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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verteilerrohr für einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiter einen Wärmeübertrager mit einem Wärmeübertragerblock mit Flachrohren und einem solche Verteilerohr.
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Gattungsgemäße Verteilerrohre für Wärmeübertrager sind hinlänglich bekannt und werden beispielsweise zur Umlenkung eines Kältemittels bekannt. Dabei werden auch Verteilerrohre eingesetzt, über welche ein Kältemittel umgelenkt oder aufgeteilt werden kann, um insbesondere die Leistung eines Wärmeübertragers zu verbessern. Hierbei werden unter anderem unterschiedlichste Konzepte verfolgt, nämlich die Verwendung eines einzelnen Verteilerrohres mit mehreren Verteilern, was zu Konstruktions- und Fertigungsproblemen führen kann, und die Verwendung eines Sammlers bzw. Verteilers, der sowohl Kältemittel bzw. Kühlmittel sammelt, als auch verteilt, was ebenfalls problematisch ist, da sämtliche Komponenten in einen einzigen Verteiler eingesetzt werden müssen, der deshalb größer dimensioniert werden muss, um all diese Komponenten aufzunehmen. Dies wiederum erfordert es, Wände dicker auszubilden, um einen erforderliche Berstdruck gewährleisten zu können.
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Aus der
US 5,174,373 A ist ein weiteres Verteilerrohr bekannt, mittels welchem sowohl eine Verteilung als auch eine Sammlung von Kühlmittel bzw. Kältemittel umsetzbar ist.
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Aus der
US 2004/0159121 A1 ist ein Wärmeübertrager mit einer Verteil-/Sammeleinrichtung bekannt, die jedoch vergleichsweise aufwändig und damit teuer ausgebildet ist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verteilerrohr der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine Zusammenfassung mehrere Funktionen, nämlich einer Verteilerfunktion, einer Trennfunktion und einer Sammelfunktion in nur einem einzigen Verteilerrohr ermöglicht, wobei dieses zudem einfach aufgebaut und dadurch kostengünstig herzustellen ist.
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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, in einem an sich bekannten Verteilerrohr für einen Wärmeübertrager einen kreuzförmigen Einsatz mit vier rechtwinklig zueinander angeordneten Armen vorzusehen und in einem Außenmantel des Verteilerrohrs zwei jeweils einen Flachrohrabschnitt aufnehmende Einstecköffnungen, wobei der kreuzförmige Einsatz eine Trennfunktion, eine Verteilerfunktion sowie eine Sammelfunktion ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verteilerrohr besitzt dabei den zuvor genannten kreuzförmigen Einsatz mit zwei horizontalen und zwei vertikalen Armen, die das Verteilerrohr in vier im Wesentlichen viertelkreisförmige Kammern unterteilen. Die Arme sind dabei an ihren jeweiligen freien Ende dicht mit einer Innenwandung des Verteilerrohrs verbunden. In den beiden horizontalen Armen sind zudem Durchgangsöffnungen vorgesehen. Des Weiteren sind Einstecköffnungen zur Aufnahme von Wärmeübertragerrohren, hier Flachrohren, vorgesehen, die jeweils in zwei benachbarten und von einem vertikalen Arm getrennten Kammern angeordnet sind.
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Hierdurch ist eine U-Umlenkung von Kältemittel bzw. Kühlmittel möglich, wobei über eine erste Kammer Kältemittel in das Verteilerrohr eingeleitet und über die in dem horizontalen Arm vorgesehenen Durchgangsöffnungen auf die zweite Kammer aufgeteilt wird. Über die zweite Kammer ist das Verteilerrohr über die dort angeordneten Einstecköffnungen kommunizierend mit den Wärmeübertragerrohren verbunden, so dass das Kältemittel in entsprechende Kammern des Wärmeübertragerrohrs strömen kann. Auf der gegenüberliegenden Seite findet eine U-förmige Umlenkung des Kältemittels statt, woraufhin dieses in benachbarte Kammern des Flachrohres bzw. des Wärmeübertragerrohres und dort zurück zum erfindungsgemäßen Verteilerrohr strömt. Über Einstecköffnungen in der dritten Kammer des erfindungsgemäßen Verteilerrohrs gelangt das Kältemittel wieder in dieses und von dort über entsprechende Durchgangsöffnungen in den zugehörigen horizontalen Arm in die vierte Kammer, über welche es abgeleitet werden kann. Die beiden Einstecköffnungen können natürlich auch miteinander verbunden sein und dadurch nur eine einzige