DE19808893A1 - Wärmeübertragereinheit und diese enthaltende Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmeübertragereinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine integrierte Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14. Wärmeübertrager und Kältemittel-Sammelbehälter, üblicherweise als Sammler bezeichnet, sind bekannte Komponen­ ten von Klimaanlagen mit Kältemittelkreislauf, wie sie bei­ spielsweise in Fahrzeugen verwendet werden.

In den Offenlegungsschriften DE 43 19 293 A1 und DE 44 10 986 A1 sind integrierte Sammler-Kondensator-Baueinheiten für Fahrzeugklimaanlagen beschrieben, bei denen ein rohrförmig gestalteter Sammler seitlich an einem in Rohr-/Rippenblock- Bauweise gebauten Kondensator angeordnet ist und dabei mit einem angrenzenden Kondensatorsammelrohr in Fluidverbindung steht. Diese Baueinheit ist zur Verwendung in Klimaanlagen gedacht, bei denen der Sammler im Kältemittelkreislauf auf der Hochdruckseite hinter dem Kondensator positioniert ist.

Des weiteren sind Klimaanlagen bekannt, bei denen der Sammler im Kältemittelkreislauf niederdruckseitig hinter einem Ver­ dampfer angeordnet und ein sogenannter innerer Wärmeübertra­ ger vorgesehen ist, über den die Hochdruckseite des Kältemit­ telkreislaufs zwischen einem Kondensator und einem Expansions­ organ mit dessen Niederdruckseite zwischen dem Sammler und einem Kompressor in Wärmekontakt steht.

Während der innere Wärmeübertrager hierbei meist als zusätz­ liche, separate Baueinheit realisiert ist, wird in der deut­ schen Patentanmeldung Nr. 196 35 454.4 die Verwendung einer integrierten Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheit der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei welcher der Wärmeübertrager im Inneren eines Gehäuses des Sammlers angeordnet ist und über den das hochdruckseitig vom Kondensator kommende Kälte­ mittel mit dem niederdruckseitig aus dem Sammler abgezogenen Kältemittel in Wärmekontakt steht. Als Wärmeübertrager sind dort zwei spiralförmige Wärmeübertragereinheiten der eingangs genannten Art verwendet, die unter Einfügung eines Zwischen­ bodens aufeinandergestapelt sind. Die beiden Wärmeübertrager­ einheiten sind strömungsmäßig bezüglich beider Fluide in Rei­ he geschaltet, indem ihre Spiralenzwischenräume über eine entsprechende Öffnung im Zwischenboden in Verbindung stehen und das jeweilige spiralige Flachrohr mit dem in Spiralen­ richtung äußeren Ende in einen entsprechenden umfangseitigen Schlitz eines den Zwischenboden durchdringenden Verbindungs­ rohres eingefügt ist.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel­ lung einer mit relativ geringem Aufwand herstellbaren, druck­ stabilen Wärmeübertragereinheit der eingangs genannten Art sowie einer kompakten, mit relativ geringem Aufwand herstell­ baren Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheit zugrunde, die sich insbesondere für eine Klimaanlage mit niederdruckseitig ange­ ordnetem Sammler und in diesen integrierten inneren Wärme­ übertrager eignet.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Wärmeübertragereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer integrierten Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 16.

Bei der spiralförmigen Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 1 ist mit dem Flachrohr ein Abstandshaltermittel gewickelt, welches in der Flachrohrspirale verbleibt und die in Radial­ richtung der Spirale aufeinanderfolgenden Flachrohrwindungen voneinander beabstandet hält. Das Abstandshaltermittel stabi­ lisiert den von den Flachrohrwindungen begrenzten Spiralen­ zwischenraum und gewährleistet die Einhaltung eines gewünsch­ ten, definierten radialen Abstandes der Flachrohrwindungen und damit der Weite des Spiralenzwischenraumes sowohl beim Wickeln der Spirale als auch im anschließenden Betrieb, selbst bei hohen Fluiddrücken. Die Wärmeübertragereinheit stellt bei gegebenem Bauvolumen einen großen Strömungsweg zur Verfügung, innerhalb dem die beiden Fluide in Wärmeübertra­ gungsverbindung stehen, oder sie läßt sich, umgekehrt gesagt, bei gewünscht er Strömungsweglänge vergleichsweise kompakt bauen. Es versteht sich, daß vorliegend der Begriff Fluide sowohl Flüssigkeiten als auch Gase umfaßt.

Bei einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Wärmeübertrager­ einheit beinhaltet das Abstandshaltermittel zwei Abstandsste­ ge im Bereich je einer der beiden Spiralenstirnseiten. Die Abstandsstege können dadurch gleichzeitig als axiale Begren­ zungen des Spiralenzwischenraums dienen.

Bei einer nach Anspruch 3 weitergebildeten Wärmeübertrage­ reinheit beinhaltet das Abstandshaltermittel einen im Abstand von den beiden Spiralenstirnseiten angeordneten Abstandssteg, mit dem die gewickelte Flachrohrspirale in einem entsprechend axial mittleren Bereich abgestützt wird. In einer Ausgestal­ tung der Erfindung nach Anspruch 4 dient dieser Abstandssteg gleichzeitig zur Unterteilung des Spiralenzwischenraums in zwei axial aufeinanderfolgende Teilräume, die durch einen zu­ gehörigen Verbindungsbereich seriell miteinander verbunden sind. Dadurch verdoppelt sich der Strömungsweg des durch den Spiralenzwischenraum hindurchgeleiteten Fluids.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 ist der jeweilige Abstandssteg an einer Breitseite des Flachrohres angeformt und gelangt dadurch beim Wickeln des Flachrohrs au­ tomatisch zwischen die radial benachbarten Flachrohrwindun­ gen. In weiterer Ausgestaltung dieser Maßnahme weist nach An­ spruch 6 der jeweilige Abstandssteg eine Lotdrahtaufnahme auf, in die ein Lotdraht eingelegt ist, der beim Wickeln der Flachrohrspirale mit der gegenüberliegenden Flachrohraußen­ seite in Kontakt kommt. Während eines anschließenden Lötvor­ gangs kann dadurch der jeweilige Abstandssteg an die radial benachbarte Flachrohraußenseite angelötet werden.

