EP2053333A2 - Innerer Wärmeübertrager für einen Kältekreis - Google Patents

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EP2053333A2
EP2053333A2 EP20080017338 EP08017338A EP2053333A2 EP 2053333 A2 EP2053333 A2 EP 2053333A2 EP 20080017338 EP20080017338 EP 20080017338 EP 08017338 A EP08017338 A EP 08017338A EP 2053333 A2 EP2053333 A2 EP 2053333A2
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
housing
exchanger according
tubes
refrigerant
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20080017338
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Himmer
Kurt Molt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F28F2255/00Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/16Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes extruded

Definitions

  • the invention relates to an internal heat exchanger for a refrigerant circuit according to the preamble of claim 1 and an integrated unit comprising a heat exchanger and an internal heat exchanger according to the invention.
  • DE 10 2006 005 245 A1 describes a heat exchanger for a carbon dioxide air conditioner of a motor vehicle having a laterally disposed inner heat exchanger, which is in the form of flat soldered flat tubes.
  • the flat tubes are alternately flowed through by high-pressure side and low-pressure side refrigerant, so that a heat exchange between these refrigerant flows takes place.
  • the efficiency of the air conditioner can be improved, which is particularly true for carbon dioxide air conditioners.
  • the exchanger tubes are designed as flat tubes with, in particular, in each case a plurality of chambers.
  • the exchanger tubes can be formed as extruded profiles. Overall, this gives a good heat transfer between the flow paths with good pressure resistance of the exchanger tubes.
  • the housing is at least partially formed as a tube part.
  • the housing may have a round, in particular circular cross-section, whereby it is particularly pressure-resistant.
  • the housing may also have a substantially rectangular cross-section, whereby a good adaptation to the bundle of exchanger tubes is made possible especially if this consists of flat tubes. As a result, an edge-side gap between the housing and exchanger tube bundle can then be minimized in a simple manner.
  • At least one rib element is provided between adjacent exchanger tubes of the bundle.
  • the rib member is soldered throughout with the exchanger tubes.
  • the exchanger tubes pass through a cavity bounding the cavity, wherein the exchanger tubes are sealingly connected to the floor.
  • the exchanger tubes are sealingly connected to the floor.
  • a housing tube sealingly soldered bottom is then given a separation between the flow paths or pressure ranges, which is easy and efficient, for example, as a disk-shaped sheet metal part, can be formed.
  • At least one fluid for influencing the flow of the refrigerant is provided in the housing, wherein the fluid particularly preferably at least reduces a flow of the refrigerant between the exchanger tubes and a wall of the housing.
  • a fluid may be, for example, a diaphragm or a flow plate, by which the refrigerant flow is directed between the exchanger tubes and an ineffective flow through gaps between the housing wall and the Tauscherohrbündel is avoided.
  • several such fluids may be provided.
  • the exchanger tubes and the housing are advantageously made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the inner heat exchanger can be mechanically pre-assembled and then soldered together in a brazing furnace.
  • the heat exchanger has an integrally formed collector, whereby additional components and space can be saved.
  • This can be advantageously formed as part of the housing in particular.
  • an excess space in the particular low-pressure side flow path or in the housing can be used as a collecting space for the liquid phase of the refrigerant, so that a downstream of the low-pressure side flow path compressor can suck no liquid phase.
  • Such an excess space may be approximately a region between the exchanger tube bundle and the housing wall or else a lower housing section provided for this purpose.
  • the object of the invention is for an integrated unit of heat exchanger and internal heat exchanger initially mentioned by the Characteristics of claim 14 solved.
  • the combination of a heat exchanger according to the invention with a heat exchanger used for example as a gas cooler or condenser in the refrigerant circuit allows a reduction of separate components of the refrigerant circuit.
  • the heat exchanger comprises at least one connecting member, with a flow path of the heat exchanger and one of the flow paths of the heat exchanger being particularly preferably connected to one another by the connecting member.
  • the connecting member is advantageously fluid-tight soldered both with the heat exchanger and with the heat exchanger, so that it at the same time forms a holder or fixing between heat exchanger and heat exchanger in addition to the connection of the refrigerant flow.
  • the connecting member preferably has a connection for connecting the heat exchanger or the heat exchanger with another component of the refrigeration circuit.
  • the connection member may also comprise a connection for receiving a sensor. Such a sensor can, for example, make a pressure and temperature measurement on the input side of the gas cooler in order to enable optimized regulation of the cooling circuit.
