DE102015217634A1

DE102015217634A1 - Vorrichtung einer Klimaanlage mit einem inneren Wärmetauscher und einem integrierten Sammler

Info

Publication number: DE102015217634A1
Application number: DE102015217634.7A
Authority: DE
Inventors: Günther Feuerecker; Wolfgang Geiger; Hicham Rouhana; Michael Walter; Martin Kaspar; Eugen Pfeifer
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2017-05-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) einer Klimaanlage mit einem inneren Wärmetauscher (2) und einem in Wärmetauscher (2) integrierten Sammler (3), wobei zwischen einem Gehäuse (4) und einem Behälter (6) der Vorrichtung (1) ein Ringspalt (12) ausgebildet ist, in dem ein Windungen (W) aufweisendes Wendelrohr (13) zum Führen eines Kältemittels der Klimaanlage in einem ersten thermodynamischen Zustand angeordnet ist, und zwischen den Windungen (W) des Wendelrohrs (13) im Kanalsystem (14) zum Führen des Kältemittels in einem zweiten thermodynamischen Zustand ausgebildet ist. Erfindungswesentlich ist hierbei, dass radial zwischen dem Wendelrohr (13) und dem Gehäuse (4) und/oder dem Behälter (6) zumindest ein axial verlaufender Bypassspalt (24) mit einer vordefinierten radialen Breite (25) ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung einer Klimaanlage mit einem inneren Wärmetauscher und einem darin integrierten Sammler, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung.
Zum Betreiben von Klimaanlagen ist ein Kältemittel notwendig, das in der Klimaanlage in einem entsprechenden Kreislauf zirkuliert. Insbesondere um umweltfreundliche Kältemittel einsetzen zu können, ist es notwendig derartige Klimaanlage mit einem inneren Wärmetauscher auszustatten.
Eine solche Klimaanlage ist aus der DE 60 2005 002 995 T2 bekannt. Diese Klimaanlage weist eine Vorrichtung mit dem inneren Wärmetauscher und einem integrierten Sammler auf. Dabei erfolgt im inneren Wärmetauscher ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel in einem ersten thermodynamischen Zustand, beispielsweise bei erhöhten Temperaturen und erhöhtem Druck, und dem Kältemittel in einem zweiten thermodynamischen Zustand, beispielsweise bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur. Im Sammler, der auch als Akkumulator bezeichnet wird, sammelt sich dabei anfallendes Kältemittel, das wieder in den Kreislauf eingebracht werden kann.
Die DE 10 2006 017 432 A1 sowie die DE 10 2008 028 853 A1 beschreiben ebenfalls derartige Vorrichtungen mit einem inneren Wärmetauscher und einem integrierten Sammler. Diese Vorrichtungen weisen ein Gehäuse sowie einen im Gehäuse angeordneten Behälter des Sammlers auf, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Behälter ein Ringspalt ausgebildet ist, in dem ein Wendelrohr angeordnet ist. Das Wendelrohr weist Windungen auf, wobei zwischen den Windungen des Wendelrohrs ein Kanalsystem ausgebildet ist. Durch das Wendelrohr strömt das Kältemittel in einem ersten thermodynamischen Zustand, beispielsweise bei hohem Druck und hoher Temperatur, während das zwischen den Windungen des Wendelrohrs ausgebildete Kanalsystem vom Kältemittel in einem zweiten thermodynamischen Zustand, beispielsweise bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur, durchströmt wird, wodurch es zu einem Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel im ersten thermodynamischen Zustand und im zweiten thermodynamischen Zustand kommt. Diese Vorrichtung wird dabei im Gegenstromprinzip betrieben, bei dem die Strömung des Kältemittels im ersten thermodynamischen Zustand der Strömung des Kältemittels im zweiten thermodynamischen Zustand entgegengesetzt ist.