Alternativ zur Anformung eines jeweiligen Abstandsteges ist letzterer bei einer nach Anspruch 7 weitergebildeten Wärme­ übertragereinheit von einem lotfähigen Draht oder Streifen gebildet, der vor dem Wickeln auf eine Flachrohrbreitseite aufgelegt wird. Durch einen Lötvorgang nach dem Wickeln der Spirale wird dann der so gebildete Abstandssteg an die beiden radial angrenzenden Flachrohraußenseiten angelötet.

Bei einer nach Anspruch 8 weitergebildeten Wärmeübertrager­ einheit ist die Spirale von einem mehrkanaligen Flachrohr ge­ bildet, wobei ein erster Teil seiner parallelen Kanäle an ei­ nem anschlußbildenden Flachrohrende an einen Einlaßraum und der übrige Teil der Kanäle am selben Flachrohrende an einen Auslaßraum angeschlossen ist. Am gegenüberliegenden Flach­ rohrende sind die beiden so gebildeten Kanalgruppen über ei­ nen Verbindungsbereich seriell miteinander verbunden. Diese Maßnahme verdoppelt den Strömungsweg für das durch das Flach­ rohr hindurchgeführte Fluid.

In einer weiteren Ausgestaltung dieser Maßnahme sind gemäß Anspruch 9 der Einlaß- und der Auslaßraum für die Flachrohr­ kanäle von einem im inneren Spiralenbereich axial verlaufen­ den Anschlußrohr als zwei mittels einer Querwand voneinander axial getrennte Rohrräume gebildet.

In weiterer Ausgestaltung ist gemäß Anspruch 10 im Anschluß­ rohr zusätzlich eine Längstrennwand vorgesehen, welche den Einlaß- und den Auslaßraum für die Flachrohrkanäle von einem weiteren Einlaßraum und einem weiteren Auslaßraum trennt, die gleichfalls durch die Querwand axial voneinander getrennt sind und für das durch den Spiralenzwischenraum geleitete Fluid vorgesehen sind.

Bei einer nach Anspruch 11 weitergebildeten Wärmeübertrager­ einheit ist die Flachrohrspirale in ein umgebendes Gehäuse eingesetzt, das stirnseitig mit geeigneten Anschlußöffnungen versehen ist, um das entsprechende Fluid im radial inneren oder radial äußeren Spiralbereich in den Spiralenzwischenraum einzuleiten und wieder aus diesem abzuführen.

In einer die Aufteilung der parallen Kanäle eines mehrkanali­ gen Flachrohrs und die serielle Verbindung der aufgeteilten Kanalgruppen betreffenden weiteren Ausgestaltung der Erfin­ dung ist gemäß Anspruch 12 der Flachrohrkanal-Verbindungsbe­ reich von einem Verbindungsrohr gebildet, das im in der Spi­ ralenrichtung äußeren Endbereich angeordnet ist. Bei Bedarf kann dieses Verbindungsrohr gleichzeitig als Begrenzung des Spiralenzwischenraums in Spiralrichtung nach außen dienen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 13, die den Fall einer in ein umgebendes Gehäuse eingesetzten Spirale aus einem mehrkanaligen Flachrohr mit einer Untertei­ lung der Kanäle in zwei seriell mittels eines Verbindungsbe­ reichs verbundenen Kanälen betrifft, ist der Flachrohrkanal- Verbindungsbereich von einem äußeren Hohlraum gebildet, der vom Spiralenzwischenraum mittels eines axialen Trennstegs ab­ geteilt und radial nach außen vom Gehäuse begrenzt ist.

In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 14 beträgt der sogenannte hydraulische Durchmesser, definiert als das Vier­ fache des Verhältnisses von Durchtrittsquerschnitt zu zugehö­ riger Umfangslänge, des jeweiligen Flachrohrkanals zwischen etwa 0,6 mm und 3 mm.

In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 15 ist die Wär­ meübertragereinheit so dimensioniert, daß das Verhältnis von Flachrohr-Durchtrittsquerschnitt für das erste Fluid zum Durchtrittsquerschnitt des Spiralenzwischenraums für das zweite Fluid zwischen 0,2 und 0,6 beträgt.

Die integrierte Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheit nach An­ spruch 16 beinhaltet eine in ein Gehäuse des Sammlers einge­ brachte Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 15. Die Wärmeübertragereinheit kann insbesondere als innerer Wärmeübertrager für den Kältemittelkreislauf einer Kraftfahr­ zeugklimaanlage dienen.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 17 weist die integrierte Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheit ein An­ saugrohr mit nach unten ragendem U-Bogen auf, dessen freies Ende mit einem Abstand zwischen 5 mm und 40 mm unterhalb ei­ nes gegenüberliegenden, oberen Bereichs des Sammlergehäuses liegt.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 18 weist die integrierte Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheit ein An­ saugrohr mit nach unten ragendem U-Bogen auf, das in seinem U-Bogenbereich mit wenigstens einer Ölansaugbohrung versehen ist, die einen Durchmesser zwischen 1 mm und 4 mm besitzt und/oder mit einem Abstand zwischen 1,5 mm und 10 mm zu einem gegenüberliegenden, unteren Bereich des Sammlergehäuses ange­ ordnet ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine integrierte Sammler- Wärmeübertrager-Baueinheit für eine Kraftfahrzeugkli­ maanlage mit einer Flachrohrspirale mit axial endsei­ tigen Abstandsstegen als Wärmeübertragereinheit,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das in Fig. 1 verwendete Flachrohr,

