DE102016201395A1 - Method for producing a heat exchanger device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmetauschereinrichtung (10) für eine Kälteanlage, insbesondere für eine Kälteanlage, die mit CO2 arbeitet, mit einem Gehäuse (22), in welchem ein Hochdruckkanal (18) und ein Niederdruckkanal (20) für ein Kältemittel (12) ausgebildet sind, mit einem Wärmeübertrager (26), der den Hochdruckkanal (18) und den Niederdruckkanal (20) fluidisch voneinander trennt und thermisch koppelt, und mit einem Kältemittelsammelbehälter (28), der in dem Niederdruckkanal (20) angeordnet wird, wobei zwischen dem Gehäuse (22) und dem Wärmeübertrager (26) ein äußerer Ringraum (38) ausgebildet wird, wobei zwischen dem Wärmeübertrager (26) und dem Kältemittelsammelbehälter (28) ein innerer Ringraum (68) ausgebildet ist. Um die Bauteilqualität zu verbessern wird vorgeschlagen, dass zur Herstellung des Gehäuses (22), des Wärmeübertragers (26) und/oder des Kältemittelsammelbehälters (28) ein Werkstoff durch erwärmen in einen thixotropen Zustand versetzt wird, dass als Werkstoff Aluminium oder eine Aluminium-Legierung verwendet wird, und dass der Werkstoff im thixotropen Zustand in eine Negativform geleitet wird.The invention relates to a method for producing a heat exchanger device (10) for a refrigeration system, in particular for a refrigeration system which works with CO.sub.2, having a housing (22) in which a high-pressure channel (18) and a low-pressure channel (20) for a refrigerant ( 12), with a heat exchanger (26) fluidly separating and thermally coupling the high pressure channel (18) and the low pressure channel (20), and a refrigerant receiver (28) disposed in the low pressure channel (20) between the housing (22) and the heat exchanger (26) an outer annular space (38) is formed, wherein between the heat exchanger (26) and the refrigerant collecting container (28) an inner annular space (68) is formed. In order to improve the quality of the component is proposed that for the production of the housing (22), the heat exchanger (26) and / or the refrigerant collecting container (28), a material is set by heating in a thixotropic state that as a material aluminum or an aluminum alloy is used, and that the material is passed in the thixotropic state in a negative mold.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmetauschereinrichtung für eine Kälteanlage, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Kälteanlage mit einer Wärmetauschereinrichtung, die durch ein solches Verfahren hergestellt ist und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kälteanlage. The invention relates to a method for producing a heat exchanger device for a refrigeration system, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a refrigeration system with a heat exchanger device, which is produced by such a method and a motor vehicle with such a refrigeration system.
Solche Wärmetauschereinrichtungen werden in Kälteanlagen, insbesondere in Kälteanlagen einer Klimaanlage, bspw. einer Fahrzeugklimaanlage, verwendet. Durch die Verwendung dieser Wärmetauschereinrichtungen kann der Wirkungsgrad der Kälteanlage, insbesondere bei Verwendung von CO2 (R744) als Kältemittel, verbessert werden. Durch die Wärmetauschereinrichtung kann das niedrige Temperaturniveau des Niederdruckbereichs des Kältekreislaufs genutzt werden, um das wärmere Kältemittel in dem Hochdruckbereich unmittelbar nach dem Gaskühler weiter abzukühlen. Dabei kann die Wärmetauschereinrichtung mit einem Kältemittelsammelbehälter (Akkumulator) kombiniert werden. Such heat exchanger devices are used in refrigeration systems, in particular in refrigeration systems of an air conditioning system, for example a vehicle air conditioning system. By using these heat exchanger devices, the efficiency of the refrigeration system, in particular when using CO 2 (R744) as a refrigerant, can be improved. By means of the heat exchanger device, the low temperature level of the low pressure region of the refrigeration circuit can be used to further cool the warmer refrigerant in the high pressure region immediately after the gas cooler. In this case, the heat exchanger device can be combined with a refrigerant collecting container (accumulator).