  • the heat exchanger can be arranged in relation to the exchanger tubes substantially perpendicular orientation on the heat exchanger. This provides, inter alia, an additional function as a collector feed, with a vertical orientation in general benefits, e.g. for installation in the front end of a car, since the height of the active surface of the heat exchanger is not limited.
  • the heat exchanger and the heat exchanger are soldered together in a brazing furnace.
  • the heat exchanger comprises at least one connecting member.
  • the connecting member is soldered fluid-tight with both the heat exchanger and with the heat exchanger.
  • connection member comprises a connection for connecting the heat exchanger or the heat exchanger with another component of the refrigeration circuit.
  • connection member comprises a connection for receiving a sensor.
  • the heat exchanger is arranged with respect to the exchanger tubes substantially perpendicular orientation of the heat exchanger.
  • heat exchanger and the heat exchanger are soldered together in a brazing furnace.
  • the refrigerant of the refrigeration circuit of the air conditioner is carbon dioxide, so the Heat exchanger 2 and the heat exchanger 1 are designed especially high pressure resistant.
  • the gas cooler 2 is arranged in the refrigerant circuit downstream of a compressor and the inner heat exchanger 1 is arranged downstream of an evaporator and upstream of the compressor.
  • the inner heat exchanger is also downstream of the gas cooler 2 high pressure side and vorschschaltet the expansion valve. Between the gas cooler 2 and the evaporator an expansion element is provided in a known manner.
  • the heat exchanger 1 has a housing 3, which is partially formed as an aluminum tube of circular cross section and can be flowed through by the low pressure side of the refrigerant.
  • a bundle of present four exchanger tubes 4 which are each formed as flat tubes in the form of aluminum extruded profiles and each having a plurality of separate chambers 4a.
  • Ribbed elements 5 are soldered in the form of corrugated fins between the flat tubes 4 spaced apart in parallel, whereby a plurality of flow channels 6 are delimited within the bundle of exchanger tubes 4.
  • the exchange tubes 4 form a total of a first, high-pressure side flow path for high-pressure side refrigerant and the housing 3 forms a second, low-pressure side flow path for the refrigerant.
  • the arranged in the tubular housing part 3 bundle of exchanger tubes 4 passes through each end a first, upper bottom 7 and a second, lower bottom 8, wherein the ends of the exchanger tubes in an upper, high-pressure side chamber 9 and a lower, high-pressure side chamber 10 open.
  • the sheath-like bottoms 7, 8, on which the penetrating exchanger tubes 4 are soldered in a sealing manner, are themselves soldered tightly to the wall of the tube 3 and thus separate the first flow path or the high-pressure side from the second flow path or the low-pressure side.
  • the cavity of the housing forming the second flow path is bounded by the housing tube 3 and the two floors 7, 8.
  • an upper low-pressure side chamber 11 and a lower low-pressure side chamber 12 are delineated, which represent an inlet region or outlet region for the low-pressure side refrigerant and laterally corresponding to the height in the tube 3 low-pressure side terminals 13, 14 are soldered.
  • the terminals 13, 14 have conventional formations 13a, 14a for tightly screwing a refrigerant pipe and each comprise a flange 13b, 14b and a housing wall 3 by cross and with the housing wall 3 and the flange 13b, 14b tightly soldered sleeve portion 13c, 14c.
  • the cross section of the housing tube may also be rectangular and adapted to the exchanger tube bundle that hardly a free space 17 remains. In this case, however, the pressure and dimensional stability of the housing 3 must be ensured accordingly, for example by reinforcements or soldering between the housing wall and exchanger tube bundle.
  • both the inlet 13 and the outlet 14 of the second flow path can be on the top or be provided immediately adjacent.
  • expediently dispensed with the lower fluid 16 so that the refrigerant first flows through the inlet 13, then from top to bottom through the channels 6 of the bundle of exchanger tubes 4, then reverses its direction in the lower chamber 12 and through the side Rooms 17 back up and out of the top then arranged second port 14 again flows out.
  • the function of a collector in the internal heat exchanger 1 can be integrated in a particularly favorable manner.
  • the lower low-pressure side chamber 12 may be dimensioned correspondingly large.
  • the first or high-pressure side flow path is flowed through from bottom to top and by means of an upper terminal or connecting member 18 and a lower terminal or connecting member 19 by soldering with a lateral; vertical distribution box 20 of the heat exchanger 2 connected.
