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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flachrohr für einen Wärmeübertrager mit einer Außenwand und zumindest einer Innenwand gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Wärmeübertrager mit zumindest einem solchen Flachrohr, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Wärmeübertrager.
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Aus der
US 5,184,672 ist ein Flachrohr für einen Wärmeübertrager mit einer Außenwand und zumindest einer darin angeordneten Wellrippe bekannt, welche eine Verwirbelung des durch das Flachrohr hindurchströmenden Fluides und damit einen verbesserten Wärmeübertrag bewirken soll.
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Gattungsgemäße Flachrohre sind hinlänglich bekannt und werden in nahezu sämtlichen Flachrohrwärmeübertragern in modernen Kraftfahrzeugen eingesetzt. Derartige Flachrohre werden üblicherweise entweder als Falzrohre oder Extrusionsprofile hergestellt und auf eine vordefinierte Länge abgelängt. Beim Ablängen kann jedoch unter Umständen eine unerwünscht Deformation einer Innenwand bzw. eine Steges erfolgen, wodurch ein Querschnitt benachbarter Kanäle beeinflusst, insbesondere durch ein Verbiegen einer Innenwand, verkleinert werden kann. Benachbarte Strömungskanäle bzw. Strömungskammern werden dadurch im Betrieb mit unterschiedlichen Massenströmen beaufschlagt, wobei zusätzlich ein Druckverlust beim Einströmen von beispielsweise Kältemittel von einem Sammler in ein solches Flachrohr ansteigt. Dies führt beispielsweise bei Kondensation zu einem Verlust an Sättigungstemperatur und damit zu einer Leistungsreduzierung.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Flachrohr der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere einen Druckverlust von Fluid beim Einströmen in das Flachrohr reduziert.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Flachrohr eine Außenwand in Längsrichtung länger auszugestalten als eine Innenwand. Das erfindungsgemäße Flachrohr, welches beispielsweise bei einem Wärmeübertrager verwendet werden kann, besitzt dabei eine Außenwand, insbesondere eine umlaufend durchgehende Außenwand, und zumindest eine Innenwand auf, die beispielsweise auch als Steg ausgebildet sein kann, welche das Flachrohr in zwei benachbarte Strömungskanäle unterteilt. Selbstverständlich kann dabei das Flachrohr auch mehr als eine solche Innenwand aufweisen. Erfindungsgemäß überragt nun die Außenwand die zumindest eine Innenwand in Flachrohrlängsrichtung an zumindest einer Stelle. Hierdurch kann ein Druckverlust beim Einströmen von Fluid, insbesondere von Kühlmittel oder Kältemittel, in das erfindungsgemäße Flachrohr deutlich reduziert werden, ebenso wie eine Ungleichverteilung eines Massenstroms zwischen den einzelnen Strömungskanälen im Flachrohr. Insgesamt kann somit mit dem erfindungsgemäßen Flachrohr nicht nur der Druckverlust reduziert, sondern auch eine Kühlleistung erhöht werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist das Flachrohr mit der Außenwand und der zumindest einen Innenwand als einstückiges Extrusionsprofil ausgebildet. Hierdurch lässt sich das erfindungsgemäße Flachrohr kostengünstig und zugleich qualitativ hochwertig herstellen, beispielweise als Aluminiumstrangpressprofil. Um die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu erreichen, wird das Flachrohr zunächst auf die vordefinierte Länge abgelängt und anschließend, beispielsweise mittels eines Fräskopfes die zumindest eine Innenwand in Längsrichtung abgelängt, so dass die Außenwand die zumindest eine Innenwand an zumindest einer Stelle in Flachrohrlängsrichtung überragt. Der gesamte Herstellungsprozess lässt sich dabei vollautomatisiert gestalten, wodurch eine qualitativ hochwertige und kostengünstige Herstellung des Flachrohrs erreicht werden kann.