Bei der Verwendung von CO2 als Kältemittel herrschen relativ hohe Drücke im Kältekreislauf. Daher ist die Herstellung der Wärmetauschereinrichtung, insbesondere des Gehäuses, des Wärmeübertragers und des Kältemittelsammelbehälters aufwendig. Bei üblichen Gusserfahren, wie beispielsweise Aluminiumdruckgussverfahren, treten in dem Bauteil Fehlstellen, so genannte Lunker und Poren, auf. Dadurch ist die Festigkeit des Bauteils reduziert. Bei Druckgefäßen müsste daher mit einer großen Wandstärke gearbeitet werden. Die Verwendung von geschmiedeten oder nachbearbeiteten Gehäuseteilen ist erheblich teurer und aufwendiger. When using CO 2 as the refrigerant, relatively high pressures prevail in the refrigeration cycle. Therefore, the production of the heat exchanger device, in particular the housing, the heat exchanger and the refrigerant collecting container is complicated. In conventional casting processes, such as aluminum die-casting process, defects, so-called voids and pores, occur in the component. As a result, the strength of the component is reduced. In pressure vessels would therefore have to be worked with a large wall thickness. The use of forged or reworked housing parts is considerably more expensive and expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Wärmetauschereinrichtung bereitzustellen, dass sich insbesondere durch geringere Herstellungskosten und eine höhere Bauteilqualität auszeichnet. The object of the invention is to provide an improved or at least other embodiment of a method for producing a heat exchanger device, which is characterized in particular by lower production costs and a higher component quality.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken ein Formgebungsverfahren zur Herstellung des Gehäuses, des Wärmeübertragers und/oder des Kältemittelsammelbehälters anzugeben, das die Ausbildung von komplexen und feinen Strukturen erlaubt und gleichzeitig eine hohe Bauteilqualität, bzw. geringe Fehlstellen im Bauteil, erlaubt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Herstellung des Gehäuses, des Wärmeübertragers und/oder des Kältemittelsammelbehälters ein Werkstoff durch Erwärmen in einen thixotropen Zustand versetzt wird, dass als Werkstoff Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet wird und dass der Werkstoff im thixotropen Zustand in eine Negativform geleitet wird. In dem thixotropen Zustand liegt eine Mischphase aus festen und flüssigen Phasen des Werkstoffes vor, wobei die festen Phasen klein und fein verteilt sind und von einer durchgehenden flüssigen Phase umgeben sind. Ein thixotroper Zustand zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Viskosität durch Einbringung von mechanischer Energie, insbesondere durch Scherspannungen, verringert. Beim Einleiten des Werkstoffs im thixotropen Zustand in die Negativform können dadurch Turbulenzen verhindert werden, so dass Lufteinschlüsse in den Werkstoff verhindert werden können. Dadurch kann zum einen eine sehr hohe Bauteilqualität und damit hohe Festigkeit des Bauteils erzielt werden. Zum anderen können auf diese Weise sehr feine und filigrane Details an dem Bauteil ausgebildet werden. The invention is based on the general idea of specifying a shaping method for producing the housing, the heat exchanger and / or the refrigerant collecting container, which allows the formation of complex and fine structures and at the same time allows a high component quality or small defects in the component. According to the invention it is provided that for the production of the housing, the heat exchanger and / or the refrigerant collecting a material is caused by heating in a thixotropic state that is used as a material aluminum or an aluminum alloy and that the material is passed in the thixotropic state in a negative mold. In the thixotropic state is a mixed phase of solid and liquid phases of the material, the solid phases are small and finely divided and are surrounded by a continuous liquid phase. A thixotropic state is characterized by the fact that the viscosity is reduced by the introduction of mechanical energy, in particular by shear stresses. When introducing the material in the thixotropic state in the negative mold turbulence can be prevented so that air pockets can be prevented in the material. As a result, on the one hand a very high component quality and thus high strength of the component can be achieved. On the other hand, very fine and filigree details can be formed on the component in this way.