Fig. 3 eine ausschnittweise Längsschnittansicht entsprechend

Fig. 1, jedoch für eine Spiralenvariante mit seriel­ ler Zweiteilung sowohl des Spiralenzwischenraums durch einen mittig angeformten Abstandssteg als auch des mehrkanaligen Flachrohrs,

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Flachrohr von Fig. 3,

Fig. 5 eine Ansicht entsprechend Fig. 1, jedoch für eine Va­ riante mit serieller Zweiteilung des spiralen Zwi­ schenraums mittels eingelegtem Lotdraht und einem quergeteilten Anschlußrohr,

Fig. 6 eine Ansicht entsprechend Fig. 5, jedoch für eine Va­ riante mit längs- und quergeteiltem Anschlußrohr,

Fig. 7 eine Querschnittsansicht des Anschlußrohres von Fig. 6 und

Fig. 8 eine schematische Draufsicht auf eine in ein Sammler­ gehäuse eingesetzte Flachrohrspirale mit serieller Zweiteilung des Spiralenzwischenraums und der Kanäle des mehrkanaligen Flachrohrs und mit einem axialen Trennsteg.

Die in Fig. 1 dargestellte integrierte Sammler-Wärmeübertra­ ger-Baueinheit beinhaltet ein Sammlergehäuse 1 mit einem querverlaufenden Zwischenboden 2, der das Gehäuseinnere in einen Sammelraum 1a und einen Wärmeübertragerraum 1b unter­ teilt. In den Wärmeübertragerraum ist eine Wärmeübertrager­ einheit in Form einer Flachrohrspirale 3 eingesetzt.

Für die Flachrohrspirale ist ein in der Querschnittsansicht von Fig. 2 genauer dargestelltes, mehrkanaliges Flachrohr 4 verwendet, das eine Reihe beabstandeter paralleler Kanäle 5 beinhaltet. Die Kanäle 5 besitzen einen hydraulischen Durch­ messer von typischerweise 0,6 mm bis 3 mm. Auf einer seiner beiden Breitseiten ist entlang der beiden Rohrlängsseiten ein Abstandshaltermittel in Form je eines Abstandssteges 6a, 6b angeformt, die senkrecht von der betreffenden Flachrohrbreit­ seite abstehen. Das Flachrohr 4 läßt sich beispielsweise als extrudiertes Flachrohr fertigen. An ihrer oberen, freien End­ seite besitzen die Abstandsstege 6a, 6b halbkreisförmige Auf­ nahmen 7a, 7b, in denen je ein Lotdraht 8a, 8b aufgenommen ist.

Das auf diese Weise gemäß Fig. 2 vorgefertigte Flachrohr 4 wird dann zu der Spirale 3 gewickelt, wobei die angeformten Abstandsstege 6a, 6b automatisch für die Einhaltung eines de­ finierten Abstands zwischen den in der Spirale radial aufeinan­ derfolgenden Flachrohrwindungen sorgen, so daß von den einan­ der beabstandet gegenüberliegenden Flachrohraußenseiten ein spiralig verlaufender Zwischenraum 7 begrenzt ist. Nach dem Wickeln und Einsetzen der Spirale 3 in das Sammlergehäuse 1 wird diese vorzugsweise durch Schweißen oder Laserschweißen am Sammlergehäuse 1 einschließlich Zwischenboden 2 und Deckel 9 fixiert. In einem Lötvorgang werden unter anderem die an den Abstandsstegen 6a, 6b aufgenommenen, mitgewickelten Löt­ drähte 8a, 8b mit der gegenüberliegenden Flachrohrbreitseite dichtgelötet, gegen die sie beim Wickeln der Spirale 3 in Kontakt kommen. Dies dichtet die einzelnen Windungen des Spi­ ralenzwischenraums 7 axial ab. Als Lötprozeß eignet sich ins­ besondere ein Nocolok- oder Vakuumlötprozeß. Statt der Ver­ wendung der Lötdrähte 8a, 8b können die Abstandsstege 6a, 6b geeignet mit Lot beschichtet sein.

Das innere Spiralende 4a des Flachrohrs 4 ist paßgenau in ei­ nen Axialschlitz eines Anschlußrohres 8 eingefügt, das koa­ xial zur Spirale 3 in der Spiralenmitte angeordnet ist. Das Anschlußrohr 8 durchdringt einen das Sammlergehäuse 1 ab­ schließenden Deckel 9 und endet mit einem axialen Anschluß­ stutzen 10, der beispielsweise als Einlaß für ein erstes Fluid 17 dienen kann. Das dort zugeführte erste Fluid 17 tritt dann am inneren Spiralende in alle parallen Flachrohr­ kanäle 5 ein und fließt in diesen spiralig nach außen bis zum äußeren Flachrohrende 4b. Letzteres ist wiederum paßgenau und dicht, z. B. mittels Dichtlöten, in einen Axialschlitz eines zweiten Anschlußrohres 11 eingefügt, das in diesem radial äu­ ßeren Sammlergehäusebereich angeordnet ist, wobei es einer­ seits vom Zwischenboden 2 und andererseits vom Gehäusedeckel 9 gehalten ist. Von diesem radial äußeren Anschlußrohr 11 kann das erste Fluid 17 in beliebiger Richtung abgeführt wer­ den, z. B. wie gezeigt über ein sich durch den Sammelraum 1a hindurch erstreckendes Abflußrohr 12 zur dem Anschlußstutzen 10 gegenüberliegenden Seite der Baueinheit.