Die Effizienz der Vorrichtung hängt insbesondere vom Abstand zwischen den Windungen des Wendelrohrs sowie vom Abstand des Wendelrohrs zum Behälter bzw. zum Gehäuse ab. Zum kraftschlüssigen Verbinden des Wendelrohrs mit dem Gehäuse und/oder dem Behälter sowie zum Verringern des Abstands zwischen dem Gehäuse und dem Wendelrohr bzw. zwischen dem Wendelrohr und dem Behälter wird das Gehäuse beim zwischen dem Gehäuse und dem Behälter angeordneten Wendelrohr von außen radial in Richtung des Behälters gedrückt. Dabei kommt es toleranzbedingt zu einer großen Streuung des Abstands zwischen dem Wendelrohr und dem Gehäuse bzw. zwischen dem Wendelrohr und dem Behälter. Diese Streuung führt zu einer Reduzierung der Effizienz der Vorrichtung und somit zu einer Reduzierung der thermodynamischen Leistung der Vorrichtung. Insbesondere führt ein verstärktes Drücken des Gehäuses in Richtung des Behälters zu hohen Druckverlusten im Kanalsystem, während ein zu schwaches Drücken des Gehäuses in Richtung des Behälters zwar zu geringen Druckverlusten im Kanalsystem, jedoch auch zu einer Verschlechterung des Wärmeaustauschs zwischen den Kältemitteln im ersten thermodynamischen und im zweiten thermodynamischen Zustand führt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sowie für ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Effizienz der Vorrichtung auszeichnen.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zwischen dem Wendelrohr und dem Gehäuse und/oder dem Behälter einen vordefinierten radialen Spalt vorzusehen. Durch den vordefinierten radialen Spalt kann hierbei ein radialer Abstand zwischen dem Wendelrohr und dem Behälter bzw. dem Gehäuse in einem definierten Maß reduziert werden, wodurch die Effizienz der Vorrichtung gesteigert wird. Zudem ermöglicht der Spalt eine Bypassströmung des durch das Kanalsystem strömenden Kältemittels, so dass die Bypassströmung kontrolliert und im begrenzten Umfang erfolgt, wodurch die Effizienz der Vorrichtung weiter gesteigert wird. Ferner führt die kontrollierte Bypassströmung zu einem erhöhten Wärmeaustausch zwischen dem im Wendelrohr strömenden Kältemittel und dem im Kanalsystem strömenden Kältemittel, womit die Effizienz der Vorrichtung auch gesteigert wird. Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist die Vorrichtung also den inneren Wärmetauscher mit einem darin integrierten Sammler auf, wobei der Sammler den Behälter aufweist, der im Gehäuse der Vorrichtung angeordnet ist. Das Gehäuse weist einen zylindrischen Gehäusemantel auf, während der Behälter einen zylindrischen Behältermantel aufweist. Zwischen dem Gehäusemantel und dem Behältermantel ist ein Ringspalt ausgebildet. Das heißt, dass zwischen einer dem Gehäusemantel zugewandten Behälter-Ringmantelfläche des Behältermantels und einer dem Behältermantel zugewandten Gehäuse-Ringmantelfläche des Gehäuses der Ringspalt ausgebildet ist, wobei das Wendelrohr im Ringspalt angeordnet ist. Das Wendelrohr weist Windungen auf und dient dem Führen des Kältemittels in einem ersten thermodynamischen Zustand. Zwischen den Windungen des Wendelrohrs ist das Kanalsystem ausgebildet, das dem Führen des Kältemittels in einem zweiten thermodynamischen Zustand dient. Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass radial zwischen dem Wendelrohr und zumindest einer der Ringmantelflächen wenigstens ein solcher Spalt vorgesehen ist, der nachfolgend als Bypassspalt bezeichnet wird und axial verläuft. Der Bypassspalt weist dabei eine vordefinierte radiale Breite auf. Der Bypassspalt schafft also einen definierten Abstand zwischen dem Wendelrohr und der zugehörigen Ringmantelfläche und erlaubt eine definierte Bypassströmung des durch das Kanalsystem strömenden Kältemittels. Der Bypassspalt mit der vordefinierten Breite erlaubt also einen vordefinierten, kontrollierbaren Abstand zwischen dem Wendelrohr und der zugehörigen Ringmantelfläche und/oder eine vordefinierte, kontrollierbare Bypassströmung. Hierdurch lassen sich also die Effizienz der Vorrichtung beeinflussende Faktoren, nämlich der radiale Abstand zwischen dem Wendelrohr und der jeweiligen Mantelfläche und/oder die Bypassströmung kontrollieren und somit reduzieren, um eine verbesserte Effizienz der Vorrichtung zu erzielen.
Der Bypassspalt erlaubt es, dass das Wendelrohr außerhalb des Bypassspalts am Gehäuse und/oder am Behälter anliegt, ohne die Leistung der Vorrichtung zu reduzieren. Hierdurch kann das Wendelrohr insbesondere kraftschlüssig mit dem Gehäuse und/oder dem Behälter verbunden werden, wobei die Leistung der Vorrichtung nicht oder zumindest in verringertem Ausmaß reduziert wird.
Die Vorrichtung ist Bestandteil einer Klimaanlage, in der das Kältemittel zirkuliert und die außer der Vorrichtung einen Kompressor, einen Verdichter, einen Expander sowie einen Verdampfer aufweisen können. Die Klimaanlage kommt dabei insbesondere im einem Kraftfahrzeug zum Einsatz, um beispielsweise einen Innenraum des Kraftfahrzeugs zu klimatisieren.
Der erste thermodynamische Zustand des Kältemittels unterscheidet sich vom zweiten thermodynamischen Zustand des Kältemittels insbesondere hinsichtlich der Temperatur. Insbesondere weist das Kältemittel im ersten thermodynamischen Zustand eine höhere Temperatur auf als das Kältemittel im zweiten thermodynamischen Zustand. Auch kann das Kältemittel im ersten thermodynamischen Zustand einen höheren Druck aufweisen als im zweiten thermodynamischen Zustand.
Das Wendelrohr verläuft vorzugsweise in Umfangsrichtung und erstreckt sich axial. Das Wendelrohr kann dabei insbesondere spiralförmig bzw. helixförmig verlaufen. Das Wendelrohr ist bevorzugt kraftschlüssig mit dem Gehäuse und/oder dem Behälter verbunden. Das heißt, dass das Wendelrohr insbesondere zwischen dem Gehäuse und dem Behälter eingeklemmt sein kann.
