DE102018222815A1

DE102018222815A1 - Aufnahmekasten für eine Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE102018222815A1
Application number: DE102018222815.9A
Authority: DE
Inventors: Axel Dolderer; Gottfried Dürr; Günther Feuerecker; Richard GOCE; Benjamin Nothdurft
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-06-25
Also published as: US11747097B2; US20200200492A1; CN111351390A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aufnahmekasten (2) für einen Wärmeübertrager (1) zur Aufnahme und fluidischen Versorgung von Rohrkörpern (3) des Wärmeübertragers (1), wobei der Aufnahmekasten (2) einen Kastenkörper (9) aufweist, der zumindest einen Kanal (12) begrenzt, der fluidisch mit Aufnahmen (12) verbunden ist, in welchen die Rohrkörper (3) aufgenommen sind. Eine vereinfachte Herstellung und/oder eine erhöhte mechanische Stabilität des Aufnahmekastens (2) werden/wird dadurch erreicht, dass der Kastenkörper (9) ein Einspritzrohr (17) ausbildet, das von dem Kanal (12) getrennt ist und welches über eine Auslassöffnung (18) mit wenigstens einem der zumindest einen Kanäle (12) fluidisch verbunden ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Wärmeübertrager (1) mit einem solchen Aufnahmekasten (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aufnahmekasten für einen Wärmeübertrager zum Aufnehmen von Rohrkörpern des Wärmeübertragers und Versorgen der Rohrkörper mit einem Fluid. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Wärmeübertrager mit einem solchen Aufnahmekasten.
Ein Wärmeübertrager dient dem Wärmeaustausch zwischen zwei Fluiden. Hierzu weist der Wärmeübertrager in der Regel mehrere Rohrkörper auf, die von einem ersten Fluid durchströmt und von einem zweiten Fluid umströmt sind, so dass im Betrieb des Wärmeübertragers Wärme von einem der Fluide auf das andere übertragen wird und somit ein Wärmeaustausch zwischen den Fluiden stattfindet. Die Rohrkörper sind in der Regel in zumindest einem Aufnahmekasten des Wärmeübertragers aufgenommen, welcher die Rohrkörper zudem fluidisch mit dem durch die Rohrkörper strömenden Fluid versorgt, das heißt das Fluid in die Rohrkörper einbringt und/oder aus den Rohrkörper abführt.
Bei bestimmten Anforderungen ist es wünschenswert, das Fluid mit einem reduzierten Druck durch die Rohrkörper strömen zu lassen. Zu diesem Zweck können prinzipiell Druckminderer zum Einsatz kommen, welche eine Druckminderung im Fluid herbeiführen und das Fluid expandieren können. Wünschenswert ist es hierbei, eine solche Maßnahme innerhalb des Wärmeübertragers zu realisieren, insbesondere um den Wärmeübertrager kompakt ausbilden zu können.
Ein solcher Wärmeübertrager ist aus der EP 2 990 752 A1 bekannt. Bei diesem Wärmeübertrager ist ein Einspritzrohr als Druckminderer in einen der Aufnahmekästen eingeschoben und außerhalb des Aufnahmekastens an einem Versorgungsrohr zum Zuführen eines Fluids zum Aufnahmekasten und anschließend zu den Rohrkörpern des Wärmeübertragers angeschlossen.
Nachteilig bei einer derartigen Ausgestaltung ist die aufwändige Herstellung des Wärmeübertragers und des Aufnahmekastens. Darüber hinaus weist der Wärmeübertrager, insbesondere der Aufnahmekasten, eine unzureichende mechanische Stabilität auf.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für einen Aufnahmekasten der eingangs genannten Art sowie für einen Wärmeübertrager mit einem derartigen Aufnahmekasten verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsformen anzugeben, welche sich insbesondere durch eine vereinfachte Herstellung und/oder eine erhöhte mechanische Stabilität auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Einspritzrohr zum Einbringen eines Fluids in einem Aufnahmekasten eines Wärmeübertragers integral am Aufnahmekasten auszubilden. Auf diese Weise lassen sich der Aufnahmekasten sowie der zugehörige Wärmeübertrager vereinfacht und kostengünstig herstellen. Die integrale Ausbildung des Einspritzrohrs im Aufnahmekasten führt ferner dazu, dass das Einspritzrohr sich mit dem Aufnahmekasten insgesamt bewegt, so dass der Aufnahmekasten samt Einspritzrohr insgesamt mechanisch robuster und folglich stabiler ist.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist der Aufnahmekasten einen Kastenkörper auf. Der Kasten begrenzt einen im Kastenkörper ausgebildeten Kanal. Über den Kanal werden Rohrkörper eines zugehörigen Wärmeübertragers fluidisch versorgt, das heißt, dass im Betrieb ein Fluid über den Kanal in die Rohrkörper strömt und/oder aus den Rohrkörpern strömt. Im Kastenkörpers sind ferner Aufnahmen zur Aufnahme der Rohrkörper vorgesehen, welche jeweils mit dem Kanal fluidisch verbunden sind, derart, dass die Aufnahmen die Rohrkörper aufnehmen, welche in der Folge mit dem Kanal fluidisch verbunden sind und somit mit dem Fluid, nachfolgend auch erstes Fluid genannt, versorgt werden. Erfindungsgemäß bildet der Kastenkörper zudem ein entlang des Kanals verlaufendes Einspritzrohr aus, über welches im Betrieb das erste Fluid in den Kanal eingebracht wird. Das Einspritzrohr ist dabei durch den Kastenkörper, welcher das Einspritzrohr ausbildet, von dem Kanal getrennt, wobei zum Einbringen des Fluids in den Kanal zumindest eine Auslassöffnung am Einspritzrohr vorgesehen ist. Das Einspritzrohr weist also zumindest eine Auslassöffnung auf, die fluidisch mit dem Kanal verbunden.