  • the connections or connecting members 18, 19 at the same time form the support of the inner heat exchanger 1 on the heat exchanger 2, so that an integrated unit of the two components 1, 2 is formed.
  • Fig. 6 shows a detailed sectional view through the lower, for the first flow path inlet side port 19, in which the lower high-pressure side chamber 10 is formed.
  • the connection 19 has a round collar 19a and a horizontally extending connection channel 19b which is soldered to the same via a connection opening 20a of the distribution box 20.
  • the collar 19a is inserted into the end of the housing tube 3 and sealingly soldered to it.
  • the collar 19a has a circumferential groove 19c, in which a solder ring is inserted in the course of production.
  • FIGS. 7 and 8 The upper, after passing through the exchanger tubes 4 outlet-side port 18 of the high-pressure side first flow path is detailed in FIGS. 7 and 8 shown. Like the lower connection 19, it is soldered to the housing tube 3 by means of a collar 18a inserted into the housing tube 3 and a solder ring.
  • the port 18 has a conventional configuration 18b for sealingly screwing a refrigerant line, which leads the refrigerant away from the integrated unit after leaving the first flow path.
  • an inlet-side line connection 18c which is drilled in a one-piece aluminum block with a collar 18d of a connection channel 18e, is integrated in the connection 18.
  • the collar 18d is soldered in a manner analogous to the connection 19 with an opening 20b of the box 20 sealing and stop.
  • connection channel 18e also projects into an obliquely coming from above tap hole 18f, which is for receiving a pressure and temperature sensor (not shown) formed. At this point, the condition of the refrigerant is monitored on the inlet side of the gas cooler to optimize the control of the refrigerant circuit.
  • a deep groove 18g is cut through which insulation between the lead terminals 18b and 18c is achieved to avoid unfavorable heat exchange at that location.
  • the heat exchanger 2 may be formed in the sense of the invention in almost any known manner. In the present case, it is a single-row flat-tube heat exchanger with laterally vertically arranged distribution boxes 20.
  • the heat exchanger 2 or the integrated unit 1, 2 is arranged in a front region of a motor vehicle in overlap with a main radiator of the vehicle engine.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen inneren Wärmeübertrager für einen Kältekreis, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, wobei ein erster Strömungspfad von einem Kältemittel hochdruckseitig durchströmt wird und ein zweiter Strömungspfad von dem Kältemittel niederdruckseitig unter Austausch von Wärme mit dem hochdruckseitigen Kältemittel durchströmt wird, und wobei einer der beiden Strömungspfade als Bündel von im Wesentlichen geraden Tauscherrohren (4) ausgebildet ist, wobei der jeweils andere der beiden Strömungspfade als Hohlraum eines das Bündel von Tauscherrohren (4) umgebenden Gehäuses (3) ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen inneren Wärmeübertrager für einen Kältekreis nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 sowie eine integrierte Einheit aus einem Wärmetauscher und einem erfindungsgemäßen inneren Wärmeübertrager.
  • Beim Bau von Wärmetauschern für Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen werden hohe Anforderungen an Leistungsfähigkeit, Bauraum und Betriebssicherheit bei zugleich kostengünstiger Serienfertigung gestellt. Dies gilt insbesondere für Hochdruck-Klimaanlagen, die zum Beispiel mit dem umweltfreundlichen Kältemittel Kohlendioxid betrieben werden.
  • DE 10 2006 005 245 A1 beschreibt einen Wärmetauscher für eine Kohlendioxid-Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, der einen seitlich angeordneten inneren Wärmeübertrager aufweist, welcher in Form von flächig miteinander verlöteten Flachrohren ausgebildet ist. Die Flachrohre werden alternierend von hochdruckseitigem und niederdruckseitigem Kältemittel durchströmt, so dass ein Wärmeaustausch zwischen diesen Kältemittelströmen stattfindet.
  • Hierdurch kann der Wirkungsgrad der Klimaanlage verbessert werden, was in besonderem Maß für Kohlendioxid-Klimaanlagen gilt.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen inneren Wärmeübertrager anzugeben, der eine hohe Übertragungsleistung und eine hohe Betriebssicherheit aufweist.
  • Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten Wärmetauscher erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Anordnung des einen Strömungspfads in einem den anderen Strömungspfad ausbildenden Hohlraum ist ein innerer Wärmeübertrager nach der Bauart eines Rohrbündel-Wärmetauschers gegeben. Hierdurch lässt sich eine hohe Übertragungsleistung erzielen. Zudem ist durch die unterschiedliche Gestaltung der Strömungspfade den unterschiedlichen Eigenschaften des niederdruckseitigen und des hochdruckseitigen Kältemittels Rechnung getragen. Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich unter dem Aspekt der Betriebssicherheit, da ein eventuelles Bersten eines der Tauscherohre nicht in den Außenbereich erfolgen würde, sondern nur in das Gehäuse hinein. Gerade bei Klimaanlagen mit hohen Drücken wie etwa CO2-Klimaanlagen ergibt sich somit ein Sicherheitsvorsprung gegenüber herkömmlichen inneren Wärmeübertragern. Unter diesem Gesichtspunkt führt das Bündel von Tauscherrohren zweckmäßig den hochdruckseitigen Strömungspfad. Je nach Anforderungen und Eigenschaften des Kältekreises kann aber grundsätzlich auch der niederdruckseitige Strömungspfad durch die Tauscherrohre verlaufen.
  • In vorteilhafter Detailgestaltung sind die Tauscherrohre als Flachrohre mit insbesondere jeweils mehreren Kammern ausgebildet. Insbesondere bevorzugt können die Tauscherrohre als Strangpressprofile ausgebildet sein. Insgesamt ist hierdurch ein guter Wärmeübergang zwischen den Strömungspfaden bei guter Druckfestigkeit der Tauscherrohre gegeben.
  • In einfacher und kostengünstiger Ausführung ist das Gehäuse zumindest abschnittsweise als Rohrteil ausgebildet. Das Gehäuse kann einen runden, insbesondere kreisförmigen Querschnitt haben, wodurch es besonders druckfest ist Alternativ kann das Gehäuse aber auch einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt haben, wodurch eine gute Anpassung an das Bündel aus Tauscherrohren besonders dann ermöglicht ist, wenn dieses aus Flachrohren besteht. Hierdurch lässt sich dann ein randseitiger Spalt zwischen Gehäuse und Tauscherrohrbündel auf einfache Weise minimieren.
  • Allgemein vorteilhaft ist zwischen benachbarten Tauscherrohren des Bündels zumindest ein Rippenelement vorgesehen. Neben einer Vergrößerung der wärmeübertragenden Flächen können durch solche Rippenelemente auch auf einfache Weise Strömungskanäle definiert werden, die das Kältemittel zwischen den Tauscherohren führen und ein unerwünschtes Umgehen der Tauscherohre zum Beispiel entlang randseitiger Spalte vermeiden. Zweckmäßig ist dabei das Rippenelement durchgängig mit den Tauscherrohren verlötet.
  • Bei einer einfachen und effektiven Bauform eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers durchgreifen die Tauscherrohre einen den Hohlraum begrenzenden Boden wobei die Tauscherrohre dichtend mit dem Boden verbunden sind. Dabei grenzt an eine erste Seite des Bodens eine erste Kammer zum Anschluss des ersten Strömungspfads an und an die gegenüberliegende Seite des Bodens grenzt eine zweite Kammer zum Anschluss des zweiten Strömungspfads an. Durch den zum Beispiel innenseitig eines Gehäuserohrs dichtend verlöteten Boden ist dann eine Trennung zwischen den Strömungspfaden bzw. Druckbereichen gegeben, die einfach und effizient, zum Beispiel als scheibenförmiges Blechformteil, ausformbar ist.
  • In bevorzugter Ausführungsform ist in dem Gehäuse zumindest ein Strömungsmittel zur Beeinflussung der Strömung des Kältemittels vorgesehen, wobei das Strömungsmittel besonders bevorzugt eine Strömung des Kältemittels zwischen den Tauscherrohren und einer Wand des Gehäuses zumindest verringert. Ein solches Strömungsmittel kann zum Beispiel eine Blende oder ein Strömungsblech sein, durch das der Kältemittelstrom zwischen die Tauscherrohre gelenkt wird und eine uneffektive Durchströmung von Spalten zwischen der Gehäusewand und dem Tauscherohrbündel vermieden wird. Je nach Anforderungen und Detailgestaltung können auch mehrere solcher Strömungsmittel vorgesehen sein.