Das Wendelrohr ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Vorstellbar ist es auch, das Wendelrohr mehrstückig, insbesondere aus einzelnen Rohrteilen, zusammenzusetzen.
Die radiale Breite eines solchen Bypassspalts ist vorzugsweise kleiner als 0,4 mm. Bevorzugt sind radiale Breiten von weniger als 0,3 mm, besonders bevorzugt ein radialer Spalt von 0,1 mm. Dabei wird die Kenntnis genutzt, dass ein radialer Spalt von 0,4 mm oder kleiner zu einem geringen Druckverlust des durch das Kanalsystem strömenden Kältemittels bei einer Steigerung des Wärmeaustauschs zwischen dem durch das Kanalsystem strömenden Kältemittels und dem durch das Wendelrohr strömenden Kältemittels führt.
Die vordefinierte radiale Breite des Bypassspalts kann prinzipiell durch eine entsprechende Dimensionierung der beteiligten Komponenten, das heißt insbesondere des Wendelrohrs, des Gehäuses und des Behälters erreicht werden.
Bevorzugt ist zumindest ein solcher Bypassspalt durch eine entsprechende geometrische Ausbildung, insbesondere Änderung, der beteiligten Komponenten realisiert.
Vorstellbar ist es insbesondere, dass zumindest eine der beteiligten Ringmantelflächen zumindest eine bezüglich des Wendelrohrs konkave Mantel-Vertiefung aufweist, die dem Ausbilden des Bypassspalts dient. Die jeweilige Mantel-Vertiefung ist radial hin zum Wendelrohr offen ausgebildet. Hierdurch lässt sich insbesondere ein vorgegebener Abstand zwischen dem Wendelrohr und der zugehörigen Ringmantelfläche und somit ein solcher Bypassspalt auf einfache Weise realisieren.
Eine solche Mantel-Vertiefung kann auf beliebige Weise in die zugehörige Ringmantelfläche eingebracht sein. Vorstellbar ist es insbesondere, das Gehäuse und/oder den Behälter durch Extrusion herzustellen und somit bei der Herstellung mit zumindest einer solchen Mantel-Vertiefung zu versehen.
Die jeweilige Ringmantelfläche kann außer einer solchen Mantel-Vertiefung auch eine Aufnahme aufweisen, die das Wendelrohr aufnimmt. Dabei ist eine solche Mantel-Vertiefung radial größer dimensioniert als eine solche Aufnahme, derart, dass zwischen dem Wendelrohr und der zugehörigen Ringmantelfläche besagter Bypassspalt entsteht.
Die jeweilige Mantel-Vertiefung kann prinzipiell eine beliebige Form und/oder Größe aufweisen. Vorstellbar ist es insbesondere, die zugehörige Ringmantelfläche mit zumindest einer solchen Mantel-Vertiefung zu versehen, die als Riffelung und/oder helixförmig ausgebildet ist.
Die jeweilige Mantel-Vertiefung kann insbesondere einen zur Außenkontur des Rändelrohrs komplementär Form aufweisen. Somit ist es insbesondere möglich, den Bypassspalt mit einer solchen radialen Breite auszubilden, die axial im Wesentlichen konstant verläuft.
Bevorzugte Ausführungsformen sehen zumindest zwei solche Mantel-Vertiefungen vor, die axial benachbart zueinander angeordnet sind. Dabei können die Mantel-Vertiefungen unmittelbar aneinander anschließend oder beabstandet zueinander angeordnet sein. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn zumindest eine der Ringmantelflächen zwei solche axial benachbarte Mantel-Vertiefungen aufweist. Hierdurch ist es möglich, eine entsprechende axiale Bypassströmung entlang mehrerer solcher Mantel-Vertiefungen zu realisieren. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die axial benachbarten Mantel-Vertiefungen in Umfangsrichtung im gleichen Bereich angeordnet sind, so dass sich eine axiale Bypassströmung über mehrere Windungen ergibt.
Zu denken ist auch an Ausführungsformen, bei denen die Vorrichtung zumindest zwei solche Mantel-Vertiefungen aufweist, die in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind. Das heißt, dass zumindest zwei solche Mantel-Vertiefungen in Umfangsrichtung unmittelbar aneinander anschließend oder beabstandet angeordnet sein können. Bevorzugt sind die in Umfangsrichtung benachbarten Mantel-Vertiefungen an einer der Ringmantelflächen ausgebildet. Auch ist es bevorzugt, wenn diese Mantel-Vertiefung in gleicher axialer Höhe vorgesehen sind. Hierdurch ist es möglich, die Gesamtbypassströmung in axialer Höhe auf mehrere solche Bypassspalte zu verteilen, so dass sich insbesondere eine homogenere Bypassströmung ergibt.
