EP2486356A2 - Innerer wärmetauscher, insbesondere für kraftfahrzeugklimaanlagen - Google Patents

Innerer wärmetauscher, insbesondere für kraftfahrzeugklimaanlagen

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EP2486356A2
EP2486356A2 EP10752757A EP10752757A EP2486356A2 EP 2486356 A2 EP2486356 A2 EP 2486356A2 EP 10752757 A EP10752757 A EP 10752757A EP 10752757 A EP10752757 A EP 10752757A EP 2486356 A2 EP2486356 A2 EP 2486356A2
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
inner heat
exchanger according
individual tubes
flow
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Application number
EP10752757A
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English (en)
French (fr)
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EP2486356B1 (de
Inventor
Claus Röck
Andreas Gorzel
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ContiTech Kuehner GmbH and Cie KG
Original Assignee
ContiTech Kuehner GmbH and Cie KG
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Publication of EP2486356B1 publication Critical patent/EP2486356B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines
    • F28F9/0251—Massive connectors, e.g. blocks; Plate-like connectors
    • F28F9/0253—Massive connectors, e.g. blocks; Plate-like connectors with multiple channels, e.g. with combined inflow and outflow channels

Definitions

  • Inner heat exchanger in particular for motor vehicle air conditioners
  • the invention relates to an internal heat exchanger, in particular for
  • Motor vehicle air conditioners comprising a housing for separately guiding a cooling fluid flow and a fluid flow to be cooled, which are arranged above the housing ends
  • Connection components are supplied or removed.
  • Internal heat exchangers are used as fuel coolers, as cooling elements for oil pressure pipes and as heat exchangers for stationary cooling systems. They are generally used for cooling fluid or gas transporting media. A major application of the internal heat exchangers is in automotive air conditioning systems.
  • the refrigerant in the high-pressure side channel is cooled down without additional energy being consumed.
  • From EP 1 202 016 A2 is a one-piece heat exchanger tube with a
  • Multi-chamber profile known having a central channel to the more
  • External channels are arranged.
  • the outer channels are divided by intermediate walls which extend in the radial direction.
  • On the wall of the central channel are
  • Projections provided which extend into the central channel. These projections serve to reduce the cross-sectional area and thus increase the Flow rate.
  • the projections may be helical.
  • the inner channel is used as a high-pressure side, the outer channels are used as a low-pressure side.
  • the heat exchange is not optimal in this device, since the
  • External channels are arranged on a concentric circle around the central channel and lie only with their inclined toe points in the vicinity of the high pressure side refrigerant fluid leading to the central channel.
  • the heat transfer between the refrigerant fluid in the central channel and the cooler refrigerant fluid in the outer channels is thus not very efficient.
  • an inner heat exchanger is known, which is constructed of a two-part Koaxialrohrsystem.
  • an inner tube is inserted or coextruded together with the outer tube.
  • the annular space between inner tube and outer tube represents an outer tube longitudinal channel, which is divided by webs or corrugated ribs into a plurality of parallel outer longitudinal channels.
  • Heat exchanger known, which is designed for the separate management of the two, different pressure level having refrigerant flows.
  • a pressure level having refrigerant flows In the interior of a
  • Inner tube is provided a turbulence generator in the form of a helix.
  • the helix deflects the refrigerant flowing in the inner tube, so that no laminar flow can form in the wall region. This is intended to produce improved mixing and improved heat exchange.
  • the invention has the object of providing an inner heat exchanger of the type described above in such a way that the efficiency of heat transfer between the two separated by the inner heat exchanger conducted fluid flows is increased.
  • connection components are provided at both ends of the cylindrical flow body through which the fluids which flow through the inner heat exchanger mainly in countercurrent, separately from each other or are derived ,
  • a cylindrical flow body representing the housing is in one
  • Inner heat exchanger on an outer tube into which the flow body fitted is arranged.
  • the outer tube forms at its ends a projection over the
  • outer tube and flow body are integrally formed. This has essentially manufacturing advantages.
  • the individual tubes have a star-shaped cross-section.
  • the cooling surface is increased again due to the larger surface area.
  • a mushroom-shaped, axially extending spacer is arranged at the end face of the flow body opposite the baffle surface, in its collar-shaped circumference
  • the tube interior in sub-channels dividing webs disposed continuously and the webs have a dividing the pipe inner cross-section cross-shaped arrangement on.
  • the flow rate of the cooling fluid flow and the heat transfer coefficient are increased by this design.
  • the invention provides a powerful internal heat exchanger in a compact design, which is particularly suitable for applications in motor vehicle air conditioning systems, in particular in C0 2 air conditioning systems of motor vehicles. This inner
  • Heat exchanger is also used as a powerful fuel cooler in the
  • FIG. 1 shows an internal heat exchanger with a housing forming a
  • cylindrical flow body which is inserted into an outer tube, in an explosive, perspective, schematic representation
  • FIG. 2 shows the flow body of the inner heat exchanger used in the outer tube in front view
  • FIG. 3 shows the flow body used in the outer tube of the inner heat exchanger in longitudinal section along line II - II in Fig. 2.