Die Ausbildung des Einspritzrohrs durch den Kastenkörper ist vorteilhaft durch eine Umformung des Kastenköpers realisiert. Das heißt, dass der Kastenkörper derart umgeformt ist, dass er das Einspritzrohr ausbildet. Somit lässt sich der Aufnahmekasten einfach und kostengünstig herstellen.
Das Einspritzrohr und/oder die zumindest eine Auslassöffnung sind zweckmäßig derart ausgestaltet, insbesondere derart dimensioniert, dass es beim Strömen des Fluids durch die zumindest eine Auslassöffnung in den Kanal zu einer Druckminderung des Fluids und/oder einer Expansion des Fluids kommt.
Das Einspritzrohr erstreckt sich vorteilhaft entlang des Kanals, wobei das Einspritzrohr nicht zwangsläufig entlang des gesamten Kanals verläuft. Insbesondere kann das Einspritzrohr entlang des Kanals kleiner dimensioniert sein als der Kanal.
Das Einspritzrohr kann prinzipiell einen beliebigen Querschnitt aufweisen. Insbesondere kann das Einspritzrohr im Kastenkörper derart ausgebildet sein, dass das Einspritzrohr einen runden oder ovalen Querschnitt aufweist.
Der Kastenkörper kann auch mehr als einen Kanal, insbesondere zwei Kanäle, aufweisen. Dabei ist es bevorzugt, wenn der Kastenkörper den zumindest einen im Kastenkörper ausgebildeten Kanal begrenzt. Zudem können im Kastenkörper für den jeweiligen Kanal zugehörige Aufnahmen vorgesehen sein, derart, dass die jeweilige Aufnahme des Kastenkörpers mit einem zugehörigen der Kanäle fluidisch verbunden ist. Das Einspritzrohr erstreckt sich dabei entlang zumindest einer der Kanäle. Zudem weist das Einspritzrohr für wenigstens einen der Kanäle wenigstens eine zugehörige Auslassöffnung auf. Das heißt, dass die jeweilige Auslassöffnung mit einem der Kanäle fluidisch verbunden ist, so dass diese Auslassöffnung diesem Kanal zugehörig ist.
Bevorzugt ist es hierbei, wenn die jeweilige Auslassöffnung in den zugehörigen Kanal mündet. Somit besteht eine unmittelbare fluidische Verbindung zwischen der Auslassöffnung und dem Kanal, so dass der Aufnahmekasten vereinfacht und kostengünstig hergestellt werden kann.
Das Einspritzrohr kann durch den Kastenkörper derart ausgebildet sein, dass es in zumindest einen der Kanäle eindringt. Dies bietet einen zusätzlich Schutz für das Einspritzrohr und/oder führt zu einer kompakten Bauweise des Aufnahmekastens.
Der Kastenkörper weist vorteilhaft eine Außenwandung auf, welche den zumindest einen Kanal, insbesondere außenseitig, begrenzt. Das heißt insbesondere dass der Kastenkörper auf der von dem zumindest einen Kanal abgewandten Seite der Außenwandung keine weiteren Bestandteile aufweist. Auf diese Weise sind der Kastenkörper und der Aufnahmekasten einfach hergestellt sowie gewichtsreduziert und teilreduziert. Vorteilhaft sind dabei die Aufnahmen in der Außenwandung ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Variante begrenzt der Kastenkörper einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal. Insbesondere begrenzt die Außenwandung den ersten Kanal und den zweiten Kanal im Kastenkörper außenseitig. Der Kastenkörper weist ferner einen Mittelsteg auf, der innerhalb des Kastenkörpers den ersten Kanal und den zweiten Kanal begrenzt und den ersten Kanal vom zweiten Kanal trennt. Für den jeweiligen Kanal sind im Kastenkörper, insbesondere in der Außenwandung, zugehörige Aufnahmen zur Aufnahme zugehöriger Rohrkörper des zugehörigen Wärmeübertragers vorgesehen. Das heißt, dass der Kastenkörper, insbesondere in der Außenwandung, erste Aufnahmen zur Aufnahme erster Rohrkörper des Wärmeübertragers sowie zweite Aufnahmen zur Aufnahme zweiter Rohrkörper des Wärmeübertragers aufweist, wobei die ersten Aufnahmen fluidisch mit dem ersten Kanal und die zweiten Aufnahmen fluidisch mit dem zweiten Kanal verbunden sind. Das Einspritzrohr ist dabei durch den Mittelsteg ausgebildet, wobei der Mittelsteg zur Ausbildung des Einspritzrohrs umgeformt ist. Auf diese Weise lässt sich der Aufnahmekasten besonders kostengünstig und mechanisch stabil herstellen. Insbesondere ist das Einspritzrohr somit innerhalb des Kastenkörpers durch den Kastenkörpers ausgebildet und vom Mittelsteg und/oder der Außenwandung umgeben. Das Resultat ist eine besonders robuste Ausbildung des Einspritzrohrs und somit des Aufnahmekastens, die sich ferner einfach und kostengünstig herstellen lässt.
Zum Ausbilden des Einspritzrohrs ist der Kastenkörper vorteilhaft im Bereich des Einspritzrohrs, vorzugsweise ausschließlich im Bereich des Einspritzrohrs, doppelwandig ausgebildet, weist also zwei Wände auf. Dabei ist zumindest eine der Wände zum Ausbilden des Einspritzrohrs umgeformt. Somit lässt sich der Kastenkörper samt zumindest einem Kanal und Einspritzrohr einfach und kostengünstig herstellen.
Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn der Kastenkörper aus einem zusammenhängenden Material, beispielsweise aus Blech, hergestellt ist. Das zusammenhängende Material kann zum Ausbilden des Kastenkörpers derart umgeformt werden, dass der Kastenkörper den zumindest einen Kanal und das Einspritzrohr begrenzt und/oder ausbildet. Die Aufnahmen und/oder Öffnungen, insbesondere Auslassöffnungen, können zuvor oder nachträglich in das zusammenhängende Material eingebracht werden. Zudem können die der zumindest eine Kanal bei Bedarf stirnseitig versschlossen werden, um ein ungewolltes Ausströmen des Fluids aus dem jeweiligen Kanal zu verhindern. Zu diesem Zweck kann der Kastenkörper entsprechend umgeformt sein. Bevorzugt wird zu diesem Zwecke eine vom Kastenkörper separate Abschlusswand stirnseitig des Kanals im Kastenkörper angeordnet.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Mittelsteg des Kastenkörpers doppelwandig ausgebildet ist und somit eine erste Wand sowie eine zweite Wand aufweist, wobei die erste Wand den ersten Kanal innerhalb des Kastenkörpers begrenzt und die zweite Wand den zweiten Kanal innerhalb des Kastenkörpers begrenzt. Zum Ausbilden des Einspritzrohrs ist wenigstens eine der Wände umgeformt. Durch den Mittelsteg erfolgt also einerseits eine Trennung der Kanäle voneinander und andererseits eine Trennung des Einspritzrohrs von den Kanälen, wobei eine fluidische Verbindung des Einspritzrohrs mit wenigstens einem der Kanäle dadurch realisiert ist, dass das Einspritzrohr mit wenigstens einer Auslassöffnung der genannten Artversehen ist, die mit dem zugehörigen Kanal fluidisch verbunden ist.
Prinzipiell können der zumindest eine Kanal sowie das Einspritzrohr jeweils beliebige durchströmbare Querschnitte aufweisen, insbesondere beliebig dimensioniert sein.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen das Einspritzrohr hinsichtlich des durchströmbaren Querschnitts kleiner ist als wenigstens einer der Kanäle, vorzugsweise als der jeweilige Kanal. Auf diese Weise lassen sich eine kompakte Ausbildung des Aufnahmekastens und/oder eine effiziente Druckminderung im ersten Fluid realisieren. Insbesondere kann der durchströmbare Querschnitt des Einspritzrohrs weniger als 50%, bevorzugt weniger als 30%, besonders bevorzugt weniger als 20% des durchströmbaren Querschnitts wenigstens einer der Kanäle betragen. Insbesondere kann der Querschnitt des Einspritzrohrs zwischen 10 mm² und 15 mm², beispielsweise 13 mm², betragen.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die zumindest eine Auslassöffnung der Aufnahme des zugehörigen Kanals nicht zugewandt ist. Diese ist insbesondere dadurch realisiert, dass die Auslassöffnung und die Aufnahmen miteinander in einem Winkel zwischen 30° und 170° stehen. Das heißt, dass eine Öffnungsströmungsfläche, mit welcher zumindest einer der Auslassöffnungen, vorteilhaft die jeweilige Auslassöffnung, mit dem zugehörigen Kanal verbunden ist, insbesondere in den zugehörigen Kanal mündet, mit einer Aufnahmeströmungsfläche wenigstens einer der Aufnahmen des zugehörigen Kanals, vorzugsweise der jeweiligen Aufnahme des zugehörigen Kanals, insbesondere mit welcher die Aufnahme in den Kanal mündet, in einem Winkel im besagten Bereich steht. Somit wird insbesondere verhindert, dass das durch die Auslassöffnung strömende Fluid vor dem Strömen durch die Aufnahme bzw. in den in der Aufnahme aufgenommenen Rohrkörper einen verlängerten Strömungsweg aufweist, so dass das Fluid vor dem Strömen in den Rohrkörper einen niedrigeren Druck aufweist und/oder stärker expandiert ist. Auf diese Weise kann die Effizienz des zugehörigen Wärmeübertragers verbessert werden.
Das erste Fluid kann prinzipiell auf beliebige Weise in das Einspritzrohr gebracht werden.
Als vorteilhaft erweisen sich Ausführungsformen, bei denen das Einspritzrohr endseitig eine Einlassöffnung aufweist, durch welche das erste Fluid in das Einspritzrohr gelangt.
Die Einlassöffnung ist zweckmäßig mit einer Anschlussöffnung des Aufnahmekastens fluidisch verbunden, durch welche das erste Fluid in den Aufnahmekasten gelangt. Insbesondere kann die Anschlussöffnung Bestandteil eines Anschlussstutzens des Aufnahmekastens sein, welcher die Anschlussöffnung umschließt bzw. einfasst. Bevorzugt ist es, wenn auch die Anschlussöffnung, gegebenenfalls samt Anschlusskragen, im Kastenkörper ausgebildet ist.
Eine Strömung des ersten Fluids durch die mit zumindest einer der Kanäle verbundenen Aufnahmen erfolgt zweckmäßig über das Einspritzrohr und der zumindest einen Auslassöffnung, welche mit dem Kanal fluidisch verbunden ist. Bevorzugt ist es hierbei, wenn diese fluidische Verbindung, abgesehen von unbeabsichtigten Leckagen, ausschließlich über das Einspritzrohr erfolgt und realisiert ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass Fluid mit erhöhtem Druck unter Umgehung des Einspritzrohrs in den Kanal gelangt. Ein Strömungspfad des ersten Fluids, nachfolgend auch erster Strömungspfad genannt, führt also durch die Anschlussöffnung und die Einlassöffnung des Einspritzrohrs zur zumindest einen Auslassöffnung des Einspritzrohrs und anschließend in den zugehörigen Kanal und danach in die zugehörigen Rohrkörper, welche in den Aufnahmen aufgenommen sind.