Vorstellbar ist es ferner, wenigstens eine solche Mantel-Vertiefung vorzusehen, die sich axial über zumindest eine Windung des Wendelrohrs erstreckt. Dabei erstreckt sich eine Windung über 360°, so dass sich die axial über zumindest eine solche Windung erstreckende Mantel-Vertiefung über zumindest zwei axial benachbarte Rohrabschnitte des Wendelrohrs erstreckt. Das heißt, dass eine solche, sich axial über zumindest eine Windung erstreckende Mantel-Vertiefung zwei solche, axial benachbarte Bypassspalte zwischen dem Wendelrohr und der zugehörigen Ringmantelfläche ausbilden kann. Dadurch erfolgt insbesondere mittels derselben Mantel-Vertiefung eine Bypassströmung, die sich über zumindest eine solche Windung erstreckt.
Insbesondere ist es vorstellbar, wenigstens eine solche Mantel-Vertiefung vorzusehen, die in der zugehörigen Mantelfläche axial durchgehend, insbesondere axial über alle Windungen des Wendelrohrs durchgehend, verläuft. Dabei ist es vorstellbar, die zugehörige Ringmantelfläche mit zumindest zwei solchen, axial durchgehenden Mantel-Vertiefungen zu versehen, die in Umfangsrichtung beabstandet sind. Insbesondere können mehrere solche axial durchgängige Mantel-Vertiefungen vorgesehen sein, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Auch eine geometrische Anpassung des Wendelrohrs kann zur Ausbildung eines solchen Bypassspalts dienen.
Hierbei ist es insbesondere vorstellbar, das Wendelrohr mit zumindest einer radialen Aufweitung zur Ausbildung eines solchen Bypassspalts zu versehen. Eine solche radiale Aufweitung zeichnet sich also insbesondere dadurch aus, dass das Wendelrohr im Bereich der Aufweitung einen vergrößerten Querschnitt aufweist. Die Aufweitung kann hierbei eine vorgegebene, definierte Auflage zwischen dem Wendelrohr und wenigstens einer der Ringmantelflächen bilden. Der Bypassspalt kann dann im Bereich außerhalb einer solchen Aufweitung oder im Bereich einer solchen Aufweitung ausgebildet sein.
Das Wendelrohr kann auf beliebige Weise mit einer solchen Aufweitung versehen werden. Vorstellbar ist es beispielsweise, das Wendelrohr zum Ausbilden einer solchen Aufweitung zu verformen. Zu denken ist auch an Varianten, bei denen wenigstens eine solche Aufweitung durch das Anbringen zusätzlicher Komponenten, beispielsweise von Ringen und dergleichen, erfolgt. Vorstellbar ist es auch, das Wendelrohr zum Ausbilden einer solchen Aufweitung zu beschichten.
Dabei können zumindest zwei solche Aufweitungen vorgesehen sein, die axial zueinander beabstandet sind. Das heißt, dass das Wendelrohr zumindest zwei solche Aufweitungen aufweist, die entlang des Wendelrohrs axial beabstandet sind. Dabei sind diese Aufweitungen in Umfangsrichtung vorteilhaft im gleichen Bereich angeordnet, so dass sich hierdurch eine axiale Bypassströmung ergibt, die über mehrere Windungen verläuft.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist das Wendelrohr zumindest eine Rohr-Vertiefung zum Ausbilden eines solchen Bypassspalts auf, die radial außenseitig offen ist. Eine solche Rohr-Vertiefung ermöglicht hierbei einen vordefinierten kontrollierbaren radialen Abstand zwischen dem Wendelrohr und wenigstens einer der Ringmantelflächen und somit das Ausbilden wenigstens eines solchen Bypassspalts mit einer vordefinierten radialen Breite.
Eine solche Rohr-Vertiefung kann auf beliebige Weise am Wendelrohr eingebracht werden. Insbesondere ist es vorstellbar, zumindest eine solche Rohr-Vertiefung durch das Walzen und/oder Formpressen des Wendelrohrs auszubilden.
Die jeweilige Rohr-Vertiefung kann eine beliebige Form und/oder Größe aufweisen, sofern sich hierdurch ein solcher Bypassspalt mit einer vordefinierten radialen Breite ausbilden lässt. Insbesondere können zumindest eine solche Rohr-Vertiefung rillenförmig oder helixförmig ausgebildet sein.
Zum Herstellen der Vorrichtung wird bevorzugt ein radialer Druck zwischen dem Gehäuse und dem Behälter ausgeübt. Die kann durch ein radiales Drücken des Gehäuses in Richtung des Behälters und/oder durch ein radiales Drücken des Behälters in Richtung des Gehäuses erfolgen. Das heißt, dass der Gehäusemantel beim zwischen den Behälter und dem Gehäuse angeordneten Wendelrohr in Richtung des Behältermantels gedrückt wird und/oder umgekehrt. Durch das Ausüben des radialen Drucks zwischen dem Gehäuse und dem Behälter wird insbesondere eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Wendelrohr und dem Behälter und/oder dem Gehäuse erreicht. Dabei kann es bedingt durch zumindest eine solche Vertiefung und/oder eine solche Aufweitung zu einer entsprechenden Verformung der zugehörigen Ringmantelfläche und/oder des Wendelrohrs kommen, die zur Ausbildung zumindest eines solchen Bypassspalts mit einer definierten radialen Breite führt.