Die spiralige Wärmeübertragereinheit 3 dient dazu, mit dem ersten, durch die Flachrohrkanäle 5 hindurchgeführten Fluid 17 ein zweites Fluid 13 in Wärmekontakt zu bringen, das von demjenigen Kältemittel im Kältemittelkreislauf der Klimaanla­ ge gebildet ist, welches sich stromabwärts eines Verdampfers im Sammelraum 1a der Baueinheit sammelt und von dort von ei­ nem Kompressor angesaugt wird. Im Beispiel von Fig. 1 tritt das vom Verdampfer kommende Kältemittel 13 über ein Einlaß­ rohr 14 in den Sammelraum 1a ein, wo es zusammen mit Öl, das dem Kältemittelkreislauf zur Schmierung des Kompressors bei­ gemischt wird, einen Kältemittel-Öl-Sumpf bildet. Vom Sammel­ raum 1a wird das Kältemittel über ein U-förmiges Ansaugrohr 15 abgezogen, dessen Rohrknie 15a in den Kältemittel-Öl-Sumpf eintaucht und mit einer oder mehreren Bohrungen 16 versehen ist, um mit dem Kältemittel stets eine gewisse Menge Öl aus dem Sumpf anzusaugen und mitzureißen. Typischerweise besitzt die Ölbohrung 16 einen Durchmesser zwischen 1 mm und 4 mm und liegt mit einem Abstand a1 zwischen 1,5 mm und 10 mm oberhalb des tiefsten Punktes des Sammelraums 1a. Demgegenüber befin­ det sich die vom freien Ende des Ansaugrohres 15 gebildete Kältemittelansaugöffnung 15b mit einem Abstand a2 von typi­ scherweise zwischen etwa 5 mm bis 40 mm unterhalb des höch­ sten Punktes des Sammelraums 1a.

Das Ansaugrohr 15 mündet in einer in den Zwischenboden 2 in dessen radial äußerem Bereich eingebrachten Anschlußöffnung 2a, durch die das angesaugte Kältemittel in den radial äuße­ ren Endbereich des Spiralenzwischenraums 7 gelangt, von wo es in letzterem spiralig nach innen strömt. Vom radial inneren, vom mittigen Anschlußrohr 8 radial nach innen begrenzten End­ bereich des Spiralenzwischenraums 7 gelangt das zweite Fluid 13 dann über eine in den Gehäusedeckel 9 eingebrachte An­ schlußöffnung 9a aus dem Sammlergehäuse 1 heraus und gelangt über einen Auslaß 18 zum Kompressor.

Das zweite Fluid 13, d. h. das vom Kompressor angesaugte Käl­ temittel, fließt somit in der Wärmeübertragerspirale 3 spira­ lig im Gegenstrom zum ersten Fluid 17, was eine sehr effekti­ ve Wärmeübertragung zwischen den beiden Fluiden ermöglicht. Die Wärmeübertragerspirale 3 kann insbesondere als innerer Wärmeübertrager der Klimaanlage dienen, wobei dann das erste Fluid 17 von hochdruckseitigem Kältemittel gebildet ist, das von einem Kondensator zum Verdampfer bzw. einem vorgeschalte­ ten Expansionsorgan strömt. Die innere Wärmeüberragerfunktion bewirkt eine zusätzliche Erwärmung des vom Kompressor ange­ saugten Kältemittels, was gegebenenfalls dessen vollständige Verdampfung gewährleistet, und eine zusätzliche Abkühlung des vom Kondensator kommenden Kältemittels.

Es versteht sich, daß sich das gezeigte ebenso wie alle übri­ gen beschriebenen Beispiele der erfindungsgemäßen Sammler- Wärmeübertrager-Baueinheit je nach Anwendungsfall hinsicht­ lich der Strömungsrichtung der Fluide und hinsichtlich der Anschlußkonfiguration geeignet modifiziert werden können. So kann das Zuführen und Abführen jedes der beiden Fluide wahl­ weise axial oder radial zum Sammlergehäuse erfolgen, und durch Vertauschen von Eintritts- und Austrittsöffnung kann die Strömungsrichtung des betreffenden Fluides umgekehrt wer­ den. Des weiteren versteht sich, daß die spiralige Wärmeüber­ tragereinheit 3 von Fig. 1 ebenso wie die übrigen beschriebe­ nen erfindungsgemäßen Flachrohr-Wärmeübetragerspiralen auch als separate Baueinheiten ohne integrierte Kombination mit einem Sammler überall dort verwendbar ist, wo zwei Fluide in Wärmeübertragungsverbindung gebracht werden sollen.

Selbstverständlich ist es auch möglich, einen Wärmeübertrager aus mehreren seriell oder parallel geschalteten erfindungsge­ mäßen Wärmeübertragerspiralen aufzubauen. Zu erwähnen ist ne­ ben der kompakten Bauform bei hoher Wärmeübertragungsleistung die hohe Druckstabilität der Wärmeübertragerspirale 3, zu der unter anderem das mit dem Flachrohr mitgewickelte, bleibende Abstandshaltermittel beiträgt. Auch die übrigen Komponenten werden bei Bedarf entsprechend druckstabil ausgebildet. So beträgt die Wandstärke von typischerweise verwendeten An­ schlußrohren mindestens etwa 1,5 mm bis 3 mm. Der vom ersten Fluid 17 durchströmte Flachrohrkanalquerschnitt ist typi­ scherweise um etwa den Faktor 0,2 bis 0,6 kleiner gewählt als der Strömungsquerschnitt des Spiralenzwischenraums für das zweite Fluid 13.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 8 einige weitere Realisierungen der erfindungsgemäßen Wärme­ übertragereinheit und solche Einheiten enthaltender inte­ grierter Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheiten exemplarisch erläutert, welche die oben erwähnten Funktionen und Vorteile besitzen, soweit im jeweiligen Fall nichts anderes gesagt, wobei der Übersichtlichkeit halber gleiche Bezugszeichen für funktionell gleiche Elemente verwendet sind.