Einstecköffnung bilden. Mit dem erfindungsgemäßen Verteilerrohr und dem erfindungsgemäß darin angeordneten Einsatz ist es somit möglich, dem Verteilerrohr eine Sammelfunktion, eine Trennfunktion und eine Verteilfunktion zuzuordnen und zugleich eine äußerst kompakte Bauweise zu erzielen, die zudem geringe Wandstärken ermöglicht, da der kreuzförmige Einsatz innerhalb des Verteilerrohres eine Aussteifung desselben bewirkt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Einsatz als Strangpressprofil ausgebildet. Hierdurch lässt sich eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Herstellung des kreuzförmigen Einsatzes realisieren, wobei die Durchgangsöffnungen in den horizontalen Armen in einem späteren Prozessschritt, beispielsweise durch Bohren oder Stanzen, hergestellt werden können. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass der Einsatz als umgeformtes Blechteil ausgebildet ist, wodurch ebenfalls eine kostengünstige Herstellung ermöglicht wird. In diesem Fall kann das Blechteil im noch ebenen Zustand zunächst mit den Durchgangsöffnungen, beispielsweise durch Bohren oder Stanzen, versehen werden, woraufhin es in einem weiteren Arbeitsschritt zu dem kreuzförmigen Einsatz umgeformt wird. Daran anschließend oder zeitgleich mit dem Befestigen des kreuzförmigen Einsatzes im Verteilerrohr können einzelne Abschnitte des kreuzförmigen Einsatzes miteinander und der kreuzförmige Einsatz mit dem Verteilerrohr fest verbunden, beispielsweise verlötet werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die Arme des kreuzförmigen Einsatzes an ihren freien Enden mit der Innenwandung des Verteilerrohrs verlötet. Durch das Verlöten der Arme mit der Innenwandung des Verteilerrohrs kann der kreuzförmige Einsatz nicht nur als Distributor, Kollektor und Separator eingesetzt werden, sondern zudem auch eine Funktion als Aussteifungselement übernehmen. Hierdurch ist es insbesondere möglich, das Verteilerrohr an sich mit dünnerer Wandstärke ausbilden zu können.
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Zweckmäßig weisen die Arme des kreuzförmigen Einsatzes an ihren jeweiligen freien Enden einen Flansch auf, über welchen sie dicht mit der Innenwandung des Verteilerrohrs verbunden sind. Über einen derartigen Flansch, der fußartig ausgebildet ist, kann eine Verbindungsfläche zwischen dem Arm und damit dem kreuzförmigen Einsatz und der Innenwandung des Verteilerrohrs vergrößert und die Verbindung verstärkt werden.
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Zweckmäßig weist der zwei benachbarte Kammern trennende vertikale Arm Nuten auf. Im Bereich dieser Nuten kann nachher das Wärmeübertragerrohr bzw. das Flachrohr aufgenommen werden, wobei das Flachrohr beispielsweise eine längsendseitig angeordnete mittige Nut aufweist und mit dieser in die Nut des vertikalen Arms eingreift. Über eine derartig ineinander greifende Verbindung kann eine weitere Aussteifung erreicht werden. Zudem kann hierdurch eine Trennung von Kältemittelströmen in zwei benachbarten Kammern erreicht werden.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Wärmeübertrager mit einem Wärmeübertragerblock mit Wärmeübertragerrohren, beispielsweise Flachrohren, anzugeben, die längsendseitig in den zugehörigen Einstecköffnungen des zuvor beschriebenen Verteilerrohrs aufgenommen sind. Hierdurch ist ein Wärmeübertrager möglich, der durch sein kompakt bauendes Verteilerrohr ebenfalls weniger Bauraumbedarf erfordert und aufgrund des vergleichsweise leicht bauenden Verteilerrohres, ebenfalls gewichtsreduziert ausgebildet werden kann.
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Der Wärmeübertrager kann beispielsweise als Kühler für eine Brennkraftmaschine ausgebildet sein. Das angeführte Beispiel soll dabei jedoch nicht beschränkend angesehen werden, so dass auch weitere Einsatzmöglichkeiten, beispielsweise in der Kältemittelanwendung bei Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen, denkbar sind.
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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 Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit einem erfindungsgemäßen Verteilerrohr,
- 2 einen Einsatz für ein erfindungsgemäßes Verteilerrohr,
- 3 eine mögliche Ausführungsform eines Wärmeübertragerrohres, hier als Flachrohr,
- 4 eine Darstellung wie in 2, jedoch bei einer alternativen Ausführungsform.