Insbesondere erfolgt das radiale Drücken des Gehäusemantels und des Behältermantels gegeneinander beim Vorhandensein zumindest einer solchen Vertiefung derart, dass das Wendelrohr außerhalb der Vertiefung an der zugehörigen Ringmantelfläche anliegt. Hierdurch ist die Vertiefung mit einem vorgegebenen radialen Abstand zu der entsprechenden Ringmantelfläche beanstandet und bilden dementsprechend einen solchen Bypassspalt aus.
Ist zumindest eine solche Aufweitung vorhanden, erfolgt das radiale Drücken vorteilhaft derart, dass es im Bereich der Aufweitung zu einer Verformung der zugehörigen Behälter-Ringmantelfläche und/oder Gehäuse-Ringmantelfläche kommt, die einen solchen Bypassspalt ausbildet. Alternativ erfolgt das radiale Drücken des Gehäusemantels und des Behältermantels gegeneinander derart, dass der Bypass außerhalb der Aufweitungen ausgebildet ist.
Das radiale Drücken des Gehäusemantels und des Behältermantels gegeneinander kann auf beliebiger Weise erfolgen. Insbesondere ist es vorstellbar, den Gehäusemantel radial in Richtung des Behältermantels zu drücken. Hierzu kann insbesondere zumindest eine Backe verwendet werden, die beim Drücken axial über zumindest eine Windung des Wendelrohrs flächig an einer vom Behälter abgewandten Gehäusemantel-Außenfläche anliegt.
Vorstellbar ist es auch, den Behältermantel radial in Richtung des Gehäusemantels zu drücken. Hierbei kann eine entsprechende Backe verwendet werden. Die Backe liegt hierbei vorteilhaft beim Drücken axial über zumindest einer Windung des Wendelrohrs flächig an einer vom Gehäuse abgewandten Behälter-Innenmantelfläche des Behälters an.
Die Klimaanlage kann außer der Vorrichtung einen Kompressor, einen Kühler, einen Expander oder Druckminderer sowie einen Verdampfer aufweisen. Dabei treibt der Kompressor das Kältemittel an, das zum Kühler gelangt. Stromab des Kühlers gelangt das Kältemittel in den inneren Wärmetauscher und strömt durch das Wendelrohr. Stromab des Wendelrohrs ist der Expander bzw. Druckminderer angeordnet, der den Druck im Kältemittel reduziert. Anschließend gelangt das Kältemittel zum Verdampfer, wobei das Kältemittel stromab des Verdampfers in den Sammler gelangt und anschließend durch das Kanalsystems strömt, um Wärme mit dem durch das Wendelrohr strömende Kältemittel auszutauschen. Anschließend gelangt das Kältemittel wieder zum Kompressor.
Als Kältemittel kann prinzipiell jedes beliebige Kältemittel zum Einsatz kommen. Insbesondere kommen hierbei natürlich vorkommende Verbindungen beispielsweise Kohlendioxid, zum Einsatz.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Innenansicht einer Vorrichtung mit einem inneren Wärmetauscher und einem Behälter,
2 eine räumliche Ansicht eines Behälters bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
3 einen Schnitt durch die Vorrichtung mit dem Behälter aus 2,
4 die Ansicht aus 1 bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,
5 eine räumliche, teilweise ausgeschnittene Ansicht eines Gehäuses der Vorrichtung aus 4,
6 eine räumliche Ansicht eines Wendelrohrs der Vorrichtung bei einem Herstellungsschritt,
7 eine räumliche Ansicht des Wendelrohrs nach dem Herstellungsschritt in 6,
8 eine räumliche Ansicht des Wendelrohrs bei einem anderen Ausführungsbeispiel.
In 1 ist eine Vorrichtung 1 einer ansonsten nicht gezeigten Klimaanlage gezeigt, wobei die Vorrichtung 1 einen inneren Wärmetauscher 2 und einen darin integrierten Sammler 3 aufweist. Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 4 mit einem zylindrischen Gehäusemantel 5 auf, in dem ein Behälter 6 des Sammlers 3 angeordnet ist, der einen zylindrischen Behältermantel 7 aufweist. Das Gehäuse 4 wird auf axial gegenüberliegenden Seiten von einem Boden 8 und einem Deckel 9 abgeschlossen.
Zwischen einer dem Gehäusemantel 4 zugewandten Behälter-Ringmantelfläche 10 des Behältermantels 7 und einer dem Behältermantel 7 zugewandten Gehäuse-Ringmantelfläche 11 des Gehäusemantels 5 ist ein sich axial erstreckender Ringspalt 12 ausgebildet, in dem ein Wendelrohr 13 angeordnet ist. Das Wendelrohr 13 verläuft in Umfangsrichtung und erstreckt sich axial und weist eine Vielzahl von Windungen W auf, wobei sich eine Windung W in Umfangsrichtung um 360° erstreckt. Die Windungen W sind voneinander beabstandet, derart, dass zwischen den Windungen W ein Kanalsystem 14 ausgebildet ist. Das Wendelrohr 13 führt hierbei im Betrieb ein Kältemittel der Klimaanlage in einem ersten thermodynamischen Zustand, während das Kältemittel in einem zweiten thermodynamischen Zustand durch das Kanalsystem 14 strömt.