Fig. 3 zeigt ausschnittweise eine Variante der integrierten Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheit von Fig. 1, bei welcher statt der dortigen stirnendseitigen Abstandsstege an einem insoweit modifizierten mehrkanaligen Flachrohr 20, wie aus Fig. 4 genauer zu erkennen, ein einzelner, längsmittig ver­ laufender Abstandssteg 21 angeformt ist, der an seinem vorde­ ren Ende eine halbkreisförmige Aufnahme 22 aufweist, in die vor dem Wickeln des Flachrohrs 20 zu seiner entsprechenden Wärmeübertragerspirale 23 ein Lotdraht 24 eingelegt wird.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird beim Wickeln des Flachrohres 20 ein in seiner Weite wiederum von der Höhe des Abstands­ stegs 21 bestimmter Spiralenzwischenraum 25 gebildet, der vom Abstandssteg 21 axial in zwei Zwischenteilräume 25a, 25b auf­ geteilt ist. Der Abstandssteg 21 endet in nicht näher gezeig­ ter Weise in Spiralrichtung nach außen mit Abstand vor dem radial äußeren Flachrohrende 20b, das in ein Verbindungsrohr 26 eingefügt ist, das hier anstelle des radial äußeren An­ schlußrohres 11 von Fig. 1 vorgesehen ist. Dadurch, daß der Abstandssteg 21 mit Abstand vor dem in Spiralrichtung äußeren Flachrohrende 20b und dem zugehörigen Verbindungsrohr 26 en­ det, stehen in diesem Übergangsbereich die beiden Zwischen­ teilräume 25a, 25b in strömungstechnisch serieller Verbin­ dung. In entsprechender Modifikation der Zwischenraum- Anschlußkonfiguration wird in diesem Beispiel das zweite Fluid 13 über eine radial innenliegende Anschlußöffnung 2a im Zwischenboden 2 vom Sammelraum 1a in den Wärmeübertragerraum 1b eingeleitet, speziell in den radial inneren Endbereich des betreffenden Zwischenteilraums 25a. Von dort strömt das zwei­ te Fluid 13 spiralig nach außen, tritt dann in besagtem Über­ gangsbereich in den zweiten Zwischenteilraum 25b über und strömt von dort spiralig nach innen, wo es in dessen radial innerem Endbereich über die zugehörige Anschlußöffnung 9a im Gehäusedeckel 9 und den Anschlußstutzen 18 wieder aus dem Sammler 1 herausgelangt.

Korrespondierend zu dieser Zweiteilung des Strömungsweges für das zweite Fluid 13 ist auch eine Zweiteilung des Strömungs­ weges für das erste Fluid 17 vorgesehen. Dazu ist die zugehö­ rige Anschlußkonfiguration dahingehend modifiziert, daß ein den Wärmeübertragerraum 1b vollständig durchdringendes An­ schlußrohr 27 vorgesehen ist, in welchem sich auf Höhe des Abstandsstegs 21 eine Quertrennwand 28 befindet. Das Flach­ rohr 20 ist an seinem radial inneren Ende 20a längsmittig mit einem passenden Schlitz versehen, in den die Quertrennwand 28 bei in das Anschlußrohr 27 eingefügtem innerem Flachrohrende 20a abgedichtet eingreift. Auf diese Weise unterteilt die Quertrennwand 28 den Anschlußrohrinnenraum in zwei Teilräume 29a, 29b, von denen der eine einen Einlaßraum und der andere einen Auslaßraum für das erste Fluid 17 darstellen, in wel­ chen jeweils eine Hälfte der mehreren Flachrohrkanäle 5 mün­ det. Das radial äußere Verbindungsrohr 26 verbindet die auf diese Weise aufgeteilten beiden Gruppen paralleler Flachrohr­ kanäle 5 seriell miteinander, indem dort keine Quertrennwand vorhanden ist.

Wenn ohne Beschränkung der Allgemeinheit das erste Fluid 17 über den Anschlußstutzen 10 und den dann als Einlaßraum fun­ gierenden oberen Teilraum 29a der in Fig. 3 oberen Kanalgrup­ pe am radial inneren Flachrohrende 20a zugeführt wird, ge­ langt es in dieser oberen Hälfte von Kanälen spiralig radial nach außen und dann im Verbindungsrohr 26 in die andere, in Fig. 3 untere Gruppe der Kanäle, von wo es spiralig nach in­ nen strömt und über die untere Hälfte des radial inneren Flachrohrendes 20a und den zugehörigen Auslaßraum 29b aus dem Wärmeübertragerraum 1b austritt. Somit sind bei der Wärme­ übertragerspirale 23 von Fig. 3 im Vergleich zu derjenigen von Fig. 1 die Strömungswege für beide Fluide 13, 17 doppelt so groß, bei gleichzeitiger Halbierung der Strömungsquer­ schnitte. Je nach Bedarf ist die Anschlußkonfiguration wie­ derum so wählbar, daß sich beliebige Zu- und Abflußrichtungen für die beiden Fluide realisieren lassen und die Wärmeüber­ tragerspirale 23 im Gegenstrombetrieb, wie beschrieben, oder alternativ im Gleichstrombetrieb betrieben werden kann.