  • Fig. 4 the outer tube to be used, a tube bundle leading
  • FIG. 5 shows the flow body shown in Figure 4 in half section.
  • 6 shows a collection flange of one of the two connection components in longitudinal section;
  • FIG. 7 shows an outer connecting flange of one of the two connecting components with a distributor ring mounted on its connecting piece;
  • Figures 10 + 11 are the frontal views of the flow body shown in Figure 9;
  • Fig. 13 the flow body shown in Figs. 9 to 12, used in
  • the inner heat exchanger shown in Fig. 1 has an outer tube 11 and a suitably inserted into the outer tube 11, cylindrical flow body 20 on.
  • this flow body 20 lying on a circumference nine individual tubes 12 are arranged axially parallel.
  • a fluid flow to be cooled (hereinafter referred to as "hot” fluid flow) runs in the direction of the arrow A.
  • the cooling countercurrent (hereinafter referred to as “cold” fluid flow) is guided by the flow body 20 and flows through the heat exchanger in the direction of the arrow B.
  • connection components 13, 14 and 15, 16 are respectively provided at both ends of the flow body 20, via which the fluid flows are separated from one another predominantly in countercurrent operation be added or derived.
  • Each connection component 13, 14 or 15, 16 is essentially constructed in two parts from an outer connection flange 14 or 16 and a respective collector flange 13 or 15.
  • Each collector flange 13 and 15 respectively has nine through-connection openings 17, which receive the ends of the nine individual tubes 12 tightly after assembly of the heat exchanger.
  • connection openings 17 terminate in an interconnected by the mating of the connecting flange 14 and 16 with the respective Sammlerflansch 13 and 15 formed annular collecting channel 18, via a lying outside the central axis port hole 19 in the connection flange 14 and 16 with the corresponding, not here connected fluid circuit is connected.
  • connection components 13, 14 and 15, 16 are of identical design and each have a continuous, central central opening 21 which is sealed with the
  • Flow body 20 is aligned and connects the flow body 20 flowing through cold fluid with the corresponding, not shown here fluid circuit.
  • connection component 13, 14 or 15, 16 is as follows with the
  • the collector flange 13 and 15 has a central connecting piece 22 with two circumferential grooves 23 and 24, in each of which a sealing ring 25 and 26 is introduced.
  • the collector flange 13 and 15 is clip with its connection 22 fittingly inserted into a protruding edge region of the outer tube 11 sealing and frontally sealed to the individual tubes 12 of the flow body 20.
  • the outer connection flanges 14 and 16 each have two mutually coaxially arranged sockets 28 and 29.
  • the connecting piece 28 with the larger
  • Diameter has a circumferential groove 31 for receiving a sealing ring 32.
  • the sealing nozzle 29 with a smaller diameter also has a circumferential groove 34 for receiving a further sealing ring 33.
  • the connecting piece 28 is formed as an annular wall which surrounds a circumferential distribution ring 35, which has a central Opening 50 which has a larger inner diameter than that
  • the distributor ring 35 is clamped with an outer bent-back collar 5 i on the free end of the connecting piece 28. At the other end of the distributor ring 35, this has a radially inwardly projecting bottom 52, the end 53 axially
  • connection flange 14 and 16 is with its connection piece 28 in the
  • Collector Fiansch 13 or 15 inserted.
  • the small sealing nozzle 29 seals the inlet and outlet of the cold fluid flow to the fürfiussharm 20 in the connecting piece 22 of the collector flange 13 and 15 from.
  • the bearing lugs 27 in the collector flanges 13, 15 and the connecting flanges 14 and 16 are used to fasten the flanges together and the tight clamping of the flow body 20th
  • Connection component 15, 16 and connection component 13, 14 are constructed identically in this embodiment. However, it may also be sufficient to provide the distributor ring 35 only in the connection component 15, 16, which is provided in the feed direction of the hot fluid flow.
  • the distributor ring 35 serves to distribute the hot fluid flow supplied via the connection bore 19 situated outside the center axis, which is distributed via the two distributor spaces 18 and 54 over the entire annular cross section in the connection flange 14 or 16 and thus uniformly connects all connection openings 19 in the respective one
  • Passage body 20 has to provide turbulence in the incoming cold fluid flow produce a pointed outwardly tapering surface 42 (FIG. 2).
  • the through-body 20 is in each case perforated over its entire length (FIG. 5), wherein a single opening in the form of a longitudinal bore 43 with a larger inner diameter than the outer diameter of the respective individual tube 12 is provided for each individual tube 12.