Das Kältemittel strömt durch einen bodenseitigen ersten Einlass 14 im ersten thermodynamischen Zustand, beispielsweise bei einer hohen Temperatur und/oder bei einem hohen Druck in die Vorrichtung 1. Der erste Einlass 14 ist fluidisch mit dem Wendelrohr 13 verbunden, so dass das Kältemittel im ersten thermodynamischen Zustand, wie mit Pfeilen 15 angedeutet, durch das Wendelrohr 13 strömt und die Vorrichtung 1 durch einen deckelseitigen ersten Auslass 16 verlässt. Dementsprechend können der erste Einlass 14 und der erste Auslass 16 als Hochdruckeinlass und Hochdruckauslass bezeichnet werden. Stromauf des ersten Einlasses 14 kann ein nicht gezeigter Kühler der Klimaanlage und stromab des ersten Auslasses 16 ein nicht gezeigter Expander bzw. Druckminderer der Klimaanlage angeordnet sein. Das Kühlmittel gelangt im zweiten thermodynamischen Zustand durch einen deckelseitigen zweiten Einlass 17 in die Vorrichtung 1. Der zweite Einlass 17 ist fluidisch mit dem Inneren des Behälters 6 verbunden, derart, dass das Kältemittel im zweiten thermodynamischen Zustand, beispielsweise bei niedrigem Druck und/oder niedriger Temperatur, in den Behälter 6 strömt. Nach Passieren eines Flüssigkeitsabscheiders 18, eines Ölfilters 19 und eines Gasfilters 20 strömt das Kältemittel im zweiten thermodynamischen Zustand über ein Leitungsrohr 21 deckelseitig in den Ringspalt 12. Hier strömt das Kältemittel im zweiten thermodynamischen Zustand entlang einer mit gestrichelten Pfeilen angedeuteten Hauptströmungsrichtung 22 durch das Kanalsystem 14. Anschließend gelangt das Kältemittel über einen bodenseitigen zweiten Auslass 23 aus der Vorrichtung 1. Die Hauptströmungsrichtung 22 ist also der Strömung des Kältemittels im Wendelrohr 13 entgegengesetzt. Dabei können der zweite Einlass 17 und der zweite Auslass 23 als Niederdruckeinlass und Niederdruckauslass bezeichnet werden. Stromauf des zweiten Einlasses 17 kann ein nicht gezeigter Verdampfer der Klimaanlage angeordnet sein, während stromab des zweiten Auslasses 23 ein nicht gezeigter Kompressor der Klimaanlage angeordnet sein kann.
Wie aus 1 hervorgeht, ist radial zwischen dem Wendelrohr 13 und der Gehäuse-Ringmantelfläche 11 an mehreren Stellen jeweils ein axial verlaufender Bypassspalt 24 ausgebildet, der eine vordefinierte radiale Breite 25 aufweist. Der jeweilige Bypassspalt 24 erlaubt hierbei eine axiale Bypassströmung 26 die mit punktgestrichelten Pfeilen angedeutet ist (siehe insbesondere 3). Im Übrigen liegt das Wendelrohr 13 an den Ringmantelflächen 10, 11 an und ist somit kraftschlüssig mit dem Behälter 6 und dem Gehäuse 4 verbunden.
Die Bypassspalte 24 können auf verschiedene Arten realisiert sein. Beim im Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind hierbei zwei Arten zur Realisierung derartiger Bypassspalte 24 gezeigt. Es sind einerseits relativ zum Wendelrohr 13 konkave Vertiefungen 27 der Gehäuse-Ringmantelfläche 11 zu sehen, die nachfolgend als Mantel-Vertiefung 27 bezeichnet werden. Andererseits sind Vertiefungen 28 des Wendelrohrs 13 zu sehen, die nachfolgend als Rohr-Vertiefung 28 bezeichnet werden. Sowohl die Mantel-Vertiefungen 27 als auch die Rohr-Vertiefungen 28 führen hierbei zur Ausbildung jeweils eines solchen Bypassspalts 24 mit einer vordefinierten radialen Breite 25. Hierdurch wird also ein vordefinierter, kontrollierbarer Abstand zwischen dem Wendelrohr 13 und der Gehäuse-Ringmantelfläche 11 geschaffen, durch die besagte Bypassströmung 26 strömen kann. Da das Wendelrohr 13 ansonsten an der Gehäuse-Ringmantelfläche 11 anliegt, kann hierdurch der Druckverlust im Kältemittel im zweiten thermodynamischen Zustand in Grenzen gehalten und der Wärmeaustausch zwischen dem durch das Kanalsystem 14 strömenden Kältemittel im zweiten thermodynamischen Zustand und dem durch das Wendelrohr 13 strömende Kältemittel im ersten thermodynamischen Zustand verbessert werden. Somit erfolgt insgesamt eine verbesserte Effizienz der Vorrichtung 1. Dabei ist zu erkennen, dass mehrere axial benachbarte Mantel-Vertiefungen 27 und mehrere axial benachbarte Rohr-Vertiefungen 28 vorgesehen sind, so dass eine kontinuierliche axiale Bypassströmung 26 erfolgen kann.