  • Im Interesse von Kosten und Gewicht bestehen zumindest die Tauscherrohre und das Gehäuse vorteilhaft aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Insbesondere durch Verwendung von geeignet lotplattierten Blechen kann der innere Wärmeübertrager dabei mechanisch vormontiert und dann insgesamt in einem Lötofen verlötet werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat der Wärmeübertrager einen integriert ausgebildeten Sammler, wodurch zusätzliche Komponenten und Bauraum gespart werden. Dieser kann insbesondere vorteilhaft als Teil des Gehäuses ausgeformt sein. Auf einfache Weise kann so ein überschüssiger Raum im insbesondere niederdruckseitigen Strömungspfad bzw. im Gehäuse als Sammelraum für flüssige Phase des Kältemittels genutzt werden, so dass ein dem niederdruckseitigen Strömungspfad nachgeordneter Verdichter keine flüssige Phase ansaugen kann. Ein solcher überschüssiger Raum kann etwa ein Bereich zwischen Tauscherrohrbündel und Gehäusewand sein oder auch ein hierfür besonders vorgesehener unterer Gehäuseabschnitt.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird für eine eingangs genannte integrierte Einheit von Wärmetauscher und innerem Wärmeübertrager zudem durch die Merkmale des Anspruchs 14 gelöst. Die Kombination eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit einem zum Beispiel als Gaskühler oder Kondensator im Kältekreis eingesetzten Wärmetauscher ermöglicht eine Reduzierung von separaten Bauteilen des Kältekreises.
  • In vorteilhafter Weiterbildung umfasst dabei der Wärmeübertrager zumindest ein Anschlussglied, wobei besonders bevorzugt ein Strömungspfad des Wärmetauschers und einer der Strömungspfade des Wärmeübertragers durch das Anschlussglied miteinander verbunden sind. Das Anschlussglied ist vorteilhaft sowohl mit dem Wärmeübertrager als auch mit dem Wärmetauscher fluiddicht verlötet, so dass es neben der Verbindung des Kältemittelstroms zugleich eine Halterung oder Festlegung zwischen Wärmetauscher und Wärmeübertrager ausbildet. Zur weiteren Integration und Reduzierung von separaten Bauteilen hat das Anschlussglied bevorzugt einen Anschluss zur Verbindung des Wärmetauschers oder des Wärmeübertragers mit einer weiteren Komponente des Kältekreises. Zudem kann das Anschlussglied auch noch einen Anschluss zur Aufnahme eines Sensors umfassen. Ein solcher Sensor kann zum Beispiel eingangsseitig des Gaskühlers eine Druck-und Temperaturmessung vornehmen, um eine optimierte Regelung des Kältekreises zu ermöglichen.
  • Vorteilhaft kann der Wärmeübertrager in bezüglich der Tauscherrohre im Wesentlichen senkrechter Orientierung an dem Wärmetauscher angeordnet sein. Hierdurch ist unter anderem einer zusätzlichen Funktion als Sammler Vorschub geleistet, wobei eine senkrechte Orientierung ganz allgemein Vorteile z.B. für den Einbau in der Frontpartie eines PKW bietet, da die Höhe der aktiven Fläche des Wärmetauschers nicht beschränkt wird.
  • Zur Vereinfachung und Kostenoptimierung des Herstellungsprozesses ist es vorgesehen, dass der Wärmeübertrager und der Wärmetauscher gemeinsam in einem Lötofen verlötet werden.
  • Vorteilhaft ist die integrierte Einheit von Wärmetauscher und innerem Wärmeübertrager, umfassend
    • einen Wärmetauscher, insbesondere Gaskühler, eines Kältekreises und
    • einen inneren Wärmeübertrager, wobei der Wärmeübertrager unmittelbar an dem Wärmetauscher angeordnet und fest mit dem Wärmetauscher verbunden ist.
  • Vorteilhaft ist, dass der Wärmeübertrager zumindest ein Anschlussglied umfasst.
  • Vorteilhaft ist, dass ein Strömungspfad des Wärmetauschers und einer der Strömungspfade des inneren Wärmeübertragers durch das Anschlussglied miteinander verbunden sind.
  • Vorteilhaft ist, dass das Anschlussglied sowohl mit dem Wärmeübertrager als auch mit dem Wärmetauscher fluiddicht verlötet ist.
  • Vorteilhaft ist, dass das Anschlussglied einen Anschluss zur Verbindung des Wärmetauschers oder des Wärmeübertragers mit einer weiteren Komponente des Kältekreises umfasst.
  • Vorteilhaft ist, dass das Anschlussglied einen Anschluss zur Aufnahme eines Sensors umfasst.
  • Vorteilhaft ist, dass der Wärmeübertrager in bezüglich der Tauscherrohre im Wesentlichen senkrechter Orientierung an dem Wärmetauscher angeordnet ist.