In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen beziehen sich die Begriffe Hochdruck und Niederdruck aufeinander, das heißt, dass im Betrieb im Hochdruckbereich ein höherer Druck herrscht als im Niederdruckbereich. Typische Drücke im Hochdruckbereich liegen bei ungefähr 15 MPa. Typische Drücke im Niederdruckbereich liegen bei ungefähr 10 MPa.In the description and the appended claims, the terms high pressure and low pressure relate to each other, that is to say that a higher pressure prevails in operation in the high pressure range than in the low pressure range. Typical pressures in the high pressure range are about 15 MPa. Typical pressures in the low pressure range are about 10 MPa.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass als Werkstoff für den Kältemittelsammelbehälter Kunststoff verwendet wird und dass der Kältemittelsammelbehälter durch Kunststoffspritzguss hergestellt ist. Alternatively or additionally, it can be provided that plastic is used as the material for the refrigerant collecting container and that the refrigerant collecting container is produced by plastic injection molding.
Eine günstige Möglichkeit sieht vor, dass der Werkstoff laminar in die Negativform geleitet wird. Durch die laminare Einleitung des Werkstoffes in die Negativform treten keine Wirbel auf, welche Luft in den Werkstoff einleiten könnten und dadurch zu Fehlstellen, Poren oder Lunkern führen könnten. Folglich ist die Qualität des Bauteils dadurch erhöht. A favorable possibility provides that the material is passed laminar into the negative mold. Due to the laminar introduction of the material into the negative mold, no vortices occur which could introduce air into the material and could thus lead to defects, pores or voids. Consequently, the quality of the component is thereby increased.
Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass an einer Außenseite des Wärmeübertragers Rippen ausgebildet werden, die in den äußeren Ringraum ragen. Diese Rippen sind dabei schon in der Negativform ausgebildet, so dass der derart gebildete Teil des Wärmeübertrages nur wenige Nachbearbeitungsschritte benötigt. Another favorable possibility provides that on an outer side of the heat exchanger ribs are formed, which protrude into the outer annulus. These ribs are already formed in the negative mold, so that the part of the heat transfer thus formed requires only a few post-processing steps.
Eine weitere besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass der Wärmeübertrager derart in dem Gehäuse angeordnet wird, dass sich die Rippen an der Außenseite des Wärmeübertragers bis zu dem Gehäuse erstrecken. Dadurch kann die radiale Rippenlänge vergrößert werden, wodurch die Oberfläche des Wärmeübertragers an der Außenseite vergrößert wird. Folglich kann somit die Wärmekopplung zu dem Kältemittel im äußeren Ringraum verbessert werden. Another particularly favorable possibility provides that the heat exchanger is arranged in the housing such that the ribs on the outside of the heat exchanger extend to the housing. Thereby, the radial rib length can be increased, whereby the surface of the heat exchanger on the outside is enlarged. Consequently, thus, the heat coupling to the refrigerant in the outer annulus can be improved.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass an einer Innenseite des Wärmeübertragers Rippen ausgebildet werden, die in den inneren Ringraum ragen. Dadurch vergrößert sich die Wärmeübertragungsfläche auf das Kältemittel in dem Niederdruckkanal. Vorzugsweise sind die Rippen bereits in der Negativform des Wärmeübertragers vorgesehen, so dass für die Rippen kein Nachbearbeitungsschritt notwendig ist. An advantageous solution provides that ribs are formed on an inner side of the heat exchanger, which protrude into the inner annular space. This increases the heat transfer area to the refrigerant in the low pressure channel. Preferably, the ribs are already provided in the negative form of the heat exchanger, so that no finishing step is necessary for the ribs.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Kältemittelsammelbehälter derart in dem Wärmeübertrager angeordnet wird, dass sich die Rippen an der Innenseite des Wärmeübertragers bis zu dem Kältemittelsammelbehälter erstrecken. Dadurch wird die radiale Rippelänge vergrößert, sodass die Wärmeübertragungsfläche an der Innenseite des Wärmeübertragers noch weiter vergrößert wird. Des Weiteren wird dadurch der innere Ringraum zwischen dem Kältemittelsammelbehälter und dem Wärmeübertrager in mehrere Kanäle unterteilt wird, wodurch die Wärmeübertragung auf das Kältemittel ebenfalls verbessert wird. A particularly advantageous solution provides that the refrigerant collecting container is arranged in the heat exchanger such that the ribs on the inside of the heat exchanger extend as far as the refrigerant collecting container. As a result, the radial rib length is increased, so that the heat transfer surface on the inside of the heat exchanger is further increased. Furthermore, thereby the inner annulus between the refrigerant receiver and the heat exchanger is divided into a plurality of channels, whereby the heat transfer to the refrigerant is also improved.