In 2 ist eine räumliche Ansicht des Behälters 6 bei einem anderen Ausführungsbeispiel zu sehen, während in 3 ein Schnitt durch die zugehörige Vorrichtung 1 während der Herstellung der Vorrichtung 1 gezeigt ist.
Wie aus 2 hervorgeht, weist der Behälter 6 an seiner Behälter-Ringmantelfläche 10 eine Vielzahl von Mantel-Vertiefungen 27 auf, die hin zum Wendelrohr 13 offen ausgebildet sind. Eine erste Reihe von solchen Mantel-Vertiefungen 27 ist axial benachbart und beabstandet angeordnet. An diese Reihe schließt sich eine weitere Reihe axial benachbarter Mantel-Vertiefungen 27 an. Die Behälter-Ringmantelfläche 10 weist dabei mehrere solche Reihen von Vertiefungen 27 auf, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Behälter-Ringmantelfläche 10 weist zudem eine komplementär zum Wendelrohr 13 verlaufende und geformte Aufnahme 29 zum Aufnehmen des Wendelrohrs 13 auf, in der das Wendelrohr 13 an der Behälter-Ringmantelfläche 10 anliegt. Die Mantel-Vertiefungen 27 sind hierbei entlang der Aufnahme 29 angeordnet, derart, dass sich zwischen dem Wendelrohr 13 und der Behälter-Ringmantelfläche 10 solche Bypassspalte 24 ausbilden (vgl. 3). Dabei haben die Mantel-Vertiefungen 27 eine größere radiale Tiefe als die Aufnahme 29.
Wie aus 3 hervorgeht, wird zur Herstellung der Vorrichtung 1 beim im Ringspalt 12 angeordneten Wendelrohr 13 ein radialer Druck zwischen dem Gehäusemantel 5 und dem Behältermantel 7 ausgeübt. Beim in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt das radiale gegeneinander Drücken des Gehäusemantels 6 und des Behältermantels 7 mittels zweier Backen 30, die radial außenseitig an einer vom Behälter 6 abgewandten Gehäusemantel-Außenfläche 31 flächig anliegen und sich in Umfangsrichtung erstrecken sowie in Axialrichtung über mehrere Windungen W verläuft. Die Backen 30 werden radial nach innen gedrückt, worauf der Gehäusemantel 4 gegen den Behältermantel 6 radial gedrückt wird. Hierdurch kommt es außerhalb der Mantel-Vertiefungen 27 zur Anlage des Wendelrohrs 13 an der Gehäuse-Ringmantelfläche 11 sowie an der Behälter-Ringmantelfläche 10. Dementsprechend bilden die Mantel-Vertiefungen 27 die Bypassspalte 24.
Selbstverständlich ist es vorstellbar, den Gehäusemantel 5 analog zum in 2 gezeigten Behältermantel 7 auszubilden, wobei die Mantel-Vertiefungen 27 in der Gehäuse-Ringmantelfläche 11 ausgebildet und hin zum Wendelrohr 13 offen sind.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1, wobei in 5 das zugehörige Gehäuse 4 dargestellt ist. Das in 5 gezeigte Gehäuse 4 ist hierbei teilweise aufgeschnitten dargestellt, um ein besseres Verständnis zu ermöglichen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind lediglich an der Gehäuse-Ringmantelfläche 11 des Gehäusemantels 5 solche Mantel-Vertiefungen 27 vorgesehen, die hin zum Wendelrohr 13 offen sind. Die jeweilige Mantel-Vertiefung 27 verläuft hierbei axial und erstreckt sich über sämtliche Windungen W des Wendelrohrs 13. Dabei sind die Mantel-Vertiefungen 27 in Umfangsrichtung beabstandet und gleichmäßig angeordnet. Das Gehäuse 4 kann hierbei insbesondere durch ein Extrusionsverfahren hergestellt sein. Die jeweilige Mantel-Vertiefung 27 bildet also einen zugehörigen solchen Bypassspalt 24 aus, der sich axial über alle Windungen W des Wendelrohrs 13 erstreckt. Hierdurch kommt es zu einer in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten Bypassströmung 26. Dabei kann auch bei dieser Ausführungsform ein radiales Gegeneinanderdrücken des Gehäusemantels 5 und des Behältermantels 7, beispielsweise mittels solcher Backen 30, erfolgen. Dementsprechend liegt das Wendelrohr 13 außerhalb der Mantel-Vertiefungen 27 an der Gehäuse-Ringmantelfläche 11 und der Behälter-Ringmantelfläche 10 an.
Selbstverständlich ist es auch möglich, den Behältermantel 7 analog zum in 5 gezeigten Gehäuse 4 auszubilden, wobei die Mantel-Vertiefungen 27 in der Behälter-Ringmantelfläche 10 ausgebildet und hin zum Wendelrohr 13 offen sind.