  • Vorteilhaft ist, dass der Wärmeübertrager und der Wärmetauscher gemeinsam in einem Lötofen verlötet werden.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • Fig. 1
    zeigt eine Draufsicht auf eine integrierte Einheit aus Wärmetauscher und erfindungsgemäßem Wärmeübertrager von vorne.
    Fig. 2
    zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf den Wärmeübertrager aus Fig. 1.
    Fig. 3
    zeigt eine Schnittansicht des Wärmeübertragers aus Fig. 2 entlang der Schnittebene A-A.
    Fig. 4
    zeigt eine Schnittansicht des Wärmeübertragers aus Fig. 2 entlang der Schnittebene B-B.
    Fig. 5
    zeigt eine Detailvergrößerung des oberen Endes der Schnittansicht aus Fig. 3.
    Fig. 6
    zeigt eine Schnittansicht des unteren Endes des Wärmeübertragers entlang einer in der Ebene von Fig. 1 liegenden Schnittebene.
    Fig. 7
    zeigt eine Schnittansicht des oberen Endes des Wärmeübertragers entlang der Schnittebene der Fig. 6.
    Fig. 8
    zeigt eine Detailvergrößerung der Draufsicht aus Fig. 1 im Bereich des oberen Endes des Wärmeübertragers.
  • Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst einen erfindungsgemäßen inneren Wärmeübertrager 1, der seitlich und senkrecht orientiert an einem als Gaskühler bzw. Kondensator ausgebildeten Wärmetauscher 2 einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs angebracht ist. Das Kältemittel des Kältekreises der Klimaanlage ist Kohlendioxid, so dass der Wärmetauscher 2 und der Wärmeübertrager 1 besonders hochdruckfest ausgelegt sind. Der Gaskühler 2 ist in dem Kältekreis einem Verdichter nachgeordnet und der innere Wärmeübertrager 1 ist einem Verdampfer nachgeordnet und dem Verdichter vorgeschaltet. Der innere Wärmeübertrager ist außerdem hochdruckseitig dem Gaskühler 2 nachgeordnet und dem Expansionsventil vorge4schaltet. Zwischen dem Gaskühler 2 und dem Verdampfer ist auf bekannte Weise ein Expansionsorgan vorgesehen.
  • Der Wärmeübertrager 1 hat ein Gehäuse 3, das teilweise als Aluminiumrohr von kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist und von dem Kältemittel niederdruckseitig durchströmbar ist. Innerhalb des Rohrs 3 verläuft ein Bündel von vorliegend vier Tauscherrohren 4, die jeweils als Flachrohre in Form von Aluminium-Strangpressprofilen ausgebildet sind und jeweils mehrere Separate Kammern 4a aufweisen. Zwischen den beabstandet parallel angeordneten Flachrohren 4 sind Rippenelemente 5 in Form von Wellrippen verlötet, wodurch innerhalb des Bündels von Tauscherrohren 4 mehrere Strömungskanäle 6 abgegrenzt werden.
  • Die Tauschrohre 4 bilden insgesamt einen ersten, hochdruckseitigen Strömungspfad für hochdruckseitiges Kältemittel und das Gehäuse 3 bildet einen zweiten, niederdruckseitigen Strömungspfad für das Kältemittel.
  • Das in dem rohrförmigen Gehäuseteil 3 angeordnete Bündel von Tauscherrohren 4 durchgreift endseitig jeweils einen ersten, oberen Boden 7 und einen zweiten, unteren Boden 8, wobei die Enden der Tauscherrohre in einer oberen, hochdruckseitigen Kammer 9 und einer unteren, hochdruckseitigen Kammer 10 münden. Die scheidenförmigen Böden 7, 8, an denen die durchtretenden Tauscherrohre 4 dichtend verlötet sind, sind ihrerseits dicht mit der Wandung des Rohres 3 verlötet und trennen somit den ersten Strömungspfad bzw. die Hochdruckseite vom zweiten Strömungspfad bzw. der Niederdruckseite. Der den zweiten Strömungspfad bildende Hohlraum des Gehäuses wird von dem Gehäuserohr 3 und den beiden Böden 7, 8 begrenzt.