Das Einspritzrohr kann prinzipiell eine einzige Auslassöffnung aufweisen, die fluidisch mit dem zugehörigen Kanal verbunden ist.
Vorstellbar ist es auch, das Einspritzrohr mit wenigstens zwei Auslassöffnungen zu versehen, die entlang des Einspritzrohrs zueinander beabstandet ist. Auf diese Weise ist es möglich, das erste Fluid homogener in den zugehörigen Kanal einzubringen.
Weist das Einspritzrohr mehrere Auslassöffnungen auf, ist es vorstellbar, alle Auslassöffnungen des Einspritzrohrs mit einem der Kanäle fluidisch zu verbinden. Hierbei kann der Kanal, der mit den Auslassöffnungen fluidisch verbunden ist, zum Einbringen des ersten Fluids in die zugehörigen Rohrkörper, beispielsweise der ersten Rohrkörper, eingesetzt werden, wogegen der andere Kanal zum Abführen des ersten Fluids aus den zugehörigen Rohrkörpern, insbesondere den zweiten Rohrkörpern zum Einsatz kommt. In diesem Fall kommt zweckmäßig eine fluidische Verbindung zwischen den mit dem ersten Kanal und den mit dem zweiten Kanal verbundenen Rohrkörpern zum Einsatz, so dass das erste Fluid aus den ersten Rohrkörpern in den zweiten Rohrkörpern strömt. Zu diesem Zweck kann der zugehörige Wärmeübertrager, insbesondere dem Aufnahmekasten gegenüberliegend, einen Umlenkkasten aufweisen.
Vorstellbar ist es auch, dass das Einspritzrohr für den jeweiligen Kanal zumindest eine zugehörige Auslassöffnung aufweist, so dass über das Einspritzrohr in den jeweiligen Kanal das erste Fluid eingebracht wird, welches anschließend in die zugehörigen Rohrkörper strömt. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn der zugehörige Wärmeübertrager das erste Fluid über einen Auslass, der beispielsweise in einem Aufnahmekasten vorgesehen sein kann, aus den Rohrkörpern abführt.
Es versteht sich, dass neben dem Aufnahmekasten auch ein Wärmeübertrager mit einem derartigen Aufnahmekasten zum Umfang dieser Erfindung gehört.
Der Wärmeübertrager weist zusätzlich zum Aufnahmekasten die Rohrkörper auf, durch die der erste Strömungspfad des ersten Fluids führt. Die Rohrkörper sind hierbei in einem zweiten Strömungspfad eines zweiten Fluids angeordnet, der vom ersten Strömungspfad fluidisch getrennt ist, so dass es im Betrieb des Wärmeübertragers zu einem Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid kommt.
Das erste Fluid und das zweite Fluid können prinzipiell jeweils beliebige Fluide sein. Beim ersten Fluid kann es sich beispielsweise um ein Kühlmittel oder Kältemittel handeln. Beim zweiten Fluid kann es sich insbesondere um Luft handeln.
Der Wärmeübertrager, insbesondere das Einspritzrohr, ist vorteilhaft derart ausgestaltet, dass es durch das Einspritzrohr zu einem Verdampfen des ersten Fluids, insbesondere des Kältemittels und/oder des Kühlmittels, kommt. Der Wärmeübertrager ist also insbesondere als ein Verdampfer ausgestaltet.
Vorstellbar ist es, im ersten Strömungspfad des ersten Fluids stromauf des Einspritzrohrs, insbesondere auch stromauf des Aufnahmekastens, einen Druckminderer vorzusehen, so dass das erste Fluid mit einem verminderten, insbesondere vorgegebenen, Druck in den Aufnahmekasten und in das Einspritzrohr strömt. Hierbei kann der Druckminderer das erste Fluid expandieren.
Der Wärmeübertrager kann in einer beliebigen Anwendung zum Einsatz kommen. Zu denken ist an den Einsatz in einer Klimaanlage, beispielsweise eines Fahrzeugs.