In den 6 und 7 ist der Wendelrohr 13 bei einem anderen Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei in 6 ein Verfahrensschritt zum Herstellen des Wendelrohrs 13 gezeigt ist. Das Wendelrohr 13 wird dabei mit außenseitig profilierten Walzen 32 derart bearbeitet, dass am Wendelrohr 13 radial außenseitig Rohr-Vertiefungen 28 entstehen. Im gezeigten Beispiel kommen hierzu drei im wesentliche identische solche Walzen 32 zum Einsatz, die gleichmäßig entlang des Umfangs des Wendelrohrs verteilt entlang des Wendelrohrs 13 bewegt werden, um besagte Rohr-Vertiefungen 28 herzustellen.
Wie aus 7 dabei hervorgeht, sind die Rohr-Vertiefungen 28 rillenförmig bzw. helixförmig ausgebildet. Dabei kann das Wendelrohr 13 im Anschluss verformt werden, um die Windungen W einzubringen und den Verlauf des Wendelrohrs 13 zu realisieren.
In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wendelrohrs 13 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Wendelrohr 13 mehrere Aufweitungen 33 auf, die vorliegend in Form von Ringen 34 ausgebildet sind. Die Aufweitungen 34 führen zu einer radialen Aufweitung des Wendelrohrs 13. Hierbei können die Aufweitungen 33 an den Ringmantelflächen 10, 11 anliegen, wodurch zwischen den Aufweitungen 33 besagte Bypassspalte 24 ausgebildet werden. Im gezeigten Beispiel sind die Aufweitungen 33 entlang des Wendelrohrs 13 gleichmäßig verteilt angeordnet, wobei mehrere solche Aufweitungen 33 axial benachbart und in Umfangsrichtung im gleichen Bereich angeordnete sind. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann ein radiales Gegeneinanderdrücken des Gehäusemantels 5 und des Behältermantels 7 beim im Ringspalt 12 angeordneten Wendelrohr 13 erfolgen, insbesondere um besagte Anlage der Aufweitungen 33 an die Ringmantelflächen 10, 11 zu erzielen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 602005002995 T2 [0003]
DE 102006017432 A1 [0004]
DE 102008028853 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (1) einer Klimaanlage mit einem inneren Wärmetauscher (2) und einem darin integrierten Sammler (3), – mit einem Gehäuse (4), das einen zylindrischen Gehäusemantel (5) aufweist, – mit einem im Gehäuse (4) angeordneten Behälter (6) des Sammlers (3), der einen zylindrischen Behältermantel (7) aufweist, – wobei zwischen einer dem Gehäusemantel (5) zugewandten Behälter-Ringmantelfläche (10) des Behältermantels (7) und einer dem Behältermantel (7) zugewandten Gehäuse-Ringmantelfläche (11) des Gehäusemantels (5) ein Ringspalt (12) ausgebildet ist, – mit einem im Ringspalt (12) angeordneten und Windungen (W) aufweisenden Wendelrohr (13) zum Führen eines Kältemittels der Klimaanlage in einem ersten thermodynamischen Zustand, – wobei zwischen den Windungen (W) des Wendelrohrs (13) ein Kanalsystem (14) zum Führen des Kältemittels in einem zweiten thermodynamischen Zustand ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass radial zwischen dem Wendelrohr (13) und zumindest einer der Ringmantelflächen (10, 11) wenigstens ein axial verlaufender Bypassspalt (24) mit einer vordefinierten radialen Breite (25) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Ringmantelflächen (10, 11) zumindest eine bezüglich des Wendelrohrs (13) konkave Mantel-Vertiefung (27) zum Ausbilden wenigstens eines solchen Bypassspalts (24) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zumindest zwei solche Mantel-Vertiefungen (27) aufweist, die axial benachbart zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zumindest zwei solche Mantel-Vertiefungen (27) aufweist, die in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens eine solche Mantel-Vertiefung (27) axial über zumindest eine Windung (W) des Wendelrohrs (13) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wendelrohr (13) mit zumindest einer radialen Aufweitung (33) zur Ausbildung zumindest eines solches Bypassspalts (24) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wendelrohr (13) zumindest zwei solche Aufweitungen (33) aufweist, die axial zueinander benachbart sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wendelrohr (13) zumindest eine radial außenseitig offene Rohr-Vertiefung (28) zum Ausbilden wenigstens eines solches Bypassspalts (24) aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit den Verfahrensschritten, – Bereitstellen des Gehäuses (4), – Bereitstellen des Behälters (6), – Anordnen des Wendelrohrs (13) zwischen Gehäuse (4) und Behälter (6), – radiales Drücken des Gehäusemantels (5) in Richtung des Behältermantels (7) und/oder – radiales Drücken des Behältermantels (7) in Richtung des Gehäusemantels (5).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum radialen Drücken eine Backe (30) verwendet wird, die beim Drücken axial über zumindest eine Windung (W) des Wendelrohrs (13) flächig an einer vom Behälter (6) abgewandten Gehäusemantel-Außenfläche (31) des Gehäusemantels (5) anliegt.