' der paarweise zusammengefügten Plattenelemente 4a, 4b, 4'a, 4'b sind dabei jeweils versetzt zueinander angeordnet, um eine Durchströmung des Strömungskanals 6, 6' zu realisieren.
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Um beim Zusammenfügen der Plattenelemente 4a, 4b, 4'a, 4'b das innere Volumen als Strömungskanal 6, 6' zwischen den Plattenelementen 4a, 4b, 4'a, 4'b sicherzustellen und eine Verformung der Plattenelemente 4a, 4b, 4'a, 4'b bezüglich einer planen Auflage in allen Bereichen zu verhindern, sind die Plattenelemente 4a, 4b, 4'a, 4'b mit Abstandselementen 9, 9' ausgebildet. Die Abstandselemente 9, 9' der zu einer Platte 4, 4' zusammengefügten Plattenelemente 4a, 4b, 4'a, 4'b stoßen beim Fixieren mit den freien Enden gegeneinander und wirken damit einer Verformung der Plattenelemente 4a, 4b, 4'a, 4'b in diesen Bereichen entgegen. Die Abstandselemente 9, 9' der zu einer Platte 4, 4' zusammengefügten Plattenelemente 4a, 4b, 4'a, 4'b korrespondieren miteinander.
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Die einzelnen Plattenelemente 4a, 4b, 4'a, 4'b weisen zudem Ausformungen 7, 7' zur Fixierung der Plattenelemente 4a, 4b, 4'a, 4'b vor dem Verbindungsprozess auf.
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Die Ausformungen 7, 7' können dabei offen oder geschlossen ausgestaltet sein. Die Fixierung vor dem Löten kann beispielsweise als eine Krimpung, eine Klammerung, eine Nietverbindung, eine Klebverbindung oder eine Schweißverbindung ausgebildet sein. Durch die elastische oder teilplastische Verformung der Ausformungen 7, 7' beim Vorgang der Fixierung werden die Plattenelemente 4a, 4b, 4'a, 4'b vor dem Verbindungsprozess beziehungsweise dem Fügeprozess der Vorrichtung 1, 1' unter mechanischer Vorspannung zueinander fixiert, was die Qualität des Fügeprozesses erheblich verbessert.
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Die 5a bis 5d zeigen Vorrichtungen 1'' zur Wärmeübertragung aus Flachrohren 2, 2', Platten 4, 4' und Rippen 10. Anstelle von Rippen können dabei jeweils auch Lamellen ausgebildet sein.
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In den zwischen den parallel zueinander und beabstandet zueinander angeordneten Flachrohren 2, 2' ausgebildeten Zwischenräumen sind neben den Platten 4, 4' auch Rippen 10 angeordnet. Dabei ist die Anordnung der Platten 4, 4' und Rippen 10 vom jeweiligen Einsatz und von den die Wärme übertragenden Fluiden abhängig. Es können einerseits die Reihenfolge und die Anzahl der Platten 4, 4' und Rippen 10 in einem Zwischenraum variieren. Andererseits können auch benachbart angeordnete Zwischenräume zwischen den Flachrohren 2, 2' unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein Zwischenraum lediglich Rippen 10 oder Platten 4, 4' aufweisen, während der benachbarte Zwischenraum mit Rippen 10 und Flachrohren 2, 2' in beliebiger Kombination und Anzahl ausgebildet ist.
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Die Flachrohre 2, 2' umschließen in Verbindung mit den Sammlern 3a, 3b, 3'a, 3'b jeweils ein gemeinsames inneres Volumen, in welchem ein erstes Fluid, insbesondere ein Kältemittel, strömt. Innerhalb des von den Platten 4, 4' umschlossenen Volumens strömt während des Betriebs des Wärmeübertragers 1'' ein flüssiges, zweites Fluid, insbesondere ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch.