Eine weitere besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass eine Wandstärke des Wärmeübertragers zwischen 0,5 mm und 2 mm beträgt. Eine solche Wandstärke ist durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbar. Aufgrund der hohen Festigkeit des derart hergestellten Wärmeübertragers ist eine derartige Wandstärke ausreichend um den Drücken des Kältemittels standzuhalten. Gleichzeitig führt die relativ geringe Wandstärke zu einer hohen Wärmeübertragung zwischen dem Niederdruckkanal und dem Hochdruckkanal. Another particularly advantageous solution provides that a wall thickness of the heat exchanger is between 0.5 mm and 2 mm. Such a wall thickness can be produced by the method according to the invention. Due to the high strength of the heat exchanger thus produced such a wall thickness is sufficient to withstand the pressures of the refrigerant. At the same time, the relatively small wall thickness leads to a high heat transfer between the low-pressure channel and the high-pressure channel.
Eine günstige Variante sieht vor, dass zwei Gleichteile des Wärmeübertragers hergestellt werden, und dass die Gleichteile des Wärmeübertragers miteinander verbunden werden. Auf diese Weise kann für beide Gleichteile die gleiche Negativform verwendet werden um aus den beiden Gleichteilen den Wärmeübertrager herzustellen. Um einen weitgehend geschlossenen Hohlkörper herzustellen ist bei einem Gießverfahren notwendig, das Bauteil in zwei Teile zu unterteilen, da ansonsten das Bauteil nicht aus der Negativform entfernt werden kann. Durch die Bildung von zwei Gleichteilen kann dennoch erheblich der Herstellungsaufwand reduziert werden, da dieselbe Negativform für beide Gleichteile verwendet werden kann.A favorable variant provides that two identical parts of the heat exchanger are produced, and that the common parts of the heat exchanger are connected to each other. In this way, the same negative mold can be used for both identical parts to produce the heat exchanger from the two identical parts. To produce a largely closed hollow body is necessary in a casting process to divide the component into two parts, since otherwise the component can not be removed from the negative mold. Nevertheless, the formation of two identical parts can considerably reduce the production outlay since the same negative mold can be used for both identical parts.
Eine weitere günstige Variante sieht vor, dass an einer Außenseite des Kältemittelsammelbehälters Rippen ausgebildet werden, die in den inneren Ringraum ragen. Dadurch ist die Wärmeübertragung von dem Kältemittelbehälter zu dem Kühlmittel in dem inneren Ringraum verbessert. Vorzugsweise werden die Rippen bereits in der Negativform vorgesehen, so dass für die Rippen keine Nachbearbeitungsschritte notwendig sind. A further favorable variant provides that ribs are formed on an outer side of the refrigerant collecting container which protrude into the inner annular space. Thereby, the heat transfer from the refrigerant tank to the coolant in the inner annulus is improved. Preferably, the ribs are already provided in the negative mold, so that no finishing steps are necessary for the ribs.
Eine besonders günstige Variante sieht vor, dass der Kältemittelsammelbehälter derart in dem Wärmeübertrager angeordnet wird, dass sich die Rippen an der Außenseite des Kältemittelsammelbehälters bis zu dem Wärmeübertrager erstrecken. Dadurch wird der innere Ringraum zwischen dem Kältemittelsammelbehälter und dem Wärmeübertrager in mehrere Kanäle unterteilt wird, wodurch die Wärmeübertragung auf das Kältemittel ebenfalls verbessert wird.A particularly favorable variant provides that the refrigerant collecting container is arranged in the heat exchanger such that the ribs on the outside of the refrigerant collecting container extend to the heat exchanger. Thereby, the inner annular space between the refrigerant receiver and the heat exchanger is divided into a plurality of channels, whereby the heat transfer to the refrigerant is also improved.