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Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flachrohres ist dieses mit der Außenwand und einer Innenwand als Falzrohr ausgebildet. In diesem Fall wird das erfindungsgemäße Flachrohr aus einem Bandmaterial umgeformt, wobei die Innenwand als nach innen umgebogende Endbereiche gestaltet sind. Die beiden Endbereiche sind dabei beispielsweise miteinander und mit der gegenüberliegenden Außenwand verlötet und bilden dadurch die Innenwand. Auch in diesem Fall kann ein Überragen der Innenwand durch die Außenwand an zumindest einer Stelle durch ein Kürzen der Innenwand in Flachrohrlängsrichtung erfolgen. Ein derartiges als Falzrohr ausgebildetes Flachrohr bietet dabei den großen Vorteil, dass aufgrund der sehr geringen Wandstärken ein hoher Wärmeübertrag und damit eine hohe Leistung erreicht werden können.
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Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das Flachrohr mit der Außenwand als einstückiges Extrusionsprofil oder als Falzrohr ausgebildet, wobei die zumindest eine Innenwand als separates Bauteil ausgebildet und in dem Flachrohr angeordnet ist. In diesem Fall lässt sich somit das Flachrohr ohne Innenwand kostengünstig und qualitativ hochwertig als Extrusionsprofil, beispielsweise als Aluminiumstrangpressprofil oder als Falzprofil herstellen, wobei die jeweiligen Enden des Falzprofils sich an der Außenwand überlappen. Durch die Herstellung der zumindest einen Innenwand als separates Bauteil kann dieses direkt kürzer ausgebildet werden als die Außenwand des Flachrohrs und in diesem gekürzten Zustand in dem Flachrohr eingebracht und dort befestigt, beispielsweise verklebt, verlötet oder verschweißt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die zumindest eine Innenwand als Wellrippe ausgebildet. Mittels einer derartigen Wellrippe kann eine turbulente Strömung innerhalb des Flachrohres erzeugt werden, wodurch ein besserer Wärmeübertrag und damit eine höhere (Kühl)-Leistung eines mit diesem Flachrohr ausgestatteten Wärmeübertragers erreicht werden.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Wärmeübertrager mit einem Sammelkasten mit einem Rohrboden mit zumindest einem solchen Flachrohr auszustatten, wobei ein solches Flachrohr in einem zugehörigen Durchzug des Rohrbodens eingesteckt und dort dicht aufgenommen ist. Hierdurch kann ein Wärmeübertrager mit reduziertem Druckverlust und vorzugsweise homogener Durchströmung des zumindest einen Flachrohres erreicht werden, wodurch die (Kühl)-Leistung des Wärmeübertragers gesteigert werden kann.
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Zweckmäßig ist das Flachrohr nur mit einem Längsendbereich in dem Durchzug aufgenommen, in welchem die Außenwand die zumindest eine Innenwand in Flachrohrlängsrichtung an zumindest einer Stelle überragt. Das Flachrohr liegt somit mit seinem Längsendbereich in dem Durchzug an und greift mit seiner Innenwand nicht in den Durchzug ein. In dem Sammler des Wärmeübertragers liegt somit im Bereich des in den Rohrboden eingreifenden Flachrohrs ein homogener Druck vor, wodurch eine mechanische Belastung in dem eingesteckten Bereich des Flachrohrs deutlich geringer ist als im Rest des Flachrohres. Der im übrigen Flachrohr höhere Druck kann vergleichsweise einfach durch die auch als Aussteifungselemente wirkende Innenwand bzw. wirkenden Innenwände problemlos aufgenommen werden.
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Zweckmäßig ist der Wärmeübertrager als Kondensator ausgebildet. Eine derartige Ausbildung als Kondensator ermöglicht den Einsatz des erfindungsgemäßen Flachrohres und auch den Einsatz des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise in einem Kältemittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs, insbesondere mit einem Elektromotor und/oder einer Verbrennungskraftmaschine als Antriebseinrichtung, wobei ein solcher Wärmeübertrager auch zur Kühlung des Elektromotors und/oder der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden könnte. Rein theoretisch kann ein derartiges Flachrohr selbstverständlich auch in einem Wärmeübertrager eingesetzt werden, der zur Temperierung einer Fahrzeugbatterie, beispielsweise bei einem reinen Elektrofahrzeug, dient. Alternativ dazu kann der Wärmeübertrager auch als Verdampfer oder als Kühlmittelkühler ausgebildet sein.