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Die Flachrohre 2, 2' und die Platten 4, 4' können zusätzlich von einem dritten Fluid umströmt werden, welches durch die mit den Rippen 10 ausgebildeten Zwischenräume strömt. Das dritte Fluid ist beispielsweise Luft, Abgas oder Öl. Wenn das dritte Fluid durch ein geschlossenes Volumen geleitet wird, insbesondere Öl oder Abgas, wird das Volumen auf der Außenseite der Vorrichtung 1'' von einem nicht dargestellten Gehäuse begrenzt. Das dritte Fluid strömt dann durch mindestens einen Einlass in das Gehäuse ein, wird durch die offenen, mit Rippen 10 ausgebildeten Zwischenräume sowie vorteilhaft um die Sammler 3a, 3'a, 3b, 3'b geleitet und strömt durch einen Auslass aus der Vorrichtung 1'' wieder aus.
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In 5a ist eine Vorrichtung 1'' dargestellt, bei welcher in den von den Flachrohren 2, 2' ausgebildeten Zwischenräumen jeweils eine Platte 4, 4' und eine Rippe 10 angeordnet sind, wobei die Platte 4, 4' jeweils mit dem ersten Flachrohr 2, 2' und die Rippe 10 jeweils mit dem zweiten, den Zwischenraum begrenzenden Flachrohr 2, 2', verbunden sind.
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5b zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung 1'', bei welcher an den den Zwischenraum begrenzenden Flachrohren 2, 2' jeweils eine Platte 4, 4' anliegt. Zwischen den innenliegenden Platten 4, 4' ist mittig eine Rippe 10 angeordnet. In 5c ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1'' gezeigt, bei welcher an den den Zwischenraum begrenzenden Flachrohren 2, 2' jeweils eine Rippe 10 anliegt, während zwischen den innenliegenden Rippen 10 mittig eine Platte 4, 4' angeordnet ist.
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Aus 5d geht eine Vorrichtung 1'' hervor, bei welcher die Flachrohre 2, 2' jeweils abwechselnd mit Rippen 10 oder mit Platten 4, 4' kontaktiert sind, sodass in jedem von den Flachrohren 2, 2' gebildeten Zwischenraum jeweils eine Rippe 10 und eine Platte 4, 4', aber in umgekehrter Reihenfolge zum benachbarten Zwischenraum, angeordnet sind.
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Die in den 5a bis 5d dargestellten Ausführungsformen stellen dabei lediglich einige der möglichen Anordnungen von Flachrohren 2, 2', Platten 4, 4' und Rippen 10 dar.
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Die jeweils angrenzend angeordneten Flachrohre 2, 2', Platten 4, 4' oder Rippen 10 sind untereinander thermisch gekoppelt und kontaktiert, sodass zwischen den Flachrohren 2, 2', den Platten 4, 4' und den Rippen 10 Wärme leitbar ist. Die Verbindungen zwischen den Rippen 10, den Platten 4, 4' und den Flachrohren 2, 2' werden beispielsweise als Lötung, Verklebung oder Verklemmung mit und ohne Zwischenmaterial zur Verbesserung des Wärmeübergangs und zur Vermeidung von Kontaktkorrosion ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1', 1''
- Vorrichtung, Wärmeübertrager
- 2, 2'
- Flachrohr
- 3a, 3'a
- erster Sammler
- 3b, 3'b
- zweiter Sammler
- 4, 4'
- Platte
- 4a, 4b
- Plattenelement
- 4'a, 4'b
- Plattenelement
- 5'a
- erste Reihe
- 5'b
- zweite Reihe
- 6, 6'
- Strömungskanal Kühlmittel, Kanal
- 7, 7'
- Ausformung
- 8, 8'
- Öffnung
- 9, 9'
- Abstandselement
- 10
- Rippe
- x, y, z
- Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2007/0267169 A1 [0004]
- EP 2402694 A1 [0006]
- KR 1170690 B1 [0008]