Eine weitere besonders günstige Variante sieht vor, dass zwei Gleichteile des Kältemittelsammelbehälters hergestellt werden, und dass die Gleichteile des Kältemittelsammelbehälters miteinander verbunden werden. Auf diese Weise wird nur eine Negativform benötigt, um den Kältemittelsammelbehälter herzustellen. Another particularly favorable variant provides that two identical parts of the refrigerant collecting container are produced, and that the common parts of the refrigerant collecting container are connected to each other. In this way only one negative mold is needed to make the refrigerant receiver.
Vorzugsweise sind die beiden Gleichteile des Kältemittelsammelbehälters miteinander verschweißt. Dadurch kann eine Fluiddichte und stabile Verbindung zwischen den beiden Gleichteilen hergestellt werden. Preferably, the two identical parts of the refrigerant collecting container are welded together. Thereby, a fluid density and stable connection between the two identical parts can be produced.
Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass an einer Innenseite des Gehäuses Rippen ausgebildet werden, die in den äußeren Ringraum ragen. Dadurch wird die Steifigkeit des Gehäuses verbessert, sodass die Wandstärke reduziert und somit Material eingespart werden kann. Darüber hinaus erzeugen die Rippen in dem äußeren Ringraum Turbulenzen in dem Kältemittel, sodass die Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und dem Wärmeübertrager verbessert wird.An advantageous possibility provides that ribs are formed on an inner side of the housing, which protrude into the outer annular space. This improves the stiffness of the case, reducing wall thickness and saving material. Moreover, the fins in the outer annulus create turbulence in the refrigerant, so that the heat transfer between the refrigerant and the heat exchanger is improved.
Vorzugsweise werden die Rippen bereits in der Negativform des Gehäuses vorgesehen, so dass für die Rippen kein weiterer Nachbearbeitungsschritt notwendig ist. Preferably, the ribs are already provided in the negative mold of the housing, so that no further post-processing step is necessary for the ribs.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass der Wärmeübertrager derart in dem Gehäuse angeordnet wird, dass die Rippen an der Innenseite des Gehäuses an dem Wärmeübertrager anliegen. Auf diese Weise kann sich der Wärmeübertrager radial nach außen an dem Gehäuse abstützen, so dass die Wandstärke des Wärmeübertragers weiter reduziert werden kann.A further advantageous possibility provides that the heat exchanger is arranged in the housing such that the ribs rest against the heat exchanger on the inside of the housing. In this way, the heat exchanger can be supported radially outward on the housing, so that the wall thickness of the heat exchanger can be further reduced.
Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass zwei Gleichteile des Gehäuses hergestellt werden, und dass die Gleichteile des Gehäuses miteinander verbunden werden. Dadurch kann bei der Herstellung des Gehäuses eine Form genutzt werden. Vorzugsweise werden die beiden Gleichteile des Gehäuses miteinander verschweißt, um das Gehäuse zu bilden. A particularly advantageous possibility provides that two identical parts of the housing are produced, and that the common parts of the housing are connected to each other. This can help with the Production of the housing to be used a mold. Preferably, the two common parts of the housing are welded together to form the housing.
Eine günstige Lösung sieht vor, dass an einer Außenseite des Gehäuses eine Gitterstruktur ausgebildet wird. Vorzugsweise ist die Gitterstruktur bereits in der Negativform des Gehäuses ausgebildet, so dass zur Ausbildung der Gitterstruktur keine Nachbearbeitungsschritte notwendig sind. Die Gitterstruktur an der Außenseite erhöht die Druckstabilität des Gehäuses. A favorable solution provides that a grid structure is formed on an outer side of the housing. Preferably, the grid structure is already formed in the negative mold of the housing, so that no post-processing steps are necessary to form the grid structure. The grid structure on the outside increases the pressure stability of the housing.