  • Zwischen den Böden 7, 8 und dem von ihnen beabstandeten Anfang der Wellrippen 5 ist jeweils eine obere niederdruckseitige Kammer 11 und eine untere niederdruckseitige Kammer 12 abgegrenzt, die einen Eintrittsbereich bzw. Austrittsbereich für das niederdruckseitige Kältemittel darstellen und auf deren Höhe seitlich im Rohr 3 entsprechende niederdruckseitige Anschlüsse 13, 14 angelötet sind. Die Anschlüsse 13, 14 haben übliche Ausformungen 13a, 14a zum dichten Verschrauben einer Kältemittelleitung und umfassen jeweils einen Flanschteil 13b, 14b und einen die Gehäusewandung 3 durchgreifenden und mit der Gehäusewandung 3 als auch dem Flanschteil 13b, 14b dicht verlöteten Hülsenteil 13c, 14c.
  • Auf Höhe des Anfangs der Wellrippen 5 sind jeweils als Begrenzungen der Kammern 11, 12 Strömungsmittel 15, 16 in Form von Blechen vorgesehen. Die Bleche 15, 16 überdecken den freien Raumbereich 17 (siehe Fig. 4), der zwischen dem Tauscherohrbündel 4 von quadratischem Querschnitt und dem Gehäuserohr 3 von kreisförmigem Querschnitt verbleibt. Somit wird zumindest der überwiegende Teil des Kältemittels in die Kanäle 6 des Tauscherrohrbündels geleitet und eine für die Tauscherleistung ungünstige Durchströmung des freien Raums 17 wird reduziert oder ganz vermieden.
  • In alternativer Ausgestaltung kann der Querschnitt des Gehäuserohrs auch rechteckig sein und so an das Tauscherrohrbündel angepasst, dass kaum ein freier Raum 17 verbleibt. Hierbei ist jedoch die Druck- und Formfestigkeit des Gehäuses 3 entsprechend sicherzustellen, zum Beispiel durch Verstärkungen oder Verlötungen zwischen Gehäusewand und Tauscherrohrbündel.
  • Bei einer weiteren, nicht dargestellten Abwandlung können sowohl der Eintritt 13 als auch der Austritt 14 des zweiten Strömungspfades obenseitig bzw. unmittelbar benachbart vorgesehen sein. Hierbei wird zweckmäßig auf das untere Strömungsmittel 16 verzichtet, so dass das Kältemittel zunächst durch den Eintritt 13 einströmt, dann von oben nach unten durch die Kanäle 6 des Bündels von Tauscherrohren 4, dann seine Richtung im Bereich der unteren Kammer 12 umkehrt und durch die seitlichen Räume 17 wieder nach oben und aus dem dann obenseitig angeordneten zweiten Anschluss 14 wieder ausströmt. Hierdurch kann auf besonders günstige Weise die Funktion eines Sammlers in den inneren Wärmeübertrager 1 integriert werden. Um einen ausreichend großen Sumpf für angesammelte flüssige Phase bereitzustellen, kann zum Beispiel die untere niederdruckseitige Kammer 12 entsprechend groß dimensioniert sein.
  • Der erste bzw. hochdruckseitige Strömungspfad wird von unten nach oben durchströmt und ist mittels eines oberen Anschlusses oder Anschlussglieds 18 und eines unteren Anschlusses oder Anschlussglieds 19 durch Verlötung mit einem seitlichen; senkrechten Verteilerkasten 20 des Wärmetauschers 2 verbunden. Die Anschlüsse bzw. Anschlussglieder 18, 19 bilden dabei zugleich die Halterung des inneren Wärmeübertragers 1 an dem Wärmetauscher 2, so dass eine integrierte Einheit der beiden Komponenten 1, 2 ausgebildet wird.
  • Fig. 6 zeigt eine detaillierte Schnittansicht durch den unteren, für den ersten Strömungspfad eintrittsseitigen Anschluss 19, in dem auch die untere hochdruckseitige Kammer 10 ausgeformt ist. Der Anschluss 19 hat einen runden Kragen 19a und einen waagerecht verlaufenden Anschlusskanal 19b, der über eine Anschlussöffnung 20a des Verteilerkastens 20 mit selbigem verlötet ist. Der Kragen 19a ist in das Ende des Gehäuserohrs 3 eingeschoben und dichtend mit ihm verlötet. Hierzu hat der Kragen 19a eine umlaufende Nut 19c, in die im Zuge der Herstellung ein Lotring eingelegt wird.