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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 Bauteile beziehen.
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Figurenliste
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- 1 ein Flachrohr entsprechend dem Stand der Technik,
- 2 ein erfindungsgemäßes Flachrohr,
- 3 einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit einem solchen erfindungsgemäßen Flachrohr.
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Entsprechend den 2 und 3, weist ein erfindungsgemäßes Flachrohr 1 für einen Wärmeübertrager 2 eine Außenwand 3 und zumindest eine Innenwand 4 auf, welche das Flachrohr 1 in zwei benachbarte Strömungskanäle 5 teilt. Entsprechend der 2 sind dabei insgesamt elf Innenwände 4 vorgesehen, die das Flachrohr 1 in zwölf benachbarte Strömungskanäle 5 unterteilen. Erfindungsgemäß überragt nun die Außenwand 3 an zumindest einer Stelle an zumindest einer Seite die zumindest eine Innenwand 4 in Flachrohrlängsrichtung 6, so dass die Innenwände 4 in Flachrohrlängsrichtung 6 generell kürzer sind.
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Gemäß der 1 ist dabei ein Flachrohr 1' entsprechend dem Stand der Technik dargestellt, bei welchem analoge Bezugszeichen, jedoch mit Apostroph für gleiche Bauteile verwendet wurden und an welchem erkennbar ist, dass die Innenwände 4' in Flachrohrlängsrichtung 6' bündig mit der Außenwand 3' abschließen, so dass die Außenwand 3' die Innenwände 4' in Flachrohrlängsrichtung 6' nicht überragt.
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Betrachtet man die 3, so kann man erkennen, dass das bei einem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 2 eingesetzte erfindungsgemäße Flachrohr 1 nur mit einem Längsendbereich 7 in einem Durchzug 8 eines Rohrbodens 9 eines Sammelkastens 10 des Wärmeübertragers 2 aufgenommen ist, in welchem die Außenwand 3 des Flachrohrs 1 die zumindest eine Innenwand 4 in Flachlängsrichtung 6 an zumindest einer Stelle an zumindest einer Seite (Breitseite oder Schmalseite) überragt. Die Innenwände 4 greifen somit nicht in den jeweils zugehörigen Durchzug 8 am Rohrboden 9 ein. Aus diesem Grund kann über den Sammelkasten 10 und den Durchzug 8 des Rohrbodens 9 in das jeweilige Flachrohr 2 einströmendes Fluid 11, beispielsweise Kühlmittel oder Kältemittel, gleichmäßig auf die einzelnen Strömungskanäle 5 verteilt werden, wodurch eine besonders homogene Durchströmung des Flachrohrs 1 und damit ein hoher Wärmeübertrag und eine hohe Kühlleistung erreicht werden können.
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Überragt die Außenwand 3 die einzelnen Innenwände 4 in Flachrohrlängsrichtung 6 nicht, wie dies beispielsweise gemäß der 1 gezeigt ist, kann es zudem bei einem Ablängen des Flachrohrs 1, 1' zu einem Verbiegen bzw. Knicken der Innenwände 4, 4' kommen, wodurch die einzelnen Strömungskanäle 5' einen unterschiedlich großen Querschnitt bekommen und dadurch durch diese ein unterschiedlich großer Massenstrom strömt. Hierdurch kann keine homogene Durchströmung des Flachrohrs 1' erzielt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Flachrohr 1 hingegen erfolgt beispielsweise nach einem Ablängen desselben auf eine vordefinierte Länge ein Kürzen der einzelnen Innenwände 4 im Längsendbereich 7, wodurch insbesondere auch beispielsweise beim Abschneiden/Ablängen auftretende Beschädigungen der Innenwände 4 entfernt und dadurch eine homogene Durchströmung bewirkt werden kann.