  • the introduced cold fluid stream hits the baffle 42, which has a central,
  • tip-shaped protrusion 44 has.
  • the cold fluid flow is deflected radially to the longitudinal bores 43.
  • the cold fluid flow flows through the annular gaps 45, which are between the outer circumference of the individual tubes 12 and the respective longitudinal bore 43 of the flow body 20 (FIG. 2).
  • Each individual pipe 12 is in the associated, a pipe longitudinal channel performing
  • Longitudinal bore 43 flows around a partial flow of the cold fluid flow. This results in a defined cooling with improved heat exchange.
  • Flow body 20 annular covering wall 46 ( Figure 3 and Figure 5) arranged at an axial distance from the main body of the fürfiuss stresses 20 having a central opening 47 for the outflow of cold fluid flow. Due to the axial distance of the wall 46, a cylindrical cavity 48 is formed at the end of the flow body 20.
  • the annular surface of the wall 46 is pierced by locating bores 49 located on a circumference through which the ends of the individual tubes 12 of the tube bundle project suitably so as to be connected via the aligned connection openings 17 of the collection fins 15 to the annular distributor space 18 in the connection component 15, 16 ,
  • the fürfiuss stresses 20 forms with its longitudinal bores 43 inner, axially parallel pipe longitudinal channels in which the parallel individual tubes 12 are arranged.
  • the cold fluid conducted through the through-body 20 can directly contact and flush around the individual tubes 12 carrying the hot fluid flow, so that an efficient cooling of the hot fluid flow flowing in the individual tubes 12 takes place.
  • the guidance of the cold and hot fluids may alternatively be provided in cocurrent or countercurrent.
  • FIGS. 9 to 13 show an alternative embodiment of the flow body 20 '.

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Abstract

Ein innerer Wärmetauscher ist zur getrennten Führung eines kühlenden und eines zu kühlenden Fluidstroms ausgebildet. Um die Wärmeübertragung zwischen den beiden getrennt geführten Fluidströmen zu verbessern, ist ein zylinderförmiger Durchflusskörper (20) vorgesehen, der an seinem stirnseitigen Ende eine sich vorwölbende Prallfläche (42) aufweist. In dem Durchflusskörper (20) sind mehrere, ein paralleles Rohrbündel bildende Einzelrohre (12) auf einem Kreisumfang angeordnet, die den zu kühlenden Fluidstrom führen. Die Einzelrohre liegen in sich achsparallel erstreckenden Längsbohrungen (43) des Durchflusskörpers (20) unter Bildung eines Ringspaltes (45), durch den der kühlende Fluidstrom fließt.

Description

Beschreibung
Innerer Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeugklimaanlagen
Die Erfindung betrifft einen inneren Wärmetauscher, insbesondere für
Kraftfahrzeugklimaanlagen, mit einem Gehäuse zur getrennten Führung eines kühlenden und eines zu kühlenden Fluidstroms, die über an den Gehäuseenden angeordnete
Anschlussbauteile zu- bzw. abgeführt werden.
Innere Wärmetauscher werden als Kraftstoffkühler, als Kühlorgan für Öldruckleitungen und als Wärmetauscher für stationäre Kühlanlagen benutzt. Sie werden generell zur Kühlung von fluid- oder gastransportierenden Medien angewandt. Eine Hauptanwendung der inneren Wärmetauscher ist in Kraftfahrzeugklimaanlagen.
Eine Möglichkeit zur Effizienzsteigerung von Klimaanlagen, die in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, ist der Einsatz eines inneren Wärmetauschers, in dem niederdruckseitiger Rücklauf und hochdruckseitiger Vorlauf des Kältemittels in voneinander getrennten, aber benachbarten Kanälen realisiert sind. Durch dieses benachbarte, im Gegen- oder
Gleichstrom betriebene getrennte Führen der beiden Kältemittelströme wird das
Kältemittel im hochdruckseitigen Kanal zusätzlich heruntergekühlt, ohne dass dafür zusätzliche Energie verbraucht wird.
