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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klimaanlage. In einer Variante handelt es sich um ein auf dem Dach eines Fahrzeugs (z. B. eines Wohnmobils oder eines Wohnwagens) zu befestigende Klimaanlage. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen Wärmetauscher für eine Klimaanlage.
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Das der Luftkühlung zugrundeliegende Prinzip der Kälteerzeugung mittels eines Kühlkreislaufs ist seit langem bekannt und beispielsweise in der
WO 2007/042065 A1 beschrieben. Vorhanden sind in solchen Klimaanlagen zumeist zwei Gebläse und zwei Wärmetauscher: Ein Gebläse und ein zugeordneter Wärmetauscher gehören zum Verdampfer, in dem die Luft des zu kühlenden Raumes durch die Wechselwirkung mit dem Kältemittel abgekühlt wird. Ein weiteres Gebläse und ein zugeordneter Wärmetauscher gehören zum Verflüssiger, in welchem thermische Energie des Kältemittels auf die Umgebungsluft übertragen und somit abgeführt wird.
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Lamellen-Wärmetauscher - wie sie beispielsweise in der
WO 2017/108289 A1 beschrieben sind - bestehen aus vielen Finnen, die mit Rohren verbunden sind. In den Rohren wird das Kältemittel geführt. Am Ende der Rohre sind zum Abschluss der Finnen Endplatten (oder: Endplates) angebracht, mit denen die Wärmetauscher in Gehäuse fixiert werden. Außerhalb der Endplatten befinden sich Rohrbögen, die die Rohre miteinander für das Kältemittel verbinden. Die Endplatten haben eine rechteckige Form. An den Längsseiten sind in der Regel um 90° umgebogene Kanten für die Stabilität und den Kontakt mit dem Gehäuse vorhanden.
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Die Wärmetauscher werden bei Klimaanlagen mit EPP-Gehäuse - wie sie in der
WO 2007/042065 A1 beschrieben sind - mit den Endplatten in das der Fixierung dienende EPP geschoben. Für einen festen Sitz und für einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen ist die Verbindung zwischen den Endplatten und dem Gehäuse mit Untermaß vorgesehen. Bei der Fertigung und auch im Rahmen von Reparaturen kann es zu Problemen oder sogar zu einer Reduktion der Dichtwirkung kommen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Klimaanlage vorzuschlagen, der Verbindung zwischen Endplatten und einer Halterung in einem Gehäuse verbessert und insbesondere die Dichtwirkung erhöht wird.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Klimaanlage, mit einem Gehäuse und mindestens einem Wärmetauscher, wobei der Wärmetauscher in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher mehrere Kältemittelrohre und zwei Endplatten aufweist, und wobei mindestens eine Endplatte entlang einer Längsachse eine variable Breite aufweist. Die Endplatten von Wärmetauschern gemäß dem Stand der Technik haben entlang einer Längsachse eine konstante Breite, sodass sich eine rechteckige Form ergibt. Erfindungsgemäß ist die Breite nicht konstant. Daher lassen sich mit entsprechenden Gegenkonturen für die Abdichtung oder Fixierung bessere Effekte erzielen. In einer Ausgestaltung verfügen beide Endplatten über eine variable Breite.
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Eine Ausgestaltung der Klimaanlage sieht vor, dass die Klimaanlage einen Kompressor, einen Verflüssiger, eine Expansionseinrichtung und einen Verdampfer aufweist. Die Komponenten bilden insgesamt einen Kühlkreislauf. Für die Übertragung der thermischen Energie zwischen der zu kühlenden Raumluft und dem Kältemittel sowie zwischen dem Kältemittel und eine Außenluft ist jeweils ein Wärmetauscher vorgesehen, von denen mindestens einer mit variabler Breite mindestens einer Endplatte ausgestaltet ist.
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Eine Ausgestaltung der Klimaanlage beinhaltet, dass die Kältemittelrohre über Rohrbögen miteinander verbunden sind, und dass die Rohrbögen außerhalb eines Bereichs zwischen den zwei Endplatten angeordnet sind. Die Rohrbögen sorgen für die Verbindung zwischen den Kältemittelröhren, damit das Kältemittel durch die Röhren strömen kann.