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Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßer Wärmeübertrager 1 einen Wärmeübertragerblock 2 mit Wärmeübertragerrohren, beispielsweise Flachrohren auf, die längsendseitig in zugehörige Einstecköffnungen 4, 5 eines erfindungsgemäßen Verteilerrohres 6 aufgenommen sind. Das erfindungsgemäße Verteilerrohr 6 besitzt einen kreuzförmigen Einsatz 7 (vgl. auch die 2 und 4) mit zwei horizontalen Armen 8a, 8b und zwei vertikalen Armen 9a und 9b, wobei der Einsatz 7 das Verteilerrohr 6 in vier im Wesentlichen viertelkreisförmige Kammern 10a bis 10d unterteilt. Die Arme 8a, 8b sowie 9a und 9b sind an ihren jeweiligen freien, das heißt im vorliegenden Fall äußeren, Enden dicht mit einer Innenwandung des Verteilerrohres 6 verbunden, beispielsweise verlötet. In den beiden horizontalen Armen 8a und 8b sind Durchgangsöffnungen 11a und 11b vorgesehen, (vgl. die 1, 2 und 4) über welche ein Austausch von Kältemittel bzw. Kühlmittel zwischen den Kammern 10a und 10b bzw. 10c und 10d möglich ist. Die Einstecköffnungen 4, 5 sind dabei zur Aufnahme der Wärmeübertragerrohre 3 vorgesehen und in jeweils zwei benachbarten und von einem vertikalen Arm, hier dem vertikalen Arm 9b, getrennten Kammern 10b und 10c angeordnet.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verteilerrohr 6 und dem erfindungsgemäßen kreuzförmigen Einsatz 7 lässt sich ein äußerst kompakt bauendes Verteilerrohr 6 erreichen, welches aufgrund der aussteifenden Wirkung des kreuzförmigen Einsatzes 7 zudem mit vergleichsweise dünner Wandstärke und damit leicht ausgebildet werden kann. Zudem können in dem erfindungsgemäßen Verteilerrohr 6 eine Vielzahl an Funktionen zusammengefasst werden, nämlich eine Verteilerfunktion, nämlich durch die Kammer 10a und 10b, eine Trennfunktion, beispielsweise durch die Arme 9a und 9b sowie eine Sammelfunktion, beispielsweise durch die Kammern 10c und 10d.
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Der Einsatz 7 kann dabei beispielsweise als Strangpressprofil ausgebildet sein, wie dies beispielsweise gemäß den 1 und 2 dargestellt ist, oder alternativ als umgeformtes Blechteil, wie dies beispielsweise gemäß der 4 dargestellt ist. Die Durchgangsöffnungen 11a und 11b können beispielsweise mittels Bohren oder Stanzen eingebracht werden.
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Betrachtet man die 1 und 2 weiter, so kann man erkennen, dass die Arme 8a, 8b, 9a an ihren jeweiligen freien Enden einen Flansch 12a, 12b und 13a aufweisen, der jeweils eine verbreiterte Aufstands- bzw. Verbindungsfläche zur Innenwandung des Verteilerrohres 6 und damit eine deutlich verbesserte Fixierung ermöglicht. Am freien Ende des vertikalen Armes 9b ist kein derartiger Flansch vorgesehen, da dies die Anordnung der Flachrohre stören würde. In diesem vertikalen Arm 9b sind dagegen Nuten 14 (vgl. 2) vorgesehen, in welche das Flachrohr 3 mit einer mittigen Nut 15 (vgl. 3) eingreift.
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Eine Kältemittel bzw. Kühlmittelströmung kann dabei gemäß der 1 wie folgt erfolgen: Zunächst strömt Kältemittel aus einem nicht gezeigten Einlass in die erste Kammer 10a ein und wird dort über die Durchgangsöffnungen 11a in die zweite Kammer 10b und von dort in die Wärmeübertragerrohre, hier den linken Teilabschnitt 16 geleitet. Am gegenüberliegenden Ende der Wärmeübertragerrohre 3, beispielsweise der Flachrohre, erfolgt eine U-förmige Umlenkung, so dass das Kältemittel bzw. das Kühlmittel im rechten Teilabschnitt 17 wieder nach oben in die dritte Kammer 10c und von dort über die Durchgangsöffnungen 11b des horizontalen Arms 8b in die vierte Kammer 10d strömt. Von dort kann es zu einem Kältemittelausgang bzw. Kühlmittelausgang geleitet werden.
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Betrachtet man noch den gemäß der 4 dargestellten Einsatz 7, so kann man erkennen, dass dieser als Blechformteil ausgebildet ist, wobei beispielsweise einzelne Bereiche, hier die Arme 9a und 9b durch eine Doppelung miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verlötet sein können.
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Insgesamt kann mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1 und dem erfindungsgemäßen Verteilerrohr 6 eine kompakte und leichte Bauweise eines Verteilerrohres 6 und eines Wärmeübertragers 1 erreicht werden, wobei das Verteilerrohr 6 mehrere Funktionen, nämlich eine Verteilerfunktion, eine Trennfunktion und eine Sammelfunktion übernehmen und aufgrund des das Verteilerrohr 6 aussteifenden Einsatzes 7 zugleich dünnwandig ausgebildet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5941303 A [0003]
- US 5174373 A [0004]
- US 2004/0159121 A1 [0005]