Aus der EP 1 202 016 A2 ist ein einstückiges Wärmetauscherrohr mit einem
Mehrkammerprofil bekannt, das einen Zentralkanal aufweist, um den mehrere
Außenkanäle angeordnet sind. Die Außenkanäle sind durch Zwischenwände, die in radialer Richtung verlaufen, unterteilt. An der Wandung des Zentralkanals sind
Vorsprünge vorgesehen, die sich in den Zentralkanal hinein erstrecken. Diese Vorsprünge dienen der Verringerung der Querschnittsfläche und somit der Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit. Die Vorsprünge können wendeiförmig ausgebildet sein. Der Innenkanal wird als Hochdruckseite, die Außenkanäle werden als Niederdruckseite verwendet. Der Wärmeaustausch ist bei dieser Vorrichtung nicht optimal, da die
Außenkanäle auf einem konzentrischen Kreis um den Zentralkanal angeordnet und nur mit ihren geneigten Fußspitzen in der Nähe des das hochdruckseitige Kältemittelfluid führenden Zentralkanals liegen. Der Wärmeübergang zwischen dem Kältemittelfluid in dem Zentralkanal und dem kühleren Kältemittelfluid in den Außenkanälen ist somit nicht sonderlich effizient. Aus der DE 199 44 950 AI ist ein innerer Wärmetauscher bekannt, der aus einem zweiteiligen Koaxialrohrsystem aufgebaut ist. In ein Außenrohr des Koaxialrohrsystems ist ein Innenrohr eingeschoben bzw. zusammen mit dem Außenrohr koextrudiert. Der Ringraum zwischen Innenrohr und Außenrohr stellt einen äußeren Rohrlängskanal dar, der durch Stege oder Wellrippen in mehrere parallele Außenlängskanäle aufgeteilt ist. Diese Außenlängskanäle können einen wendeiförmigen Verlauf nehmen, um den Strömungsweg für das dort hindurchgeleitete Kältemittel zu verlängern. Dadurch wird zwar der
Wärmekontakt zwischen diesem Kältemittelstrom und dem durch das Innenrohr hindurchgeleiteten Kältemittelstrom erhöht, eine weitere signifikante Effizienzerhöhung der Klimaanlage ist aber noch nicht erreicht.
Aus der DE 10 2005 056 651 AI ist ein als Koaxialrohr ausgebildeter innerer
Wärmetauscher bekannt, der für die getrennte Führung der beiden, unterschiedliches Druckniveau aufweisenden Kältemittelströme ausgebildet ist. Im Innenraum eines
Innenrohres ist ein Turbulenzerzeuger in Form einer Wendel vorgesehen. Die Wendel lenkt das im Innenrohr strömende Kältemittel um, so dass sich keine laminare Strömung im Wandbereich ausbilden kann. Dadurch soll eine verbesserte Vermischung und ein verbesserter Wärmeaustausch hergestellt werden. Die den Gegenstrom führenden
Außenkanäle liegen in einer Ringwand des Koaxialrohres um das Innenrohr. Eine effiziente Wärmeübertragung ist nicht möglich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen inneren Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art derart auszugestalten, dass der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung zwischen den beiden getrennt durch den inneren Wärmetauscher geleiteten Fluidströmen gesteigert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
Um das kühlende und das zu kühlende Fluid in den Wärmetauscher ein- bzw. abzuleiten, sind an beiden Enden des zylinderförmigen Durchflusskörpers Anschlussbauteile vorgesehen, über welche die Fluide, welche durch den inneren Wärmetauscher vorwiegend im Gegenstrombetrieb strömen, getrennt voneinander zu- bzw. abgeleitet werden.
Durch die Erfindung wird das Koaxialrohr-Prinzip eines inneren Wärmetauschers mit einem Außenrohr und einem koaxial darin angeordneten Innenrohr unter Bildung eines Außenlängskanäle aufweisenden Ringzwischenraumes aufgegeben. Gemäß der Erfindung ist in einem das Gehäuse darstellenden zylinderförmigen Durchflusskörper ein
kreisförmiges Bündel von Einzelrohren angeordnet, die jeweils eine Teilmenge des zu kühlenden Fluidstroms führen. Diese Einzelrohre sind jeweils in einem separaten
Rohrlängskanal angeordnet und werden darin über die Gehäuselänge von dem kühlenden Fluidstrom im direkten Kontakt umspült. Hierdurch ist ein besonders effizienter
Wärmeübergang ermöglicht, der bei dem indirekten Kontaktprinzip der aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen nicht realisiert werden kann. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 2 offenbart. Die mit Abstand zu dem Ende des Durchflusskörpers angesetzte Ringwand begrenzt einen Hohlraum, in dem die Einzelströme des kühlenden Fluids aus den
Längsbohrungen kommend wieder zusammenfließen. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse des
Innenwärmetauschers ein Außenrohr auf, in das der Durchflusskörper eingepasst angeordnet ist. Das Außenrohr bildet an seinen Enden einen Überstand über den
Durchfiusskörper, in den die jeweiligen Anschlussteile dichtend eingeschoben werden können. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind Außenrohr und Durchflusskörper einteilig ausgebildet. Dieses hat im Wesentlichen fertigungstechnische Vorteile.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die Einzelrohre einen sternförmigen Querschnitt auf. Dadurch wird die Kühlfläche aufgrund der größeren Oberfläche nochmals erhöht.