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Eine Ausgestaltung der Klimaanlage sieht vor, dass die Breite von einer Grundseite zu einer Kopfseite der Endplatte entlang der Längsachse zunimmt. Von unten nach oben wird in dieser Ausgestaltung die Endplatte breiter. Dies ist beispielsweise in einer Ausgestaltung vorteilhaft, wenn die Endplatte von oben in eine Halterung eingebracht wird.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Klimaanlage ist vorgesehen, dass die Breite von einer Kopfseite zu einer Grundseite der Endplatte entlang der Längsachse zunimmt. Hier wird also die Endplatte von oben nach unten, also von der Kopfseite zur Grundseite breiter.
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In einer Ausgestaltung ist die Endplatte trapezförmig ausgeführt.
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Eine Ausgestaltung der Klimaanlage beinhaltet, dass die Breite von einer Grundseite zu einer Kopfseite der Endplatte entlang der Längsachse zunächst zunimmt und dann abnimmt. In dieser Ausgestaltung wird die Endplatte von unten nach oben breiter, um dann wieder schmäler zu werden. Dabei befindet sich in einer Ausgestaltung ein Absatz mit konstanter Breite zwischen den beiden Abschnitten mit sich verändernder Breite. Vorzugsweise sind zwei Halterungen für die Endplatte vorgesehen, wobei die Endplatte in eine untere Halterung eingebracht und dann eine obere Halterung auf die Endplatte aufgesetzt wird.
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In einer Ausgestaltung sind eine untere und eine obere Hälfte der Endplatte spiegelsymmetrisch zueinander.
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In einer Ausgestaltung ist die Endplatte als Sechseck ausgeführt.
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In einer Ausgestaltung hat die Endplatte eine Doppeltrapez-Form.
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Eine Ausgestaltung der Klimaanlage sieht vor, dass die Beträge der Winkel, die eine Grundseite mit jeweils einer Längsseite der Endplatte einschließen, gleich sind. In dieser Ausgestaltung ist die Endplatte symmetrisch zu der Längsachse ausgestaltet.
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Eine Ausgestaltung der Klimaanlage beinhaltet, dass die Beträge der Winkel, die eine Grundseite mit jeweils einer Längsseite der Endplatte einschließen, unterschiedlich sind. In dieser alternativen Ausgestaltung ist die Endplatte asymmetrisch zu der Längsachse ausgestaltet.
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Eine Ausgestaltung der Klimaanlage sieht vor, dass mindestens eine Längsseite und eine Grundseite der Endplatte miteinander einen Winkel mit einem Betrag größer 90° einschließen. In dieser Ausgestaltung ist wenigstens eine Längsseite der Endplatte ausgehend von einer Grundseite nach außen geneigt. Der Winkel liegt vorzugsweise zwischen 91° und 110°.
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Eine Ausgestaltung der Klimaanlage beinhaltet, dass eine Längsseite und eine Grundseite der Endplatte miteinander einen Winkel von 90° einschließen. In dieser Ausgestaltung verläuft zumindest eine Längsseite der Endplatte rechtwinklig zur Grundseite. Für die variable Breite schließen somit die andere Längsseite und die Grundseite einen Winkel unterschiedlich zu 90° ein. Insgesamt ist dies also eine asymmetrische Ausführung der Endplatte.
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Eine Ausgestaltung der Klimaanlage sieht vor, dass mindestens eine Endplatte in mindestens einer Halterung fixiert ist, und dass die Halterung eine zum Verlauf der Breite der Endplatte passende Aufnahme aufweist. Die Endplatte wird in einer Halterung eingebracht, um den Wärmtauscher in dem Gehäuse zu fixieren. Vorzugsweise sind beide Endplatten in jeweils einer Halterung eingebracht. Die Halterung verfügt über eine Aufnahme, in die die Endplatte eingebracht wird. Da die Breite der Endplatte variabel ist, ist die Breite der Aufnahme entsprechend ausgeführt, um die Endplatte aufzunehmen und zu halten und vorzugsweise auch, um eine Abdichtung zu erzielen. In einer Ausgestaltung ist die Halterung ein Teil des Gehäuses. Ebenso wie die Endplatte wird auch die Halterung, die ggf. Teil des Gehäuses ist, mit einem Winkel versehen, welcher gleichzeitig als Ausführschräge bei der Herstellung dienen kann.