Eine weitere günstige Lösung sieht vor, dass die Gitterstruktur an der Außenseite des Gehäuses ein Dreiecks- oder Viereckgitter bildet, so genannte Isogrid- oder Orthogrid-Strukturen. Solche Gitter sind regelmäßige Strukturen, die sich leicht entwerfen lassen und die die Stabilität erhöhen. Another favorable solution provides that the grid structure on the outside of the housing forms a triangular or quadrilateral grid, so-called isogrid or ortho-grid structures. Such grids are regular structures that are easy to design and increase stability.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass das Gehäuse, der Wärmeübertrager und der Kältemittelsammelbehälter derart angeordnet werden, dass die jeweiligen einander zugewandten Rippen ineinander greifen. Auf diese Weise kann eine platzsparende Anordnung gefunden werden, bei welcher eine ausgezeichnete Erhöhung der Wärmeübertragungsfläche erzielt werden kann. A particularly favorable solution provides that the housing, the heat exchanger and the refrigerant collecting container are arranged such that the respective mutually facing ribs engage with each other. In this way, a space-saving arrangement can be found in which an excellent increase of the heat transfer area can be achieved.
Eine weitere besonders günstige Lösung sieht vor, dass der innere Ringraum zumindest teilweise den Niederdruckkanal bildet. Dadurch muss das Kühlmittel, welches durch den Niederdruckkanal strömt auch durch den inneren Ringraum strömen und kann dadurch Wärme von dem Wärmeübertrager aufnehmen. Another particularly favorable solution provides that the inner annular space at least partially forms the low-pressure channel. As a result, the coolant which flows through the low-pressure channel must also flow through the inner annular space and can thereby absorb heat from the heat exchanger.
Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass der äußere Ringraum zumindest teilweise den Hochdruckkanal bildet. Dadurch muss das Kühlmittel, das durch den Hochdruckkanal strömt auch durch den äußeren Ringraum strömen und kann somit Wärme an den Wärmeübertrager abgeben. An advantageous variant provides that the outer annular space at least partially forms the high-pressure channel. As a result, the coolant that flows through the high-pressure channel must also flow through the outer annular space and thus can deliver heat to the heat exchanger.
Eine weitere vorteilhafte Variante sieht vor, dass in dem Hochdruckkanal im Bereich des Hochdruckeinlasses ein Trockenmittel angeordnet wird. Dadurch kann Wasser, das sich in dem Kältemittel befindet, aufgefangen werden. Durch die, durch das Verfahren erzielte, hohe Festigkeit des Werkstoffes können die Wandstärken des Gehäuses und des Wärmeübertragers reduziert werden, so dass der äußere und der innere Ringraum vergrößert sein können. Daher ist es möglich, in den äußeren Ringraum ein Trockenmittel anzuordnen. Entsprechend kann auch in dem Niederdruckkanal im Bereich des Niederdruckauslasses ein Trockenmittel angeordnet werden. A further advantageous variant provides that a desiccant is arranged in the high-pressure passage in the region of the high-pressure inlet. This allows water contained in the refrigerant to be collected. By achieved by the method, high strength of the material, the wall thicknesses of the housing and the heat exchanger can be reduced, so that the outer and inner annulus can be increased. Therefore, it is possible to arrange a desiccant in the outer annulus. Accordingly, a desiccant can also be arranged in the low-pressure channel in the region of the low-pressure outlet.
Ferner beruht die Erfindung auf dem allgemeinen Gedanken eine Kälteanlage für CO2 mit einem Kältemittelkreislauf zu verwenden, in welchem Kältemittel im Betrieb zirkuliert, mit einem Kompressor zum Antreiben des Kältemittels, mit einem Expansionsventil, das einen Hochdruckbereich und einen Niederdruckbereich des Kältemittelkreislaufs voneinander trennt, mit einem Gaskühler zum Kühlen des Kältemittels im Hochdruckbereich, mit einem Verdampfer, mit einer Wärmetauschereinrichtung, die durch ein Verfahren gemäß der vorstehenden Beschreibung hergestellt ist, wobei der Hochdruckkanal der Wärmetauschereinrichtung in dem Hochdruckbereich des Kältemittelkreislaufs stromab des Gaskühlers und stromauf des Expansionsventils angeschlossen ist, und wobei der Niederdruckkanal der Wärmetauschereinrichtung in dem Niederdruckbereich des Kältemittelkreislaufs stromab des Expansionsventils angeordnet ist. Dadurch können sich die Vorteile des Herstellungsverfahrens der Wärmetauschereinrichtung optimal ausgenutzt werden, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Further, the invention is based on the general idea to use a refrigeration system for CO 2 with a refrigerant circuit in which circulates refrigerant in operation, with a compressor for driving the refrigerant, with an expansion valve, which separates a high pressure region and a low pressure region of the refrigerant circuit from each other a gas cooler for cooling the refrigerant in the high-pressure region, with an evaporator, with a heat exchanger device, which is produced by a method as described above, wherein the high-pressure passage of the heat exchanger device is connected in the high-pressure region of the refrigerant circuit downstream of the gas cooler and upstream of the expansion valve, and wherein the low-pressure channel of the heat exchanger device is arranged in the low-pressure region of the refrigerant circuit downstream of the expansion valve. As a result, the advantages of the manufacturing method of the heat exchanger device can be optimally utilized, the above description of which reference is made in this regard.