In den Ansprüchen 6 bis 8 werden vorteilhafte Ausgestaltungen des Aufbaus der
Anschlussbauteile offenbart. Die Ausbildung und Anordnung eines Verteilerringes am äußeren Anschlussflansch dient der gleichmäßigen Verteilung des zu kühlenden
Fluidstroms.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist an dem der Prallfläche gegenüberliegenden stirnseitigen Ende des Durchflusskörpers ein pilzförmiger, sich axial erstreckender Abstandshalter angeordnet, in dessen kragenförmigen Umfang
halbkreisförmige Ausnehmungen zur Aufnahme der Enden der Einzelrohre angeordnet sind. Durch die pilzartige Form wird der kühlende Fluidstrom daran gehindert, abzureißen. Die Einzelrohre werden sicher über ihre gesamte Länge und die gesamte Umfangsfläche umspült. Sich axial nach außen erstreckende Abstandsnocken am dem Abstandshalter bilden einen Abstandsraum, in dem die Teilströme des kühlenden Fluidstroms wieder zusammenfließen können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind in die Einzelrohre
durchgehende, den Rohrinnenraum in Teilkanäle aufteilende Stege durchgehend angeordnet und die Stege weisen eine den Rohrinnenquerschnitt unterteilende kreuzförmige Anordnung auf. Die Strömungsgeschwindigkeit des kühlenden Fluidstromes und der Wärmeübergangskoeffizient werden durch diese Ausbildung erhöht.
Durch die Erfindung wird ein leistungsstarker innerer Wärmetauscher in kompakter Bauweise geschaffen, der sich besonders für Anwendungen in Kraftfahrzeugklimaanlagen, insbesondere in C02-Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, eignet. Dieser innere
Wärmetauscher ist aber auch zum Einsatz als leistungsstarker Kraftstoffkühler im
Automobilbereich geeignet. Er ist überall dort anwendbar, wo mittels inneren
Wärmetauschers zwei Fluidströme mit unterschiedlichem Temperaturniveau
wärmeübergangsmäßig aneinander vorbeigeführt werden.
Anhand der Zeichnung werden nachstehend zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen inneren Wärmetauscher mit einem ein Gehäuse bildenden
zylinderförmigen Durchflusskörper, der in ein Außenrohr eingesetzt ist, in explosionsartiger, perspektivischer, schematischer Darstellung;
Fig. 2 den im Außenrohr eingesetzten Durchflusskörper des Innenwärmetauschers in Stirnansicht;
Fig. 3 den im Außenrohr eingesetzten Durchflusskörper des Innenwärmetauschers im Längsschnitt gemäß Linie II - II in Fig. 2; Fig. 4 das Außenrohr einzusetzenden, ein Rohrbündel führenden
zylinderförmigen Durchflusskörper in Detaildarstellung in Stirnansicht;
Fig. 5 den in Fig. 4 dargestellten Durchflusskörper im Halbschnitt; Fig. 6 einen Sammelflansch eines der beiden Anschlussbauteile im Längsschnitt; Fig. 7 einen äußeren Anschlussflansch eines der beiden Anschlussbauteile mit auf seinen Anschlussstutzen aufgesetztem Verteilerring;
Fig. 8 das aus Sammlerflansch und Anschlussflansch sowie aufgesteckten
Verteilerring bestehende Anschlussbauteil im zusammengesteckten
Zustand;
Fig. 9 eine modifizierte Ausführung des zylinderförmigen Durchflusskörpers;
Fig. 10 + 11 die stirnseitigen Ansichten des in Fig. 9 gezeigten Durchflusskörpers;
Fig. 12 eine perspektivische Darstellung des in Fig. 9 bis 11 gezeigten Durch-
Flusskörpers;
Fig. 13 den in den Fig. 9 bis 12 gezeigten Durchflusskörper, eingesetzt in
einem Außenrohr im Längsschnitt.
Der in Fig. 1 gezeigte innere Wärmetauscher weist ein Außenrohr 11 und einen in das Außenrohr 11 passend eingesetzten, zylinderförmig ausgebildeten Durchflusskörper 20 auf. In diesem Durchflusskörper 20 sind auf einem Kreisumfang liegend neun Einzelrohre 12 achsparallel angeordnet. In den Einzelrohren 12 läuft ein zu kühlender Fluidstrom (nachfolgend„heißer" Fluidstrom genannt) in Richtung des Pfeils A. Der kühlende Gegenstrom (nachfolgend„kalter" Fluidstrom genannt) wird von dem Durchflusskörper 20 geführt und durchströmt den Wärmetauscher in Richtung des Pfeils B. Der
Durchflusskörper 20 wird nachfolgend an anderer Stelle noch näher erläutert.