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Ist das untere Ende der Endplatte mit der Trapezform ausgeführt, so besteht bei der Montage des Wärmetauschers in die Halterung bzw. in das Gehäuse solange ein Spalt zwischen der Endplatte und der Halterung, bis die Endposition der Endplatte in der Halterung erreicht worden ist. Dies reduziert die Gefahr, dass es beispielsweise bei einer Demontage des Wärmetauschers zu einer Beschädigung an der Halterung kommt. Diese Gefahr ist insbesondere dann gegeben, wenn die Halterung bzw. das Gehäuse aus einem geschäumten Kunststoff (z. B. EPP) besteht. Zudem wird die Abdichtung zwischen Endplatte und Halterung erhöht und bleibt reproduzierbar konstant. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn durch die Endplatte bzw. die Halterung eine Trennung zwischen unterschiedlichen Räumen erzeugt werden muss. Dies ist z. B. bei der Verwendung von brennbaren Kältemitteln relevant.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass das Gehäuse zumindest im Bereich der Aufnahme aus einem geschäumten Kunststoff besteht. Ein geschäumter Kunststoff ist beispielsweise EPP, bei dem es sich um expandiertes Polypropylen handelt.
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Eine Ausgestaltung der Klimaanlage beinhaltet, dass auf einer Grundseite und/oder auf einer Kopfseite der Endplatte eine Dichtkomponente angeordnet ist. Wird die Endplatte seitlich von der Halterung gehalten und findet dort auch eine Abdichtung statt, so wird hier die Dichtwirkung an der Ober- und/oder Unterseite ergänzt, indem im Bereich der Grundseite bzw. der Kopfseite eine Dichtkomponente, z. B. ein dichtendes Material oder eine Art von Dichtlippe angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend ist der Raum zwischen einer Seite (z. B. Grundseite oder Kopfseite) und der Halterung bzw. dem Gehäuse mit einem Dichtschaum verschlossen. Die Dichtkomponente ist beispielsweise ein komprimierbarer Schaum. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Dichtkomponente ein Steg, z. B. aus einem Blech, der sich beim Fügen etwas in die Halterung eingräbt und somit den optimalen Kontakt seitlich, oben und unten sicherstellt.
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Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe durch einen Wärmetauscher für eine Klimaanlage, mit mehreren Kältemittelrohre und zwei Endplatten, und wobei mindestens eine Endplatte entlang einer Längsachse eine variable Breite aufweist.
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Die Ausgestaltungen des Wärmetauschers sind entsprechend den zuvor und im Folgenden besprochenen Ausgestaltungen des Wärmetauschers als Teil einer Klimaanlage. Daher wird hier auf eine Wiederholung verzichtet.
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Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Klimaanlage und den Wärmetauscher auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine schematische Prinzip-Darstellung einer Klimaanlage,
- 2 eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers,
- 3 a) und b) eine Draufsicht bzw. eine seitliche Darstellung einer Endplatte gemäß einer ersten Variante,
- 4 a) und b) zwei Phasen der Montage eines Wärmetauschers mit einer Endplatte gemäß einer zweiten Variante und
- 5 eine schematische Darstellung eines montierten Wärmetauschers mit einer Endplatte gemäß einer dritten Variante.
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Die
1 zeigt schematisch den Aufbau einer Klimaanlage zum Kühlen eines Raumes. Die Klimaanlage ist beispielsweise auf dem Dach eines Wohnwagens oder eines Wohnmobils montiert. Der realisierte Kühlkreislauf oder Kälteprozess ist beispielsweise in der
WO 2007/042065 A1 beschrieben. Dabei verdichtet ein Kompressor (eine alternative Bezeichnung ist Verdichter) 1 ein gasförmiges Kältemittel, das sich erwärmt und über eine Kältemittelleitung zu einem Verflüssiger (alternative Bezeichnung: Kondensator) 2 transportiert wird. Im Verflüssiger 2 wird die Wärme des Kältemittels - über einen Wärmetauscher - an die Umgebungsluft (oder Außenluft) aus der Umgebung um den Raum herum abgegeben. Das flüssige und weiterhin unter hohem Druck stehende Kältemittel wird in einer Expansionseinrichtung 3, die z. B. als Drossel ausgestaltet ist, auf einen niedrigeren Druck entspannt, wodurch es abkühlt. Im Verdampfer 4 wird über einen weiteren Wärmetauscher die Luft gekühlt, indem sie ihre thermische Energie auf das Kältemittel überträgt. Dadurch geht das Kältemittel in den gasförmigen Zustand über. Das gasförmige Kältemittel gelangt schließlich zurück zu dem Kompressor 1, sodass der Kühlkreislauf fortgeführt werden kann. Der Kreislauf lässt sich auch umkehren, sodass die Vorrichtung als Raumheizung dient. In diesem Fall fungiert der oben beschriebene Verflüssiger 2 als Verdampfer und dient umgekehrt der Verdampfer 4 als Verflüssiger. Die beschriebenen Komponenten sind dabei in einem Gehäuse 10 angeordnet, das im Folgenden beschrieben wird.
