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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit Rohrkörpern sowie einer Wärmeübertragungsfläche vergrößernden Struktur zwischen den Rohrkörpern. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines solches Wärmeübertragers.
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In einem Wärmeübertrager kommt es im Betrieb zum Wärmeaustausch zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid. Ein derartiger Wärmeübertrager weist üblicherweise Rohrkörper auf, durch welche ein erster Strömungspfad des ersten Fluids führt und welche in einem zweiten Strömungspfad des zweiten Fluids angeordnet sind. Um eine Effizienz des Wärmeübertragers zu erhöhen, ist es bekannt, im zweiten Strömungspfad eine Wärmeübertragungsfläche vergrößernde Struktur anzuordnen, welche vom zweiten Fluid durchströmt und mit den Rohrkörpern wärmeübertragend verbunden ist. Derartige Strukturen können beispielsweise als eine Rippenstruktur oder als ein Gewebe ausgebildet sein.
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Aus der
DE 10 2005 017 920 A1 ist ein solcher Wärmeübertrager mit einer als Gewebestruktur ausgebildeten, Wärmeübertragungsfläche vergrößernden Struktur bekannt. Die Struktur weist Ausnehmungen auf, durch welche die Rohrkörper geführt sind. Die Ausnehmungen sind jeweils von einem zugehörigen Abschnitt der Struktur begrenzt, wobei der jeweilige Abschnitt in Erstreckungsrichtung der Rohrkörper abstehend umgeformt ist, um die Struktur am jeweils zugehörigen Rohrkörper anzubringen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art sowie für ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Wärmeübertragers verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte und/oder kostengünstige Herstellung und/oder eine erhöhte Effizienz des Wärmeübertragers auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Wärmeübertragungsfläche vergrößernde Struktur eines Wärmeübertragers, welche zumindest eine Ausnehmung aufweist, die von einem Abschnitt der Struktur begrenzt ist, und durch welche ein zugehöriger Rohrkörper des Wärmeübertragers geführt ist, mit Hilfe eines vom Rohrkörper separaten Haltekörpers am Rohrkörper zu halten und somit anzubringen. Auf diese Weise entfällt eine unmittelbare Fixierung der Struktur am Rohrkörper, so dass der Wärmeübertrager insgesamt kostengünstiger und einfacher herzustellen ist. Darüber hinaus erfolgt über den Haltekörper eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen dem Rohrkörper und der Struktur, so dass die Effizienz des Wärmeübertragers verbessert ist.
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Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist der Wärmeübertrager mehrere solche Rohrkörper auf, durch welche ein erster Strömungspfad eines ersten Fluids führt. Die Rohrkörper sind in einem vom ersten Strömungspfad fluidisch getrennten zweiten Strömungspfad eines zweiten Fluids angeordnet, so dass es im Betrieb des Wärmeübertragers, das heißt, wenn das erste Fluid entlang des ersten Strömungspfads und das zweite Fluid entlang des zweiten Strömungspfads strömt, zu einem Wärmeaustausch zwischen den Fluiden kommt. Der Wärmeübertrager weist ferner die Struktur auf, die im zweiten Strömungspfad angeordnet und vom zweiten Fluid durchströmbar oder umströmbar, im Betrieb also durchströmt oder unmströmt, ist und welche die Wärmeübertragungsfläche im Wärmeübertrager vergrößert. Die Struktur weist zumindest eine Ausnehmung auf, wobei die jeweilige Ausnehmung von einem Abschnitt der Struktur begrenzt ist. Dabei verläuft durch zumindest eine der Ausnehmungen, vorteilhaft durch die jeweilige Ausnehmung, ein zugehöriger der Rohrkörper. Erfindungsgemäß ist für zumindest eine der Ausnehmungen, vorteilhaft für die jeweilige Ausnehmung, ein zugehöriger Haltekörper vorgesehen, der vom Rohrkörper separat und am Rohrkörper angebracht ist. Der Haltekörper hält dabei die Struktur über den die zugehörige Ausnehmung begrenzenden Abschnitt der Struktur am Rohrkörper.
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Vom Rohrkörper separater Haltekörper bedeutet vorliegend, dass der Haltekörper separat vom Rohrkörper hergestellt und anschließend am Rohrkörper angebracht ist. Bevorzugt ist es hierbei, wenn der Haltekörper auch von der Struktur separat ist. Dies erlaubt eine einfachere und flexiblere Herstellung des Wärmeübertragers. Insbesondere kann der Haltekörper stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig am zugehörigen Rohrkörper angebracht sein.
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Der Haltekörper ist zweckmäßig außenseitig des zugehörigen Rohrkörpers angeordnet. Bevorzugt ist es ferner, wenn der Haltekörper durch die zugehörige Ausnehmung verläuft.