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 isometrische Ansicht eines Wärmeübertragers mit einem Aufnahmekasten,
2 einen Längsschnitt durch den Aufnahmekasten,
3 eine isometrische Ansicht des Aufnahmekastens,
4 eine andere isometrische Ansicht des Aufnahmekastens,
5 einen Querschnitt durch den Aufnahmekasten,
6 einen anderen Querschnitt durch den Aufnahmekasten,
7 einen Querschnitt durch den Aufnahmekasten bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen,
8 eine isometrische Ansicht des Aufnahmekastens bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
9 einen Längsschnitt durch den Aufnahmekasten aus 8,
10 einen Längsschnitt durch den Aufnahmekasten bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
11 einen Längsschnitt durch den Aufnahmekasten bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,
12 einen Querschnitt durch den Aufnahmekasten bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
13 einen Querschnitt durch den Aufnahmekasten bei einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Ein Wärmeübertrager 1, wie er beispielsweise in 1 gezeigt ist, weist zumindest einen Aufnahmekasten 2 auf, in welchem Rohrkörper 3 des Wärmeübertragers 1 aufgenommen sind und über den Aufnahmekasten 2 mit einem ersten Fluid versorgt werden, dessen Strömungspfad 4, nachfolgend auch erster Strömungspfad 4 genannt, durch den Aufnahmekasten 2 und die Rohrkörper 3 führt. Die Rohrkörper 3 sind in einem Strömungspfad 5 eines zweiten Fluids, nachfolgend auch zweiter Strömungspfad 5 genannt, angeordnet, wobei der erste Strömungspfad 4 fluidisch vom zweiten Strömungspfad 5 getrennt ist. Im Betrieb des Wärmeübertragers 1 kommt es dabei zu einem Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid. Zwischen den Rohrkörpern 3 können Wellrippen 6 angeordnet sein, welche die wärmeübertragende Fläche im zweiten Strömungspfad 5 vergrößern. Beim in 1 gezeigten Beispiel weist der Wärmeübertrager 1 erste Rohrkörper 3' und zweite Rohrkörper 3" auf (siehe 7) auf, wobei die zweiten Rohrkörper 3" in der in 1 gezeigten Ansicht nicht sichtbar sind. Ein erster Versorgungskanal 7 versorgt hierbei den Wärmeübertrager 1 mit dem ersten Fluid, welches über einen zweiten Versorgungskanal 8 vom Wärmeübertrager 1 abgeführt wird. Beim in 1 gezeigten Beispiel sind beide Versorgungskanäle 7, 8 mit dem gezeigten Aufnahmekasten 2 fluidisch verbunden, so dass die Zuführung und das Abführen des ersten Fluids über den Aufnahmekasten 2 erfolgt.
Der Aufnahmekasten 2 weist einen Kastenkörper 9 auf. Der Kastenkörper 9 weist eine Außenwandung 10 auf, welche mit Aufnahmen 11 für die Rohrkörper 3 versehen ist, wobei in der jeweiligen Aufnahme 11 ein zugehöriger Rohrkörper 3 aufgenommen ist. Die Außenwandung 10 begrenzt zwei durch den Kastenkörper 9 verlaufende Kanäle 12, nämlich einen ersten Kanal 12' und einen zweiten Kanal 12", außenseitig. Die Kanäle 12 erstrecken sich in einer Längsrichtung 13 sind in einer quer zur Längsrichtung 3 verlaufenden Querrichtung 14 benachbart angeordnet. In der Außenwandung 10 sind erste Aufnahmen 1 1' für die ersten Rohrkörper 3' vorgesehen, welche mit dem ersten Kanal 12' fluidisch verbunden sind, derart, dass die in den ersten Aufnahmen 11' aufgenommenen ersten Rohrkörper 3' fluidisch mit dem ersten Kanal 12' verbunden sind. Die Außenwandung 10 ist ferner mit zweiten Aufnahmen 11" (siehe beispielsweise 4) versehen, welche in 1 nicht sichtbar und welche die zweiten Rohrkörper 3" aufnehmen und mit dem zweiten Kanal 12" fluidisch verbunden sind, derart, dass die zweiten Rohrkörper 3" fluidisch mit dem zweiten Kanal 12" verbunden sind. In 1 ist angenommen, dass das erste Fluid über den ersten Kanal 12' in die ersten Rohrkörper 3' strömt und anschließend über die zweiten Rohrkörper 3" in den zweiten Kanal 12" strömt. Das erste Fluid strömt dann aus dem zweiten Kanal 12" zum zweiten Versorgungskanal 8. Hierzu weist der Wärmeübertrager 1 zweckmäßig eine in 1 nicht gezeigte, insbesondere dem Aufnahmekasten 2 gegenüberliegende, fluidische Verbindung zwischen den ersten Rohrkörpern 3' und den zweiten Rohrkörpern 3" auf.
In den 2 bis 6 sind unterschiedlichen Ansichten des Aufnahmekastens 2 gezeigt, wobei 2 einen Längsschnitt durch den Aufnahmekasten 2 im Bereich des ersten Kanals 12' zeigt, während die 3 und 4 unterschiedliche isometrische Ansichten des Aufnahmekastens 2 zeigen. Die 5 und 6 zeigen verschiedene Querschnitte durch den Aufnahmekasten 2.
Der Aufnahmekasten 2 weist einen Mittelsteg 15 auf, der innerhalb des Aufnahmekastens 2 und in Querrichtung 14 zwischen den Kanälen 12 angeordnet ist. Der Mittelsteg 15 trennt innerhalb des Kastenkörpers 9 den ersten Kanal 12' vom zweiten Kanal 12'. Dabei ist der Mittelsteg 15 doppelwandig ausgebildet, weist also zwei Wände 16, nämlich eine erste Wand 16' und eine zweite Wand 16", auf. Der Mittelsteg 15 bildet ein Einspritzrohr 17 aus, durch das der erste Strömungspfad 4 des ersten Fluids führt. Das Einspritzrohr 17 weist dabei zumindest eine Auslassöffnung 18 auf, welches mit wenigstens einem der Kanäle 12 fluidisch verbunden ist, so dass eine fluidische Verbindung zwischen dem Einspritzrohr 17 und dem zugehörigen Kanal 12 über die zumindest eine Auslassöffnung 18 hergestellt ist. Beim in den 1 bis 6 gezeigten Beispiel weist das Einspritzrohr 17 mehrere solche Auslassöffnungen 18 auf. 5 zeigt hierbei einen Querschnitt durch eine der Auslassöffnungen 18 und 6 einen Querschnitt außerhalb der Auslassöffnungen 18.