Fig. 5 zeigt eine Variante, die im wesentlichen derjenigen von Fig. 3 entspricht, wobei hier auch der Sammelraum 1a vollständig gezeigt ist, mit der Ausnahme, daß als Anstands­ haltermittel kein am Flachrohr angeformter Abstandssteg, son­ dern ein Lotdraht 32 vorgesehen ist. In diesem Beispiel wird ein mehrkanaliges Flachrohr 31 mit planen Außenflächen ver­ wendet, auf dessen eine Seite der Lotdraht 32 längsmittig aufgelegt wird, bevor es zu einer entsprechenden Wärmeüber­ tragerspirale 31 gewickelt wird. Um ein Verrutschen des Lot­ drahtes 32 zu vermeiden, wird er mit seinem spiralig inneren Ende geeignet am Flachrohr 30 festgelegt, beispielsweise da­ durch, daß das Drahtende keilförmig zugespitzt und in eine entsprechende Durchbohrung des Flachrohrlängsmittenbereichs eingefügt ist. Zur Fixierung des Drahtes 32 am Flachrohr 31 kann zusätzlich ein Klebemittel oder ein thermisches Fügever­ fahren verwendet werden. Beim Lötvorgang zur Verbindung der einzelnen Wärmeübertragerkomponenten miteinander wird der Lotdraht 32 fluiddicht an die beiden angrenzenden Flach­ rohraußenseiten angelötet und erfüllt damit die Funktionen des mittigen Abstandsstegs 21 von Fig. 3, insbesondere hin­ sichtlich Abstandshaltung der einzelnen Flachrohrwindungen und Zweiteilung des Spiralenzwischenraums 25. Dabei endet der Lotdraht 32 entsprechend dem mittigen Abstandssteg 21 von Fig. 3 wiederum mit Abstand vor dem Verbindungsrohr 26 bzw. dem dort eingefügten, radial äußeren Flachrohrende, so daß der Spiralenzwischenraum 25 in seinem äußeren Endbereich 25c einen die beiden Teilräume 25a, 25b verbindenden, ungeteilten Übergangsbereich 25c bildet.

Wie aus Fig. 5 weiter zu erkennen, wird das erste Fluid 17 in diesem Beispiel vom Austrittsraum 29b über ein längsmittig durch den Sammelraum 1a hindurchgeführtes Auslaßrohr 33 abge­ führt, und das zweite Fluid 13 gelangt über ein gleichfalls axiales, außermittig angeordnetes Zufuhrrohr 34 in den Sam­ melraum 1a. Zur kombinierten Kältemittel-Öl-Ansaugung ist ein U-förmiges Ansaugrohr 35 entsprechend dem Ansaugrohr 15 von Fig. 1 vorgesehen, wobei dieses im Beispiel von Fig. 5 mit einer zusätzlichen Abwinklung in einen am Zwischenboden 2 vorgesehenen Anschlußflansch 36 mündet, der mit der radial inneren Anschlußöffnung 2a im Zwischenboden 2 gemäß Fig. 3 in Verbindung steht, um dort das angesaugte Kältemittel dem ra­ dial inneren Endbereich des anschließenden Zwischenteilraums 25a der Wärmeübertragerspirale 31 zuzuführen. Im übrigen ent­ sprechen die Eigenschaften dieses Ausführungsbeispiels denje­ nigen von Fig. 3.

Während die Baueinheiten der Fig. 1 und 5 entsprechend der Orientierung des Ansaugrohres 15, 35 für liegenden Einbau, d. h. mit horizontaler Längsachse der Baueinheit, gedacht sind, zeigt Fig. 6 eine Variante für stehenden Einbau, d. h. mit vertikaler Längsachse. Dazu ist ein U-förmiges Ansaugrohr 40 -vorgesehen, das sich von einem Anschlußflansch 41 an der Unterseite eines modifizierten Zwischenbodens 2 im Sammelraum 1a geradlinig nach unten erstreckt, mit seinem U-Bogen einen gewissen Abstand zum Gehäuseboden 1c einhält und dann unter erneuter Abwinklung mit seinem die Ansaugöffnung bildenden freien Ende 40a auf etwa halber Sammelraumhöhe mit gewissem Abstand zum zugehörigen Zylinderwandabschnitt des Sammlerge­ häuses 1 endet. Der Zufluß des zweiten Fluids 13 erfolgt über ein radial in den Sammelraum 1a mündendes Zufuhrrohr 42.

Die in Fig. 6 verwendete Wärmeübertragerspirale 31 entspricht derjenigen von Fig. 5 und ist daher der Einfachheit halber nur andeutungsweise wiedergegeben. Modifiziert ist hingegen deren Anschlußkonfiguration, indem spiralenmittig ein Anschlußrohr 43 vorgesehen ist, das mittels einer Quertrennwand 44 auf Hö­ he des den Spiralenzwischenraum 25 unterteilenden Lötdrahtes 32 und einer in einer vertikalen Längsmittelebene der Bauein­ heit verlaufenden Längstrennwand 45 in vier Teilräume 46, 47, 48, 49 aufgeteilt ist. Die in Fig. 6 rechte Anschlußrohrhälf­ te dient als Ein- und Auslaßraum 46, 47 für das erste Fluid 17, wozu dort das radial innere Ende 20a des Flachrohres 20 eingefügt ist, wie zu Fig. 5 beschrieben. Die davon durch die Längstrennwand 45 getrennte, in Fig. 6 linke Anschlußrohr­ hälfte bildet einen Einlaß- und einen Auslaßraum 48, 49 für das zweite Fluid 13. Im Bereich dieser beiden Anschlußräume 48, 49 ist das Anschlußrohr 43 umfangsseitig mit je einem axialen Anschlußschlitz 50, 51 versehen, um den entsprechen­ den Anschlußraum 48, 49 mit den radial inneren Endbereichen je eines der beiden Zwischenteilräume 25a, 25b zu verbinden. Das Anschlußrohr 43 ragt beidseits über den Wärmeübertrager­ raum 1b unter Durchdringung des modifizierten Zwischenbodens 2' einerseits und eines modifizierten Gehäusedeckels 9' ande­ rerseits aus dem Wärmeübertragerraum 1b hinaus und besitzt dort jeweils gegenüberliegende umfangsseitige Anschlußöffnun­ gen 52, 53, 54, 55 und radial nach außen anschließende An­ schlußflansche, über welche die Fluide in den zugehörigen Einlaßraum eingeleitet und aus dem zugehörigen Auslaßraum ab­ geführt werden. An den sammelraumseitigen Anschlußflansch ist dabei für das erste Fluid 17 eine mit einem 90°-Bogen verse­ hene Anschlußleitung 56 angeschlossen.