Ferner ist es günstig, wenn die Wärmetauschereinrichtung derart in dem Kältemittelkreislauf angeschlossen ist, dass der Hochdruckkanal und der Niederdruckkanal im Gegenstrom oder Kreuzstrom oder einer Mischform daraus durchströmt werden. Dadurch kann die Wärme zwischen zwei Medien optimal ausgetauscht werden. Furthermore, it is favorable if the heat exchanger device is connected in the refrigerant circuit such that the high-pressure channel and the low-pressure channel are flowed through in countercurrent or cross-flow or a mixed form thereof. As a result, the heat between two media can be optimally replaced.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Kältemittel CO2 ist. Bisher übliche Kältemittel sind häufig umweltschädlich. Schon seit langem sind FCKW-haltige Kältemittel verboten, die das Ozonloch angreifen. Die daraufhin verwendeten Austauschkältemittel sind allerdings sehr stark klimaaktiv. Das heißt, sie haben einen sehr hohen Treibhauskoeffizienten. CO2 ist zwar auch treibhausaktiv, allerdings deutlich geringer als die bisher verwendeten Kältemittel. Moreover, it is advantageous if the refrigerant is CO 2 . Conventional refrigerants are often harmful to the environment. For a long time CFC-containing refrigerants have been banned, which attack the ozone hole. However, the replacement refrigerants used are very strong in terms of climate. That means they have a very high greenhouse gas coefficient. Although CO 2 is also greenhouse active, but significantly lower than the previously used refrigerant.
Darüber hinaus beruht die Erfindung auf dem allgemeinen Gedanken eine Kälteanlage gemäß der vorstehenden Beschreibung in einem Kraftfahrzeug zu verwenden. Die Vorteile der Kälteanlage übertragen sich somit auf das Kraftfahrzeug auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Moreover, the invention is based on the general idea to use a refrigeration system as described above in a motor vehicle. The advantages of the refrigeration system are thus transferred to the motor vehicle to the above description insofar reference is made.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained not only in the combination given, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
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.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,
Eine in den
Durch den inneren Wärmetauscher
Die Wärmetauschereinrichtung
An einem ersten axialen Ende
Die Niederdrucköffnung
Zwischen dem Wärmeübertrager
Des Weiteren können Rippen
Das Gehäuse
Die Gleichteile
Die Verbindung der Gleichteile
Durch die Ausbildung des Gehäuses
An einem zweiten axialen Ende
In den
In dem Innenraum
Der Wärmeübertrager
Ferner weist der Wärmeübertrager
Eine Außenwand
An der Außenseite
Des Weiteren kann an der Innenseite
Auch der Wärmeübertrager
Zwischen dem Wärmeübertrager
Des Weiteren sind im Bereich einer Verbindungsstelle der jeweiligen Gleichteile
In den Gleichteilen
In dem umlaufenden Kragen
In dem Innenraum
An einem ersten axialen Ende
Um Kältemittel, dass durch eine Niederdrucköffnung
Der Niederdruckeinlassadapter
An einem zweiten axialen Ende
Am zweiten axialen Ende
Somit ist der Niederdruckkanal
Auch der Kältemittelsammelbehälter
Der Niederdruckeinlassadapter
An einer Außenseite
In den
Bei der in
Die an der Außenwand
Bei der in
Bei einer in
In
Bei der in
In den
Bei der in
In dem Innenraum
Axial angrenzend dazu ist ein Strömungsleitelement
Das Strömungsleitelement
Um Verunreinigungen zurückhalten zu können ist ein Filterelement
Kältemittel
Ferner ist in dem Innenraum
Das Rohr
Im Wesentlichen 180° bedeutet dabei eine Abweichung von 180° von weniger als 10°, bevorzugt weniger als 5°, besonders bevorzugt weniger als 2°. Von der Biegung
Kältemittel
An der Biegung
Am Boden
Bei der Herstellung der Gleichteile
Als Werkstoff ist Aluminium oder eine Aluminiumlegierung vorgesehen. Vor dem Einleiten des Werkstoffs in die Negativform wird der Werkstoff in einen pastösen, thixotropen Zustand versetzt. Dies erfolgt insbesondere durch Erhitzen. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen, dass der Werkstoff zusätzlich geknetet wird. The material is aluminum or an aluminum alloy provided. Before the material is introduced into the negative mold, the material is placed in a paste-like, thixotropic state. This is done in particular by heating. Alternatively or additionally, it is provided that the material is additionally kneaded.