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Generell kann das Flachrohr 1 mit der Außenwand 3 und der zumindest einen Innenwand 4 als einstückiges Extrusionsprofil ausgebildet sein, wodurch eine kostengünstige und zugleich qualitativ hochwertige Herstellung möglich ist. Hierbei kann das Flachrohr 1 beispielsweise als Aluminiumstrangpressprofil ausgebildet sein. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass das Flachrohr 1 mit der Außenwand 3 und einer Innenwand 4 als Falzrohr ausgebildet und durch Umformen eines Bandmaterials hergestellt ist, wobei in diesem Fall das Flachrohr 1 üblicherweise lediglich eine einzige Innenwand 4 aufweist. Ein derartiges als Falzrohr hergestelltes Flachrohr 1 bietet dabei den großen Vorteil, dass durch das vergleichsweise dünne Blech der Außenwand 3 ein hoher Wärmeübertrag und damit eine hohe Leistung des mit einem solchen Flachrohr 1 ausgestatteten Wärmeübertragers 2 möglich ist. Das Flachrohr 1 kann als einteiliges oder als mehrteiliges Falzrohr ausgebildet sein.
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Generell kann darunter auch ein Falzrohr 1 wie bei einem Kondensator subsummiert werden, bei dem es viele kleine Kanäle gibt. Es gibt also eine gewellte Innenwellrippe, die als Einzelteil eine Mehrzahl an Innenwänden 4 darstellt bzw. bildet und eine Vielzahl an Strömungskanälen 5 abtrennt. Die Wandstärke der Außenwand kann dabei beispielsweise 0,2 mm betragen, während die Wandstärke einer Innenwand 4 beispielsweise 0,07 mm betragen kann. Es gibt jedoch auch einteilige Falzrohre mit nur einer Banddicke (von außen) mit gleich dicken Innenwänden 4.
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Wiederum alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass das Flachrohr 1 mit der Außenwand 3 als einstückiges Extrusionsprofil oder als Falzrohr ausgebildet ist, während die zumindest eine Innenwand 4 als separates Bauteil ausgebildet und anschließend in dem Flachrohr 1 angeordnet wird. Dies bietet den großen Vorteil, dass ein nachträgliches Entfernen des Längsendbereichs 7 der einzelnen Innenwände 4 entfallen kann, da die Innenwände 4 bereits vor dem Einbau in das Flachrohr 1 kürzer ausgebildet sind. Rein theoretisch ist dabei auch denkbar, dass die zumindest eine Innenwand 4 als Wellrippe ausgebildet ist oder generell als Turbulenzeinlage, wodurch das durch das Flachrohr 1 strömende Fluid 11 eine turbulente Strömung ausbildet, wodurch ein Wärmeübertrag ebenfalls verbessert werden kann.
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Eingesetzt werden kann der erfindungsgemäße Wärmeübertrager 2 beispielsweise in einem Kraftfahrzeug 12, welches beispielsweise als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgebildet ist und einen Elektromotor und/oder eine Verbrennungskraftmaschine als Antriebseinrichtung aufweist. Rein theoretisch ist selbstverständlich auch denkbar, dass der erfindungsgemäße Wärmeübertrager 2 in einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs 12 bzw. zur Temperierung einer Fahrzeugbatterie bei einem Elektrofahrzeug eingesetzt wird oder als Kondensator für einen Kältekreislauf dient.
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Insgesamt kann mit dem erfindungsgemäßen Flachrohr 1 und mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 2 eine vergleichsweise homogene Durchströmung des Flachrohrs 1 mit Fluid 11, beispielsweise Kühlmittel oder Kältemittel, erzwungen werden, wodurch die Kühlleistung des Wärmeübertragers 1 erhöht werden kann. Zudem kann ein Druckverlust im Flachrohr 1 reduziert werden, da Beschädigungen der Innenwand 4 beim Ablängen nicht mehr zu unterschiedlich großen Strömungskanälen 5 führen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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