Das Einspritzrohr 17 dient dem Einbringen des ersten Fluids in den ersten Kanal 12', derart, dass über das Einspritzrohr 17 und die Auslassöffnungen 18 eine Druckminderung und Expansion des ersten Fluids erfolgt, bevor das erste Fluid in die Rohrkörper 3, vorliegend also in die ersten Rohrkörper 3' strömt. Der erste Strömungspfad 4 führt also durch die Auslassöffnungen 18 in den ersten Kanal 12'. Das Einspritzrohr 17 erstreckt sich entlang der Kanäle 12, 12' und somit in Längsrichtung 13, wobei die Auslassöffnungen 18 entlang des Einspritzrohrs 17 zueinander beabstandet sind. Demgegenüber ist das Einspritzrohr 17 vom zweiten Kanal 12" getrennt, weist also für den zweiten Kanal 12" keine Auslassöffnungen 18 auf. Wie insbesondere den 3 bis 6 entnommen werden kann, ist das Einspritzrohr 17 in den gezeigten Beispielen durch ein Umformen zumindest einer der Wände 16, vorliegend durch das Umformen beider Wände 16, des Mittelstegs 15 ausgebildet, die jeweils in etwa halbkreisförmig in den jeweils angrenzenden Kanal 12 umgeformt sind, so dass das Einspritzkanal 17 einen im Wesentlichen runden und in Längsrichtung 13 durchströmbaren Querschnitt aufweist.
Zum Einlassen des ersten Fluids in das Einspritzrohr 17 ist das Einspritzrohr 17 an einem Ende mit einer Einlassöffnung 19 versehen, welche mit dem ersten Versorgungskanal 17 fluidisch verbunden ist. Die fluidische Verbindung ist dabei derart realisiert, dass das erste Fluid lediglich über die Einlassöffnung 19 und anschließend über die zumindest eine Auslassöffnung 18 in den ersten Kanal 12' strömt. Wie insbesondere ein Vergleich zwischen den 3 und 4 zeigt, ist die Einlassöffnung 19 des Einspritzrohrs 17 ausschließlich in der ersten Wand 16' eingebracht. Die zweite Wand 16" ist also frei von Öffnungen und zum Ausbilden des Einspritzrohrs 17 umgeformt. In den gezeigten Beispielen ist zudem im ersten Strömungspfad 4 stromab der Einlassöffnung 19 im ersten Kanal 12' und stromauf der der Einlassöffnung 19 nächstbenachbarten Aufnahme 11' des ersten Kanals 12' eine den ersten Kanal 12' verschließende Abschlusswand 20 vorgesehen. Einer in Längsrichtung 13 zu dieser Abschlusswand beabstandete weiter Abschlusswand 20 begrenzt den Kanal 12' auf der in Längsrichtung 13 entfernten Seite. Die jeweilige Abschlusswand 20 ist in einer zugehörigen Aussparung 23 des Kastenkörpers 9 geführt, wobei eine der Aussparungen in 4 zu sehen ist und wobei hierzu in 4 die Abschlusswand 20 nicht gezeigt ist.
Aus den 2 und 5 ist ersichtlich, dass die Auslassöffnungen 18 von den Aufnahmen 11 des zugehörigen Kanals 12 abgewandt sein können. Im gezeigten Beispiel sind also die Auslassöffnungen 18 von den ersten Aufnahmen 11' abgewandt. Hierbei steht eine in 5 gestrichelt angedeutete Öffnungsströmungsfläche 21 der jeweiligen Auslassöffnung 18, mit welcher die Auslassöffnung 18 in den ersten Kanal 12' mündet, mit einer in 5 gestrichelt angedeuteten Aufnahmeströmungsfläche 22 der jeweiligen ersten Aufnahme 11', mit welcher die Aufnahme 11' in den ersten Kanal 12' mündet, in einem Winkel zwischen 30° und 170°.
In den gezeigten Beispielen weist der Aufnahmekasten 2, in den gezeigten Beispielen der Kastenkörper 9, einen in Längsrichtung 13 an den Aufnahmen 11 anschließenden Anschlussabschnitt 24 auf, an welchem die Versorgungskanäle 7, 8 am Aufnahmekasten 2 angeschlossen und mit dem Aufnahmekasten 2 fluidisch verbunden sind.
Beim in den 1 bis 6 gezeigten Beispiel ist der Anschlussabschnitt 24 im an den Aufnahmen 11 anschließenden Bereich mit zwei Anschlussstutzen 25, nämlich einen ersten Anschlussstutzen 25' und einen zweiten Anschlussstutzen 25", versehen, wobei der jeweilige Anschlussstutzen 25 eine Anschlussöffnung 26 einfasst, derart, dass der erste Anschlussstutzen 25' eine erste Anschlussöffnung 26' und der zweite Anschlussstutzen 25" eine zweite Anschlussöffnung 26" einfasst. Der erste Versorgungskanal 7 ist in den ersten Anschlussstutzen 25' gesteckt und aufgenommen und somit über die erste Auslassöffnung 26' mit der Einlassöffnung 19 des Einspritzrohrs 17 verbunden. Der zweite Versorgungskanal 8 ist in den zweiten Anschlussstutzen 25" gesteckt und aufgenommen und somit über die zweite Anschlussöffnung 26" mit dem zweiten Kanal 12" verbunden. Die Anschlussstutzen 25 sind in diesem Beispiel parallel zu den Rohrkörpern 3 orientiert.
Auf der von den Aufnahmen 11 abgewandten Seite des jeweiligen Anschlussstutzens 25 ist eine weitere Abschlusswand 20 des Aufnahmekastens 2 in eine zugehörige Aussparung 23 eingebracht und aufgenommen, um ein Ausströmen des ersten Fluids aus dem Aufnahmekasten 2 über die ansonsten offene Seite des Aufnahmekastens 2 zu verhindern, wobei diese Abschlusswände 20 lediglich in 1 zu sehen sind.