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Die Rohrkörper des Wärmeübertragers verlaufen prinzipiell beliebig relativ zueinander.
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Denkbar sind Ausführungsformen, bei denen die Rohrkörper parallel und zueinander beabstandet verlaufen. Die Struktur verläuft hierbei zumindest abschnittsweise zwischen den Rohrkörpern.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen der Haltekörper unterbrechungsfrei ausgebildet ist. Somit wird die Wärmeübertragung zwischen dem Haltekörper und dem Rohrkörper sowie zwischen dem Haltekörper und der Struktur und letztlich die Wärmeübertragung zwischen dem Rohrkörper und der Struktur erhöht, so dass der Wärmeübertrager eine erhöhte Effizienz aufweist.
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Vorstellbar sind auch Ausführungsformen, bei denen zumindest einer der Haltekörper mit Unterbrechungen versehen ist. Somit kann insbesondere eine kostengünstige und/oder gewichtsreduzierte Herstellung und Ausbildung des Wärmeübertragers erreicht werden.
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Als vorteilhaft erweisen sich Ausführungsformen, bei denen der Haltekörper zumindest eine auf der vom Rohrkörper abgewandten Seite abstehende Lasche aufweist, wobei der zugehörige Abschnitt der Struktur an der Lasche angebracht ist. Die Lasche erstreckt sich vorteilhaft entlang der Struktur und überragt die Ausnehmung. Somit ist eine einfache und kostengünstige Herstellung des Wärmeübertragers, insbesondere ein einfaches und kostengünstiges Anbringen der Struktur am Rohrkörper, realisiert.
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Bevorzugt ist es, wenn der Haltekörper zwei in Erstreckungsrichtung des zugehörigen Rohrkörpers zueinander beabstandete und gegenüberliegende Laschen aufweist, wobei der Abschnitt der Struktur zwischen diesen Laschen angeordnet und am Haltekörper angebracht ist. Somit ist eine besonders präzise Positionierung der Struktur relativ zum Rohrkörper möglich. Zudem ist es auf diese Weise möglich, die Struktur auf einfache Weise am Rohrkörper anzubringen. Vorstellbar ist es dabei, den Abschnitt zwischen den Laschen formschlüssig und/oder kraftschlüssig am Haltekörper anzubringen, insbesondere zwischen den Laschen einzuklemmen. Alternativ oder zusätzlich kann der Abschnitt zwischen den Laschen stoffschlüssig am Haltekörper angebracht, insbesondere mit dem Haltekörper verschweißt und/oder verlötet, sein.
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Der Haltekörper weist zweckmäßig eine Grundseite auf, von der die zumindest eine Lasche absteht. Insbesondere kann die Grundseite mit zumindest einer der Laschen einstückig, insbesondere aus demselben Material, beispielsweise aus Blech, hergestellt sein.
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Die jeweilige Lasche des Haltekörpers kann sich prinzipiell in einer Umfangsrichtung des zugehörigen Rohrkörpers lediglich teilweise erstrecken. Das heißt, dass sich die jeweilige Lasche lediglich über einen Teilabschnitt in Umfangsrichtung erstrecken kann.
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Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen zumindest eine der Laschen, vorteilhaft die jeweilige Lasche, in Umfangsrichtung des zugehörigen Rohrkörpers geschlossen verläuft. Auf diese Weise lässt sich eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen dem Rohrkörper und der Struktur erreichen und gleichzeitig ein vereinfachtes und stabileres Anbringen der Struktur am Haltekörper und somit auch am Rohrkörper umsetzen.
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Der Wärmeübertrager kann selbstverständlich auch zwei oder mehrere solche Strukturen aufweisen, wobei die jeweilige Struktur zumindest eine Ausnehmung aufweist, durch die ein zugehöriger der Rohrkörper geführt ist.
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Die jeweilige Struktur kann dabei beliebig ausgestaltet und ausgebildet sein, sofern sie die Wärmeübertragungsfläche des Wärmeübertragers vergrößert, für das zweite Fluid durchströmbar ist und eine Ausnehmung besagter Art aufweist.
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Denkbar ist es insbesondere, eine solche Struktur vorzusehen, die wenigstens einen Draht aufweist, wobei dieser Draht in der Art eines Textils eine durchströmbare Textilstruktur bildet. Der zumindest eine Draht der Struktur kann also insbesondere eine Gewebestruktur, eine Gewirkestruktur, eine Geflechtstruktur und dergleichen bilden. Eine solche Struktur bietet eine besonders effiziente Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche und somit eine erhöhte Effizienz des Wärmeübertragers. In Kombination mit der zumindest einen Haltestruktur wird dabei einerseits die Wärmeübertragung weiter verbessert und andererseits die Stabilität der Struktur im Wärmeübertrager erhöht. Darüber hinaus führt eine solche Textilstruktur zur einem reduzierten Strömungswiderstand für das zweite Fluid, so dass Druckverluste im zweiten Strömungspfad reduziert und somit die Effizienz des Wärmeübertragers erhöht ist.