Um den kalten und den heißen Fluidstrom in den das Wärmetauschergehäuse bildenden zylinderförmigen Durchflusskörper 20 ein- bzw. abzuleiten, sind an beiden Enden des Durchflusskörpers 20 jeweils zweiteilige Anschlussbauteile 13,14 bzw. 15,16 vorgesehen, über welche die Fluidströme vorwiegend im Gegenstrombetrieb getrennt voneinander zu- bzw. abgeleitet werden. Jedes Anschlussbauteil 13, 14 bzw. 15,16 ist im Wesentlichen zweiteilig aus je einem äußeren Anschlussflansch 14 bzw. 16 und je einem Sammlerflansch 13 bzw. 15 aufgebaut. Jeder Sammlerflansch 13 bzw. 15 weist jeweils neun durchgehende Anschlussöffnungen 17 auf, die nach der Montage des Wärmetauschers die Enden der neun Einzelrohre 12 dicht aufnehmen. Die Anschlussöffnungen 17 enden in einem durch das Zusammenstecken des Anschlussflansches 14 bzw. 16 mit dem jeweiligen Sammlerflansch 13 bzw. 15 gebildeten ringförmigen Sammelkanal 18, der über eine außerhalb der Mittelachse liegende Anschlussbohrung 19 im Anschluss flansch 14 bzw. 16 mit dem entsprechenden, hier nicht dargestellten Fluidkreislauf verbunden ist.
Beide Anschlussbauteile 13, 14 bzw. 15, 16 sind baugleich ausgeführt und weisen jeweils eine durchgehende, mittige Zentralöffnung 21 auf, die abgedichtet mit dem
Durchflusskörper 20 fluchtet und das den Durchflusskörper 20 durchströmende kalte Fluid mit dem entsprechenden, hier nicht dargestellten Fluidkreislauf verbindet.
Das jeweilige Anschlussbauteil 13, 14 bzw. 15, 16 wird wie folgt mit dem
Wärmetauschergehäuse montiert (Fig. 1 und Fig. 6 bis Fig. 8). Der Sammlerflansch 13 bzw. 15 weist einen zentrischen Anschlussstutzen 22 mit zwei Umfangsnuten 23 und 24 auf, in die jeweils ein Dichtring 25 bzw. 26 eingebracht wird. Der Sammlerflansch 13 bzw. 15 wird mit seinem Anschluss stutzen 22 passend in einen überstehenden Randbereich des Außenrohres 11 dichtend eingeschoben und stirnseitig mit den Einzelrohren 12 des Durchflusskörpers 20 dicht verbunden. Die äußeren Anschluss flansche 14 und 16 weisen jeweils zwei zueinander koaxial angeordnete Stutzen 28 und 29 auf. Der Anschlussstutzen 28 mit dem größeren
Durchmesser weist eine umfangsmäßige Nut 31 zur Aufnahme eines Dichtringes 32 auf. Der Dichtstutzen 29 mit kleinerem Durchmesser weist ebenfalls eine Umfangsnut 34 zur Aufnahme eines weiteren Dichtringes 33 auf. Der Anschlussstutzen 28 ist als Ringwand ausgebildet, die umfangsmäßig einen Verteilerring 35 umschließt, der eine zentrale Öffnung 50 aufweist, die einen größeren Innendurchmesser aufweist, als der
Außendurchmesser des hindurchragenden kleineren Dichtstutzens 29.
Der Verteilerring 35 ist mit einem äußeren zurückgebogenen Kragen 5 i auf das freie Ende des Anschlussstutzens 28 aufgeklemmt. Am anderen Ende des Verteilerringes 35 weist dieser einen radial nach innen ragenden Boden 52 auf, dessen Ende 53 axial
zurückgebogen verläuft. Der Boden 52 des Verteilerringes 35 teilt den ringförmigen Raum innerhalb des Anschlussstutzens 28 in zwei Verteilerräume 18 und 54 auf. Der Anschluss flansch 14 bzw. 16 wird mit seinem Anschlussstutzen 28 in den
Sammlerfiansch 13 bzw. 15 eingeschoben. Der kleine Dichtstutzen 29 dichtet den Zu- und Ablauf des kalten Fluidstroms zum Durchfiusskörper 20 im Anschlussstutzen 22 des Sammlerflansches 13 bzw. 15 ab. Die Lageraugen 27 in den Sammlerflanschen 13, 15 und den Anschlussflanschen 14 und 16 dienen zum Befestigen der Flansche miteinander und dem dichten Einspannen des Durchflusskörpers 20.
Anschlussbauteil 15, 16 und Anschlussbauteil 13, 14 sind in diesem Ausführungsbeispiel identisch aufgebaut. Es kann aber auch ausreichend sein, den Verteilerring 35 nur im Anschlussbauteil 15, 16 vorzusehen, das in Zufiussrichtung des heißen Fluidstroms vorgesehen ist.