Die Möglichkeiten der Strömungsführung durch die Wärmeüber­ tragerspirale 31 hindurch entsprechen denjenigen von Fig. 5. Bei Wahl der in Fig. 6 beispielhaft eingezeichneten Strö­ mungsrichtungen fungieren von den vier Teilräumen des An­ schlußrohres 43 der in Fig. 6 obere rechte Teilraum 46 als Einlaßraum für das erste Fluid 17, der darunterliegende Teil­ raum 47 als dessen Auslaßraum, wobei die zugehörige Anschluß­ leitung 56 dann eine radiale Auslaßleitung bildet, der gegen­ überliegende Teilraum 48 als Einlaßraum für das zweite Fluid 13 und der darüberliegende Teilraum 49 als dessen Auslaßraum. Ersichtlich werden daher beide Fluide 13, 17 über das gemein­ same Anschlußrohr 43 zu- und abgeführt. Der modifizierte Zwi­ schenboden 2' und der modifizierte Gehäusedeckel 9' besitzen neben der mittigen Bohrung zur Durchführung des Anschlußroh­ res 43 keine weiteren Öffnungen. Außerdem ist in Fig. 6 ein modifiziertes Verbindungsrohr 261 verwendet, das sich ganz innerhalb des Wärmeübertragerraums 1b befindet und nicht wie in den obigen Beispielen in zugehörigen Bohrungen des Zwi­ schenbodens und des Gehäusedeckels sitzt.

In der Querschnittansicht von Fig. 7 ist die Längsteilung des Anschlußrohres 43 durch die Längstrennwand 45 detailliert zu erkennen. Des weiteren zeigt Fig. 7, wie das radial innere Flachrohrende 20a unter Abwinklung in den zugehörigen Um­ fangsschlitz des Anschlußrohres 43 so eingefügt ist, daß es in die zugehörigen Anschlußräume mündet, während diametral gegenüberliegend die Anschlußschlitze für das andere Fluid in den Außenrohrumfang eingebracht sind.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer in ein Sammlergehäuse 60 ein­ gefügten Flachrohr-Wärmeübertragerspirale 61 von einer der oben beschriebenen Bauformen schematisch in einer Draufsicht, wobei die spiralenbildenden Flachrohrwindungen 61 hell und der Spiralenzwischenraum 62 dunkel wiedergegeben sind. Die Modifikation gegenüber den oben erläuterten Beispielen be­ steht bei diesem Ausführungsbeispiel darin, daß mit geringfü­ gigem Abstand zum radial äußeren Flachrohrende 61a ein axia­ ler Trennsteg 63 in Form eines entsprechenden Blechstreifens dichtgelötet zwischen die beiden äußeren Flachrohrwindungen eingebracht ist. Dadurch wird ein radial äußerer Hohlraum 64, der radial nach außen vom Sammlergehäuse 60 begrenzt ist, vom übrigen Spiralenzwischenraum 62 abgeteilt. Da das radial äu­ ßere Flachrohrende 61a in diesen Hohlraum 64 hineinragt, fun­ giert letzterer als Verbindungsbereich zwischen zwei abge­ teilten Kanalgruppen des mehrkanaligen Flachrohrs, d. h. der Hohlraum 64 übernimmt die Funktion der Verbindungsrohre 26, 26' der Beispiele in den Fig. 3, 5 und 6, so daß hier ein derartiges Verbindungsrohr entfällt. Ein an den axialen Trennsteg 63 angrenzender Abschnitt 62a des Spiralenzwischen­ raums 61, der zur besseren Unterscheidung vom restlichen Spi­ ralenzwischenraum hell gezeichnet ist, bildet den Verbin­ dungsbereich zwischen den beiden Teilräumen, in welche der Spiralenzwischenraum 61 durch das mittige Abstandshaltermit­ tel in Form des Abstandsstegs oder des Lotdrahtes, wie zu den obigen Beispielen beschrieben, unterteilt ist. Dazu ist der betreffende Abstandssteg bzw. Lotdraht geeignet verkürzt aus­ gebildet und endet in Spiralenrichtung nach außen mit ent­ sprechendem Abstand vor dem axialen Trennsteg 63.

Es versteht sich, daß neben den explizit gezeigten und be­ schriebenen Beispielen weitere Realisierungen der erfindungs­ gemäßen Wärmeübertragereinheit und der erfindungsgemäßen Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheit möglich sind. Insbesondere lassen sich auch Wärmeübertragerstrukturen mit mehr als einer erfindungsgemäßen Wärmeübertragerspirale in beliebiger seri­ eller oder paralleler Anordnung realisieren und bei Bedarf in entsprechenden Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheiten verwen­ den. Bei Bedarf können zudem mehrere, axial beabstandete Ab­ standsstege oder dergleichen in einer Flachrohrspirale vorge­ sehen sein, um den Spiralenzwischenraum in mehr als zwei se­ rielle Teilräume zu unterteilen. Korrespondierend dazu kann die Anschlußkonfiguration für das mehrkanalige Flachrohr so gewählt sein, daß die parallelen Kanäle in mehr als zwei se­ rielle Gruppen aufgeteilt sind.

Claims (18)

1. Wärmeübertragereinheit mit

• - einer Spirale aus einem beabstandet gewickelten Flachrohr (4), das von einem ersten Fluid (17) durchströmbar ist, während der von den Flachrohraußenseiten begrenzte Spira­ lenzwischenraum (7) von einem zweiten Fluid (13) in Wärme­ kontakt zum ersten Fluid durchströmbar ist,
  gekennzeichnet durch
• - ein mit dem Flachrohr (4) gewickeltes, bleibendes Ab­ standshaltermittel (6a, 6b), welches die in Radialrichtung der Spirale (3) aufeinanderfolgenden Flachrohrwindungen voneinander beabstandet hält.

2. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandshaltermittel zwei Abstands­ stege (6a, 6b) beinhaltet, die in Flachrohrlängsrichtung im Bereich je einer Stirnseite der Spirale (3) verlaufen.

3. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandshaltermittel einen Abstandssteg (21) beinhaltet, der in Flachrohrlängsrichtung mit Abstand von den beiden Spiralenstirnseiten verläuft.

4. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssteg (21) den Spiralenzwi­ schenraum (25) fluiddicht in zwei Zwischenteilräume (25a, 25b) aufteilt und in Spiralenrichtung nach außen vor dem ent­ sprechenden Flachrohrende (20b) endet und der anschließende Abschnitt des Spiralenzwischenraums einen die beiden Zwi­ schenteilräume seriell verbindenden Verbindungsbereich bil­ det.

5. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Abstands­ steg an dem Flachrohr breitseits angeformt ist.

6. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 5, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Abstandssteg eine Lotdraht­ aufnahme (22) aufweist, in die ein mitgewickelter, sich fluiddicht mit der gegenüberliegenden Flachrohraußenseite verbindender Lotdraht (24) eingelegt ist.

7. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Abstands­ steg von einem vor dem Wickeln der Spirale (31) auf eine Flachrohrbreitseite aufgelegten, lotfähigen Draht (32) oder Streifen gebildet ist.

8. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrkanaliges Flachrohr (20) vorgesehen ist, das an einem ersten, anschluß­ bildenden Ende (20a) mit einem ersten Teil seiner Kanäle an einen Einlaßraum (29a) für das erste Fluid (17) und mit dem übrigen, zweiten Teil seiner Kanäle an einen Auslaßraum (29b) für das erste Fluid angeschlossen ist und mit seinem zweiten, verbindungsbildenden Ende (20b) in einen Verbindungsbereich (26) ragt, der den zweiten Teil der Kanäle seriell mit dem ersten Teil der Kanäle verbindet.

9. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 8, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß- und der Auslaßraum (29a, 29b) für das erste Fluid (17) von einem im Spiraleninnenbereich axial verlaufenden Anschlußrohr (27) gebildet und durch eine Quertrennwand (28) axial voneinander getrennt sind.

10. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 9, weiter dadurch gekennzeichnet, daß im Anschlußrohr (43) des weiteren ein Einlaßraum (48) und ein Auslaßraum (49) für das zweite Fluid (13) gebildet sind, die voneinander durch die Quertrennwand (28) sowie vom Einlaß- und vom Auslaßraum (46, 47) für das erste Fluid (17) durch eine Längstrennwand (45) getrennt sind und über axiale Anschlußschlitze (50, 51) mit dem Spiralen­ zwischenraum (25) in Verbindung stehen.

11. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Flachrohrspirale (3) in ein umgebendes Gehäuse (1, 2, 9) eingesetzt ist, das stirnseitig im radial inneren und/oder radial äußeren Spiral­ bereich mit in den Spiralenzwischenraum (7) mündenden An­ schlußöffnungen (2a, 9a) versehen ist.

12. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 11, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Flachrohrkanal- Verbindungsbereich von einem Verbindungsrohr (26) gebildet ist, das im äußeren Spiralendbereich angeordnet ist.

13. Wärmeübertragereinheit nach Anspruch 11, weiter dadurch gekennzeichnet, daß durch einen axial zwischen zwei benach­ barten Flachrohrwindungen eingebrachten Trennsteg (63) vom Spiralenzwischenraum (62) ein äußerer Hohlraum (64) abgeteilt ist, der radial nach außen vom umgebenden Gehäuse (60) be­ grenzt ist und den Flachrohrkanal-Verbindungsbereich bildet.

14. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Flach­ rohrkanal (5) einen hydraulischen Durchmesser zwischen 0,6 mm und 3 mm besitzt.

15. Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Flachrohr-Durchtrittsquerschnitts für das erste Fluid (17) zum Durchtrittsquerschnitt des Spiralenzwischenraums (7) für das zweite Fluid (13) zwischen 0,2 und 0,6 beträgt.

16. Integrierte Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheit für eine Klimaanlage mit Kältemittelkreislauf, bei der

• - der Wärmeübertrager von einer oder mehreren, im Inneren eines Gehäuses (1) des zur Kältemittelzwischenspeicherung dienenden Sammlers angeordneten Flachrohrspiralen-Wärmeüber­ tragereinheiten gebildet ist und ein durch die jeweilige Flachrohrspirale hindurchgeleitetes Fluid mit dem aus dem Sammler entnommenen Kältemittel in Wärmekontakt gebracht wird,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Wärmeübertrager wenigstens eine Flachrohrspiralen- Wärmeübertragereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13 beinhaltet.

17. Integrierte Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheit nach An­ spruch 16, weiter gekennzeichnet durch ein Kältemittelansaug­ rohr (15) mit nach unten ragendem U-förmigem Bogen (15a), das in einem Sammelraum (1a) des Sammlergehäuses (1) angeordnet ist und mit seinem freien Ende (15b) in einem Abstand (a2) zwischen 5 mm bis 40 mm unterhalb eines gegenüberliegenden, oberen Bereichs der Sammlergehäuseinnenseite liegt.

18. Integrierte Sammler-Wärmeübertrager-Baueinheit nach An­ spruch 16 oder 17, weiter gekennzeichnet durch ein Kältemit­ telansaugrohr (15) mit nach unten ragendem U-förmigen Bogen (15a), das in einem Sammelraum (1a) des Sammlergehäuses (1) angeordnet ist und in seinem U-förmigen Bogenbereich (15a) wenigstens eine Ölansaugbohrung (16) aufweist, die einen Durchmesser zwischen 1 mm und 4 mm besitzt und/oder mit einem Abstand (a1) zwischen 1,5 mm und 10 mm oberhalb eines gegen­ überliegenden, unteren Bereiches der Sammlergehäuseinnenseite liegt.