  • Der obere, nach durchlaufen der Tauscherrohre 4 austrittsseitige Anschluss 18 des hochdruckseitigen ersten Strömungspfads ist detailliert in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigt. Wie der untere Anschluss 19 ist er mittels eines in das Gehäuserohr 3 eingeschobenen Kragens 18a und einem Lotring mit dem Gehäuserohr 3 verlötet. Der Anschluss 18 hat eine übliche Ausformung 18b zur dichtenden Verschraubung einer Kältemittelleitung, die das Kältemittel nach Austritt aus dem ersten Strömungspfad von der integrierten Einheit wegführt.
  • In dem Anschluss 18 ist zudem ein für den Wärmetauscher 2 eintrittsseitiger Leitungsanschluss 18c integriert, der in einem einstückigen Aluminiumblock mit einem Kragen 18d eines Anschlusskanals 18e gebohrt ist. Der Kragen 18d ist dabei auf zu dem Anschluss 19 analoge Weise mit einer Öffnung 20b des Kastens 20 dichtend und haltemd verlötet.
  • In den Anschlusskanal 18e ragt zudem eine schräg von oben kommende Stichbohrung 18f hinein, die zur Aufnahme eines Druck- und Temperatursensors (nicht dargestellt) ausgeformt ist. An dieser Stelle wird der Zustand des Kältemittels eintrittsseitig des Gaskühlers überwacht, um die Regelung des Kältekreises zu optimieren.
  • In dem Aluminiumblock, der den Anschluss 18 ausbildet, ist eine tiefe Nut 18g eingeschnitten, durch die eine Isolation zwischen den Leitungsanschlüssen 18b und 18c erreicht wird, um einen ungünstigen Wärmeaustausch an dieser Stelle zu vermeiden.
  • Der Wärmetauscher 2 kann im Sinne der Erfindung auf nahezu beliebige bekannte Weise ausgebildet sein. Vorliegend handelt es sich um einen einreihigen Flachrohr-Wärmetauscher mit seitlich senkrecht angeordneten Verteilerkästen 20. Der Wärmetauscher 2 bzw. die integrierte Einheit 1, 2 ist in einem Frontbereich eines Kraftfahrzeugs in Überdeckung mit einem Hauptkühler des Fahrzeugmotors angeordnet.

Claims (15)

  1. Innerer Wärmeübertrager für einen Kältekreis, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage,
    wobei ein erster Strömungspfad von einem Kältemittel hochdruckseitig durchströmt wird und ein zweiter Strömungspfad von dem Kältemittel niederdruckseitig unter Austausch von Wärme mit dem hochdruckseitigen Kältemittel durchströmt wird, und wobei
    einer der beiden Strömungspfade als Bündel von im Wesentlichen geraden Tauscherrohren (4) ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der jeweils andere der beiden Strömungspfade als Hohlraum eines das Bündel von Tauscherrohren (4) umgebenden Gehäuses (3) ausgebildet ist.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauscherrohre (4) als Flachrohre mit insbesondere jeweils mehreren Kammern (4a) ausgebildet sind.
  3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauscherrohre (4) als Strangpressprofile ausgebildet sind.
  4. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) zumindest abschnittsweise als Rohrteil ausgebildet ist.
  5. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) einen runden, insbesondere kreisförmigen Querschnitt hat.
  6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat.
  7. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Tauscherrohren (4) des Bündels zumindest ein Rippenelement (5) vorgesehen ist.
  8. Wärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rippenelement (5) durchgängig mit den Tauscherrohren verlötet ist.
  9. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauscherrohre (4) einen den Hohlraum begrenzenden Boden (7, 8) durchgreifen und dichtend mit dem Boden (7, 8) verbunden sind.
  10. Wärmeübertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an eine erste Seite des Bodens (7, 8) eine erste Kammer (9, 10) zum Anschluss des ersten Strömungspfads angrenzt und an die gegenüberliegende Seite des Bodens (7, 8) eine zweite Kammer (11, 12) zum Anschluss des zweiten Strömungspfads angrenzt.
  11. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (3) zumindest ein Strömungsmittel (15, 16) zur Beeinflussung der Strömung des Kältemittels vorgesehen ist.
  12. Wärmeübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsmittel (15, 16) eine Strömung des Kältemittels zwischen den Tauscherrohren (4) und einer Wand des Gehäuses (3) zumindest verringert.
  13. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauscherrohre (4) und das Gehäuse (3) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.
  14. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) einen integriert ausgebildeten Sammler aufweist.
  15. Wärmeübertrager nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler als Teil des Gehäuses (3) ausgeformt ist.
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