Der thixotrope Zustand zeichnet sich insbesondere durch eine Mischphase zwischen flüssigen und festen Teilen aus. Die festen Teile sind dabei fein in einer durchgängigen flüssigen Phase verteilt. In Ruhe ist der Werkstoff dadurch fest, da sich die festen Phasen gegeneinander verkeilen. Sobald Scherkräfte auf den Werkstoff ausgeübt werden, beginnen die festen Partikel gegeneinander sich zu verschieben, so dass der Werkstoff sich wie eine Flüssigkeit verhält. Dieses Verhalten wird auch als thixotrop bezeichnet. The thixotropic state is characterized in particular by a mixing phase between liquid and solid parts. The solid parts are finely distributed in a continuous liquid phase. At rest, the material is thus firm, since the solid phases wedged against each other. As shearing forces are applied to the material, the solid particles begin to shift against each other so that the material behaves like a liquid. This behavior is also called thixotropic.
Vor dem Einbringen des Werkstoffs in die Negativform wird die Negativform vorgeheizt, insbesondere auf eine Temperatur bei welcher der Werkstoff einen thixotropen Zustand erreichen kann. Before introducing the material into the negative mold, the negative mold is preheated, in particular to a temperature at which the material can reach a thixotropic state.
Die Einbringung des Werkstoffs in die Negativform erfolgt so langsam, dass eine laminare Strömung des Werkstoffs ermöglicht ist. Dadurch können Fehlstellen, wie Lunker oder Poren vermieden werden. Dennoch ist eine Ausbildung von sehr feinen Strukturen möglich. The introduction of the material into the negative mold takes place so slowly that a laminar flow of the material is made possible. As a result, defects, such as voids or pores can be avoided. Nevertheless, a training of very fine structures is possible.
Durch das Fehlen von Fehlstellen weist der fertige Körper eine höhere Festigkeit auf, als bspw. ein durch Aluminiumdruckguß hergestelltes Bauteil. Somit können geringere Wandstärken der Bauteile erzielt werden. Darüber hinaus sind die derart gefertigten Bauteile schweißbar. Due to the lack of imperfections, the finished body has a higher strength than, for example, a manufactured by die-cast aluminum component. Thus, lower wall thicknesses of the components can be achieved. In addition, the components manufactured in this way are weldable.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass als Werkstoff für den Kältemittelsammelbehälter
Aufgrund der geringeren Wandstärke der Bauteile kann in den äußeren Ringraum
Eine in
Wenn das Kältemittel
Der Durchmesser des Rohrs
An einem bodenseitigen Ende des Rohrs
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Der Ventilkörper
Der Antriebsteller
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass in regelmäßigen Abständen, Öl aus dem Kältemittelsammelbehälter abgelassen wird und dadurch dem Kompressor zurückgeführt werden kann. In this way it can be achieved that at regular intervals, oil is drained from the refrigerant receiver and thereby can be returned to the compressor.
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Die Steuerstange
In dem Rohr ist ein Rückschlagventil
Vorzugsweise weist das Rückschlagventil
Im Übrigen stimmt die in
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: BRP RENAUD UND PARTNER MBB RECHTSANWAELTE PATE, DE |
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