Der Verteilerring 35 dient zur Verteilung des über die außerhalb der Mittelachse liegende Anschlussbohrung 19 zugeführten heißen Fluidstroms, der über die beiden Verteilerräume 18 und 54 über den gesamten kreisringförmigen Querschnitt im Anschlussflansch 14 bzw. 16 verteilt wird und somit gleichmäßig alle Anschlussöffnungen 19 im jeweiligen
Sammlerfiansch 13 bzw. 15 erreicht. Der in das Außenrohr 11 nahezu über seine gesamte Länge passend eingesetzte
Durchfiusskörper 20 weist, um eine Turbulenz im zulaufenden kalten Fluidstrom zu erzeugen, eine spitz nach außen zulaufende Prallfläche 42 auf (Fig. 2). Im Bereich der Einzelrohre 12 ist der Durchfiusskörper 20 über seine gesamte Länge jeweils durchbrochen (Fig. 5), wobei für jedes Einzelrohr 12 eine einzelne Durchbrechung in Form einer Längsbohrung 43 mit größerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser des jeweiligen Einzelrohres 12 vorgesehen ist.
Der eingeleitete kalte Fluidstrom trifft auf die Prallfiäche 42, die eine zentrale,
spitzenförmige Vorwölbung 44 aufweist. Dadurch wird der kalte Fluidstrom radial zu den Längsbohrungen 43 umgelenkt. Der kalte Fluidstrom fließt durch die kreisringförmigen Spalte 45, die sich zwischen dem Außenumfang der Einzelrohre 12 und der jeweiligen Längsbohrung 43 des Durchflusskörpers 20 darstellen (Fig. 2).
Jedes Einzelrohr 12 wird in der zugeordneten, einen Rohrlängskanal darstellenden
Längsbohrung 43 von einem Teilstrom des kalten Fluidstroms umspült. Es ergibt sich eine definierte Kühlung bei verbessertem Wärmeaustausch.
Am anderen Ende des Durchflusskörpers 20 ist eine den Querschnitt des
Durchflusskörpers 20 ringförmig abdeckende Wand 46 (Fig.3 und Fig. 5) mit axialem Abstand zum Hauptkörper des Durchfiusskörpers 20 angeordnet, die eine zentrale Öffnung 47 zum Abfluss des kalten Fluidstroms aufweist. Durch den axialen Abstand der Wand 46 wird ein zylinderförmiger Hohlraum 48 am Ende des Durchflusskörpers 20 gebildet. Die Ringfiäche der Wand 46 ist durch auf einem Kreisumfang liegende Aufnahmebohrungen 49 durchbrochen, durch die die Enden der Einzelrohre 12 des Rohrbündels passend ragen, um über die fluchtenden Anschlussöffnungen 17 des Sammelfiansches 15 mit dem ringförmigen Verteilerraum 18 in dem Anschlussbauteil 15, 16 verbunden zu werden.
Der Durchfiusskörper 20 bildet mit seinen Längsbohrungen 43 innere, achsparallel verlaufende Rohrlängskanäle, in denen die parallelen Einzelrohre 12 angeordnet sind. Das durch den Durchfiusskörper 20 hindurch geleitete kalte Fluid kann direkt die den heißen Fluidstrom führenden Einzelrohre 12 kontaktieren und umspülen, so dass eine effiziente Kühlung des in den Einzelrohren 12 fließenden heißen Fluidstroms erfolgt. Die Führung des kalten und des heißen Fluids kann alternativ im Gleichstrom oder im Gegenstrom vorgesehen werden. In den Fig. 9 bis 13 wird eine alternative Ausführungsform des Durchflusskörpers 20' dargestellt. Der Aufbau dieses Durchfiusskörpers 20' unterscheidet sich dadurch, dass er auf der Zufiussseite für den heißen Fluidstrom einen über das Ende des Durchfiusskörpers 20' hinausragenden, zentralen, pilzartigen Abstandshalter 60 aufweist, auf dessen kreisförmigen Kragenumfang halbkreisförmige Ausnehmungen 61 enthalten sind, in die die Enden der Einzelrohre 12 einklippsbar sind (Fig. 13).
Stirnseitig sind an diesen Abstandshalter 60 vier in axialer Richtung verlaufende
Abstandsnocken 62 angeordnet, durch die im zusammengebauten Zustand des
Wärmetauschers ein axialer Hohlraum zum Sammlerflansch 15 gebildet wird, in dem der aus den Längsbohrungen 43 fließende kalte Fluidstrom zusammengeführt und in die zentrale Abflussbohrung 21 des Anschlussbauteils 15, 16 geführt werden kann.
Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)
11 Außenrohr
12 Einzelrohre
13 Sammlerflansch
14 Anschlussflansch
15 Sammlerflansch
16 Anschluss flansch
13,14 Anschlussbauteil
15,16 Anschlussbauteil
17 Anschlussöffnungen
18 Sammelkanal, Verteilerraum
19 Anschlussbohrungen
20 zylinderförmiger Durchflusskörper
21 Zentralöffungen, Zu-, Abflussbohrungen
22 Anschlussstutzen
23 Umfangsnut
24 Umfangsnut
25 Dichtring
26 Dichtring
27 Lageraugen
28 Anschlussstutzen
29 Dichtstutzen
31 Nut
32 Dichtring
33 Dichtring
34 Umfangsnut
35 Verteilerring
42 Prallfläche
43 Längsbohrungen 44 Zentrale Vorwölbung
45 Kreisringförmige Spalte
46 Kreisringförmige Wand
47 Zentrale Öffnung
48 Hohlraum
49 Aufnahmebohrungen
50 Öffnung Verteilerring
51 Kragen
52 Boden
53 Ende Verteilerring
54 Verteilerraum
20' Durchflusskörper
60 Abstandshalter
61 Ausnehmungen
62 Abstandsnocken

Claims

Patentansprüche
1. Innerer Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeugklimaanlagen, mit einem Gehäuse zur getrennten Führung eines kühlenden und eines zu kühlenden Fluidstroms, die über an den Gehäuseenden angeordnete Anschlussbauteile zu- bzw. abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des inneren Wärmetauschers einen zylinderförmigen Durchfiusskörper (20) aufweist, dass der Durchfiusskörper (20) an einem stirnseitigen Ende eine über seinen Querschnitt reichende, sich nach außen entgegen der Einströmrichtung des kühlenden Fluidstroms vorwölbende Prallfläche (42) aufweist, dass nahe des Umfangs des Durchfiusskörpers (20) mehrere, ein paralleles Rohrbündel bildende Einzelrohre (12) auf einem Kreisumfang angeordnet sind, die den zu kühlenden Fluidstrom führen, dass die Einzelrohre (12) durch sich achsparallel erstreckende Längsbohrungen (43) des Durchfiusskörpers (20) ragen, die jeweils unter Bildung eines Ringspaltes (45) einen größeren Durchmesser als der Außendurchmesser des jeweiligen Einzelrohres (12) aufweisen.
2. Innerer Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Einzelrohre (12) am anderen stirnseitigen Ende des Durchfiusskörpers (20) durch Aufnahmebohrungen (49) einer eine Zentralöffnung (47) aufweisenden, an das Ende des Durchfiusskörpers (20) mit Abstand zu diesem angesetzten Ringwand (46) ragen, wobei die Durchmesser der Aufnahmebohrungen (49) dem jeweiligen Außendurchmesser der Einzelrohre (12) entsprechen.
3. Innerer Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des inneren Wärmetauschers ein Außenrohr (11) aufweist, in das der
Durchflusskörper (20) eingepasst angeordnet ist.
4. Innerer Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass das Außenrohr (11) und der Durchfiusskörper (20) einteilig ausgebildet sind.
5. Innerer Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Einzelrohre (12) einen sternförmigen Querschnitt aufweisen.
6. Innerer Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Anschlussbauteile (13,14 bzw. 15,16) im Wesentlichen zweiteilig ausgebildet sind und dabei jeweils aus einem äußeren Anschlussflansch (14 bzw. 16) und einem inneren Sammlerfiansch (13 bzw. 15) bestehen, die ineinandergeschoben jeweils an den Enden des Durchfiusskörpers (20) dicht angeordnet sind.
7. Innerer Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass der äußere Anschlussfiansch (14 bzw. 16) zwei koaxial zueinander angeordnete Stutzen (22 und 29) aufweist, wobei auf dem Anschlussstutzen (22) mit dem größeren Durchmesser ein den Innenraum des Anschlussstutzens (22) in zwei Verteilerräume (18 und 54) aufteilender Verteilerring (35) angeordnet ist, wobei der Verteilerring (35) eine zentrale Öffnung (50) aufweist, deren Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Dichtstutzens (29).
8. Innerer Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass der Sammlerfiansch (13 bzw. 15) auf der einen Seite durchgehende
Aufnahmeöffnungen (17) für die Einzelrohre (12) und auf der anderen Seite einen
Aufnahmeraum (18) für den mit dem Verteilerring (35) versehenen Anschlussstutzen (22) des Anschlussfiansches (16) aufweist.
9. Innerer Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Prallfläche (42) gegenüberliegenden stirnseitigen Ende des
Durchflusskörpers (20') ein pilzförmiger, sich axial erstreckender Abstandshalter (60) angeordnet ist, in dessen kragenförmigem Umfang halbkreisförmige Ausnehmungen (61) zur Aufnahme der Enden der Einzelrohre (12) angeordnet sind.
10. Innerer Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass an dem Abstandshalter (60) sich axial nach außen erstreckende Abstandsnocken (62) angeordnet sind.
11. Innerer Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in die Einzelrohre (12) durchgehende, den Rohrinnenraum in Teilkanäle aufteilende Stege angeordnet sind.
12. Innerer Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege eine den Rohrinnenquerschnitt unterteilende kreuzförmige Anordnung aufweisen.
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