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Vorstellbar ist es auch, die Struktur als eine Rippenstruktur auszubilden, welche mehrere Rippenabschnitte aufweist, die über Falten der Rippenstruktur miteinander verbunden sind. Auf diese Weise weist die Struktur eine vergrößerte Wärmeübertragungsfläche auf.
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Das erste Fluid und das zweite Fluid können prinzipiell beliebige sein. Beim ersten Fluid kann es sich beispielsweise um ein Kühlmittel oder Kältemittel handeln. Das zweite Fluid kann ein Gas, beispielsweise Luft, sein.
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Der Wärmeübertrager kann prinzipiell beliebig ausgestaltet und eingesetzt sein. Insbesondere kann es sich beim Wärmeübertrager um einen Verdampfer handeln, bei dem das erste Fluid im Wärmeübertrager verdampft und somit das zweite Fluid kühlt.
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Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager kann prinzipiell in einer beliebigen Anwendung zum Einsatz kommen. Zu denken ist insbesondere an die Verwendung in einem Fahrzeug, wo der Wärmeübertrager in einer Klimaanlage oder einer Temperiereinrichtung zum Temperieren eines Bestandteils des Fahrzeugs und/oder eines Fluids im Fahrzeug, zum Einsatz kommt.
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Eine einfache Herstellung des Wärmeübertragers lässt sich erreichen, wenn zumindest einer der Rohrkörper durch zumindest eine Ausnehmung der Struktur geführt wird und der zugehörige Haltekörper anschließend auf den Rohrkörper geschoben und positioniert wird. Hierbei wird vor dem Einschieben des Haltekörpers auf den Rohrkörper oder anschließend am Haltekörper eine erste solche Lasche geformt, welche auf einer Seite des Abschnitts der zugehörigen Ausnehmung angeordnet ist. Anschließend wird eine zweite Lasche der besagten Art geformt, derart, dass der Abschnitt zwischen den beiden Laschen angeordnet ist. Die Anordnung und das Umformen können derart erfolgen, dass der Abschnitt somit formschlüssig und/oder kraftschlüssig am Haltekörper angebracht, insbesondere zwischen den Laschen eingeklemmt, ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Abschnitt mit dem Haltekörper, insbesondere mit zumindest einer der Laschen, stoffschlüssig verbunden werden.
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Ein Anbringen des Haltekörpers am Rohrkörper kann dabei nach dem Positionieren des Haltekörpers auf beliebige Weise erfolgen. Insbesondere kann der Haltekörper stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Rohrkörper verbunden werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
- 1 eine stark vereinfachte, isometrische Innenansicht eines Wärmeübertragers,
- 2 eine isometrische Ansicht eines Teils des Wärmeübertragers im Bereich eines Haltekörpers,
- 3 einen Längsschnitt durch den Wärmeübertrager aus 2 im Bereich des Haltekörpers,
- 4 eine isometrische Ansicht des Wärmeübertragers bei einem anderen Ausführungsbeispiel.
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Ein Wärmeübertrager 1, wie er beispielsweise in 1 dargestellt ist, weist mehrere Rohrkörper 2 auf, die im gezeigten Beispiel einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweisen. Durch die Rohrkörper 2 führt ein erster Strömungspfad 3 eines ersten Fluids. Die Rohrkörper 2 verlaufen hierbei parallel zueinander und sind zueinander beabstandet angeordnet. Die Rohrkörper 2 sind in einem fluidisch vom ersten Strömungspfad 3 getrennten zweiten Strömungspfad 4 eines zweiten Fluids angeordnet, wobei der erste Strömungspfad 3 innerhalb der Rohrkörper 2 im gezeigten Beispiel quer zum zweiten Strömungspfad 4 verläuft. Vorstellbar ist auch, wie mit einem gestrichelten Pfeil angedeutet, ein paralleler Verlauf des zweiten Strömungspfads 4 zum ersten Strömungspfad 3. Im zweiten Strömungspfad 4 ist ferner eine Struktur 5 angeordnet, die im Betrieb vom zweiten Fluid durchströmt oder umströmt ist und welche die Wärmeübertragungsfläche im Wärmeübertrager 1 vergrößert. Die Struktur 5 weist mehrere Ausnehmungen 6 auf, wobei durch die jeweilige Ausnehmung 6 ein zugehöriger der Rohrkörper 2 geführt ist. Die jeweilige Ausnehmung 6 wird von einem Abschnitt 10 der Struktur 5 begrenzt.