Wie in den Figuren zu sehen ist, kann der Kastenkörper 9 auf der von den Aufnahmen 11 abgewandten Seite mit Vertiefungen 27 oder Sicken 28 versehen sein, welche insbesondere einer mechanischen Stabilisierung des Kastenkörpers 9 dienen. Die Vertiefungen 27 bzw. Sicken 28 sind hierbei in der Außenwandung 10 eingebracht.
In 7 ist die Ansicht aus 5, jedoch mit den Rohrkörpern 3 zu sehen. Wie 7 zu entnehmen ist, ist der jeweilige Rohrkörper 13 in die zugehörige Aufnahme 11 eingesteckt, derart, dass der Rohrkörper 3 stirnseitig in den zugehörigen Kanal 12 eindringt.
In 7 sind ferner unterschiedliche Varianten der Form des Einspritzrohrs 17 gezeigt. Zu sehen ist insbesondere, dass das Einspritzrohr 17 neben dem in den 2 bis 6 gezeigten runden Querschnitt auch einen halbrunden oder einen ovalen Querschnitt aufweisen kann. Ebenso ist es möglich, das Einspritzrohr 17 durch das Umformen lediglich einer der im Übrigen flach verlaufenden Wände 16 des Mittelstegs 15 auszubilden.
In den 2 bis 7 ist ferner ersichtlich, dass das Einspritzrohr 17 stets einen kleineren durchströmbaren Querschnitt aufweist als der jeweilige Kanal 12.
In den 8 und 9 ist ein anderes Ausführungsbeispiel des Aufnahmekastens 2 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den 2 bis 6 gezeigten Beispiel durch die Anordnung und Ausgestaltung der Anschlussstutzen 25. In diesem Beispiel sind die Anschlussstutzen 25 durch einen in Längsrichtung 13 stirnseitig auf den Kastenkörper 9 aufgesetzten Aufsatz 29 ausgebildet, wobei die Anschlussstutzen 25 in Längsrichtung 13 orientiert sind. Vorstellbar ist es ebenso, für den jeweiligen Anschlussstutzen 25 einen separaten Aufsatz 29 vorzusehen.
In den 10 und 11 sind weitere Ausführungsbeispiele des Aufnahmekastens 2 gezeigt. Diese Ausführungsbeispiele unterscheiden sich von dem in den 2 bis 6 gezeigten Beispielen dadurch, dass sich das Einspritzrohr 17 in Längsrichtung 13 lediglich über einen Teil des Aufnahmekastens 2 bzw. des Kastenkörpers 9 erstreckt. Das Einspritzrohr 17 kann, wie im Beispiel der 10, mehrere Auslassöffnungen 18 oder, wie im Bespiel der 11 lediglich eine Auslassöffnung 18, aufweisen, über welche das Einspritzrohr 17 mit dem ersten Kanal 12' fluidisch verbunden ist.
In den Beispielen der 10 und 11 kann im Kastenkörper 9 eine den ersten Kanal 12' in Längsrichtung 13 begrenzende Abschlusswand 20 oder Blende 30 angeordnet sein, wobei an dem ersten Kanal 12' in Längsrichtung 13 anschließend Aufnahmen 11, nachfolgend auch dritte Aufnahmen 11'", im Kastenkörper 9 vorgesehen sein können, in denen nicht gezeigte Rohrkörper 3 aufgenommen sind, über welche der erste Strömungspfad 4 zurück in den Aufnahmekasten 9 führt, wie in den 10 und 11 angedeutet.
Wie in 12 gezeigt, kann der Aufnahmekasten 2 auch derart ausgestaltet sein, dass das Einspritzrohr 17 über jeweils zumindest eine Auslassöffnung 18 mit dem jeweiligen Kanal 12 verbunden ist. Das heißt, dass das Einspritzrohr 17 zumindest eine erste Öffnung 18' und zumindest eine zweite Öffnung 18" aufweisen kann, wobei die zumindest eine erste Auslassöffnung 18' fluidisch mit dem ersten Kanal 12' verbunden ist, insbesondere in den ersten Kanal 12' mündet, während die zumindest eine zweite Auslassöffnung 18" fluidisch mit dem zweiten Kanal 12" verbunden ist, insbesondere in den zweiten Kanal 12" mündet. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann also über das Einspritzkanal 17 das erste Fluid in beide Kanäle 12 eingebracht werden und von dort aus in die Rohrkörper 3 strömen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wäre also der zweite Versorgungskanal 8 nicht am gezeigten Aufnahmekasten 2, sondern beispielsweise an einem nicht gezeigten Sammler angeschlossen, um das erste Fluid aus den Rohrkörpern 3 abzuführen. Alternativ kann es sich bei dem gezeigten Aufnahmekasten 2 um einen solchen handeln, bei dem das erste Fluid von einem der Kanäle 12 in den anderen Kanal 12 strömt. In diesem Fall wäre der Aufnahmekasten 2 also zum Umlenken des ersten Fluids zwischen den Kanälen 12 ausgestaltet.
Bei den gezeigten Beispielen in den 1 bis 12 begrenzt der Kastenkörper 9 jeweils zwei Kanäle 12.
Demgegenüber ist im Beispiel der 13 lediglich ein Kanal 12 vom Kastenkörper 9, insbesondere der Außenwandung 10, begrenzt, wobei der Kastenkörper 9 im Bereich des Einspritzkanals 17 doppelwandig ausgebildet ist. Eine der Wände 16, im gezeigten Beispiel die dem Kanal 12 zugewandte Wand 16', ist zum Ausbilden des Einspritzkanals 17 umgeformt. Vorstellbar ist es auch, beide Kanäle 16 oder nur die vom Kanal 12 abgewandte Wand 16 zum Ausbilden des Einspritzkanals 17 umzuformen.