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Die 2 zeigt einen stark vereinfachten Wärmetauscher 5, bei welchem die Finnen oder Lamellen nicht dargestellt sind. Der Wärmetauscher 5 verfügt über Kältemittelrohre 50, durch die das Kältemittel geführt wird. An den Seiten sind die Kältemittelrohre 50 durch Rohrbögen 52 miteinander verbunden, sodass das Kältemittel durch sie hindurchströmen kann. An den Seiten sind weiterhin Endplatten (sog. „Endplates“) 51 vorhanden, bei denen es sich in de Regel um plane Bleche handelt. Die Endplatten 51 verfügen über Bohrungen für die Kältemittelrohre 50 bzw. die Rohrbögen 52.
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Eine Endplatte 51 ist in der Draufsicht in der 3 a) und b) dargestellt. Zu erkennen sind in der 3 a) die Bohrungen für die Kältemittelrohre sowie die in dieser ersten Variante asymmetrische Form der Endplatte 51. Die hier links dargestellte Längsseite 513 bildet einen Winkel im Bereich von 90° zu der Grundseite 511 und verläuft damit leicht geneigt zu einer Parallelen zur Längsachse 510 der Endplatte 51. Die hier rechts angeordnete Längsseite 513 schließt mit der Grundseite 511 einen Winkel größer als 90° ein. Diese Längsseite 513 ist somit nach außen geneigt. Damit geht einher, dass die Breite der Endplatte von der Grundseite 511 zu der oberen Kopfseite 512 entlang der Längsachse 510 zunimmt. Oder mit anderen Worten: Die Breite nimmt nach unten ab. Die Winkel, mit denen die beiden Längsseiten 513 geneigt sind, sind dabei unterschiedlich voneinander. Die 3 b) zeigt die Kante einer Längsseite 513, welche in der 3 a) aus der Zeichenebene heraustritt.
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In der 4 a) und b) ist eine trapezförmige Endplatte 51 dargestellt. Beide Längsseiten sind somit nach außen geneigt. Die beiden Enden Grundseite und Kopfseite sind jeweils mit einer Dichtkomponente 6 versehen. Weiterhin ist eine untere Halterung 60 vorhanden. Sie ist beispielweise aus einem geschäumten Kunststoff (z. B. EPP) hergestellt und gehört zum Gehäuse 10 der Klimaanlage.
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In der 4 a) wird der Wärmetauscher und damit die Endplatte 51 in die untere Halterung 60 eingebracht, welche eine Aufnahme 62 aufweist, die passend zu der Trapezform der Endplatte 51 über seitliche Abschrägungen verfügt. Das Einbringen ist hier über den Pfeil angedeutet. In der 4 b) befindet sich die Endplatte 51 in der unteren Halterung 60 und wird von ihr abgedichtet. Zudem befindet sich die Endplatte 51 komplett in der unteren Halterung 60 und die obere Halterung 61 liegt auf der unteren Halterung 60 und der Endplatte 51 auf.
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Die Endplatte 51 der Variante, die in der 5 dargestellt ist, hat eine doppelte Trapezform. Die Breite nimmt also von unten nach oben zu und dann wieder ab. Die obere und die untere Hälfte der Endplatte 51 sind dabei symmetrisch zueinander und auch zu der Längsachse ausgeführt. Zudem sind an der Grundseite und an der Kopfseite Dichtkomponenten vorhanden. Die untere Halterung 60 umfasst die untere Hälfte der Endplatte 51 und die obere Halterung 61 nimmt die obere Hälfte aus. Entsprechend sind auch die beiden Halterungen 60, 61 in Bezug auf ihre Aufnahmen symmetrisch zueinander ausgestaltet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kompressor
- 2
- Verflüssiger
- 3
- Expansionseinrichtung
- 4
- Verdampfer
- 5
- Wärmetauscher
- 6
- Dichtkomponente
- 10
- Gehäuse
- 50
- Kältemittelrohr
- 51
- Endplatte
- 52
- Rohrbogen
- 60
- Untere Halterung
- 61
- Obere Halterung
- 62
- Aufnahme
- 510
- Längsachse
- 511
- Grundseite
- 512
- Kopfseite
- 513
- Längsseite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007/042065 A1 [0002, 0004, 0027]
- WO 2017/108289 A1 [0003]