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2 zeigt eine Detailansicht des Wärmeübertragers im Bereich einer solchen Ausnehmung 6 und 3 einen Längsschnitt entlang einer der Rohrkörper 2 im Bereich dieser Ausnehmung 6.
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Eine Zusammenschau der 2 und 3 zeigt zunächst, dass die Struktur 5 zumindest einen Draht 7 aufweist, wobei die gezeigte Struktur 5 mehrere solche Drähte 7 aufweist. Der zumindest eine Draht 7 der Struktur 5 bildet dabei in der Art eines Textils eine Textilstruktur 8, die beim in den 2 und 3 gezeigten Beispiel in der Art eines Gewebes umgesetzt ist, so dass die Struktur 5 eine Gewebestruktur 9 aus dem zumindest einen Draht 7 ist. Die Struktur 5 kann im Betrieb somit vom zweiten Fluid durchströmt werden. Der Abschnitt 10 erstreckt sich in einer quer zu einer Erstreckungsrichtung 12 des zugehörigen Rohrkörpers 2 verlaufenden Radialrichtung 13 sowie in Umfangsrichtung 11 des Rohrkörpers 2. Außenseitig am Rohrkörper 2 ist ein vom Rohrkörper 2 und der Struktur 5 separater Haltekörper 14 angebracht, der über den Abschnitt 10 die Struktur 5 am Rohrkörper 2 hält. Beim gezeigten Beispiel weist der Haltekörper 14 zwei in Erstreckungsrichtung 12 des Rohrkörpers 2 gegenüberliegende, auf der vom Rohrkörper 2 abgewandten Seite und somit radial abstehende, Laschen 15 auf, die im gezeigten Beispiel in Umfangsrichtung 11 geschlossen verlaufen und zwischen denen der Abschnitt 10 angeordnet und am Haltekörper 14 angebracht ist. Dieses Anbringen ist im gezeigten Beispiel durch ein Einklemmen des Abschnitts 10 zwischen den beiden Laschen 15 und/oder ein stoffschlüssiges Anbringen des Abschnitts 10 am Haltekörper 14 realisiert.
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Beim gezeigten Beispiel weist der Haltekörper 14 eine sich in Erstreckungsrichtung 12 und Umfangsrichtung 11 erstreckende Grundseite 16 auf, welche am Rohrkörper 2, insbesondere stoffschlüssig angebracht, ist, wobei die beiden Laschen 15 von der Grundseite 16 abstehen. Der Haltekörper 14 ist also über die Grundseite 16 am Rohrkörper 2 angebracht. Zudem ist der Abschnitt 10 über die Laschen 15 und/oder über die Grundseite 16 am Haltekörper 14 angebracht, so dass im Ergebnis die Struktur 5 mit Hilfe des Haltekörpers 14 am Rohrkörper 2 angebracht und fixiert sowie wärmeübertragend mit dem Rohrkörper 2 verbunden ist.
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Zum Herstellen des Wärmeübertragers 1 kann nach dem Durchführen des Rohrkörpers 2 durch die Ausnehmung 6 ein den späteren Haltekörper 14 ausbildender, nicht gezeigter Rohling, der als eine Hülse ausgebildet sein kann, eine der Laschen 15', nachfolgend auch erste Lasche 15' genannt, aufweist relativ zur Ausnehmung 6 und dem Abschnitt 10 derart positioniert werden, dass die erste Lasche 15' auf einer Seite dem Abschnitt 10 in Erstreckungsrichtung 12 benachbart oder angrenzend angeordnet ist. Vorstellbar ist es auch, die erste Lasche 15' nach dem Positionieren des Rohling zu formen. Anschließend wird die gegenüberliegende Lasche 15", nachfolgend auch zweite Lasche 15" genannt, durch umformen des Rohlings ausgebildet, so dass der Abschnitt 10, wie in 3 dargestellt, zwischen den beiden Laschen 15 angeordnet ist. Eine stoffschlüssige Verbindung des Abschnitts 10 mit dem Haltekörper 14 kann, sofern erwünscht, nachfolgend erfolgen.
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4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers 1, welches sich von dem in den 2 und 3 gezeigten Beispiel insbesondere durch die Ausbildung der Struktur 5 unterscheidet. Die Struktur 5 ist bei diesem Beispiel als eine Rippenstruktur 17 ausgebildet, die mehrere Rippenabschnitte 18 aufweist, welche über Falten 19 miteinander verbunden sind. Dabei sind im gezeigten Beispiel die Ausnehmungen 6 jeweils in einem der im Übrigen geschlossen ausgebildeten Rippenabschnitte 18 ausgebildet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden die die Ausnehmungen 6 begrenzenden Abschnitte 10, welche in der Darstellung der 4 nicht sichtbar sind, über jeweils zugehörige Haltekörper 14 an den Rohrkörpern 2 gehalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005017920 A1 [0003]