Bei allen gezeigten Beispielen ist der Kastenkörper 9 aus einem zusammenhängenden Material, beispielsweise aus Blech, hergestellt. Hierzu wird das zusammenhängende Material zum Begrenzen des zumindest einen Kanals 12 und zum Ausbilden des Einspritzrohrs 17 umgeformt. Die Aufnahmen 11 und die Auslassöffnung 18 sowie die Einlassöffnung 19 werden jeweils vor dem Umformen oder nach dem Umformen in das zusammenhängende Material eingebracht. Entsprechendes gilt für die Anschlussöffnungen 26 im Beispiel der 1 bis 6 sowie 10 und 11.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2990752 A1 [0004]

Claims

Aufnahmekasten (2) für einen Wärmeübertrager (1) zum Aufnehmen von Rohrkörpern (3) des Wärmeübertragers (1), - mit einem Kastenkörper (9), der zumindest einen im Kastenkörper (9) ausgebildeten Kanal (12) begrenzt, - wobei der Kastenkörper (9) Aufnahmen (11) zur Aufnahme von Rohrkörpern (3) des Wärmeübertragers (1) aufweist, die jeweils mit einem zugehörigen Kanal (12) fluidisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kastenkörper (9) ein entlang zumindest einer der wenigstens einen Kanäle (12) verlaufendes Einspritzrohr (17) ausbildet, welches durch den Kastenkörper (9) von dem jeweiligen Kanal (12) getrennt ist und das zumindest eine Auslassöffnung (18) aufweist, die fluidisch mit einem zugehörigen Kanal (12) verbunden ist.
Aufnahmekasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass der Kastenkörper (9) eine Außenwandung (10) aufweist, die einen ersten Kanal (12, 12') und einen zweiten Kanal (12, 12") im Kastenkörper (9) außenseitig begrenzt, - dass der Kastenkörper (9) einen Mittelsteg (15) aufweist, der im Kastenkörper (9) den ersten Kanal (12, 12') und den zweiten Kanal (12, 12") begrenzt und den ersten Kanal (12, 12') vom zweiten Kanal (12, 12") trennt, - dass der Kastenkörper (9) in der Außenwandung (10) erste Aufnahmen (11, 11') zur Aufnahme erster Rohrkörper (3, 3') des Wärmeübertragers (1) aufweist, die mit dem ersten Kanal (12, 12') fluidisch verbunden sind, - dass der Kastenkörper (9) in der Außenwandung (10) zweite Aufnahmen (11, 11") zur Aufnahme zweiter Rohrkörper (3, 3") des Wärmeübertragers (1) aufweist, die mit dem zweiten Kanal (12, 12") fluidisch verbunden sind, - dass der Mittelsteg (15) zur Ausbildung des Einspritzkanals (17) umgeformt ist.
Aufnahmekasten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Auslassöffnung (18) in den zugehörigen Kanal (12) mündet.
Aufnahmekasten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kastenkörper (9) im Bereich des Einspritzrohrs (17) doppelwandig ausgebildet ist, wobei zumindest eine der Wände (16) zum Ausbilden des Einspritzrohrs (17) umgeformt ist.
Aufnahmekasten nach Anspruch 2 oder 3 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, - dass der Mittelsteg (15) doppelwandig ausgebildet ist, - dass eine erste Wand (16, 16') des Mittelstegs (15) den ersten Kanal (12, 12') im Kastenkörper (9) begrenz und eine zweite Wand (16, 16") des Mittelstegs (15) den zweiten Kanal (12, 12") im Kastenkörper (9) begrenzt.
Aufnahmekasten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein durchströmbarer Querschnitt des Einspritzrohrs (17) kleiner ist als ein durchströmbarer Querschnitt wenigstens einer der zumindest einen Kanäle (12).
Aufnahmekasten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnungsströmungsfläche (21) mit welcher zumindest einer der Auslassöffnungen (18) mit dem zugehörigen Kanal (12) verbunden ist, insbesondere in den Kanal (12) mündet, mit einer Aufnahmeströmungsfläche (22) wenigstens einer der Aufnahmen (11) dieses zugehörigen Kanals (12) in einem Winkel zwischen 30° und 170° steht.
Aufnahmekasten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekasten (2), insbesondere der Kastenkörper (9), eine Anschlussöffnung (26) zum fluidischen Versorgen des Aufnahmekastens (2) aufweist, wobei das Einspritzrohr (17) eine endseitige Einlassöffnung (19) aufweist, die mit der Anschlussöffnung (26) fluidisch verbunden ist.
Aufnahmekasten nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kanal (12) über die zumindest eine Auslassöffnung (18) mit der Anschlussöffnung (26) fluidisch verbunden ist.
Aufnahmekasten nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzrohr (17) wenigstens zwei Auslassöffnungen (18) aufweist, die entlang des Einspritzrohrs (17) zueinander beabstandet sind.
Aufnahmekasten nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kastenkörper (9) aus einem zusammenhängenden Material, insbesondere aus einem Blech, hergestellt ist.
Wärmeübertrager (1) mit Rohrkörpern (3), durch welche ein erster Strömungspfad (4) für ein erstes Fluid führt und welche in einem zweiten Strömungspfad (5) für ein zweites Fluid angeordnet sind, der vom ersten Strömungspfad (4) fluidisch getrennt ist, und mit einem Aufnahmekasten (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem die Rohrkörper (3) aufgenommen sind und durch den der erste Strömungspfad (4) führt.